胡永建

中国石油集团钻井工程技术研究院，北京102206

一、前言

在石油钻井领域，井筒的环空压力测量不仅有助于窄密度压力窗口的精细控压钻井施工[1]，也能通过监测井涌、井漏等井下复杂情况来保证井控安全。此类井下压力传感器需要在较宽的环境温度下工作（常规钻井仪器温度范围为-40℃～125℃），同时需要较高的测量精度（≤0.02% F.S.），一般选用低温度系数的石英晶体压力传感器作为传感部件。例如美国Quartzdyne公司生产DMB系列数字压力传感器，它采用石英晶体探头作为传感部件，内部配备完整的信号处理电路，通过数字通讯接口可读取压力与温度的原始测量值，同时读取校准系数来分度原始测量值，该压力传感器使用较为方便但价格昂贵[2]。

本文设计的井下压力传感器使用国产石英晶体压力传感器作为传感部件，设计了采用数字温度补偿的石英晶体振荡器作为时钟源的双通道频率计，该频率计以CPLD（复杂可编程逻辑器件）方式实现了多周期同步测频技术，以MCU完成压力数据的温度补偿及数据分度处理，通过RS485通讯接口即可以直接读取校准后的压力与温度测量值，无需额外计算过程。该压力传感器以较低成本实现了-40℃到125℃超宽温度补偿的高精度压力与温度测量功能。

二、温度补偿算法

1、频率计晶体振荡器

一般石英晶体压力传感器可输出压力、温度两路方波信号，信号频率高低对应着压力大小和温度高低。需要使用双通道频率计测量这两路信号的频率，本设计使用多周期同步测频技术能够消除计数器方式的±1计数值的测量误差，频率计的主要误差来源于晶体振荡器基准时钟的准确度。……