巴西油田科技人員曾研制出一種新型扭矩測量儀，其優點是噪音小，在強震環境中性能良好，可安裝在任何旋轉軸上，其扭矩誤差低于1%，傳統的測量儀在最好的運行條件下的誤差為10%。這一技術為確定梁式泵減速器扭矩提供了一種新方法，為油田技術人員和管理人員開拓科研思路，具有較強的借鑒性、實用性和指導性。
新儀器：消弭扭矩誤差
目前，世界上超過八層的油井仍然使用梁式泵采油，但其減速器輸出軸超扭矩問題一直未能得到解決。當扭矩超過額定值時會損壞價值為機械抽油機(MPU)總成本的50%的變速箱，使其報廢，其更換的成本和停產損失巨大。
用API推薦的、已用數十年的計算多數抽油機減速器輸出扭矩的方法在最好的運行條件下存在著10%的誤差,其計算精度沒有預防扭矩減速器的損壞。而且，由于測力儀的校準水平差，API用于計算抽油機各部件尺寸誤差的積累使得這個誤差要大得多。對于轉數下降嚴重的發動機，如果不考慮抽油機制動裝置計算時的慣性效應，所計算出的扭矩誤差可達70%。
API確定軸扭矩的計算未考慮由曲柄角的變化、游梁、平衡桿、曲柄軸、曲柄平衡錘的重量的慣性效應及軸承磨損產生的結構失平衡問題。該計算涉及16個變量，并且每個變量都有一個測量誤差。因此，扭矩的計算導致了誤差傳播。所有現在有關抽油機減速器扭矩測量的研究都在某種程度上利用了API方法。
除預測功能外，通過抽油機扭矩測量還可以得到能量效率指數，這一功能非常重要，因為能源消耗成本占采油作業總成本的20~35%。
新型減速器軸扭矩的無線測量消除了AP1計算方法的誤差，并提供了一種即可靠又適用的抽油機測試方法。設備包括變形測量儀，電子轉換器，遙測裝置和LabView軟件。該軟件將固定在旋轉軸上的遠端設備的扭矩信號傳輸到主設備上。無線通信使用ZigBee標準。
電子轉換器電路處理擴大了由變形測量儀采集的軸變形信號，然后該信號被傳輸到遙控無線電收發機組件(RTM)，微型控制器進行模數轉換。無線電接收器的芯片對信號進行調相，利用相移鍵控法，激發全雙工天線，用射頻頻率(RF)發射信號。基站無線電收發機組件(BTM)的螺旋天線進行RF信號采集，信號傳入無線電收發機的芯片(窄頻帶濾波器)，被解調，放大后轉為讀數。用嵌入式或普通型電腦(PC)存取測量值，或將其轉為4~20ma標準型(抗噪音)。該系統應用軸運轉帶動遙控裝置的連續旋轉。
遙控與測量：
無形之手與有形之手
從變形測量儀軸的變形讀數開始采集遙控裝置數據。為便于變形測量儀的信號處理，通常利用電子傳感器電路的惠斯通電橋將電阻轉換為張力。而變形測量儀電路的解決方案是采用模擬電路為惠斯通電橋提供同步解調和發送交流電信號。設備研究、能源和環境控制研究組織研發了一種與上述裝置理念完全不同的新電路，具有低耗電、高集成和低成本特性。
信號調節器電路由簡單適用的部件組成，無需儀表裝置放大器和線性化技術，并配備了無傳感元件的溫度自動補償裝置。在溫度為80℃時，線性誤差小于測量最低值的0.07%。為使傳輸遙控裝置轉換成電路信號，新系統應用了ZigBee通訊協議的無線電頻率。因其為嵌入式使用，因此具有低耗能、低成本使用壽命長的優點。另外，ZigBee技術成本低，支持網點數額大，超過65,000。
遙控設備【變形測量儀、電子轉換器和RTM(無線電收發器組件)】擁有靈敏的集成電路技術。由于設備對氣候條件和軸的旋轉性能有極高的敏感性，還研制一個保護和加固電路、配有柔性玻璃纖維密封器夾子。該夾不影響測量效果。
遙控裝置電源為機電發電機，無需電池，系統可獨立供電。由旋轉軸產生的機械能為遙控裝置提供了足夠的電源。機電發電機轉子的磁鐵芯極性交替變化產生電動勢。電動勢的極性不斷變化激發電流方向變化。該電動勢遵守諧波定律,整流器將正弦信號轉換為直流信號提供給遙控裝置。
測量儀主裝置從遙控裝置接收扭矩信號，并利用ZigBee組件的脈寬調制模塊頻道將信號轉化為標準4~20毫安信號。RC串聯積分電路將脈寬調制(PWM)信號進行數模轉換，使其用于電流發射機。發射器提供了4~20ma的防噪音的標準電流，該信號被施加到抽油機位置檢測器上。為研究扭矩信號與曲柄位置的關系，利用LabView對減速器輸出軸發射信號進行分析。圖1給出的是系統示意圖。
室內驗證與現場檢測
在扭矩測量儀安裝在設備之前和評估工作狀態下的未來動力特性之前必須校準。試驗重新設計了一種直接在抽油機上校準的扭矩測量儀，并考慮了系統的動態變數。在對該系統性能的實驗臺實驗中，一次是校準遙測動態扭矩測量儀(用電池替代機電發電機)的測試靜態扭矩。測試評價了遙測裝置的設備性能;另一次試驗是模擬由MPU平衡塊產生的扭矩。
在鋼制試驗臺靜態扭矩的實驗裝置中，減速器軸的材質與試驗臺相同。該裝置配裝一個鋼制的與試驗臺末端連成一體的圓切面型軸。另一端是一個焊接在軸上的剛性橫向柄。為使所應用的扭矩具有純剪切張力或無價值的正常張力，該試驗采用一個連接軸承上的軸，軸承由焊接在臺上的3塊金屬板制成。這就消除了扭轉的影響。
通過焊接在軸上的金屬柄液壓千斤頂提供了軸旋轉扭矩。測力計采集金屬柄上的扭矩，輸入LabView軟件中。圖2給出了由動力測力環提供的參考扭矩，由遙控裝置發送的扭矩信號。
圖2得出的數據線性誤差為0.54%，小于動力測力環測的扭矩值和遠程設備發射到主裝置的值的誤差范圍0.3%。用來模擬由機械抽油機(MPU)平衡塊產生的扭矩的模型配有轉速為1680rpm、550w的發動機，被連接在輸出轉速為15rpm的減速器上。隨著發動機的旋轉圓盤轉動一端標有參考重量的金屬柄。
由動態特性條件下扭矩測量儀測得的數據結果分析確定扭矩低值的線性誤差為0.78%(標準誤差偏離值)，與方程計算求出的參考扭矩相比，測量值的最大誤差小于0.7%。
盡管伴有試驗臺的振動，本儀器對動態扭矩測量的不確定性僅有0.78%，相比之下，目前市場最先進的扭矩測量儀的動態測量誤差在1%~2%之間。
實驗人員在巴西油田用扭矩測量儀對實驗結果進行了為期兩個月的現場檢驗。相關數據表明，試驗期間新型儀器沒有任何問題。目前，扭矩測量儀仍在繼續監測抽油機的扭矩。抽油機從700 m深處采液(油和水)110m3/d。
試驗期間，粘在軸背面的2對變形測量儀提供了扭矩測量值。顯示校準方法效果的變形測量儀的測量值產生了2條曲線之間的相互關系。圖4顯示出采集的2條扭矩曲線。曲線的相關系數為99.78%，平均值為1.251%。
試驗結果表明，應力測量儀甚至可以檢測到經常被API 方法忽略的扭矩方向的振動。固有功率的無線電扭矩測量儀效果好，噪音小，可安裝在任何旋轉軸上。由于以前應用法蘭和插座連接，扭矩測量儀不能安裝在抽油機上，而且，扭矩的計算在最好的運行條件下具有10%的誤差。新型扭矩測量儀具備以下優點，新型扭矩測量儀在有效控制扭矩的條件下測量減速箱軸的扭矩誤差低于1%，較傳統方法誤差降低9%;盡管伴有試驗臺的振動，本儀器對動態扭矩測量的不確定性僅有0.78%，相比之下，目前市場最先進的扭矩測量儀的動態測量誤差在1%~2%之間;實驗室實驗和礦場試驗均證明，新型測量系統具有準確度高，成本低，效果好，抗噪音能力強等優點，而且，在強烈震動的環境中使用效果良好，為確定梁式泵減速器扭矩提供了一種新方法。
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