專利名稱：高精度電子壓力計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種用于井下數(shù)據(jù)采集的高精度壓力計量器具，屬于電子測量儀器的技術(shù)領(lǐng)域。
測量油氣井井下溫度和壓力的數(shù)據(jù)以及它們的變化曲線是油氣井勘探開發(fā)中十分重要的原始資料。目前國內(nèi)普遍采用的是機械式壓力計，它將壓力變化記錄在卡片上。但機械壓力計的精度和分辨率較低，記錄時間有限，且不能計錄溫度變化過程，因此使用起來不僅費事，而且不準(zhǔn)確。
本實用新型的發(fā)明目的就是提供一種可以在井下隨便移動的高精度電子壓力計。
本實用新型的高精度電子壓力計主要由井下數(shù)據(jù)采集器和井上編程器兩部分所組成，其中井下數(shù)據(jù)采集存貯器部分主要包括中心控制電路(1)、測頻電路(2)、編程電路(3)、存貯條(4)、編程和采樣控制電源電路(5)、電源電路(6)；地面編程器部分包括總線接口(7)、譯碼器(8)、地面編程器電源(9)、地面編程器(10)。井下數(shù)據(jù)采集存貯器部分單獨設(shè)置在一個便攜的機殼內(nèi)，與地面編程器分開，但二者可以通過接口相連接。這樣，井下數(shù)據(jù)采集存貯器可以單獨放置在井下的某一個部位，按照事先預(yù)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，待完成數(shù)據(jù)采集的任務(wù)后，將其拿出，與地面編程器的接口相接，以讀出所需的數(shù)據(jù)。電源電路(6)采用差動集電極輸出穩(wěn)壓源，以將低穩(wěn)壓電路的功耗。
采用本實用新型的高精度電子壓力計，其優(yōu)點在于使用非常方便、靈活。在采集數(shù)據(jù)時，井下數(shù)據(jù)采集存貯器與地面編程器之間不需任何連接，因此可以省去大量的連接電纜，不僅使用方便了，而且使用的成本也大大將低了。另外該裝置結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，為獲取油氣井或類似環(huán)境條件下壓力溫度開辟了一個新的途徑。


圖1是本實用新型的電路框圖。
圖2是本實用新型井下數(shù)據(jù)采集存貯器電原理圖。
圖3是本實用新型地面編程的電路原理圖。
以下結(jié)合實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
一.井下數(shù)據(jù)采集存貯器(1).中心控制電路(1)是一個單片機系統(tǒng)，由于需要在油氣井下高溫環(huán)境下連續(xù)工作，而電源又是由電池供給，耐高溫和低功耗是兩個關(guān)鍵。所以選用軍品級HCMOS芯片U1MD80C31、U354LS373和U2MD27C32為主體，它們可在125℃的高溫環(huán)境下工作，工作電流僅約30mA左右。
其中C3、C4、XTAL構(gòu)成上電復(fù)位電路，可以在接通電源的瞬間提供一個上電復(fù)位脈沖，啟動系統(tǒng)工作。
(2).測頻電路(2)由一個觸發(fā)器和80C31內(nèi)部的定時／計數(shù)電路構(gòu)成，壓力計探頭通過電源線傳送出來的壓力和溫度頻率信號經(jīng)T10及R17～R20電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成TTL電平的信號。為提高測量精度，充分利用了80C31內(nèi)部的定時、計數(shù)功能，綜合了周期信號測頻率法和測周期法各自的優(yōu)點，實現(xiàn)了高精度測量。
測量開始前，把80C31內(nèi)的定時／計數(shù)通道T0置成定時方式，T1置成計數(shù)方式，通過指令將TR0、TR1置成高電平，測量開始時，置P1.7＝“1”，頻率信號的上升沿將使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，Q＝INT0＝INT1＝“1”，此時T0、T1分別開始定時和計數(shù)。T0定時一秒到P1.7置成“O”，但Q仍為“1”，需等到下一個信號脈沖到時才能翻轉(zhuǎn)，此時T0繼續(xù)定時，記錄下△t，下一個脈沖到時Q＝“O”，T0、T1同停止工作，T0記錄下N個完整的信號脈沖所需時間，信號的頻率f＝ (N)/(H△t) 。由于信號脈沖與單片機時鐘信號的配合，T0定時有一個時鐘脈沖的絕對誤差，即有1μS的絕對誤差，因測量周期為1秒左右，所以相對誤差τ＝ (1×10－6)/(1＋△t) ＜10－6。
(3).編程電路(3)的作用是讀出存貯條中的控制數(shù)據(jù)和將測得的信號頻率固化到存貯條中去。
電路由地址鎖存器U5、U6(54LS273)、數(shù)據(jù)鎖存器U7(54LS373)、數(shù)據(jù)緩沖器U8(54LS245)和編程控制電路組成。I／O的地址譯碼采用P1口線送方式。需訪存貯條時，置P1.4＝“1”，用寫指令將被訪問的單元地址鎖存。如果進(jìn)行讀出操作，用讀指令，RD＝0，使T14導(dǎo)通，VPP／OE＝“O”數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)緩沖器讀出。如果進(jìn)行編程操作，需先使P1.3＝“1”，用寫指令把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)鎖存器，再使P1.6＝“0”，在VPP／OE端加上21V的編程電壓，持續(xù)50ms后，數(shù)據(jù)就固化到存貯條的單元中去了。
(4).存貯條(4)是采樣時控制數(shù)據(jù)和采樣結(jié)果的載體，它由兩片MD27C32U19和U20組成，共有8192個單元，其中144個單元被用作存放控制數(shù)據(jù)，在工作前由地面編程器將采樣段數(shù)、采樣速率、及壓力／溫度數(shù)據(jù)采樣比率等參數(shù)寫入的區(qū)域。工作時采樣將根據(jù)控制數(shù)據(jù)的安排進(jìn)行。另8048個單元用于存放采集到的壓力、溫度數(shù)據(jù)。共可存放2682個數(shù)據(jù)(每個數(shù)據(jù)占3字節(jié))。
(5).編程和采樣控制電源電路(5)是一個DC－DC轉(zhuǎn)換電路和控制電路，其作用是產(chǎn)生21V編程電源和21V／16V采樣控制電源。
L1是磁芯變壓器的初級，L2、L3是次級，L1、L2、L3、L4、C5和R9組成一個推挽輸出振蕩器，產(chǎn)生頻率為10KHz，幅度約4.5V的方波，經(jīng)耦合升壓，在L3上分別產(chǎn)生相對于中心抽頭20V和15V的電壓。經(jīng)整流、濾波和穩(wěn)壓得到21V和16V兩組電壓，編程電壓Vpp即由21V電壓供給。80C31以P1.1、P1.2通過T6、T7和T8、T9兩組電路對這兩組電源進(jìn)行控制，利用電壓切換時的上升沿和下降沿實現(xiàn)對壓力計探頭進(jìn)行壓力／溫度采樣的切換。
(6).電源電路將提供井下數(shù)據(jù)采集存貯器的工作電源。為延長工作時間，提高電能利用率，將八節(jié)氧化銀電池E1～E8分兩組分別串聯(lián)后并聯(lián)供電，由于使用過程中，電池電壓將從1.56V降至1.3V，須進(jìn)行穩(wěn)壓，而一般的串聯(lián)穩(wěn)壓器，調(diào)整管的工作電壓需在2～3V以上，能耗較大，不宜使用?，F(xiàn)采用的穩(wěn)壓電路，在電池電壓1.56V～1.3V，工作電流在10mA～400mA，環(huán)境溫度在0℃～1.25℃的情況下，都能提供5V～0.25V的電壓。
附
圖1中，T1、T2構(gòu)成差動推動級，LM317提供穩(wěn)定的偏置基準(zhǔn)。R5、R6構(gòu)成反饋電路。
二.地面編程器地面編程器的作用是采樣前把操作系統(tǒng)生成的控制數(shù)據(jù)編程到存貯條中的控制數(shù)據(jù)區(qū)；采樣后把存貯條中的壓力、溫度數(shù)據(jù)讀入計算機，再將存貯條中內(nèi)容用紫外燈擦除干凈，以備后用。
地面編程器的硬件由1.總線接口，2.譯碼器，3.電源和編程器四部分組成。
1.總線接口將長城0520微機的擴展槽信號用一延伸板引出通過一扁平電纜接到編程器上。
2.譯碼器電路U1474LS138對長城0520微機I／O地址線A9～A0進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生編程器上I／O接口的選通信號。
3.編程器的電源電路是將220V降壓得到22V交流電壓，分成兩路，其中一路電壓經(jīng)整流和濾波后由7805穩(wěn)壓后供給編程器上集成電路的工作電源。另一路經(jīng)整流濾波后得24V左右的直流電壓供給繼電器線圈工作電壓，再經(jīng)LM317穩(wěn)壓后得21V的編程電壓。
4.編程器的主要功能由大規(guī)?？删幊蘄／O接口芯片U11In－te18255實現(xiàn)。8255的PB口和PCL口作地址鎖存器，PA口作數(shù)據(jù)鎖存／緩沖器，PCH作控制。在編程器的操面板上，有一連鎖的撥動開關(guān)，KA1、KB2、KC3分別是它的三組觸點，同一時刻只有一組觸點閉合。
在對存貯條進(jìn)行操作前需先將被訪問單元的地址鎖存到PB口和PCL口中，若進(jìn)行讀操作，先使KB2閉合，PCL口中的PCT＝“1”，T3導(dǎo)通VPP／OE端＝“0”，數(shù)據(jù)經(jīng)PA口讀入微機。若要編程時，先使KA1閉合，再將數(shù)據(jù)寫入PA口，鎖存在D0～D1上，PC7＝PC6＝“0”，使T1、T2導(dǎo)通，21V編程電壓經(jīng)T2和KA1加到VPP／OE端上。電壓持續(xù)50ms后，數(shù)據(jù)就固化到存貯條中。若要擦存貯條中原有數(shù)據(jù)時，先使KC3閉合，T4導(dǎo)通后，繼電器線圈通電，觸點K閉合，220V電壓加到紫外燈上，紫外燈照射時間由一手動設(shè)定的定時器控制，時間到即切斷紫外燈的電源。
根據(jù)以上所述，便可組成本實用新型的高精度電子壓力計。
權(quán)利要求1.一種測量油氣井井下壓力的高精度電子壓力計，由傳感部分和信號處理部分所組成，其特征在于該裝置由井下數(shù)據(jù)采集存貯器和地面編程器這兩部分所組成，其中井下數(shù)據(jù)采集存貯器部分主要包括中心控制電路(1)、測頻電路(2)、編程電路(3)、存貯條(4)、編程和采集控制電源電路(5)、電源電路(6)；地面編程器部分包括總線接口(7)、譯碼器(8)、地面編程電源(9)、地面編程器(10)。
2.根據(jù)權(quán)理要求1所述的高精度電子壓力計，其特征在于井下數(shù)據(jù)采集存貯器部分單獨設(shè)置在一個便攜的機殼內(nèi)，與地面編程器分開，二者可以通過接口相連接。
3.根據(jù)權(quán)理要求1或2所述的高精度電子壓力計，其特征在于電源電路(6)采用差動集電極輸出穩(wěn)壓電源。
專利摘要高精度電子壓力計是一種應(yīng)用于油氣井井下壓力和溫度測量的裝置，它由井下數(shù)據(jù)采集存貯器和地面編程器這兩部分所組成，包括中心控制電路、測頻電路、編程電路、存貯條、編程和采集控制電源電路、電源電路、總線接口、譯碼器、地面編程電源、地面編程器；使用時，將井下數(shù)據(jù)采集存貯器放置于井下，待測量完畢后再將其取出與地面編程器對接，讀出所需的數(shù)據(jù)，該裝置使用的費用低，攜帶方便，精度高。
文檔編號E21B47/06GK2170372SQ93237518
公開日1994年6月29日 申請日期1993年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月26日
發(fā)明者胡仁杰, 陸庭恕, 江潼君, 錢儂仙, 何宏現(xiàn), 湯雅忠 申請人:東南大學(xué), 地質(zhì)礦產(chǎn)部華東石油地質(zhì)局井下作業(yè)大隊