[發明專利]一種稠油開采用管道內非侵入溫度測量系統

在審

• 申請號: 202210075974.0
• 申請日: 2022-01-23
• 公開（公告）號: CN114483007A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 胡澤;牟強;汪敏;陳昊;溫仕寧;王超;楊婷婷;顧光燕
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B47/07
• 分類號: E21B47/07;E21B47/12
• 代理公司: 成都知棋知識產權代理事務所(普通合伙) 51325
• 代理人: 馬超前

1.一種稠油開采用管道內非侵入溫度測量系統，其特征在于：包括硬件系統和軟件系統，所述硬件系統包括單片機最小系統、溫度檢測模塊、工業變送模塊、數據交互模塊、電源模塊和隔離電路，所述溫度檢測模塊、工業變送模塊、數據交互模塊和電源模塊均與單片機最小系統連接，所述電源模塊通過隔離電路與溫度檢測模塊連接，所述單片機最小系統以微控制器為主控芯片來搭建并附有復位電路、啟動方式選擇電路和SWD程序下載電路，所述溫度檢測模塊包括管壁溫度采集單元和環境溫度采集單元，所述數據交互模塊包括HART通信單元和用于顯示測量溫度具體數值的屏幕顯示單元，所述電源模塊通過環路供電的方式對整個系統進行供電，所述隔離電路對溫度檢測模塊單獨供電；

所述軟件系統包括單片機主程序、溫度檢測程序、數據處理程序、工業變送程序、數據交互程序和溫度轉化程序，所述單片機主程序控制整個系統的軟件運行，所述溫度檢測程序采集溫度檢測模塊中的測溫數據，所述數據處理程序使用滑動均值濾波處理采集到的測溫數據并用最小二乘法進行擬合處理，所述工業變送程序將處理后的測溫數據以4mA-20mA電流形式輸出，所述數據交互程序通過HART通信單元收發數據，并通過屏幕顯示單元實時顯示溫度信息，所述溫度轉化程序根據熱力學原理將測得的環境溫度和管壁溫度計算得到管道內溫度。

2.根據權利要求1所述的一種稠油開采用管道內非侵入溫度測量系統，其特征在于：所述主控芯片選用微控制器STM32L011F4P6，所述硬件系統的電源模塊在4mA-20mA電流下工作，所述溫度檢測模塊的測溫在-40℃-350℃范圍內，所述HART通信單元根據國際HART應用層和數據鏈路層規定協議為硬件系統提供HART通訊。

3.根據權利要求1所述的一種稠油開采用管道內非侵入溫度測量系統，其特征在于：所述軟件系統的軟件設計均在Windows系統下基于Keil uvision5編寫完成，且編程使用的語言為C語言。

4.根據權利要求1所述的一種稠油開采用管道內非侵入溫度測量系統，其特征在于：所述溫度檢測模塊選用溫度采集芯片AD7124-4，測量管壁溫度時，先通過MUX進行芯片配置，再通過測溫元件鉑電阻Pt100采集管壁溫度數據，然后通過PGA放大信號，最后將測得的模擬量轉化為數字量傳入主控芯片，所述環境溫度采集單元通過內置的溫度傳感器對環境溫度進行測量。

5.根據權利要求1所述的一種稠油開采用管道內非侵入溫度測量系統，其特征在于：所述HART通信單元選用AD5700來實現電路的HART通信，所述屏幕顯示單元為LCD屏幕，且驅動芯片選用HT1621。

6.根據權利要求1所述的一種稠油開采用管道內非侵入溫度測量系統，其特征在于：所述隔離電路通過多諧振蕩器將電源模塊環路端輸出的5V直流電轉換為交流電，再由多諧振蕩器產生方波來驅動變壓器并將電流整流為直流后用于給溫度檢測模塊供電。

7.根據權利要求4所述的一種稠油開采用管道內非侵入溫度測量系統，其特征在于：所述單片機主程序控制主控芯片、屏幕顯示單元和溫度采集芯片的初始化工作。

8.根據權利要求4所述的一種稠油開采用管道內非侵入溫度測量系統，其特征在于：所述溫度轉化程序計算管內溫度的公式為：

其中，t₁為溫度檢測模塊檢測得到的環境溫度，t₂為溫度檢測模塊檢測得到的管壁溫度，t₃為管內溫度，λ₁為環境溫度的導熱系數，數值為空氣中的導熱系數，λ₂為管道材質的導熱系數，數值大小由管道材質決定，b₁是內置溫度傳感器到管壁的距離，b₂是測溫元件Pt100的長度。