DE2410221C2 - ÜbertagemeBeinrichtung zum Messen der Temperatur eines ein Bohrloch ausfüllenden Mittels - Google Patents

Description

Ziel der Erfindung ist, die genannten Mangel bekannter Meßeinrichtungen zu beseitigen.

Dieses Zie! wird mit einer Meßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindurgsgemäß dadurch erreicht, daß der Zeichengenerator eine Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des aus auf dem einen Ende aus den Transformatoren der Meßsonde, aus den parasitären Widerständen und Kapazitäten der abgeschlossenen Kabeladern und aus den Kupferwiderständen und Induktivitäten der Transformatoren bestehenden Parallelschwingungskreises hat.

Die erfindungsgemäße Lösung sichert durch Abwendung aktiver Stromkreise über Tage das Betreiben der Meßsonde mit einem nahezu idealen Stromgenerator sowie den Abschluß des Ausgangs der Meßsonde mit einer Unterbrechung.

Der Erfindung Hegt die Erkenntnis zugrunde, daß es eine — und nur eine — Frequenz gibt, bei der der in die Temperaturmeßbrücke und demnach auch in den Temperaturfühler fließende Strom mit dem Strom des Stromgenerators gleichphasig ist. Bei dieser Frequenz ist gewährleistet, daß der in die Meßbrücke fließende Strom unabhängig von den Impedanzen der Stromkreise genau konstant gehalten wird.

Weiter liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß der Abschluß des Ausgangs der Meßsonde mit einem geeignet hohen Widerstand ebenfalls bei einem — und nur bei einem — diskreten Frequenzwert zu verwirklichen ist.

Es hat sich gezeigt, daß diese beiden günstigen diskreten Frequenzwerte gleichgemacht werden können und der mit dieser diskreten Frequenz arbeitende Stromgenerator die Möglichkeit des idealen Abschließens auf der Generator- und auf der Meßseite sichert. Bei anderen Frequenzen ist die Möglichkeit wegen der Kabeladerwiderstände und der sehr hohen Kabeladerkapazitäten nicht sichergestellt.

Aus dem obigen wird klar, daß ein einen sinusförmigen Strom erzeugender Generator für das erfindungsgemäße Meßverfahren zweckmäßig ist und daß der Strom des Pulsators wegen des hohen Gehalts an harmonischen Oberwellen von diesem Standpunkt aus ungünstig ist.

Die Meßeinrichtung über Tage kann noch ergänzende Kondensatoren enthalten, mit deren Hilfe die parasitären Widerstände und Kapazitäten sowie die Kupferwiderstände und Induktivitäten der Transformatoren zu einem auf die Frequenz des Zeichengenerators abgestimmten Parallelschwingkreis ergänzt werden. Diese ergänzenden Kondensatoren werden zu den Kabeladern parallel geschaltet. Das Meßgerät enthält zweckmäßig einen synchronen Gleichrichter, dessen synchronisierter Eingang an den Zeichengenerator angeschlossen ist.

Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der sich auf ein Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung stellt eine mit einer Meßsonde verbundene Meßeinrichtung dar.

Die in das Bohrloch eingeführte Meßanordnung besteht aus einem über Kabeladern 11 angeschlossenen Eingangstransformator 7, einer Meßsonde 9, aus einer einen Temperaturfühler 10 enthaltenden Meßbrücke und aus einem Ausgangstransformator 8, wobei die Induktivitäten der Transformatoren 7 und 8 gleich sind. Die Kabeladern haben einen erheblichen Widerstand und eine erhebliche Kapazität. Die Anpassung des aus der Meßsonde 9 und aus dem Kabel bestehenden Meßkreises erfolgt über Tage durch zwischen die Kabeladern geschaltete Kondensatoren 3, 4.

Ein elektronischer Stromgeneratori der Meßeinrichtung erzeugt einen Speisestrom für die in der Meßsonde untergebrachte, den Temperaturfühler 10 enthaltende unausgeglichene Meßbrücke und zwar

ίο mit einer solchen Frequenz /„„ daß zwischen dem Brückenstrom und dem Strom des Stromgenerators Phasengleichheit herrscht, d. h. mit einer solchen Frequenz f_m, wobei die Induktivität des Eingangstransformators 7 der Meßsonde, die Kabeladern 11, und die veränderliche Kapazität der Kondensatoren einen Parallelschwingungskreis hohen Widerstandes bilden. Demzufolge wird die durch das Vorhandensein der an den Zeichengenerator angeschlossenen Kabelwiderstände und der Erwärmung derselben verursachte Änderung sowie die Wirkung der Kabelkapazitäten und die durch das Bestehen und durch die Erwärmung der Transformatoren-Kupferwiderstände verursachte Änderung vom Standpunkt der Durchführung der Messung vernachlässigbar.

Dann werden die Kapazitäten der an den Ausgang der Meßsonde angeschlossenen Kabeladern 11 und von Kondensatoren 4 und 3 einander gleichgemacht, und sich mit diesen gleichzeitig ändernde Kapazitäten bilden mit der Induktivität des Ausgangstransformators 8, die der des Eingangstransformators 7 gleich ist, ebenfalls einen parallelen Schwingungskieis, weshalb der Verstärkers mit hohem Eingangswiderstand diejenige Spannung zu messen imstande ist, die am Ausgang der Meßsonde 9 erscheint. Die Wirkung der parasitären Widerstände und Kapazitäten wird nämlich, ähnlich wie im Zusammenhang mit dem Eingang der Meßsonde behandelt, vom Standpunkt der Messung vernachlässigbar, da diese als Ergebnis wie ein hoher Parallelwidersland erscheinen.

Die verstärkte Spannung U_m wird einem synchronen Gleichrichter 6 zugeführt, der seinerseits durch den Spannungsabfall an einem Widerstand 2 gesteuert wird, wodurch das System phasenselektiv wird. Die am Ausgang des synchronen Gleichrichters erscheinende Gleichspannung kann registriert werden.

Da für die Messung Panzerkabel verschiedener Länge und damit auch verschiedener Kapazität verwendet werden, kann durch die Veränderung der Kapazitäten 3 und 4 immer Resonanz (für die Frequenz /,„) eingestellt werden.

Das Erreichen der Resonanz wird durch das Maximum der zu registrierenden Spannung angezeigt.

Nach der Einstellung ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, die Mangel des mit dem Pulsator beschriebenen Verfahrens zu beseitigen und eine bedeutend genauere und empfindlichere Messung vorzunehmen.

Kurz umrissen ist nach der Erfindung der Zeichengenerator mit sinusförmigem Ausgangsstrom und einer Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des aus den parasitären Widerständen und Kapazitäten der auf dem einen Ende durch die Transformatoren der Meßsonde abgeschlossenen Kabeladern sowie aus den Kupferwiderständen und Induktivitäten der Transformatoren bestehenden Parallelschwingungskreises.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Meßsonden abgesenkt, und es wird der Spannungs- ... qhfall am Widerstand des mit dem Schlamm in un- Patentansprüche: „Sbarer Berührung stehenden Fühlers - Metall-

1. Übertagemeßeinrichtung zum Messen der faden kleiner Dicke — gemessen.

Temperatur eines ein Bohrloch ausfüllenden Mit- 5 Bei den bekannten Verfahren und Einrichtungen tels, mit einer über ein mehradriges Kabel in das erfolgt das Messen m.t Wechselstromen hohen Ge-Bohrloch eingeführten, zwischen Eineangs- und halts an harmonischen Oberwellen. Der zum Speisen . Ausgamzstrantformatoren geschalteten, einen der Brücke nöt.ge Wechsel ■ · rorr.wirdmit einem PuI-Temperaturfühler oder eine temperaturfühlende sator einer elektrischen Kernungseinnch ung erzeugt, Meßbrücke enthaltenden Meßsonde und mit io und die der Temperatur proportionale Spannung einem über das Kabel über Tage auf den Eingangs- wird ebenfalls durch den Pulsator gleichgerichtet und transformator der Meßsonde geschalteten Zei- dann registriert.

chengenerator sowie an den Ausgangstransforma- Die elektrische Kernungsemr.chtung w.rd mit der

tor der Meßsonde geschalteten Meßinstrument, Meßsonde durch ein mehradriges Panzerkabel yeril ad u rc h gekennzeichnet, daß der Zei- 15 bunden. Die Meßbrücke der Meßsonde wird über chengenerator (1) eine Frequenz gleich der Reso- einen Transformator an das Panzerkabel sowie über nanzfrequenz des aus auf dem einen Ende aus dieses an den Zeichengenerator der Übertagemeßeinden Transformatoren (7, 8) der Meßsonde (9), richtung und an das Meßgerat angepaßt. Wahrend aus den parasitären Widerständen und Kapazitä- der Messung erhöhen sich die Widerstände der Kupten der abgeschlossenen Kabeladern (11) und aus 20 ferwicklungen der Transformatoren sowie der Kupden Kupferwiderständen und Induktivitäten der ferleitungen des Panzerkabels infolge der im Bohr-Transformatoren (7, 8) bestehenden Parallel- loch herrschenden hohen Temperaturen erheblich,
schwinaungskreises hat. Infolge der erwähnten Widerstandserhöhung kann

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch am Ausgang der mit einem endlichen Widerstand abgekennzeichnet, daß der Zeichengenerator (1) ein 25 geschlossenen Meßsonde nur eine bedeutend kleinere Stromgenerator mit sinusförmigem Ausgangs- als die tatsächliche Spannung gemessen werden, strom ist. Gleichzeitig erniedrigt sich auch der Speisestrom in-

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, folge der Erhöhung der Kupferwiderstände, da der dadurch gekennzeichnet, daß zur Ergänzung des den Speisestrom liefernde Pulsator kein Generator aus den parasitären Widerständen und Kapazitä- 30 konstanten Stromes ist. Die Spannung der bei den ten der Kabeladern (11) sowie aus den Kupfer- gebräuchlichen Verfahren benutzten Pulsatoren bewidersiänden und Induktivitäten der Transforma- trägt 100 V, und der Meßstrom bewegt sich in der toren (7, 8) bestehenden Stromkreises zu einem Nähe von 10 mA.

auf die Frequenz des Zeichengenerators (1) abge- Hieraus ergibt sich, daß der Innenwiderstand des

stimmten Parallelschwingkreis zusätzliche Kon- 35 Zeichengenerators in der Größenordnung von 1OkQ

densatoren vorgesehen sind, die parallel zu den liegt, während für den idealen Betrieb ein Innen-

Kabeladern geschaltet sind. widerstand in der Größenordnung von 0,1 bis 1,0 Ω

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, nötig wäre. Aus der obigen Erörterung wird klar, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßinstrument daß die bisher verwendete Pulsatoren um eine bis einen synchronen Gleichrichter (6) enthält, des- 40 zwei Größenordnungen hinter den erwünschten Insen synchronisierender Eingang an den Zeichen- nenwiderständen zum Messen nötigen Zeichengenegenerator (1) angeschlossen ist. ratoren zurückbleiben.

Bei den benannten Verfahren erfolgt das Registrieren unmittelbar nach der Gleichrichtung durch

45 den Pulsator. Der Innenwiderstand der gebräuchlichen registrierenden Galvanometer beträgt 3 kQ. Für das Abschließen der auf den Ausgang der Meßsonde geschalteten Kabeladern durch eine Unterbrechung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertagemeß- wären Innenwiderstände um eine bis zwei Größeneinrichtung zum Messen der Temperatur eines ein 50 Ordnungen höher nötig.

Bohrloch ausfüllenden Mittels, mit einer über ein Infolge der hier dargelegten Gründe sind Abmehradriges Kabel in das Bohrloch eingeführten, Schlüsse nahe dem idealen Wert mit den beschriebezwischen Eingangs- und Ausgangstransformatoren neu und bekannten gebräuchlichen Verfahren nicht geschalteten, einen Temperaturfühler oder cine tem- zu verwirklichen.

peiaturfühlcnde Meßbrücke enthaltenden Meßsonde 55 Bei den beschriebenen und bekannten Verfahren und mit einem über das Kabel über Tage auf den Ein- wird ein weiterer Fehler dadurch verursacht, daß der gangstransformator der Meßsonde geschalteten Zei- Kupferwiderstand und die hohe Aderkapzität des chengenerator sowie an den Ausgangstransformator Panzerkabels einen Spannungsteiler bilden, dessen der Meßsonde geschalteten Meßinstrument. Teilungsverhältnis sich stark mit der Temperatur än-

Unter den querschnittbestimmenden Methoden 60 clert. Es folgt bereits aus dem Vorhandensein der hospielt. die Qucrschnittslcmpcraturbcstimmung eine hen Aderkapazität selbst, daß auch bei idealem Abwichtige Rolle, die über die in geophysischen Bohrlö- schließen ein Fehler auftreten würde, da die Kapazichern herrschenden Temperaturen in Abhängigkeit tat einen Nebenschluß zum Zeichengenerator bzw. der Tiefe eine Information gibt. zum Ausgang der Meßsonde bedeutet.

Bei den als zeitgemäß zu betrachtenden bekannten, 65 Schließlich verringern die so entstehenden Meßdie Querschnitlslemperatur bestimmenden Methoden fehler erheblich die im Laufe der bekannten und bewerdcn in das Bohrloch mit freien Fühlern verse- schriebenen Querschnittstemperaturbestimmung erhene, ausschließlich passive Elemente enthaltende reichbare Genauigkeit.