2. 示功图采集与测试仪器

示功图判读的第一步不是“看图”，而是“拿到一张可信的图”。示功图本质上是抽油机一个冲程内悬点载荷随悬点位移变化的闭合曲线，因此采集系统必须同时、同步地测准两个物理量：光杆载荷（kN）与悬点位移（m）。任一通道的零点漂移、量程不匹配或采样不同步，都会让图形“变形”，把正常井误判为供液不足，或把真实故障掩盖掉。本节围绕传感器选型、示功仪操作、采样参数与现场注意事项展开。

一、载荷与位移传感器的类型与选型

载荷测量常用两类方案。其一是应变式载荷传感器，安装在光杆卡子与悬绳器之间，通过应变桥感受光杆轴向力，输出毫伏级信号，经放大后由示功仪采集。它精度高、线性好，适合日常周期测试，但安装时需要卸载或使用专用液压/机械加载装置，且对偏载、冲击敏感。其二是液压式载荷传感器，以液压腔压力经压力变送器换算载荷，结构简单、抗冲击，常见于长期在线监测，但存在温度漂移和密封老化问题，需定期标定。

位移测量常见三种方式：拉线式位移传感器将拉线固定在悬绳器或光杆上，随光杆上下运动拉动编码器，量程需覆盖冲程并留余量；角位移传感器安装在游梁支点或曲柄轴处，测游梁转角后经几何关系换算悬点位移，安装方便但需准确输入游梁前臂长、支点位置等机型参数；加速度式（惯性）位移测量通过加速度二次积分得到位移，无需拉线，适合在线装置，但积分漂移需用冲程端点校正。选型时应核对量程、精度、防护等级与工作温度，例如常见冲程 3～6 m 的井，位移量程宜选 8 m 以上；载荷量程应大于该井最大悬点载荷的 1.2 倍。

二、示功仪操作规范

操作流程可概括为“装—标—采—存—核”五步，但每一步都有易错点。安装前先停机、刹车、切断控制柜动力并挂警示牌，确认光杆卡子无松动。安装载荷传感器时保证其受力面与光杆轴线垂直，避免偏载造成附加弯矩；拉线式位移传感器拉线应与光杆运动方向平行，拉线不得打结、蹭碰井口部件，预留行程要大于冲程，防止拉断。

标定是决定图形可信度的关键。载荷零点应在光杆不受载或已知静载状态下确认，若采用液压传感器需记录环境温度；位移零点通常取下死点位置，并明确全文约定：位移从下死点起算、向上为正。启动抽油机后先空跑 2～3 个冲程，让示功仪稳定跟踪，再开始正式记录。采集完成后现场回放图形，检查曲线是否闭合、上下死点是否被完整包含、有无明显毛刺或跳变，确认无误再保存并记录井号、冲程、冲次、泵径、下泵深度、测试时间与传感器编号。

三、数据采集频率与精度要求

示功图是周期信号，按采样定理，采样频率应远高于冲程频率。以冲次 6 次/min 为例，冲程周期为 10 s，若采样频率 100 Hz，则每冲程约 1000 点，足以刻画上下冲程的转折与“刀把”“拱形”等特征；工程上一般要求每冲程不少于 200 点，采样频率不低于 50～100 Hz，在线装置可适当降低但不应低于 20 Hz。两通道必须共用同一时基，避免载荷与位移错位导致图形“开口”或相位偏移。

精度方面，载荷通道综合误差宜控制在满量程的 ±1%～±2%，位移通道宜控制在 ±1% 或 ±10 mm 以内（取较严者）。分辨率不足会让示功图上下轮廓变得“台阶化”，影响对游动阀、固定阀开启点的判断。此外应关注温度漂移与长期稳定性，在线装置建议每 3～6 个月用标准载荷源或对比法复核一次。

四、现场测试注意事项

• 安全优先：井口作业远离平衡块旋转区与悬绳器运动轨迹，严禁在抽油机运行中用手扶拉线或调整传感器。
• 工况一致：测试期间保持冲程、冲次、泵挂与正常生产一致，避免刚洗井、刚调参或液面剧烈波动时取样，否则图形不具代表性。
• 多点验证：单张图异常时，连续采集 3～5 个冲程对比，排除偶然冲击、结蜡瞬时变化与传感器松动。
• 记录完整：同步记录井口回压、套压、含水、动液面等生产参数，为后续判读提供边界条件。
• 设备防护：雨雪、强风与强电磁环境下注意接头防水与信号线屏蔽，避免工频干扰在曲线上形成规律性毛刺。

把采集环节做扎实，后续的“供液不足、气影响、游动阀漏失、固定阀漏失、抽油杆断脱、泵卡”等典型图形判读才有可靠基础。现场可用一张简表把关键参数固定下来，形成可追溯的测试记录。