电子压力流量检测装置 【技术领域】
本实用新型涉及用于油田注水井的压力和流量测量的电子压力流量检测装置。
背景技术
随着石油不断的开采，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，造成地下残留大量死油采不出来。为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，在采油新工艺中，用注水井向地下分层注水的方法保持油层压力，用以提高石油产量。
目前，所使用的测量仪表为螺旋式弹簧管取压表和机械记数式流量表，需人工现场记录数据。由于注水井数量多且分布范围广，数据漏报，错报现象时有发生，致使地层不能科学注水，严重影响石油产量。由于压力和流量的测量分离进行，只能用人工方式记录井号、表号及对应的压力流量值，因此，为数据的分布、统计和管理带来很大的不便。
【实用新型内容】
本实用新型的目的是提供一种电子压力流量检测装置，能有效检测出每一注水井的压力、编码信号，瞬间的流量和累计流量，传输给计算机实施存储管理，避免了漏错报及统计困难的问题。
为实现上述目的，本实用新型地技术解决方案是这样来完成的。一种电子压力流量检测装置，它具有若干个压力传感器和若干个电子流量计分别安装于油田注水井的管路上和管路的叶轮上，通过手持检测仪及其上的接口，分别与压力传感器和电子流量计的电极端连接；该手持检测仪通过RS323接口接于计算机。
本技术方案还包括：
所述的压力传感器具有一个外壳，其内装有一带有阀芯的进液阀，其上端安装带有套体的内壳，由内壳内依次装有压力芯片、压紧环、压紧螺母，通过其上的支柱安装一压力传感器电路板，在内壳的上端设置的端盖中心处设置电极。
所述的电子流量计具有一个可安放电池的底座，其上端连接有外壳，其内设有流量电路板和凸台电极，在电极上端安装有显示器，由显示器上端安装的端盖透过电极与外壳连接。
上述的传感器电路板是由电极端接于IC5输入端的1脚，由输出端的3脚通过电阻R9分别连接于放大器IC1的16脚、测量桥IC6的桥压端和并联IC3、IC4和电解电容C2、C3连接，由测量桥IC6的信号端通过电阻R10、电容C5及电阻R11和C6与放大器IC1的7脚相连，IC1的5、6脚接电位器W1，IC1的9脚与W2的中心抽头相连，W2的两端连接电阻R2、R3，由电阻R3的另一端连接电阻R5，通过电容C4接地，由IC1的11-13脚短接，14脚接三极管Q1的发射极，通过电阻R1接地，15脚通过电阻R4接Q1的基极，集电极接IC5的1脚，电阻R5的一端接IC2A的14脚，IC2A的1、2脚短接后通过电阻R6连接电位器W3一端和电容C3的一端，由W3的另一端连接IC2B的5、6脚，C3的另一端接IC2B的4脚，通过电阻R7接于Q2的基极，集电极接电极端，发射极通过电阻R8接地。
上述的流量电路板是由线圈L并联电容C1、电阻R1、二极管D1、D2通过串接电阻R2接单片机IC1的46脚，IC1的40和41脚，41和42脚、42和43脚之间各连接电阻R7、R6、R5接地，由IC1的17-39脚接LCD驱动，IC1的8、9脚接一个32K晶振，IC1的1脚和64脚连接Vcc电源，通过电容C3接地，IC1的61脚通过电阻R11接复合管的基极，发射极接输出端通过电阻R10接电极CON2的1脚，集电极通过电阻R12接地至CON2的2脚，IC1的49脚通过电阻R13、R14接IC2的3脚，IC2的2脚接输出端CON2的1脚，由电阻R13和R14之间的连接端并接稳压管DW1接地至CON2的2脚。
所述的手持检测仪是由模拟信号SIGNAL输入端，通过电阻R15连接IC5的3脚，4和1脚相连至IC1的5脚，IC5的3脚接电容C20接地，SIGNAL输入端分别接电阻R16接地和电容C19一端，另一端接于IC1的80脚，通过接电阻R17接地，电源COM1接稳压块IC3的1脚，2脚接Vcc，IC3的1、2脚分别对地接电容C1、C2，IC2的1脚接IC1的4脚，IC2的3脚分别通过电阻R2接电源COM1的1脚和通过电阻R3接地，IC2的2脚接地，IC1的77脚一路通过电阻R4接Vcc，另一路通过电阻R5接于三极管T1的基极，发射极接地，集电极通过电阻R6接T2的基极，发射极接COM1的1脚，IC4的1、8脚短接后连接T2的集电极，通过电容C3接地，由IC4的1、8脚与6脚之间串联电感L1，6脚串接开关二极管D3，IC4的2脚和3脚分别串接电容C5和C6接地，IC4的4脚接电容C6，7脚接电源，电源输出端串接电容C7接地，由电感L2的一端串接一并联的电容C8、C9接Vcc端，另一端串接一并联的电容C10、C11接AVcc端，IC1的8、9脚接于32768低速晶振，88、89脚接于6MHz高速晶振及连接的电容C13、C14，时钟芯片IC6的7、6、5脚分别连接IC1的69-71脚，IC6的1脚接电源Vcc，2、3脚接一个32768的晶振，8脚接BR1225接地，由IC7的1、9、11、12、16脚分别连接IC1的72、74、75、66、64脚，IC7的15脚分别接于Vcc和电容C25接地，IC7的14脚接地，13脚接232端子J1的3脚，IC7的2、4脚间连接电容C24，IC7的5、6脚接电容C23，IC7的3、8脚分别对地接电容C21、C22，按键K1-K5分别连接IC1的46-50脚和上拉电阻R18-R22接Vcc，IC1的12-30脚接LCD，IC1的56和57脚、57和58脚、58和59脚间分别连接电阻R25、R24、R23。
本实用新型的电子压力流量检测装置，具有采用智能压力传感器，不仅能将压力信号转换成电信号，每支传感器具有唯一的编码。平时不工作无能耗，当手持检测仪抄表时，由外部提供能量，启动电路工作，以电流输出方式同时将压力信号以模拟量输出，将传感器信号以数字量输出。同时配置的电子流量计，由微功耗单片机进行数据采集、显示和串行输出。，手持式检测仪表通过内部日历芯片和EEPROM，实现按日期保存被测油井的压力值和流量值及井号，并通过RS232接口与计算机通信。该装置采用了数字通信技术，实现零误码传输，提高了抗干扰能力；数据库管理功能实现按日期、油井名称等进行查询，方便准确。另外还可网络化连接实现油田现代化管理，适用温度在-45℃-85℃环境下工作。
【附图说明】
图1是本新型的电路框图。
图2是压力传感器结构视图。
图3是压力传感器电路原理图。
图4是电子流量计结构视图。
图5是电子流量计电路原理图。
图6是手持检测仪电路原理图。
【具体实施方式】
下面将结合附图实施例，对本新型作进一步的描述。
图1给出电子压力流量检测装置的电路框图。电子流量计的线圈采集到的流量信号送到单片机系统，由单片机系统进行调理，输出的信号通过电极送到手持检测仪表，并送液晶显示。同时手持检测仪表通过电极为电子流量计采集系统提供电源；
压力传感器与手持检测仪表的信号传递同样通过电极完成，压力传感器本身无电源，由手持检测仪表通过电极为其供电；其压力信号的采集、调理电路输出的信号通过电极送入手持检测仪表；
从手持检测仪表的电极进入的信号经过信号采集、放大电路送入手持检测仪表内部的单片机系统，当手持检测仪表中存有当前压力传感器或电子流量计的编码时连接到单片机的发声器会给出响应。单片机系统对采集到的信号进行运算后，控制液晶显示电路进行显示。时钟电路与单片机系统相连，为系统提供采样时间。按键连接到单片机，由用户选择控制方式。单片机系统通过串行口与上位机控制系统相连，为上位机的控制提供可靠的采样数据。
由图2所示的压力传感器，具有一个带内腔的外壳1，其中一外壳端为向内凹的弧形体，在其弧形体的外壳1的内腔安装一带有阀芯3的进液阀2，其中进液阀2的一端向外引出。该进液阀2与外壳1内台肩的配合端带有密封圈4。在位于腔体内进液阀2密封圈5的端面上安装带有套体7的内壳6，通过螺纹连接在外壳内部。该内壳6为变径腔体，其内壳6的内腔依次装有密封圈16、压力芯片15，压紧环8和压紧螺母9，可直接接受阀芯3进入的液体压力。在内腔台肩上通过设置的支柱10安装一压力传感器电路板11，对压力芯片采集到的压力信号进行处理。在内壳6的上端设计一个凸台，在凸台上安装有作为绝缘套14的端盖12，与外壳1绝缘。由端盖12的中心处设置电极13。该压力传感器通过弧形端固定在管路上。
图3给出了传感器电路板的电路原理图。由于传感器本身没有电源，是利用手持表采样时通过电极13为传感器供电。该电路是由电极端接于稳压器IC5输入端的1脚进行稳压，由输出端的3脚通过电阻R9输出为各元器件供电，分别连接于放大器IC1的16脚、测量桥IC6的桥压端和并联IC3、IC4和电解电容C2、C3连接。IC6是压力芯片组成的测量桥。IC3、IC4和电解电容C2、C3起到稳定桥压的作用。由测量桥IC6的信号端通过电阻R10、电容C5及电阻R11和C6与放大器IC1的7脚相连，IC1的5、6脚接电位器W1来调节零点，IC1的9脚与W2中心抽头相连，W2的两端连接电阻R2、R3来调整增益，由电阻R3的另一端连接电阻R5，通过电容C4接地，给信号滤波。由Ic1的11-13脚短接，14脚接三极管Q1的发射极，并通过电阻R1接地，15脚通过电阻R14接到Q1的基极，Q1的集电极接IC5的1脚，为传感器信号输出。电阻R5的一端接IC2的14脚为IC2供电。IC2A的1、2脚短接，并通过电阻R6连接电位器W3一端和电容C3的一端，由W3的另一端连接IC2B的5、6脚，C3的另一端接IC2B的4脚，由IC2的及R6、W3和C3等元件构成的这部分电路用于传感器的编码调节，调节后的信号通过电阻R7接到三极管Q2的基极，Q2的集电极端输出，发射极通过电阻R8接地。
该压力传感器是利用液体通过进液阀及阀芯进入传感器并作用于压力芯片。电路对压力信号进行采集处理，输出信号直接到电极+，手持表接触电极+时输出即可采集到压力信号及编码信号。
图4给出了电子流量计的结构。它具有一个可安放电池的底座17，其外端径向带有连接盘。由底座17上端通过螺纹连接有外壳18，在外壳18内的径台肩上设有流量电路板19。由电路19和台肩上装有凸台电极22，在电极22的台肩上安装有显示屏21。由显示屏21上端安装一端盖20，透过电极22与外壳18通过螺纹连接，并通过安装玻璃片保护显示屏21。该电子流量计安装在液体管路叶片的上方。
图5给出了图4流量电路板的原理图。电子流量计采用MSP430单片机为核心，前端采用电磁感应原理采集信号。由线圈L并联电容C1、电阻R1、二极管D1、D2通过串接电阻R2接单片机MSP430IC1的46脚，IC1的40脚和41脚、41脚和42脚、42和43脚之间各连接一个电阻R7、R6、R5接地，由IC1的17-39脚接LCD驱动。驱动显示瞬时流量和累计流量等信号，IC1的8、9脚连接一个32K的晶振器，IC1的1脚和64脚分别为数字电源和模拟电源，均连接到Vcc，并通过一个电容C3接地，滤除毛刺。IC1的61脚串接一个电阻R11接到T1、T2复合管的基极，发射极接输出端通过电阻R10接电极CON2的1脚，集电极通过电阻R12接地至CON2的2脚，IC1的49脚通过电阻R13和R14接IC2的3脚，IC2的2脚接电极CON2的1脚作为稳定外部电压用，由电阻R13和R14之间的连接端并接稳压管DW1接地至CON2的2脚。电极CON2既作为信号的输出端，又是外部电源的给定端。该电子流量计的电路部分的MSP430单片机为核心器件完成控制流量信号的采集、处理、存储、显示和传送输出。单片机在32K晶振下工作；线圈和二极管组的磁感应传感器将采集到的信号送到单片机，由MSP430单片机完成信号处理，内置FLASH存储器保证掉电时数据不丢失，MSP430单片机还用于驱动LCD显示采集到的瞬时流量以及累计流量。CON2为电子流量与手持表的接口，当手持表采集时，信号由单片机IC1输出，经电阻及复合管组成的放大电路放大后通过CON2接口送到手持表中。
图6给出了手持检测仪的电路原理图。手持检测仪采用MSP430单片机IC1为控制核心，前端采用放大器IC5进行模拟信号数据采集。模拟信号由SIGNAL端输入后，通过电阻R15连接到IC5的3脚，IC5的1脚与4脚相连，跟随放大，IC5的1脚输出接到单片机IC1的5脚，信号输入到单片机，IC1的3脚对地接电容C20滤波，SIGNAL对地接电阻R16分压，编码信号经过SIGNAL端输入后接电容C19接电阻R17，接于IC1的80脚。
电源分3.3V电源和12V电源，3.3V电源给单片机及其外部低压芯片使用；12V电源为可控电源，由单片机控制，用于传感器电源，另外蜂鸣器也使用12V电源。
电源COM1接稳压块IC3的1脚，IC3的2脚给出3.3V电源Vcc。IC3的1、2脚分别对地接一个电容C1、C2，滤波用。IC2的1脚接RET端IC1的4脚，IC2的3脚分别通过电阻R2接电池COM1的1脚和3接电阻R3接地，IC2的2脚接地，IC2及其外围元器件构成电源监控电路，当电池电量低到一定限度时，即输出信号到RET端，由单片机控制提醒用户充电。
POR端IC1的77脚通过一个上拉电阻R4接到Vcc，并经过电阻R5接到NPN三极管T1的基极，T1的发射极接地，T1的集地极通过电阻R6接到PNP三极管T2的基极，T2的发射极接到电池COM1的1脚，这部分电路是12V电源的通断控制，由单片机通过POR端控制12V的通断。IC4的1、8脚短接后连接到T2的集电极，并串接一个电容C3接地，IC4的1、8脚与6脚之间串联电感L1，IC4的6脚串一个开关二极管D3接到输出12V电源，IC4的2脚和3脚分别串一个电容C5和C4接地，IC4的4脚串接电容C6、接12V电源，由12V电源输出端串一个电容C7接地，以滤除电源毛刺。由电感L2的一端串接一并联的电容C8、C9并接后接到Vcc端，另一端串接一并联的电容C10、C11对地接AVCC端。
单片机采用双晶振设计：低速晶振32768Hz、高速晶振6MHz。低速晶振接到单片机IC1的8、9脚，高速晶振接到IC1的88、89脚，并在88、89脚分别对地接一个电容C13、C14，手持仪表还有时钟电路，时钟芯片IC6的7、6、5脚分别接到单片机IC169、70、71脚，IC6的1脚接电源Vcc，IC6的2、3脚接一个32768Hz的晶振，IC6的8脚接BR1225接地。
手持仪表与上位机的通信采用串行通信方式，通过串口芯片IC7实现。由IC7的1脚接单片机IC1的72脚，IC7的9脚接到IC1的74脚，IC7的11脚接到IC1的75脚，IC7的12脚接到IC1的66脚，IC7的16脚接到IC1的64脚，IC7的15脚是电源分别连接Vcc和通过接电容C25接地。IC7的14脚接地，IC7的13脚接到232端子J1的3脚，IC7的2、4脚间连接电容C24，IC7的5、6脚接电容C23，IC7的3脚和8脚分别对地连接电容C21、C22。5个按键K1-K5分别接到单片机IC1的46至50脚，并分别接一个上拉电阻R18、R19、R20、R21、R22接到电源Vcc。IC1的12至30脚LCD显示驱动接LCD，IC1的52至55脚为LCD驱动的公共端。IC1的56和57脚、57和58脚、58和59脚间分别连接电阻R25、R24、R23为液晶模块分压。
用手持检测仪的表笔的两极对准压力传感器或电子流量计的两极触点可靠接触，手持检测仪的屏幕显示检测数据。当检测仪中存在所测传感器的编码时，手持检测仪的蜂鸣器响，压力数据被保存在检测仪内；检测仪没有该传感器时。蜂鸣器不响，压力数据不被保存。表笔离压力传感器或电子流量计约30秒后，手持仪检测仪自动关闭电源。
将检测仪与计算机连接，可实现通信功能，可由上层软件完成检测仪的设置和检测数据的查询、报表。