低功耗无线温度变送器应用效果探讨

许化文 高春雨（大庆油田自动化仪表有限公司）

随着中石油油气生产物联网项目的具体实施，大庆油田作为数字化油田重点建设单位，其油气水井、间、站的数字化管理已经开始逐步实施。在井口、间、站安装温度变送器完成温度测量节点数据的自动采集与远程传输，是实现油田数字化管理的关键[1]。以往常规的温度变送器功耗大，需要外接电源，工作时电缆裸露在外界环境中。安装施工需要敷设电缆，动用气焊、电焊，且安装施工成本高，存在安全隐患。通过技术革新，提高了温度变送器精度，改进了传输数据方式，改进了供电方式，解决了变送器耐低温效果不好、高温温漂问题，提高了安装、调试工作效率，降低了人工、材料成本，降低了安全隐患，提升了产品质量，实现了节能降耗[2]。

1 功能原理

无线温度变送器由电池、电源供电电路、单片机控制主电路MCU、数据采集传输电路、无线通迅电路、NFC 接口电路、放大电路、液晶显示电路、PT100 温度传感器、壳体等组成。其工作原理是，温度传感器采集的温度信号阻值的变化通过数据采集电路采集，放大电路把信号放大后通过MCU 电路进行处理，数据温度通过无线通讯电路传给组网的RTU供主控室操作人员记录，也可就地显示供巡检人员记录。无线温度变送器工作原理见图1。

图1 无线温度变送器工作原理

2 技术特点

2.1 智能补偿，低功耗

该温度变送器采用STM32 系列32 位单片机，该单片机具有能耗低、体积小、结构紧凑、抗干扰能力强等优点，且具有温度补偿功能；无线温度变送器传感器选用高精度、高稳定性的PT100 型号，通过可靠性高的放大电路及AD 采集模块，将被测介质的温度通过无线通讯模块传递到RTU。精湛的封装技术及完善的装配工艺确保了无线温度变送器的优异质量和最佳性能[3]。无线温度变送器可以组成庞大的无线网络，可以实现对所有监测点的温度监测。整个监测系统具有极高的测量精度和抗干扰能力。

2.2 应用成本低，方便快捷

无线温度变送器的超低功耗设计，延长锂电池使用寿命，无需现场布线，采用能量型ER26500/3.6V/9 000 mAh 耐低温锂电池供电（连续工作时间3 a 以上），解决了现场布线问题，节省了以前施工布线所用材料的费用；采用插件式模块化PCB板便于后期维护，维护成本更低；分体式传感器可以随时替换玻璃管温度计而不必动火重新开孔施工作业，安全、环保、节能，节省了改造费用；抱箍式安装方式可以按照现场安装环境抱箍在附近管道上，不受安装位置环境影响，安装、维护方便快捷；壳体是铝合金及ABS材料，结构紧凑，体积小巧，既保证了全密封设计，又保证了无线通信的顺畅。外壳具有抗紫外线、抗高低温、防水、防潮、防尘等特点。

2.3 环境适应强，适用范围广

无线温度变送器采用耐高低传感器，在结构上进行了重新设计，供电方式上采用了耐高低温锂电池供电，安装方式上采用分体式安装，经测试无线温度变送器在-40～85 ℃，工作稳定，数据采集正常，使整个系统的运行条件得到了很大改善[4]，减少了系统故障，减少因高、低温导致温度变送器的损坏，延长了温度变送器的使用寿命，完全能够在低温和高温介质热辐射的恶劣环境下运行，主要应用领域是针对野外或配套供电环境不便的场合，如输油、输气、供暖等输送能源管道场合进行温度检测[5]。适合油田老区改造，计量阀组间等无人值守集油输送远程监控环境等。使整个温度监测系统的可靠性和稳定性得到了大幅提高。

2.4 无线通信，安装、调试效率高

原有温度变送器安装时电缆裸露在外易损坏，改造时需要开孔动火，存在较大的安全隐患。原有温度变送器安装调试需要多人配合校线联调，无线温度变送器中无线、RFID 通讯功能解决了通讯电缆易损问题，同时还解决了后期安装维护成本高，安装、调试效率低的问题[6]。嵌入RFID电路及外部NFC，可以快速读取设置地址等内容，一个人即可以操作，节省了大量的人工调试费；现场可通过RFID 通讯直接调试，可靠性高，抗干扰能力强，安装、调试效率高。无线温度变送器提高了调试工作效率，降低了人工、材料成本，降低了安全隐患，提升产品质量。使整个系统的稳定性、安全性得到了大幅提高。

3 现场应用

该无线温度变送器应用于大庆油田第三采油厂第二油矿700 台、大庆油田第二采油厂1 340 台，合计应用2 040 台。无线温度变送器产品优势明显，减少了施工布线，节省了人工、材料成本，安装、调试效率高，后期维护简便[7-11]。

1）有线温度变送器年单台能耗为0.48 W，单台年耗电量4.2048kWh；年节约用电8577.792kWh。

2）每台安装可节约1 人次人员施工调试费，人员施工调试费700 元来计算，目前已安装调试2 040台，节约费用142.8万元。

3）无线温变无需施工布线，若布线每台有线温变均需约30 m 线缆，安装无线温度变送器节省材料费36.72万元。

4）无线温度变送器安装施工方便，无需施工布线，单台施工调试减少一人次，共减少施工调试2 040/台×人次。

4 结论

该无线温度变送器结构简单，安装、维护、调试方便，可靠性、稳定性高。安装无需布线、模块化、功耗低，安装、维护成本低，节省了以往的人工安装调试费用、材料费等费用。且节能降耗效果明显，同时可以提高数字化油田数据信息管理水平。可以直接替代原有玻璃管温度计，无需停产作业，无需开孔布线，压缩了施工周期，计量间无需停产，间接提升了产量，大大降低了劳动强度。