CN2170372Y - 高精度电子压力计 - Google Patents

Abstract

高精度电子压力计是一种应用于油气井井下压 力和温度测量的装置，它由井下数据采集存贮器和地 面编程器这两部分所组成，包括中心控制电路、测频 电路、编程电路、存贮条、编程和采集控制电源电路、 电源电路、总线接口、译码器、地面编程电源、地面编 程器；使用时，将井下数据采集存贮器放置于井下，待 测量完毕后再将其取出与地面编程器对接，读出所需 的数据，该装置使用的费用低，携带方便，精度高。

Description

本实用新型是一种用于井下数据采集的高精度压力计量器具，属于电子测量仪器的技术领域。

测量油气井井下温度和压力的数据以及它们的变化曲线是油气井勘探开发中十分重要的原始资料。目前国内普遍采用的是机械式压力计，它将压力变化记录在卡片上。但机械压力计的精度和分辨率较低，记录时间有限，且不能计录温度变化过程，因此使用起来不仅费事，而且不准确。

本实用新型的发明目的就是提供一种可以在井下随便移动的高精度电子压力计。

本实用新型的高精度电子压力计主要由井下数据采集器和井上编程器两部分所组成，其中井下数据采集存贮器部分主要包括中心控制电路（1）、测频电路（2）、编程电路（3）、存贮条（4）、编程和采样控制电源电路（5）、电源电路（6）；地面编程器部分包括总线接口（7）、译码器（8）、地面编程器电源（9）、地面编程器（10）。井下数据采集存贮器部分单独设置在一个便携的机壳内，与地面编程器分开，但二者可以通过接口相连接。这样，井下数据采集存贮器可以单独放置在井下的某一个部位，按照事先预定的程序进行数据采集，待完成数据采集的任务后，将其拿出，与地面编程器的接口相接，以读出所需的数据。电源电路（6）采用差动集电极输出稳压源，以将低稳压电路的功耗。

采用本实用新型的高精度电子压力计，其优点在于使用非常方便、灵活。在采集数据时，井下数据采集存贮器与地面编程器之间不需任何连接，因此可以省去大量的连接电缆，不仅使用方便了，而且使用的成本也大大将低了。另外该装置结构简单，性能可靠，为获取油气井或类似环境条件下压力温度开辟了一个新的途径。

图1是本实用新型的电路框图。

图2是本实用新型井下数据采集存贮器电原理图。

图3是本实用新型地面编程的电路原理图。

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明。

一.井下数据采集存贮器

（1）.中心控制电路（1）是一个单片机系统，由于需要在油气井下高温环境下连续工作，而电源又是由电池供给，耐高温和低功耗是两个关键。所以选用军品级HCMOS芯片U₁MD80C31、U₃54LS373和U₂MD27C32为主体，它们可在125℃的高温环境下工作，工作电流仅约30mA左右。

其中C₃、C₄、XTAL构成上电复位电路，可以在接通电源的瞬间提供一个上电复位脉冲，启动系统工作。

（2）.测频电路（2）由一个触发器和80C31内部的定时／计数电路构成，压力计探头通过电源线传送出来的压力和温度频率信号经T₁₀及R₁₇～R₂₀电平转换电路转换成TTL电平的信号。为提高测量精度，充分利用了80C31内部的定时、计数功能，综合了周期信号测频率法和测周期法各自的优点，实现了高精度测量。

测量开始前，把80C31内的定时／计数通道T₀置成定时方式，T₁置成计数方式，通过指令将TR₀、TR₁置成高电平，测量开始时，置P_1.7＝“1”，频率信号的上升沿将使触发器翻转，Q＝INT₀＝INT₁＝“1”，此时T₀、T₁分别开始定时和计数。T₀定时一秒到P_1.7置成“O”，但Q仍为“1”，需等到下一个信号脉冲到时才能翻转，此时T₀继续定时，记录下△t，下一个脉冲到时Q＝“O”，T₀、T₁同停止工作，T₀记录下N个完整的信号脉冲所需时间，信号的频率f＝ (N)/(H△t) 。由于信号脉冲与单片机时钟信号的配合，T₀定时有一个时钟脉冲的绝对误差，即有1μS的绝对误差，因测量周期为1秒左右，所以相对误差τ＝ (1×10^－6)/(1＋△t) ＜10^－6。

（3）.编程电路（3）的作用是读出存贮条中的控制数据和将测得的信号频率固化到存贮条中去。

电路由地址锁存器U₅、U₆（54LS273）、数据锁存器U₇（54LS373）、数据缓冲器U₈（54LS245）和编程控制电路组成。I／O的地址译码采用P₁口线送方式。需访存贮条时，置P_1.4＝“1”，用写指令将被访问的单元地址锁存。如果进行读出操作，用读指令，RD＝0，使T₁₄导通，V_PP／OE＝“O”数据通过数据缓冲器读出。如果进行编程操作，需先使P_1.3＝“1”，用写指令把数据写入数据锁存器，再使P_1.6＝“0”，在V_PP／OE端加上21V的编程电压，持续50ms后，数据就固化到存贮条的单元中去了。

（4）.存贮条（4）是采样时控制数据和采样结果的载体，它由两片MD27C32U₁₉和U₂₀组成，共有8192个单元，其中144个单元被用作存放控制数据，在工作前由地面编程器将采样段数、采样速率、及压力／温度数据采样比率等参数写入的区域。工作时采样将根据控制数据的安排进行。另8048个单元用于存放采集到的压力、温度数据。共可存放2682个数据（每个数据占3字节）。

（5）.编程和采样控制电源电路（5）是一个DC－DC转换电路和控制电路，其作用是产生21V编程电源和21V／16V采样控制电源。

L₁是磁芯变压器的初级，L₂、L₃是次级，L₁、L₂、L₃、L₄、C₅和R₉组成一个推挽输出振荡器，产生频率为10KHz，幅度约4.5V的方波，经耦合升压，在L₃上分别产生相对于中心抽头20V和15V的电压。经整流、滤波和稳压得到21V和16V两组电压，编程电压Vpp即由21V电压供给。80C31以P_1.1、P_1.2通过T₆、T₇和T₈、T₉两组电路对这两组电源进行控制，利用电压切换时的上升沿和下降沿实现对压力计探头进行压力／温度采样的切换。

（6）.电源电路将提供井下数据采集存贮器的工作电源。为延长工作时间，提高电能利用率，将八节氧化银电池E₁～E₈分两组分别串联后并联供电，由于使用过程中，电池电压将从1.56V降至1.3V，须进行稳压，而一般的串联稳压器，调整管的工作电压需在2～3V以上，能耗较大，不宜使用。现采用的稳压电路，在电池电压1.56V～1.3V，工作电流在10mA～400mA，环境温度在0℃～1.25℃的情况下，都能提供5V～0.25V的电压。

附图1中，T₁、T₂构成差动推动级，LM317提供稳定的偏置基准。R₅、R₆构成反馈电路。

二.地面编程器

地面编程器的作用是：采样前把操作系统生成的控制数据编程到存贮条中的控制数据区；采样后把存贮条中的压力、温度数据读入计算机，再将存贮条中内容用紫外灯擦除干净，以备后用。

地面编程器的硬件由1.总线接口，2.译码器，3.电源和编程器四部分组成。

1.总线接口将长城0520微机的扩展槽信号用一延伸板引出通过一扁平电缆接到编程器上。

2.译码器电路U₁₄74LS138对长城0520微机I／O地址线A₉～A₀进行译码，产生编程器上I／O接口的选通信号。

3.编程器的电源电路是将220V降压得到22V交流电压，分成两路，其中一路电压经整流和滤波后由7805稳压后供给编程器上集成电路的工作电源。另一路经整流滤波后得24V左右的直流电压供给继电器线圈工作电压，再经LM317稳压后得21V的编程电压。

4.编程器的主要功能由大规模可编程I／O接口芯片U₁₁In－te18255实现。8255的P_B口和P_CL口作地址锁存器，P_A口作数据锁存／缓冲器，P_CH作控制。在编程器的操面板上，有一连锁的拨动开关，K_A1、K_B2、K_C3分别是它的三组触点，同一时刻只有一组触点闭合。

在对存贮条进行操作前需先将被访问单元的地址锁存到P_B口和P_CL口中，若进行读操作，先使K_B2闭合，P_CL口中的P_CT＝“1”，T₃导通V_PP／OE端＝“0”，数据经P_A口读入微机。若要编程时，先使K_A1闭合，再将数据写入P_A口，锁存在D₀～D₁上，P_C7＝P_C6＝“0”，使T₁、T₂导通，21V编程电压经T₂和K_A1加到V_PP／OE端上。电压持续50ms后，数据就固化到存贮条中。若要擦存贮条中原有数据时，先使K_C3闭合，T₄导通后，继电器线圈通电，触点K闭合，220V电压加到紫外灯上，紫外灯照射时间由一手动设定的定时器控制，时间到即切断紫外灯的电源。

根据以上所述，便可组成本实用新型的高精度电子压力计。

Claims (3)

1、一种测量油气井井下压力的高精度电子压力计，由传感部分和信号处理部分所组成，其特征在于该装置由井下数据采集存贮器和地面编程器这两部分所组成，其中井下数据采集存贮器部分主要包括中心控制电路(1)、测频电路(2)、编程电路(3)、存贮条(4)、编程和采集控制电源电路(5)、电源电路(6)；地面编程器部分包括总线接口(7)、译码器(8)、地面编程电源(9)、地面编程器(10)。

2、根据权理要求1所述的高精度电子压力计，其特征在于井下数据采集存贮器部分单独设置在一个便携的机壳内，与地面编程器分开，二者可以通过接口相连接。

3、根据权理要求1或2所述的高精度电子压力计，其特征在于电源电路（6）采用差动集电极输出稳压电源。

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