CN103775060B - 热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪及测试方法，属于油田井下压力测量技术领域。应用温度补偿压力提高压力测量精度：热电偶温度补偿压力毛细管压力测量补氮控制仪与井下热电偶测温相配合，应用井下毛细管出口处的热电偶所测温度与井口温度变送器所测的温度、压力变送器所测压力相结合，达到应用温度补偿压力提高毛细管测压精度的目的；按定时方式补氮：通过按键设定间隔天数与间隔天数下的整点时间；当补充氮气条件达到时，仪表对外控制固态继电器SSR，控制外部常闭式电磁阀的打开与关闭，以控制氮气源及时向井下毛细管中补充氮气，避免毛细管阻塞。

Description

热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪及测试方法

技术领域

本发明涉及热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪及测试方法，属于油田井下压力测量技术领域。

背景技术

井下压力资料是一项极为重要的资料，是研究油藏动态，选择和检查地面采油工艺流程的重要手段。

在油田测量井下压力大致可分为三种方法：电子压力计测压法、光纤测压法、毛细管测压法。

电子压力计测压法：最高耐温为200℃，短期测量。

光纤测压法：光纤测压法多选用光纤法布里-帕罗(F－P)腔测压，而F－P(分为EFPI、IFPI)传感器导入纤为单模，单模的导入纤只能与单模传输纤相熔接，目前阶段单模光纤最高而温为300℃，即现有光纤压力测量系统最高耐温为300℃。

毛细管测压法

优点：

毛细管测压具有井下无任何电子元器件、无任何高精密度器件、抗腐蚀、耐高温，在高温井(SAGD注汽生产井、火驱井)等特殊高温场合，毛细管测压法对井下压力测量起到举足轻重的作用。

缺点：大多数毛细管测压井，以井口压力变送器所测压力作为井下毛细管出口处压力、将测量到的井口压力变送器压力加减0.1MPa作为井下压力或地面毛细管出口处压力变送器所测压力值加井底到井口垂直氮气柱压力估算值，面临测压精度低。

毛细管需要间断性补充氮气、人工劳动强度大、不便于管理：毛细管测压的理想条件是在井下毛细管出口处，地层压力与毛细管内氮气的压力达到一个平衡，而当地层压力降低时，由于毛细管内氮气压力高于地层压力，使得一部分氮气进入地层，此时仍可达到毛细管出口处地层压力与毛细管内氮气压力相平衡，但当地层压力重新升高时，地层的压力大于毛细管内氮气的压力，则压力平衡点将上移至毛细管内，一部分地层液体将进入毛细管，若不及时向毛细管中补充氮气，将有更多的地层液体进入毛细管，很可能出现毛细管中携带的泥沙阻塞毛细管。为了保证测压准确性、避免毛细管阻塞现象的发生，就需要定期或不定期的人为的打开氮气瓶及毛细管的手动阀门向毛细管中手工补充氮气，以保证压力平衡点位于毛细管出口处。对于毛细管测压井，补氮制度要求每周不间断的每井至少补充氮气两次，每井次补充氮气时间为3min且新疆自然环境恶劣(夏天热冬天冷)毛细管测压井数多，现场面临劳动强度大，不便于维护管理等缺点。发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪及测试方法。

提供热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪及测试方法，提高压力测量精度的同时，按补氮气要求自动向毛细管中补充氮气减轻人工劳动强度方便现场维护与管理。

热电偶温度补偿压力测量补氮控制测试方法,应用温度补偿压力提高压力测量精度：热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪与井下热电偶相配合，应用井下毛细管出口处的热电偶所测温度与井口温度变送器所测的温度、井口毛细管出口处压力变送器所测压力相结合，应用极限密度下的极限分段距离累加法，达到应用温度补偿压力提高毛细管测压精度的目的；

按定时方式(通过按键设定间隔天数与间隔天数下的整点时间设定)补充氮气、压力设定判断方式(通过外部按键设定开始补充氮气的压力阈值，按0.1MPa步进值设定)对外控制固态继电器SSR，控制外部常闭式电磁阀的打开与关闭，以控制氮气源及时向井下毛细管中补充氮气，避免毛细管阻塞。

热电偶温度补偿压力测量补氮控制测试方法,其特征在于含有以下步骤:

压力判断方式补充氮气步骤：

①、压力判断方式补充氮气模块：当仪表上电开机后，完成整体全局变量的初始化，按两次INT0，此时中断次数计数值it0value0等于2，返回主函数；主函数中判断全局变量的外部中断计数值it0value0等于2，进入压力测量子函数，首先进行LCD12864清屏，在LCD第一行显示“压力1：”，在LCD第二行显示“压力2：”软件延时3秒，(3秒更新一次LCD)，循环调用AD采集子函数12次，并存放在无符号整形变量dat2[]数组中，之后程序找出dat2[]中的最大值、最小值，并将最大值最小值去掉，将dat2[]数组中剩余10个的无符号整形变量相加，再除以10，将此时的结果作为最终转换结果；如果此次转换结果小于每个通道的压力标零度值(AD10)0x333，则在LCD12864的第一行，0X84(“压力1；”)后面显示“0.00MPa”，如果此时的AD转换值大于压力标零度值(AD10)0x333，AD转换结果对应压力值为：AD1＝(16*(float)(dat-AD10))/(AD11-AD10)，得出十进制压力值调用温度补偿压力子函数(按极限分段距离下，极限密度，压力累加计算出井底压力)；

在SAGD注汽井中，井口温度270℃，井底毛细管出口处温度为200℃，允许最小压力误差值为0.004MPa，求出最小误差下的沿井筒的最小分段距离

$H=\frac{P}{{\mathrm{\ρ}}_{m}g}---\left(1\right)$

当密度达到最大值时，极限分段距离最小，由克拉百龙方程求出最大密度：

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{m}{V}=\frac{P_{m}m}{nRT}=\frac{P_m\×0.028}{8.31(273.1+t)}---\left(2\right)$

当温度最小、压力最大时密度最大，整个井筒内最大氮气密度为：

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{m}{V}=\frac{P_{m}m}{nRT}=\frac{P_m\×0.028}{8.31(273.1+t)}=\frac{4000000\×0.028}{8.31(273.1+200)}=28.488kg/m^3---\left(3\right)$

则最小的极限分段距离为

$H=\frac{P}{{\mathrm{\ρ}}_{m}g}=\frac{0.04}{28.488\×0.00981}=0.0143m---\left(4\right)$

H为井口到井底最小分段距离,P为允许最小压强误差0.004MPa，g为重力加速度，ρ_m毛细管中氮气最大密度，m为氮气质量，V为氮气体积，P_m为毛细管中最大氮气压强，n表示物质的量，T为绝对温度，R表示气体常数，t为实际环境温度。

程序中设定迭代累加次数为，i＝hight/H，hight为垂直井深值，垂直井深设定为200m，极限分段距离下的累加次数为13986，则从井口到井底每一个极限分段距离下的温度差值为0.005℃，以井口温度、压力为基准点，第一段的极限分段距离下的温度值为t1＝t0-0.005,极限分段距离下对应的氮气密度为r1＝3369.4*p0/(273.15+t1)(其中p0为井口压力变送器所测压力值)，则第一个极限分段距离下对应的氮气压力值为p1＝p0+r1*0.00981*0.0003，重新以第一个极限分段距离为基点，继续向下执行，循环执行i＝hight/H次，此时所得到的压力值p1为井下毛细管出口处压力；将此时的压力值在LCD第一行进行显示，程序继续执行压力比较子函数，将此时压力值重新按dat＝p1*(AD11-AD10)/16+AD10计算出井底压力对应的二进制值，将此时二进制值与按键设定补氮压力值阈值对应的二进制值进行比较，以决定是否对外打开SSR(在仪表4～20mA通道零满度标定过程中，记录补氮压力阈值对应的电流值及二进制值)；

②、压力判断方式补充氮气、压力阈值设定步骤：

在仪表上电开机后，按三次外部中断按键，此时全局变量按键中断计数值it0value0等于3，程序进入压力阈值设定模块；首先LCD12864清屏，在LCD上显示“设定1：”“设定2：”，判断与单片机相连的S0键电平值是否等于0，如果S0电平值等于0，则表示有键按下，全局变量的压力阈值设定变量press4加1，将press4计数值除以10加小数点后，在LCD第三行压力设定显示，每按一次S0键则对应的压力阈值press4加1，当按键值大于20时(表示最大设定压力为2.0MPa)，将压力阈值设定变量press4赋值为0，press4重新计数，直至达到满意的压力阈值；

定时方式补氮程序步骤：

①、程序默认的定时补充氮气模式：程序中默认全局中断计数值it0value0等于0，则进入定时补氮子模式，首先进行LCD12864清屏，在LCD第三行显示“设定时间：”“1天”、“10时”，同时在LCD12864的第一行、第二行显示当前年、月、日、时、分、秒；表征固态继电器打开状态的变量(SSRflag，程序初始化过程中)设定为0，程序执行补充氮气时间计算子程序。根据time结构体中所存的“月”值，转向“月”所对应的swith分支函数(一年有12个月，则有12个分支入口)，将全局变量的间隔天数下的整点时间hour＝10赋值给hour1，间隔天数(day＝1天)与当前时间结构体中的timer.day相加，如果其结果大于当前月份所对应的总天数，则对应的补氮月份计数值month1值为当前月份值加1，此时打开固态继电器时间的全局变量day1等于time.day与原day1相加的和，再减去本月的总天数；如果当前月份值正好为12月份且当前天数与间隔天数day相加后总数值大于31，则全局变量month1被赋值为1月份，同时year1被赋值为下一年，此时得到下一次补充氮气的具体时间存放在全局变量year1、month1、day1、hour1、minute1中，同时将固态继电器打开状态变量SSRflag赋值为1(避免重复计算，固态继电器一直不打开)，表示已经计算过一次固态继电器打开时间了；程序继续进行将timer结构体中当前时间time.year、time.month、time.week、time.day、time.hour、time.minute与下次补氮时间year1、month1、day1、hour1、minute1进行比较，相等时则打开固态继电器(SSR0＝0)，延时3min(按补氮要求软件延时，人为更改)，后关闭SSR(SSR0＝1)同时将固态继电器状态变量SSRflag赋值为0(以便主程序计算下次补氮时间)；单片机中断按键int0计数值it0value0不变，单片机始终工作于定时补氮间隔1天，10时模式。

②定时模式下间隔天数及间隔天数下的整点补氮时间更改

若补氮间隔天数要求5天，整点时间要求12时，按外部中断按键一次，此时it0value0等于1，进入定时模式下，间隔天数与间隔天数下的整点时间更改子函数，LCD清屏，同时显示“设定间隔天数：1天，设定整点时间：10时”。判断外部按键S0电平值是否等于0，软件延时后若等于0则表示S0被按下，此时day加1，同时判断S0按下次数day是不否大于7，若大于7则重新赋值为1，表示补氮间隔天数在1到7天之间。按下S0键4次，此时day＝5表示补氮间隔天数为5天。程序继续判断外部S1电平值是否等于0，若等于0则表示S1有键按下，对应的hour值加1，同时判断hour值是否大于20，若大于20则被重新赋值为10表示整点补氮时间在间隔天数下的10点到20点之间补氮。按S1键2次，hour＝12，若误按几次S0或S1键，则hour,day循环累加显示显示，直至达到满意的设定值。补氮间隔天数及整点时间设定完毕后，按INT0键4次，此时it0value0＝0重新进入定时模式，程序按默认的定时补充氮气步骤①执行，间隔天数为5天，整点时间为12的补充氮气模式。

③更改单片机当前时间子函数步骤：当需要更改单片机时间时，仪表上电后，按四次外部中断按键INT0，则中断子函数全局中断变量值it0value0等于4，转去执行单片机时间更改子函数；首先执行LCD12864清屏，读一次实时时钟，将读到的当前时间在LCD12864上进行显示；程序顺序执行外部按键扫描子函数，判断外部按键S0电平值是否等于0(即是否有键按下)，若外部按键S0电平值等于0表示有键按下，经过软件去抖后确实有S0被按下，S0计数值count值加1，判断count值是否大于4，若大于4则，将count清0(只进行年、月、日、时、分值更改)。

如果count等于0，则表示要更改“年”值，此时swith分支转向“年”更改子函数，扫描单片机外部按键S1电平值是否等于0，若S1等于0(有键按下)则全局变量timer结构体中的timer.year加1，判断timer.year是否大于22(可人为更改)，若大于22则将timer.year赋值为11，同时将“年”在LCD12864上显示；如果count等于1时，则表示要更改“月”值，此时swith分支转向“月”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0将全局变量timer结构体中的timer.month加1，判断timer.month是否大于12(一年12个月)，若大于12则将timer.month赋值为1，同时将设定数值进行显示；如果count等于2，则表示要更改“日”值，此时swith分支转向“日”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0则结构体timer中的timer.day加1，判断timer.day是否大于31，若大于31则将timer.day赋值为1，同时将timer.day在LCD上显示；如果count等于3，则表示要更改“时”值，此时swith分支转向“时”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0则全局变量timer结构体中的timer.hour加1，判断timer.hour是否大于或等于24(一天24小时)，若大于或等于24则将timer.hour赋值为0，同时在LCD上显示设定“时”值；如果count等于4，则表示要更改“分”值；单片机扫描外部按键S1是否等于0，若等于0则全局变量timer结构体中的timer.minute加1，判断timer.minute是否大于59(一小时等于60分)，若大于59则将timer.minute赋值为0，同时将timer.minute在LCD上显示“分”值；当时间更改满意后，再按一次中断INT0键，程序将更改过后“年、月、日、时、分”写入到实时时钟U4(DS1302)中，实现单片机实时时钟应用外部按键更改。

热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪，其特征在于:

(1)、数据采集:

①、第一路数据采集描述：

外部压力变送器电流从第一连接器的1脚流入，流经第十四电阻后，从第一连接器的2脚流出，重新流回到井口热电偶仪表的负输入端，在第十四电阻的两端形成1～5V电压，但此电压为差动电压，差动电压的正输入端连接第十六电阻，第十六电阻连接到第十三集成块的2脚，第十三集成块的2脚与第二十二电阻相连后连接到第十三集成块的1脚；差动电压经第十四电阻的负输入端连接到第十七电阻的一端，第十七电阻的另一端与第十三集成块的3脚相连，同时第十三集成块的3脚，连接到第二十一电阻的一端，第二十一电阻另一端接地；这样第十三集成块的1脚形成单端的1～5V电压，第十三集成块的8脚接6V电源、4脚接地；第十三集成块的1脚的单端1～5V电压输入到12位11路的串行模拟量到数字量转换器U14的1脚，数字量转换器U14在单片机控制下完成转换后，通后16脚输入到单片机；

②、第二路数据采集部分：外部压力变送器电流从第二连接器的1脚流入，流经第十五电阻电阻后，从第二连接器的2脚流出，重新流回到井口热电偶仪表的负输入端，则在第十五电阻的两端形成1～5V电压，但此电压为差动电压，差动电压的正输入端与第二连接器的1脚相连并连接第十九电阻，第十九电阻连接到第十三集成块的6脚，第十三集成块的6脚与第二十四电阻相连后连接到第十三集成块的7脚；差动电压第十五电阻的负输入端，连接到第二十电阻的一端，第二十电阻的另一端与第十三集成块的5脚相连，同时第十三集成块的5脚，连接到第二十三电阻的一端，第二十三电阻另一端接地；这样第十三集成块的7脚形成单端的1～5V电压，单端1～5V电压输入12位11路的串行模拟量到数字量转换器的2脚；

第十四集成块模拟量到数字量转换器的15、16、17、18、19脚分别与单片机的5、4、3、2、1脚相连；

(2)、实时时钟部分：

单片机6、7、8脚分别与第四集成块的7、5、6脚相连；第四集成块的1脚接电源+5V，1脚接极性第四电容的正端，第四电容的负端接地，8脚接外部备用电池的正极，外部备用电池的负极接地、第四集成块的2、3脚分别与外部晶振的两端相连，第四集成块的4脚接地；

(3)、对外数据传输部分：

数据传输芯片的16脚接正5V电源，2脚接极性第十一电容的正端，第十一电容的负端接数据传输芯片16脚，数据传输芯片的14脚接第一接口J2的3脚，数据传输部分芯片的13脚接第一接口的2脚，数据传输部分芯片的6脚接极性第九电容的负端，第九电容的正端接地，数据传输芯片的1脚接极性第八电容的正端，第八电容的负端接数据传输芯片的3脚；数据传输芯片的4脚接极性第七电容的正端，第七电容的负端接数据传输芯片的5脚；数据传输芯片的11脚接单片机的11脚，数据传输芯片的12脚接单片机的10脚；数据传输芯片的15脚接地；数据传输芯片的7、8、9、10脚不连；

(4)、LCD显示部分：

LCD第二接口P1的1、20脚接地，2、19、17脚接正5V；第二接口的4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15脚分别与单片机的32、33、34、21、22、23、24、25、26、27、28、35相连；

(5)、电源部分：

电源部分包括两部分：

①、5V电源部分：

外部的9V电源通过圆形电源接口与电源开关SW-DPDT相连，电源开关SW-DPDT连接到极性第二电容的正端，极性第二电容的负端连接到地；极性第二电容的正端与线性稳压器第六集成块的3脚相连，线性稳压器的4脚与线性稳压器的2脚相连，2脚接第六电容的一端，第六电容的另一端接地；线性稳压器第六集成块的2脚接发光二极管的正端，发光二极管的负端接第L电阻的一端，第L电阻另一端接地；线性稳压器第六集成块的2脚接极性第五电容的正端，极性第五电容的另一端接地，线性稳压器第六集成块的1脚接地；此时线性稳压器第六集成块的2脚输出5V电压；

②、6V电源部分：

外部输入的直流9V电压，接极性第一电容的正端，极性第一电容的负端接第二电阻的一端，第二电阻的另一端接地；线性稳压器的3脚接9V电源，线性稳压器的2脚接线性稳压器的4脚，线性稳压器的2脚同时接第五电阻的一端，第五电阻的另一端与极性第一电容的负端相连；线性稳压器的2脚接第三电容的一端，第三电容的另一端接地，此时线性稳压器的2脚输出正6V电压；

(6)、复位电路：

极性第十电容的正端接正5V，极性第十电容的负端接第七电阻的一端，第七电阻另一端接地，极性第十电容的负端接单片机的9脚；

(7)、晶振电路：

晶振的一端接极性第十二电容的正端,第十二电容的正端接单片机的18脚，极性第十二电容的负端与极性第十三电容的负端相连并接地，极性第十三电容的正端，接单片机的19脚，同时极性第十三电容的正端接晶振的另一端；

(8)、单片机在线下载器接口电路：

单片机的6脚与在线下载器接口的1脚相连，单片机的8脚与在线下载器接口的3脚相连，单片机的7脚与在线下载器接口的5脚相连；在线下载器接口的1、2两脚用路线帽相连，3、4两脚用路线帽相连，5、6两脚用路线帽相连；在线下载器接口的2脚与第三接口的1脚相连，在线下载器接口的4脚与第三接口的7脚相连，在线下载器接口的6脚与第三接口的9脚相连，第三接口的5脚与单片机的9脚相连，第三接口的10脚与地相连。

本发明的有益效果：本发明热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪及测试方法(1)、与井口原热电偶仪表配合，应用井口压力变送器输出的4～20mA电流，达到压力测量的目的。(2)、热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪与井下热电偶所测的温度、井口温度、井口压力变送器所测压力相结合、在仪表允许最小误差极限分段距离下，累加计算井下毛细管出处压力，达到温度补偿压力，提高井下毛细管测压精度的目的。(3)、根据地层的压力情况，通过按键设定自动补充氮气的压力阈值或通过按键设定自动补充氮气的间隔时间及整点时间，达到按压力判断方式或定时方式自动控制固态继电器(SSR)、开关常闭式电磁阀，达到接通氮气源向井下毛细管中补充氮气的功能，减轻人工劳动强度，方便管理维护。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的电源结构示意图。

图2为本发明的电源结构示意图。

图3为本发明的单机复位电路示意图。

图4为本发明的晶振电路结构示意图。

图5为本发明的单机下载电路示意图。

图6为本发明LCD显示部分电路示意图。

图7为本发明的单片机电路图。

图8为本发明的数据传输电路示意图。

图9为本发明的压力采集电路示意图。

图10为本发明的时钟电路结构示意图。

图11为本发明的地面仪表连接部分结构示意图。

图12是本发明热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪定时模式、补氮间隔天数整点时间更改程序框图。

图13是本发明热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪实时时间更改程序框图。

图14是本发明热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪压力判断模式补氮子程序框图。

图15是本发明热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪补氮压力阀值设定子程序框图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示的电路原理图

(1)、数据采集部分如图9为本发明的压力采集电路示意图所示：第十四集成块模拟量到数字量转换器U14的15、16、17、18、19脚分别与单片机的5、4、3、2、1脚相连。

①、第一路数据采集描述：

外部压力变送器电流从第一连接器U10的1脚流入，流经第十四电阻R14电阻后，从第一连接器U10的2脚流出，重新流回到井口热电偶仪表的负输入端(地端)，在第十四电阻R14的两端形成1～5V电压，但此电压为差动电压，差动电压的正输入端(与第一连接器U10的1脚相连)连接第十六电阻R16，第十六电阻R16连接到第十三集成块U13A的2脚，第十三集成块U13A的2脚与第二十二电阻R22相连后连接到第十三集成块U13A的1脚；差动电压第十四电阻R14的负输入端，连接到第十七电阻R17的一端，第十七电阻R17的另一端与第十三集成块U13A的3脚相连，同时第十三集成块U13A的3脚，连接到第二十一电阻R21的一端，第二十一电阻R21另一端接地；这样第十三集成块U13A的1脚形成单端的1～5V电压，第十三集成块U13A的8脚接6V电源、4脚接地；第十三集成块U13A的1脚的单端1～5V电压输入到12位11路的串行模拟量到数字量转换器U14的1脚，数字量转换器U14在单片机控制下完成转换后，通后16脚输入到单片机；数字量转换器U14的16脚数据进入单片机后，应用12次数据采集、累加、去掉最大值最小值、再取平均值的方法，达到提高测试精度，防止数据跳动；

②、第二路数据采集部分：外部压力变送器电流从第二连接器U11的1脚流入，流经第十五电阻R15电阻后，从第二连接器U11的2脚流出，重新流回到井口热电偶仪表的负输入端(地端)，则在第十五电阻R15的两端形成1～5V电压，但此电压为差动电压，差动电压的正输入端(与第二连接器U11的1脚相连)连接第十九电阻R19，第十九电阻R19连接到第十三集成块U13B的6脚，第十三集成块U13B的6脚与第二十四电阻R24相连后连接到第十三集成块U13B的7脚；差动电压第十五电阻R15的负输入端，连接到第二十电阻R20的一端，第二十电阻R20的另一端与第十三集成块U13B的5脚(正端)相连，同时第十三集成块U13B的5脚，连接到第二十三电阻R23的一端，第二十三电阻R23另一端接地；这样第十三集成块U13B的7脚形成单端的1～5V电压，单端1～5V电压输入12位11路的串行模拟量到数字量转换器U14的2脚，数字量转换器U14在单片机控制下(单片机控制数字量转换器U14的15、16、17、18、19脚)完成转换后，通后16脚输入到单片机；数字量转换器U14的16脚数据进入单片机后，应用12次数据采集、累加、去掉最大值最小值、再取平均值的方法，达到提高测试精度，防止数据跳动；

(2)、实时时钟部分电路图如图10为本发明的时钟电路结构示意图。

实时时钟部分所示：

单片机6、7、8脚分别与第四集成块U4的7、5、6脚相连；第四集成块U4的1脚接电源+5V，1脚接极性第四电容C4的正端，第四电容C4的负端接地(起到稳压滤波作用)，8脚接外部备用电池U15的正极，外部备用电池U15的负极接地、第四集成块U4的2、3脚分别与外部晶振U1的两端相连，第四集成块U4的4脚接地；

(3)、数据传输部分如图8为本发明的数据传输电路示意图，对外数据传输部分所示：

数据传输芯片U9的16脚接正5V电源，2脚接极性第十一电容C11的正端，第十一电容C11的负端接数据传输芯片16脚，数据传输芯片U9的14脚接J2的3脚，数据传输部分芯片U9的13脚接J2的2脚，数据传输部分芯片U9的6脚接极性第九电容的C9的负端，第九电容的C9的正端接地，数据传输芯片U9的1脚接极性第八电容C8的正端，第八电容C8的负端接数据传输芯片U9的3脚；数据传输芯片U9的4脚接极性第七电容C7的正端，第七电容C7的负端接数据传输芯片U9的5脚；数据传输芯片U9的11脚接单片机的11脚，数据传输芯片U9的12脚接单片机的10脚；数据传输芯片U9的15脚接地；数据传输芯片U9的7、8、9、10脚不连；

(4)、LCD12864接口P1连接图如图6为本发明的结构LCD显示电路示意图，LCD显示部分所示：

LCD接口P1的1、20脚接地，2、19、17脚接正5V；接口P1的4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15脚分别与单片机的32、33、34、21、22、23、24、25、26、27、28、35相连；

(5)、电源部分

电源部分包括两部分

①、外接9V电源到5V电源转换部分如图2为本发明的电源结构示意图。5V电源部分所示：

外部的9V电源通过圆形电源接口J1与电源开关SW-DPDT相连，电源开关SW-DPDT连接到极性第二电容C2的正端，极性第二电容C2的负端连接到地；极性第二电容C2的正端与线性稳压器第六集成块U6的3脚相连，线性稳压器第六集成块U6的4脚与线性稳压器第六集成块U6的2脚相连，2脚接第六电容C6的一端，第六电容C6的另一端接地；线性稳压器第六集成块U6的2脚接发光二极管D1的正端，发光二极管D1的负端接第L电阻L1的一端，第L电阻L1另一端接地；线性稳压器第六集成块U6的2脚接极性第五电容C5的正端，极性第五电容C5的另一端接地，线性稳压器第六集成块U6的1脚接地；此时线性稳压器第六集成块U6的2脚输出5V电压；

②、9V到6V转换部分如图1为本发明的电源结构示意图。

6V电源部分所示：

外部输入的直流9V电压，接极性第一电容C1的正端，极性第一电容C1的负端接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地；线性稳压器U2的3脚接9V电源，线性稳压器U2的2脚接线性稳压器U2的4脚，线性稳压器U2的2脚同时接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端与极性第一电容C1的负端相连；线性稳压器U2的2脚接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端接地，达到滤波稳压的作用，此时线性稳压器U2的2脚输出正6V电压；

(6)、复位电路如图3为本发明的单机复位电路示意图，单片机复位部分所示；

极性第十电容C10的正端接正5V，极性第十电容C10的负端接第七电阻R7的一端，第七电阻R7另一端接地，极性第十电容C10的负端接单片机U8的9脚。

(7)、晶振电路如图4为本发明的晶振电路结构示意图，单片机晶振部分所示；

晶振U12的一端接极性第十二电容C12的正端,第十二电容C12的正端接单片机U8的18脚，极性第十二电容C12的负端与极性第十三电容C13的负端相连并接地，极性第十三电容C13的正端，接单片机U8的19脚，同时极性第十三电容C13的正端接晶振U12的另一端；

(8)、单片机在线下载器接口电路如图5为本发明的单机下载电路示意图，单片机程序下载部分所示：

单片机U8的6脚与在线下载器接口P2的1脚相连，单片机U8的8脚与在线下载器接口P2的3脚相连，单片机U8的7脚与在线下载器接口P2的5脚相连；在线下载器接口的1、2两脚用路线帽相连，3、4两脚用路线帽相连，5、6两脚用路线帽相连；在线下载器接口P2的2脚与第三接口P3的1脚相连，在线下载器接口P2的4脚与第三接口P3的7脚相连，在线下载器接口P2的6脚与第三接口P3的9脚相连，第三接口P3的5脚与单片机的9脚相连，第三接口P3的10脚与地相连。

为了与井口热电偶相配合，达到温度补偿压力提供毛细管测压精度目的，故数据采集部分将热电偶仪表(为了应用其电源及在毛细管出口处热电偶所测温度)、压力变送器、热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪串连在一起组成一个回路。

(9)、单片机其它引脚连接情况

单片机AT89S52的29、30悬空，31、40脚接电源正5V，20脚接地。

实施例2：如图12是本发明热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪定时模式、补氮间隔天数及整点时间更改子程序框图所示；

图13是本发明热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪实时时间更改子程序框图所示；

图14是是本发明热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪压力判断模式补氮子程序框图所示；

图15是是本发明热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪补氮压力阈值更改子程序框图所示；

热电偶温度补偿压力测量补氮控制测试方法，含有以下步骤；

仪表上电后首先将定时补氮过程中的全局变量的年(year1)、月(month1)、日(day1)、时(hour1)、分(minute1)全部赋值为0，全局中断计数值(it0value0)赋值为0，全局变量固态继电器打开状态变量(SSRflag)赋值为0，压力标定用的零度值(AD10)赋值为0x333，满度值赋值(AD11)为0xfff，将打开固态继电器间隔天数day(全局变量)赋值为1天,整点时间hour(全局变量)赋值为10时，仪表使用前先进行程序下载，时间结构体的变量time.year、time.month、time.week、time.day、time.hour、time.minute、time.second分别赋值为“11”，“12”，“9”，“14”，“17”，“0”(表示2011年12月9日14时17分00秒)并写入实时时钟，压力设定按键计数值press4(全局变量)等于0，打开单片机总中断，设定中断方式为下降中断，进行LCD12864的初始化(为了使LCD正常显示)。，将实时时钟写入语句双斜线屏蔽(下次下载时不再调用写时间，只是读取时间，实时时钟正常运行)，重新对代码编译，重新下载原程序，重新完成以上所述各变量赋值。

(1)、定时方式补氮程序模块描述：

①、程序默认的定时补充氮气模式：程序中默认全局中断计数值it0value0等于0，则进入定时补氮子模式，首先进行LCD12864清屏，在LCD第三行显示“设定时间：”“1天”、“10时”，同时在LCD12864的第一行、第二行显示当前年、月、日、时、分、秒；表征固态继电器打开状态的变量(SSRflag，程序初始化过程中)设定为0，程序执行补充氮气时间计算子程序。根据time结构体中所存的“月”值，转向“月”所对应的swith分支函数(一年有12个月，则有12个分支入口)，将全局变量的间隔天数下的整点时间hour＝10赋值给hour1，间隔天数(day＝1天)与当前时间结构体中的timer.day相加，如果其结果大于当前月份所对应的总天数，则对应的补氮月份计数值month1值为当前月份值加1，此时打开固态继电器时间的全局变量day1等于time.day与原day1相加的和，再减去本月的总天数；如果当前月份值正好为12月份且当前天数与间隔天数day相加后总数值大于31，则全局变量month1被赋值为1月份，同时year1被赋值为下一年，此时得到下一次补充氮气的具体时间存放在全局变量year1、month1、day1、hour1、minute1中，同时将固态继电器打开状态变量SSRflag赋值为1(避免重复计算，固态继电器一直不打开)，表示已经计算过一次固态继电器打开时间了；程序继续进行将timer结构体中当前时间time.year、time.month、time.week、time.day、time.hour、time.minute与下次补氮时间year1、month1、day1、hour1、minute1进行比较，相等时则打开固态继电器(SSR0＝0)，延时3min(按补氮要求软件延时，人为更改)，后关闭SSR(SSR0＝1)同时将固态继电器状态变量SSRflag赋值为0(以便主程序计算下次补氮时间)；单片机中断按键int0计数值it0value0不变，单片机始终工作于定时补氮气1天，10时模式。

②定时模式下间隔天数及间隔天数下的整点补氮时间更改

若补氮间隔天数要求5天，整点时间要求12时，按外部中断按键一次，此时it0value0等于1，进入定时模式下，间隔天数与间隔天数下的整点时间更改子函数，LCD清屏，同时显示“设定间隔天数：1天，设定整点时间：10时”。判断外部按键S0电平值是否等于0，软件延时后若等于0则表示S0被按下，此时day加1，同时判断S0按下次数day是不否大于7，若大于7则重新赋值为1，表示补氮间隔天数在1到7天之间。按下S0键4次，此时day＝5表示补氮间隔天数为5天。程序继续判断外部S1电平值是否等于0，若等于0则表示S1有键按下，对应的hour值加1，同时判断hour值是否大于20，若大于20则被重新赋值为10表示整点补氮时间在间隔天数下的10点到20点之间补氮。按S1键2次，hour＝12，若误按几次S0或S1键，则继续hour,day循环计算显示，直至达到满意的设定值。补氮间隔天数及整点时间设定完毕后，按INT0键4次，此时it0value0＝0重新进入定时模式，程序按默认的定时补充氮气步骤①执行，间隔天数为5天，整点时间为12的补充氮气模式。

③定时模式下单片机当前时间更改子函数步骤：当单片机工作于定时补充氮气模式时，当需要更改单片机时间时，仪表上电后，按四次外部中断按键INT0，则中断子函数全局中断变量值it0value0等于4，转去执行单片机时间更改子函数；首先执行LCD12864清屏，读一次实时时钟，将读到的当前时间在LCD12864上进行显示；程序顺序执行外部按键扫描子函数，判断外部按键S0电平值是否等于0(即是否有键按下)，若外部按键S0电平值等于0表示有键按下，经过软件去抖后确实有S0被按下，S0计数值count值加1，判断count值是否大于4，若大于4则，将count清0。

如果count等于0，则表示要更改“年”值，此时swith分支转向“年”更改子函数，扫描单片机外部按键S1电平值是否等于0，若S1等于0(有键按下)则全局变量timer结构体中的timer.year加1，判断timer.year是否大于22(可人为更改)，若大于22则将timer.year赋值为11，同时将“年”在LCD12864上显示，如果count等于1时，则表示要更改“月”值，此时swith分支转向“月”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0将全局变量timer结构体中的timer.month加1，判断timer.month是否大于12(一年12个月)，若大于12则将timer.month赋值为1，同时将设定数值进行显示；如果count等于2，则表示要更改“日”值，此时swith分支转向“日”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0则结构体timer中的timer.day加1，判断timer.day是否大于31，若大于31则将timer.day赋值为1，同时将timer.day在LCD上显示；如果count等于3，则表示要更改“时”值，此时swith分支转向“时”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0则全局变量timer结构体中的timer.hour加1，判断timer.hour是否大于或等于24(一天24小时)，若大于或等于24则将timer.hour赋值为0，同时在LCD上显示设定“时”值；如果count等于4，则表示要更改“分”值；单片机扫描外部按键S1是否等于0，若等于0则全局变量timer结构体中的timer.minute加1，判断timer.minute是否大于59(一小时等于60分)，若大于59则将timer.minute赋值为0，同时将timer.minute在LCD上显示“分”值；当时间更改满意后，再按一次中断INT0键，程序将更改过后“年、月、日、时、分”写入到实时时钟U4(DS1302)中，实现单片机实时时钟应用外部按键更改。

(2)、压力判断方式补充氮气模块

①、默认情况下的压力判断方式补充氮气模块：当仪表上电开机后，完成整体全局变量的初始化，按两次INT0，此时中断次数计数值it0value0等于2，返回主函数；主函数中判断全局变量的外部中断计数值it0value0等于2，进入压力测量子函数，首先进行LCD12864清屏，在LCD第一行显示“压力1：”，在LCD第二行显示“压力2：”软件延时3秒，(3秒更新一次LCD)，循环调用AD采集子函数12次，并存放在无符号整形变量dat2[]数组中，之后程序找出dat2[]中的最大值、最小值，并将最大值最小值去掉，将dat2[]数组中剩余10个的无符号整形变量相加，再除以10，将此时的结果作为最终转换结果；如果此次转换结果小于每个通道的压力标零度值(AD10)0x333，则在LCD12864的第一行，0X84(“压力1；”)后面显示“0.00MPa”，如果此时的AD转换值大于压力标零度值(AD10)0x333，AD转换结果对应压力值为：AD1＝(16*(float)(dat-AD10))/(AD11-AD10)，得出十进制压力值调用温度补偿压力子函数(按极限分段距离下，极限密度，压力累加计算出井底压力)；

在SAGD注汽井中，井口温度270℃，井底毛细管出口处温度为200℃，允许最小压力误差值为0.004MPa，求出最小误差下的沿井筒的最小分段距离

$H=\frac{P}{{\mathrm{\ρ}}_{m}g}---\left(1\right)$

当密度达到最大值时，极限分段距离最小，由克拉百龙方程求出最大密度：

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{m}{V}=\frac{P_{m}m}{nRT}=\frac{P_m\×0.028}{8.31(273.1+t)}---\left(2\right)$

当温度最小、压力最大时密度最大，整个井筒内最大氮气密度为：

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{m}{V}=\frac{P_{m}m}{nRT}=\frac{P_m\×0.028}{8.31(273.1+t)}=\frac{4000000\×0.028}{8.31(273.1+200)}=28.488kg/m^3---\left(3\right)$

则最小的极限分段距离为

$H=\frac{P}{{\mathrm{\ρ}}_{m}g}=\frac{0.04}{28.488\×0.00981}=0.0143m---\left(4\right)$

H为井口到井底最小分段距离,P为允许最小压强误差0.004MPa，g为重力加速度，ρ_m毛细管中氮气最大密度，m为氮气质量，V为氮气体积，P_m为毛细管中最大氮气压强，n表示物质的量，T为绝对温度，R表示气体常数，t为实际环境温度。

程序中设定迭代累加次数为，i＝hight/H，hight为垂直井深值，垂直井深设定为200m，极限分段距离下的累加次数为13986，则从井口到井底每一个极限分段距离下的温度差值为0.005℃，以井口温度、压力为基准点，第一段的极限分段距离下的温度值为t1＝t0-0.005,极限分段距离下对应的氮气密度为r1＝3369.4*p0/(273.15+t1)(其中p0为井口压力变送器所测压力值)，则第一个极限分段距离下对应的氮气压力值为p1＝p0+r1*0.00981*0.0003，重新以第一个极限分段距离为基点，继续向下执行，循环执行i＝hight/H次，此时所得到的压力值p1为井下毛细管出口处压力；将此时的压力值在LCD第一行进行显示，程序继续执行压力比较子函数，将此时压力值重新按dat＝p1*(AD11-AD10)/16+AD10计算出井底压力对应的二进制值，将此时二进制值与按键设定补氮压力值阈值对应的二进制值进行比较，以决定是否对外打开SSR(在仪表4～20mA通道零满度标定过程中，记录补氮压力阈值对应的电流值及二进制值)；

②、压力判断方式补充氮气、压力阈值设定模块

在仪表上电开机后，按三次外部中断按键，此时全局变量按键中断计数值it0value0等于3，程序进入压力阈值设定模块；首先LCD12864清屏，在LCD上显示“设定1：”“设定2：”，判断与单片机相连的S0键电平值是否等于0，如果S0电平值等于0，则表示有键按下，全局变量的压力阈值设定变量press4加1，将press4计数值除以10加小数点后，在LCD第三行压力设定显示，每按一次S0键则对应的压力阈值press4加1，当按键值大于20时(表示最大设定压力为2.0MPa)，将压力阈值设定变量press4赋值为0，press4重新计数，直至达到满意的压力阈值；

(3)、单片机实时时间更改子函数

当需要更改单片机时间时，仪表上电后，按四次外部中断按键INT0，则中断子函数全局中断变量值it0value0等于4，转去执行单片机时间更改子函数；首先执行LCD12864清屏，读一次实时时钟，将读到的当前时间在LCD12864上进行显示；程序顺序执行外部按键扫描子函数，判断外部按键S0电平值是否等于0(即是否有键按下)，若外部按键S0电平值等于0表示有键按下，经过软件去抖后确实有S0被按下，S0计数值count值加1，判断count值是否大于4，若大于4则，将count清0(表示只更改年、月、日、时、分)。

如果count等于0，则表示要更改“年”值，此时swith分支转向“年”更改子函数，扫描单片机外部按键S1电平值是否等于0，若S1等于0(有键按下)则全局变量timer结构体中的timer.year加1，判断timer.year是否大于22(可人为更改)，若大于22则将timer.year赋值为11，同时将“年”在LCD12864上显示；如果count等于1时，则表示要更改“月”值，此时swith分支转向“月”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0将全局变量timer结构体中的timer.month加1，判断timer.month是否大于12(一年12个月)，若大于12则将timer.month赋值为1，同时将设定数值进行显示；如果count等于2，则表示要更改“日”值，此时swith分支转向“日”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0则结构体timer中的timer.day加1，判断timer.day是否大于31，若大于31则将timer.day赋值为1，同时将timer.day在LCD上显示；如果count等于3，则表示要更改“时”值，此时swith分支转向“时”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0则全局变量timer结构体中的timer.hour加1，判断timer.hour是否大于或等于24(一天24小时)，若大于或等于24则将timer.hour赋值为0，同时在LCD上显示设定“时”值；如果count等于4，则表示要更改“分”值；单片机扫描外部按键S1是否等于0，若等于0则全局变量timer结构体中的timer.minute加1，判断timer.minute是否大于59(一小时等于60分)，若大于59则将timer.minute赋值为0，同时将timer.minute在LCD上显示“分”值；当时间更改满意后，再按一次中断INT0键，程序将更改过后“年、月、日、时、分”写入到实时时钟U4(DS1302)中，实现单片机实时时钟应用外部按键更改。

实施例3：如图11所示，热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪与井口仪表材料串连在一起；本发明201与井口热电偶测温仪表200一起使用，故数据采集部分将井口热电偶测温仪表200(应用其内部电源)、第一压力变送器202、井下毛细管管线205、热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪201串连在一起组成一个回路。将井口热电偶测温仪表200(应用其内部电源)、第二压力变送器203、井下毛细管管线204、热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪201串连在一起组成另一个回路(共两路)。热电偶温度补偿压力测量补氮控制测试方法，含有以下步骤；

(1)、仪表工作于定时补充氮气模式

将毛细管应用于水平井直井段，用于测量抽油泵出口处压力。前期仪表实验室标定过程中，将仪表压力量程设计为与压力变送器对应(16MPa)。井口温度设定为180℃，井底设定为210℃，极限密度为29.745g/m³、极限分段距离0.014m、极限分段数为14590，极限分段距离下的温度差值设定为0.0021℃，电磁阀打开时间设定为3min(仪表内部软件延时)。两线制压力变送器的正端与热电偶仪表正端相连(用于压力变送器供电)，压力变送器的负端与热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪测压端的正端相接(4～20mA流入补氮控制仪)，热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪的负端出线，重新接回到热电偶测量仪表地端。连接完成后进行仪表补充氮气功能选择、设定。此时我们用于测量抽油泵出口处的压力，因为泵出口处压力范围未知(由于泵抽原因，泵口位置压力变化较大)，选择定时方式补充氮气，为了保证测压准确性，选择定时补充氮气天数间隔为“1天”，补充氮气时间设定为“12时”，即每天的补充氮气时间为“12点”。设定过程如下：上电后仪表默认补充氮气方式为定时补氮气方式，时间间隔为“1天”、“10点”，按中断按键1次，进入间隔天数、整点设定界面，按增加键(S1)2次，LCD显示整点打开SSR时间设定为“12点”再按中断键4次重新返回定时补充氮气界面(如果设定过程中误按了几次中断键，则继续按中断键，仪表会在各个功能界面之间进行切换，直至切换到所需的界面)，直至达到满意的设定功能及时间，则每天的12点补氮气控制仪自动打开固态继电器，常闭式电磁阀接通，氮气源向毛细管中添加氮气3min(程序固化，通过延时更改)后，关闭固态继电器，关闭式电磁阀，停止补充氮气。补氮结束后，继续执行it0value0＝0的，定时时间为1天，整点时间为12时的，定时补充氮气模式。

(2)仪表工作于压力判断方式补充氮气模式

首先进行补氮气压力阈值设定。按INT0键3次进入补氮压力阈值设定子模块，若现场资料反馈要求，井下低于0.5MPa补充氮气，则按下S0键5次，则仪表LCD显示部分显示设定压力1：0.5MPa，继续按4次INT0键(此时INT0＝3)，退出补氮气压力设定界面，进入压力判断方式补氮模块，读取对外通道并应用“压力判断方式补充氮气模块”所描述的累加方式计算出毛细管出口处压力值，在LCD上显示，并将当前取得的压力值重新按dat＝P*(AD11-AD10)/16+AD10(其中P为仪表显示的井下压力值，AD11＝0xfff为第一通道20mA对应AD转换器满度二进制值，AD10＝0x333为第一通道AD转换器0mA对应二进制值)计算出井底压力为P时，对应的二进制值，将此时二进制值与压力阈值对应的二进制进行比较，(仪表使用前已标定好，0.5MPa对应的压力二制值0x399，0.2MPa对应的压力二制值0x355，0.3MPa对应的压力二制值0x366、0.4MPa对应的压力二制值0x388、…、2.0MPa对应的压力二制值0x4bb)若小于0.5MPa对应的压力二制值，打开固态继电器，常闭式电磁阀接通，氮气源向毛细管中添加氮气3min(程序固化，可通过延时人为更改)后，关闭固态继电器，关常闭式电磁阀，停止补充氮气。程序继续执行INT0＝2的补氮压力阈值为0.5MPa的压力判断方式补充氮气。

热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪，以AT89S52为核心，控制外围电路及外围器件，完成压力采集、时间读取、对外数据发送。

(1)、数据采集

①、第一路数据采集描述：

外部压力变送器电流从第一连接器U10的1脚流入，流经第十四电阻R14电阻后，从第一连接器U10的2脚流出，重新流回到井口热电偶仪表的负输入端(地端)，在第十四电阻R14的两端形成1～5V电压，但此电压为差动电压，差动电压的正输入端(与第一连接器U10的1脚相连)连接第十六电阻R16，第十六电阻R16连接到第十三集成块U13A的2脚，第十三集成块U13A的2脚与第二十二电阻R22相连后连接到第十三集成块U13A的1脚；差动电压第十四电阻R14的负输入端，连接到第十七电阻R17的一端，第十七电阻R17的另一端与第十三集成块U13A的3脚相连，同时第十三集成块U13A的3脚，连接到第二十一电阻R21的一端，第二十一电阻R21另一端接地；这样第十三集成块U13A的1脚形成单端的1～5V电压，第十三集成块U13A的8脚接6V电源、4脚接地；第十三集成块U13A的1脚的单端1～5V电压输入到12位11路的串行模拟量到数字量转换器U14的1脚，数字量转换器U14在单片机控制下完成转换后，通后16脚输入到单片机；数字量转换器U14的16脚数据进入单片机后，应用12次数据采集、累加、去掉最大值最小值、再取平均值的方法，达到提高测试精度，防止数据跳动；

②、第二路数据采集部分：外部压力变送器电流从第二连接器U11的1脚流入，流经第十五电阻R15电阻后，从第二连接器U11的2脚流出，重新流回到井口热电偶仪表的负输入端(地端)，则在第十五电阻R15的两端形成1～5V电压，但此电压为差动电压，差动电压的正输入端(与第二连接器U11的1脚相连)连接第十九电阻R19，第十九电阻R19连接到第十三集成块U13B的6脚，第十三集成块U13B的6脚与第二十四电阻R24相连后连接到第十三集成块U13B的7脚；差动电压第十五电阻R15的负输入端，连接到第二十电阻R20的一端，第二十电阻R20的另一端与第十三集成块U13B的5脚(正端)相连，同时第十三集成块U13B的5脚，连接到第二十三电阻R23的一端，第二十三电阻R23另一端接地；这样第十三集成块U13B的7脚形成单端的1～5V电压，单端1～5V电压输入12位11路的串行模拟量到数字量转换器U14的2脚，数字量转换器U14在单片机控制下(单片机控制数字量转换器U14的15、16、17、18、19脚)完成转换后，通后16脚输入到单片机；数字量转换器U14的16脚数据进入单片机后，应用12次数据采集、累加、去掉最大值最小值、再取平均值的方法，达到提高测试精度，防止数据跳动；

第十四集成块模拟量到数字量转换器U14的15、16、17、18、19脚分别与单片机的5、4、3、2、1脚相连。

(2)、实时时钟部分：

单片机6、7、8脚分别与第四集成块U4的7、5、6脚相连；第四集成块U4的1脚接电源+5V，1脚接极性第四电容C4的正端，第四电容C4的负端接地(起到稳压滤波作用)，8脚接外部备用电池U15的正极，外部备用电池U15的负极接地、第四集成块U4的2、3脚分别与外部晶振U1的两端相连，第四集成块U4的4脚接地；

(3)、对外数据传输部分：

数据传输芯片U9的16脚接正5V电源，2脚接极性第十一电容C11的正端，第十一电容C11的负端接数据传输芯片16脚，数据传输芯片U9的14脚接J2的3脚，数据传输部分芯片U9的13脚接J2的2脚，数据传输部分芯片U9的6脚接极性第九电容的C9的负端，第九电容的C9的正端接地，数据传输芯片U9的1脚接极性第八电容C8的正端，第八电容C8的负端接数据传输芯片U9的3脚；数据传输芯片U9的4脚接极性第七电容C7的正端，第七电容C7的负端接数据传输芯片U9的5脚；数据传输芯片U9的11脚接单片机的11脚，数据传输芯片U9的12脚接单片机的10脚；数据传输芯片U9的15脚接地；数据传输芯片U9的7、8、9、10脚不连；

(4)、LCD显示部分：

LCD接口P1的1、20脚接地，2、19、17脚接正5V；接口P1的4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15脚分别与单片机的32、33、34、21、22、23、24、25、26、27、28、35相连；

(5)、电源部分：

电源部分包括两部分：

①、5V电源部分

外部的9V电源通过圆形电源接口J1与电源开关SW-DPDT相连，电源开关SW-DPDT连接到极性第二电容C2的正端，极性第二电容C2的负端连接到地；极性第二电容C2的正端与线性稳压器第六集成块U6的3脚相连，线性稳压器的4脚与线性稳压器的2脚相连，2脚接第六电容C6的一端，第六电容C6的另一端接地；线性稳压器第六集成块U6的2脚接发光二极管D1的正端，发光二极管D1的负端接第L电阻L1的一端，第L电阻L1另一端接地；线性稳压器第六集成块U6的2脚接极性第五电容C5的正端，极性第五电容C5的另一端接地，线性稳压器第六集成块U6的1脚接地；此时线性稳压器第六集成块U6的2脚输出5V电压；

②、6V电源部分

外部输入的直流9V电压，接极性第一电容C1的正端，极性第一电容C1的负端接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地；线性稳压器U2的3脚接9V电源，线性稳压器U2的2脚接线性稳压器U2的4脚，线性稳压器U2的2脚同时接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端与极性第一电容C1的负端相连；线性稳压器U2的2脚接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端接地，达到滤波稳压的作用，此时线性稳压器U2的2脚输出正6V电压；

(6)、复位电路

极性第十电容C10的正端接正5V，极性第十电容C10的负端接第七电阻R7的一端，第七电阻R7另一端接地，极性第十电容C10的负端接单片机U8的9脚；

(7)、晶振电路

晶振U12的一端接极性第十二电容C12的正端,第十二电容C12的正端接单片机U8的18脚，极性第十二电容C12的负端与极性第十三电容C13的负端相连并接地，极性第十三电容C13的正端，接单片机U8的19脚，同时极性第十三电容C13的正端接晶振U12的另一端；

(8)、单片机在线下载器接口电路

单片机U8的6脚与在线下载器接口P2的1脚相连，单片机U8的8脚与在线下载器接口P2的3脚相连，单片机U8的7脚与在线下载器接口P2的5脚相连；在线下载器接口的1、2两脚用路线帽相连，3、4两脚用路线帽相连，5、6两脚用路线帽相连；在线下载器接口P2的2脚与第三接口P3的1脚相连，在线下载器接口P2的4脚与第三接口P3的7脚相连，在线下载器接口P2的6脚与第三接口P3的9脚相连，第三接口P3的5脚与单片机的9脚相连，第三接口P3的10脚与地相连。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.热电偶温度补偿压力测量补氮控制测试方法,应用温度补偿压力提高压力测量精度：热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪与井下热电偶相配合，应用井下毛细管出口处的热电偶所测温度与井口温度变送器所测的温度、压力变送器所测压力相结合，达到应用温度补偿压力提高毛细管测压精度的目的；

按定时方式补氮：通过按键设定间隔天数与间隔天数下的整点时间，当定时时间到时，控制外部器件向井下补充氮气；压力判断方式补氮：通过外部按键设定补充氮气的压力阈值，按0.1MPa步进值设定，当井下压力低于设定压力阀值，则控制外部器件向井下补充氮气；外部器件控制：当补充氮气条件达到时，仪表对外控制固态继电器SSR，控制外部常闭式电磁阀的打开与关闭，以控制氮气源及时向井下毛细管中补充氮气，避免毛细管阻塞；

所述测试方法具体包括以下步骤：

压力判断方式补充氮气步骤：

①、压力判断方式补充氮气模块：当仪表上电开机后，完成整体全局变量的初始化，按两次INT0，此时中断次数计数值it0value0等于2，返回主函数；主函数中判断全局变量的外部中断计数值it0value0等于2，进入压力测量子函数，首先进行LCD12864清屏，在LCD第一行显示“压力1：”，在LCD第二行显示“压力2：”软件延时3秒，3秒更新一次LCD，循环调用AD采集子函数12次，并存放在无符号整形变量dat2[]数组中，之后程序找出dat2[]中的最大值、最小值，并将最大值最小值去掉，将dat2[]数组中剩余10个的无符号整形变量相加，再除以10，将此时的结果作为最终转换结果；如果此次转换结果小于每个通道的压力标零度值AD100x333，则在LCD12864的第一行，0X84“压力1；”后面显示“0.00MPa”，如果此时的AD转换值大于压力标零度值AD100x333，AD转换结果对应压力值为：

AD1＝(16*(float)(dat-AD10))/(AD11-AD10)，得出十进制压力值调用温度补偿压力子函数，按极限分段距离下，氮气最大密度，压力累加计算出井底压力；

在SAGD注汽井中，井口温度270℃，井底毛细管出口处温度为200℃，允许最小压力误差值为0.004MPa，求出最小误差下的沿井筒的最小分段距离

$H=\frac{P}{{\mathrm{\ρ}}_{m}g}---\left(1\right)$

当密度达到最大值时，极限分段距离最小，由克拉百龙方程求出最大密度：

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{m}{V}=\frac{P_{m}m}{nRT}=\frac{P_m\×0.028}{8.31(273.1+t)}---\left(2\right)$

当温度最小、压力最大时密度最大，整个井筒内最大氮气密度为：

${\mathrm{\ρ}}_m=\frac{m}{V}=\frac{P_{m}m}{nRT}=\frac{P_m\×0.028}{8.31(273.1+t)}=\frac{4000000\×0.028}{8.31(273.1+200)}=28.488kg/m^3---\left(3\right)$

则最小的极限分段距离为

$H=\frac{P}{{\mathrm{\ρ}}_{m}g}=\frac{0.04}{28.488\×0.00981}=0.0143m---\left(4\right)$

H为井口到井底最小分段距离，P为允许最小压强误差0.004MPa，g为重力加速度，ρ_m毛细管中氮气最大密度，m为氮气质量，V为氮气体积，P_m为毛细管中最大氮气压强，n表示物质的量，T为绝对温度，R表示气体常数，t为实际环境温度；

程序中设定迭代累加次数为，i＝hight/H，hight为垂直井深值，垂直井深设定为200m，极限分段距离下的累加次数为13986，则从井口到井底每一个极限分段距离下的温度差值为0.005℃，以井口温度、压力为基准点，第一段的极限分段距离下的温度值为t1＝t0-0.005，极限分段距离下对应的氮气密度为r1＝3369.4*p0/(273.15+t1)，其中p0为井口压力变送器所测压力值，则第一个极限分段距离下对应的氮气压力值为p1＝p0+r1*0.00981*0.0003，重新以第一个极限分段距离为基点，继续向下执行，循环执行i＝hight/H次，此时所得到的压力值p1为井下毛细管出口处压力；将此时的压力值在LCD第一行进行显示，程序继续执行压力比较子函数，将此时压力值重新按dat＝p1*(AD11-AD10)/16+AD10计算出井底压力对应的二进制值，将此时二进制值与按键设定补氮压力值阈值对应的二进制值进行比较，以决定是否对外打开SSR，在仪表4～20mA通道零满度标定过程中，记录补氮压力阈值对应的电流值及二进制值；

②、压力判断方式补充氮气、压力阈值设定步骤：

在仪表上电开机后，按三次外部中断按键，此时全局变量按键中断计数值it0value0等于3，程序进入压力阈值设定模块；首先LCD12864清屏，在LCD上显示“设定1：”“设定2：”，判断与单片机相连的S0键电平值是否等于0，如果S0电平值等于0，则表示有键按下，全局变量的压力阈值设定变量press4加1，将press4计数值除以10加小数点后，在LCD第三行压力设定显示，每按一次S0键则对应的压力阈值press4加1，当按键值大于20时，即表示最大设定压力为2.0MPa，将压力阈值设定变量press4赋值为0，press4重新计数，直至达到满意的压力阈值；

定时方式补氮程序步骤：

①、程序默认的定时补充氮气步骤：程序中默认全局中断计数值it0value0等于0，则进入定时补氮子模式，首先进行LCD12864清屏，在LCD第三行显示“设定时间：”“1天”、“10时”，同时在LCD12864的第一行、第二行显示当前年、月、日、时、分、秒；表征固态继电器打开状态的变量SSRflag，程序初始化过程中设定为0，程序执行补充氮气时间计算子程序；根据time结构体中所存的“月”值，转向“月”所对应的swith分支函数，一年有12个月，则有12个分支入口，将全局变量的间隔天数下的整点时间hour＝10赋值给hour1，间隔天数day＝1天与当前时间结构体中的timer.day相加，如果其结果大于当前月份所对应的总天数，则对应的补氮月份计数值month1值为当前月份值加1，此时打开固态继电器时间的全局变量day1等于time.day与原day1相加的和，再减去本月的总天数；如果当前月份值正好为12月份且当前天数与间隔天数day相加后总数值大于31，则全局变量month1被赋值为1月份，同时year1被赋值为下一年，此时得到下一次补充氮气的具体时间存放在全局变量year1、month1、day1、hour1、minute1中，同时将固态继电器打开状态变量SSRflag赋值为1，避免重复计算，固态继电器一直不打开，表示已经计算过一次固态继电器打开时间了；程序继续进行将timer结构体中当前时间time.year、time.month、time.week、time.day、time.hour、time.minute与下次补氮时间year1、month1、day1、hour1、minute1进行比较，相等时则打开固态继电器，此时SSR0＝0，延时3min，按补氮要求软件延时，人为更改，后关闭SSR，此时SSR0＝1，同时将固态继电器状态变量SSRflag赋值为0，以便主程序计算下次补氮时间；单片机中断按键int0计数值it0value0不变，单片机始终工作于定时补氮气1天，10时模式；

②定时模式下间隔天数及间隔天数下的整点补氮时间更改：

若补氮间隔天数要求5天，整点时间要求12时，按外部中断按键一次，此时it0value0等于1，进入定时模式下，间隔天数与间隔天数下的整点时间更改子函数，LCD清屏，同时显示“设定间隔天数：1天，设定整点时间：10时”；判断外部按键S0电平值是否等于0，软件延时后若等于0则表示S0被按下，此时全局变量间隔天数day加1，同时判断S0按下次数day是否大于7，若大于7则重新赋值为1，表示补氮间隔天数在1到7天之间；按下S0键4次，此时day＝5表示补氮间隔天数为5天；程序继续判断外部S1电平值是否等于0，若等于0则表示S1有键按下，对应的hour值加1，同时判断hour值是否大于20，若大于20则被重新赋值为10表示整点补氮时间在间隔天数下的10点到20点之间补氮；按S1键2次，hour＝12，若误按几次S0或S1键，则继续hour,day循环计算显示，直至达到满意的设定值；补氮间隔天数及整点时间设定完毕后，按INT0键4次，此时it0value0＝0重新进入定时模式，程序按默认的定时补充氮气步骤①执行，间隔天数为5天，整点时间为12的补充氮气模式；

③定时模式下单片机当前时间更改子函数步骤：当单片机工作于定时补充氮气模式时，当需要更改单片机时间时，仪表上电后，按四次外部中断按键INT0，则中断子函数全局中断变量值it0value0等于4，转去执行单片机时间更改子函数；首先执行LCD12864清屏，读一次实时时钟，将读到的当前时间在LCD12864上进行显示；程序顺序执行外部按键扫描子函数，判断外部按键S0电平值是否等于0，若外部按键S0电平值等于0表示有键按下，经过软件去抖后确实有S0被按下，S0计数值count值加1，判断count值是否大于4，若大于4则，将count清0，表示只更改年、月、日、时、分更改；

如果count等于0，则表示要更改“年”值，此时swith分支转向“年”更改子函数，扫描单片机外部按键S1电平值是否等于0，若S1等于0则全局变量timer结构体中的timer.year加1，判断timer.year是否大于22，若大于22则将timer.year赋值为11，同时将“年”在LCD12864上显示；如果count等于1时，则表示要更改“月”值，此时swith分支转向“月”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0将全局变量timer结构体中的timer.month加1，判断timer.month是否大于12，若大于12则将timer.month赋值为1，同时将设定数值进行显示；如果count等于2，则表示要更改“日”值，此时swith分支转向“日”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0则结构体timer中的timer.day加1，判断timer.day是否大于31，若大于31则将timer.day赋值为1，同时将timer.day在LCD上显示；如果count等于3，则表示要更改“时”值，此时swith分支转向“时”更改子函数，首先扫描单片机外部按键S1是否等于0，若等于0则全局变量timer结构体中的timer.hour加1，判断timer.hour是否大于或等于24，若大于或等于24则将timer.hour赋值为0，同时在LCD上显示设定“时”值；如果count等于4，则表示要更改“分”值；单片机扫描外部按键S1是否等于0，若等于0则全局变量timer结构体中的timer.minute加1，判断timer.minute是否大于59若大于59则将timer.minute赋值为0，同时将timer.minute在LCD上显示“分”值；当时间更改满意后，再按一次中断INT0键，程序将更改过后“年、月、日、时、分”写入到实时时钟U4中，实现单片机实时时钟应用外部按键更改。

2.根据权利要求1所述的热电偶温度补偿压力测量补氮控制测试方法，其特征在于能够与井下的热电偶相配合、根据极限分段距离下氮气最大密度，达到温度补偿压力提高毛细管测压精度的目的，应用井口的压力变送器形成4～20mA电流环，完成压力采集，同时能够完成定时，打开氮气源向井下毛细管补充氮气或压力判断方式，打开氮气源向井下毛细管补充氮气。

3.热电偶温度补偿压力测量补氮控制仪，其特征在于:

(1)、数据采集:

①、第一路数据采集描述：

外部压力变送器电流从第一连接器的1脚流入，流经第十四电阻后，从第一连接器的2脚流出，重新流回到井口热电偶仪表的负输入端，在第十四电阻的两端形成1～5V电压，但此电压为差动电压，差动电压的正输入端连接第十六电阻，第十六电阻连接到第十三集成块的2脚，第十三集成块的2脚与第二十二电阻相连后连接到第十三集成块的1脚；差动电压经第十四电阻的负输入端连接到第十七电阻的一端，第十七电阻的另一端与第十三集成块的3脚相连，同时第十三集成块的3脚，连接到第二十一电阻的一端，第二十一电阻另一端接地；这样第十三集成块的1脚形成单端的1～5V电压，第十三集成块的8脚接6V电源、4脚接地；第十三集成块的1脚的单端1～5V电压输入到12位11路的串行模拟量到数字量转换器U14的1脚，数字量转换器U14在单片机控制下完成转换后，通后16脚输入到单片机，数字量转换器U14的16脚数据进入单片机后，应用12次数据采集、累加、去掉最大值最小值、再取平均值的方法；

②、第二路数据采集部分：外部压力变送器电流从第二连接器的1脚流入，流经第十五电阻后，从第二连接器的2脚流出，重新流回到井口热电偶仪表的负输入端，则在第十五电阻的两端形成1～5V电压，但此电压为差动电压，差动电压的正输入端与第二连接器的1脚相连并连接第十九电阻，第十九电阻连接到第十三集成块的6脚，第十三集成块的6脚与第二十四电阻相连后连接到第十三集成块的7脚；差动电压第十五电阻的负输入端，连接到第二十电阻的一端，第二十电阻的另一端与第十三集成块的5脚相连，同时第十三集成块的5脚，连接到第二十三电阻的一端，第二十三电阻另一端接地；这样第十三集成块的7脚形成单端的1～5V电压，单端1～5V电压输入12位11路的串行模拟量到数字量转换器的2脚；

第十四集成块模拟量到数字量转换器的15、16、17、18、19脚分别与单片机的5、4、3、2、1脚相连；

(2)、实时时钟部分：

单片机6、7、8脚分别与第四集成块的7、5、6脚相连；第四集成块的1脚接电源+5V，1脚接极性第四电容的正端，第四电容的负端接地，8脚接外部备用电池的正极，外部备用电池的负极接地、第四集成块的2、3脚分别与外部晶振的两端相连，第四集成块的4脚接地；

(3)、对外数据传输部分：

数据传输芯片的16脚接正5V电源，2脚接极性第十一电容的正端，第十一电容的负端接数据传输芯片16脚，数据传输芯片的14脚接第一接口的3脚，数据传输部分芯片的13脚接第一接口的2脚，数据传输部分芯片的6脚接极性第九电容的负端，第九电容的正端接地，数据传输芯片的1脚接极性第八电容的正端，第八电容的负端接数据传输芯片的3脚；数据传输芯片的4脚接极性第七电容的正端，第七电容的负端接数据传输芯片的5脚；数据传输芯片的11脚接单片机的11脚，数据传输芯片的12脚接单片机的10脚；数据传输芯片的15脚接地；数据传输芯片的7、8、9、10脚不连；

(4)、LCD显示部分：

LCD第二接口的1、20脚接地，2、19、17脚接正5V；第二接口的4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15脚分别与单片机的32、33、34、21、22、23、24、25、26、27、28、35相连；

(5)、电源部分：

电源部分包括两部分：

①、5V电源部分：

外部的9V电源通过圆形电源接口与电源开关SW-DPDT相连，电源开关SW-DPDT连接到极性第二电容的正端，极性第二电容的负端连接到地；极性第二电容的正端与线性稳压器第六集成块的3脚相连，线性稳压器的4脚与线性稳压器的2脚相连，2脚接第六电容的一端，第六电容的另一端接地；线性稳压器第六集成块的2脚接发光二极管的正端，发光二极管的负端接第L电阻的一端，第L电阻另一端接地；线性稳压器第六集成块的2脚接极性第五电容的正端，极性第五电容的另一端接地，线性稳压器第六集成块的1脚接地；此时线性稳压器第六集成块的2脚输出5V电压；

②、6V电源部分：

外部输入的直流9V电压，接极性第一电容的正端，极性第一电容的负端接第二电阻的一端，第二电阻的另一端接地；线性稳压器的3脚接9V电源，线性稳压器的2脚接线性稳压器的4脚，线性稳压器的2脚同时接第五电阻的一端，第五电阻的另一端与极性第一电容的负端相连；线性稳压器的2脚接第三电容的一端，第三电容的另一端接地，此时线性稳压器的2脚输出正6V电压；

(6)、复位电路：

极性第十电容的正端接正5V，极性第十电容的负端接第七电阻的一端，第七电阻另一端接地，极性第十电容的负端接单片机的9脚；

(7)、晶振电路：

晶振的一端接极性第十二电容的正端,第十二电容的正端接单片机的18脚，极性第十二电容的负端与极性第十三电容的负端相连并接地，极性第十三电容的正端，接单片机的19脚，同时极性第十三电容的正端接晶振的另一端；

(8)、单片机在线下载器接口电路：

单片机的6脚与在线下载器接口的1脚相连，单片机的8脚与在线下载器接口的3脚相连，单片机的7脚与在线下载器接口的5脚相连；在线下载器接口的1、2两脚用路线帽相连，3、4两脚用路线帽相连，5、6两脚用路线帽相连；在线下载器接口的2脚与第三接口的1脚相连，在线下载器接口的4脚与第三接口的7脚相连，在线下载器接口的6脚与第三接口的9脚相连，第三接口的5脚与单片机的9脚相连，第三接口的10脚与地相连。