指重测长仪的设计

　　1　工作原理

　　1.1　放入井下

　　拴在卷扬钢丝上的井下压力计和配重锤一起从井口开始向井下下放,在卷扬机的支架上安装有用于指重的力传感器和测长的长度计量轮,下放的动力是靠井下压力计和配重锤的重力.下放时,力传感器作为一次仪表监测重力的变化,力传感器产生的模拟小信号数值通过放大器、A/D转换器变成数字信号由单片机进行处理,在LCD显示器上显示重力值,长度计量轮的周长为400mm,在长度计量轮均匀装置4个霍尔元件的感应磁钢,磁钢接近、离开霍尔原件时产生电脉冲,长度计量轮每旋转一周发出4个脉冲信号,每个脉冲信号代表长度100 mm,脉冲信号经单片机进行累计处理换算成长度值,在LCD显示器上显示井下压力计的下放位置.指重和位置可设置预警值,达到或超过预警值时声光提示操作人员进行处理.在正常的下放时,指重表显示的重力值与在井口初始位置时的重力值基本相同或者变化范围不大,当在下放时遇到卡滞时重力值将变小,与在井口初始位置时的重力值相比变化较大,下放位移长度变小,达到或超过预警值时,操作人员改变正常的操作方法,进行现场处理,排出故障后重新进行正常下放,直到到达预定的下放地点.

　　1.2　从井下取出

　　从井下取出时,用卷扬机的动力提升井下压力计和配重锤,在正常的提升时,指重表显示的重力值与在井下初始提升位置时的重力值基本相同或者变化范围不大,当在提升时遇到卡滞时重力值将变大,与在井下初始位置时的重力值相比变化较大,提升位移长度变小,达到或超过预警值时,操作人员改变正常的操作方法,进行现场处理,排出故障后重新进行正常提升,直到到达井口.使用指重测长仪可将井下压力计放置井下不同的位置进行测井.

　　2　技术方案

　　由于本仪器的使用是在油井工作现场,现场的环境干扰因素较多,提高仪器的抗干扰能力至关重要,测长由于选用了霍尔原件[2],在磁钢的作用下获得辐值为12 V的电脉冲,再经光电耦合隔离送入单片机,具有较强抗干扰能力,同时霍尔原件工作温度范围较宽,测长电气参数输入不会对单片机形成干扰影响.测重力是靠卷扬钢丝的负重将力传递给力传感器,传感器输出毫伏级信号经运算放大器放大,送入A/D转换变成数字信号进入单片机.此通道的信号处理不好会对单片机形成干扰.

　　2.1　硬件电路

　　本设计采用一种电压/频率(V/F)转换电路来实现模拟电压的数字化处理,电路见图1、图2.V/F转换电路由V/F器件实现.V/F器件的作用是将输入电压的辐值转换成频率与输入电压的辐值成正比例的脉冲序列,虽然V/F器件本身还不能算作量化器,但加上定时器与计数器以后也可以实现A/D转换,V/F器件的突出特点就是它能够把模拟电压转换成抗干扰能力强、可远距离传送并能直接输入单片机接口的脉冲序列.通过测量V/F的输出频率可以实现A/D转换功能.针对电路的实际需要,选用国家半导体公司的芯片LM331[4]来实现A/D转换LM331是一款高精度电压/频率转换芯片.