高精度存储式电子压力计系统的设计

在油田生产测井过程中经常要对油、水井的压力和温度进行测试。本文介绍的高精度存储式电子压力计系统主要测量油、水井的流压、静压的压力恢复曲线和井温曲线。由于这种井下压力计仪器直径很小,也可以用于抽油机井的环空测试。在测试过程中,先用PC机与电子压力计相联,通过地面PC机专用软件对压力计系统进行设置,然后将仪器放入井中,实时自动地采集和存储井内的压力和温度数据。测试完成后,取出仪器,然后通过PC机进行数据处理,分析和打印测试数据和测试曲线。本文阐述的电子压力计系统已经成功运用在各油田的生产测井、试井服务中。

1　存储式电子压力计系统的组成及工作原理

1. 1系统构成

存储式电子压力计系统原理框图如图1所示。它主要由压力传感器、功放、模拟电子开关、高精度A/D转换器、单片机、数据存储器、定时控制器、通信接口以及电源控制等几个主要部分组成。

其中压力传感器使用瑞士KELLER公司的耐高温、重复性、线形误差小的系列传感器,保证系统的测试精度。压力传感器的性能指标是决定系统高精度的主要因素之一。温度传感器使用了美国AD公司的高精度温度传感器AD590。

1.2系统工作原理

系统的工作原理过程:首先通过地面软件与压力计系统进行通信设置。设置好每个工作区间的采样时间间隔和采样点数。系统设置了十四个工作区间,每个工作区间采样间隔最小时间为1S,最长时间为24小时,理论上每个工作区间的采样点数为14272点。每次系统数据采样结束后自动进入掉电状态直到下一次采样开始,这种设计确保在电池供电系统的功耗最低。系统从低功耗状态变为工作状态主要是由PCF8583定时器来完成。系统的核心部分为A/D转换,A/D转换器采用美国MAXIM公司的MAX132ENG带有串行接口的±18位A/D转换。A/D转换器必须注意保证基准电压1.225V电路的稳定可靠,经过大量试验证明美国AD公司的工业级电压基准源AD589JH可以保证稳定可靠工作。A/D转换器MAX132ENG必须使用温飘系数极低的NPO积分电容。A/D转换部分原理图如图2所示。

系统的时间控制部分和数据存储部分分别采样PHILIPS公司IIC总线器件,具有速度高、占据I/O资源少、稳定可靠等优点。图3给出了IIC总线数据存储部分的原理图。数据存储器采用美国MICROCHIP公司的串行数据存储器24LC/65。每片存储器的存储容量为8KB,系统一共有七片存储器。七片数据存储器与时钟控制器组成统一的IIC系统编址,对IIC器件的读写操作之前进行地址识别,每个IIC器件的地址编码由硬件系统的连接决定。

　　压力计系统按照地面设计的工作区间工作结束后,自动进入掉电状态,取出压力计后在地面与PC机相连,可以查询仪器的工作状态以及仪器存储的数据。地面软件可以进行数据的分