DE2834111A1

DE2834111A1 - Energiesparender druckaufzeichner

Info

Publication number: DE2834111A1
Application number: DE19782834111
Authority: DE
Inventors: Oliver Wendell
Original assignee: Otis Engineering Corp
Current assignee: Otis Engineering Corp
Priority date: 1977-08-03
Filing date: 1978-08-03
Publication date: 1979-03-15
Also published as: FR2399668A1; GB2056068A; FR2399668B1; US4107697A; DK327378A; JPS5441156A; NO782645L; NL7808116A; GB2002119A; AU3828078A; GB2002119B; CA1055722A; GB2056068B; AU522214B2

Description

Energiesparender Druckaufzeichner

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Druckaufzeichnungsgeräte -und insbesondere ein unabhängiges batteriebetriebenes Aufzeichfmngsgerät mit .Festkörpersteuerung und logischen Kreisen, die durch zeitlich intermittierende Steuerung der Energiezufuhr die Batterielebensdauer verlängern .

Das erfindungsgemäße Gerät ist grundsätzlich ein schreibendes Voltmeter, dessen Schreibstiftablenkung proportional zu einer Eingangsspannung ist, wodurch eine sichtbare Markierung auf einen bewegten Streifen gedruckt wird, die eine Ablesung der Eingangsspannung als vorgewählte Funktion der Zeit ermöglicht, die wiederum durch die Vorschubgeschwindigkeit des Streifens pro Zeiteinheit vorgegeben ist.

Im vorgeschlagenen Gerät enthält die aufzuzeichnende Spannung das Ausgangssignal eines Druckwandlers, der mit dem Bohrloch einer Erdölquelle verbunden sein kann, so daß die erzeugte Ausgangsspannung eine bestimmte Größenrelation zum Druck im Bohrloch derart aufweist, daß die Ablenkung des Schreibstiftes ein Maß für den Bohrlochdruck ist und auf einem geeignet geeichten beweglichen Streifen aufgezeichnet werden kann.

Da Ölquellen oftmals abgelegen sind· ist es wünschenswert, daß ein den Bohrlochdruck aufzeichnendes Gerät batteriebetrieben ist und somit selbständig und unabhängig von einer äußeren

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Energieversorgung ist. _Ein derartiges unabhängiges tragbares Gerät soll also für einen maximalen Zeitraum mit vollgeladenen Batterien einsatzfähig sein und deshalb bezieht sich die Erfindung auf die Schaffung eines derartigen besonders nützlichen Gerätes.

Da ein kontinuierliches Aufzeichnen des Bohrlochdruckes für ein erfolgreiches überwachen des Bohrlochdruckes nicht wesentlich ist, ist es ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung einen Druckaufzeichner mit taktgesteuerter intermittierender Energieversorgung und dementsprechender Energieeinsparung zu schaffen. Weiterhin schafft die Erfindung ein unabhängiges batteriebetriebenes Gerät mit einer wenig Energie aufnehmenden Festkörperuhr und zugehörigen logischen Torschaltungen mittels derer die Energie dem Gerät periodisch zugeführt wird. Des weiteren schafft die Erfindung ein Druckaufzeichnungsgerät mit Festkörperschaltkreisen um periodisch den Batteriestrom während des Betriebs dem Gerät zuzuführen und um periodisch dem Gerätverstärker und dem Wandler stabilisierte Betriebsspannungen zuzuführen, wobei die Aufzeichnungsgenauigkeit mit derjenigen von ortsfesten Meßgeräten vergleichbar ist. Weiterhin wird ein Druckaufzeichnungsgerät geschaffen, das für periodische Druckaufzeichnungen während eines vollständigen im Betrieb auftretenden Druckbereiches einsetzbar ist oder das gezielt periodische Druckänderungen um einen vorgewähltenDruck herum in diesem Bereich aufzeichnet mit erheblich größerer Empfindlichkeit zum Zwecke der überwachung der Bohrlochstabilität.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

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Erfindungsgemäß enthält also ein Druckaufzeichnungsgerät mit einem zeitweise bewegten Streifen und einem durch Druck ablenkbaren Schreibstift eine Festkörperuhr, die aufgrund vorhergehender Energiezufuhr Signale erzeugt um dergestalt periodisch ein logisches Ausgangssignal entstehen zu lassen. Logische Torschaltungen, die auf" das logische Ausgangssignal ansprechen, verbinden die Energiequelle mit dem Streifenschreiber um so eine Aufzeichnung des gemessenen Druckes während dieser Zeit durchzuführen und um so den logischen Schaltkreisen Kollektorspannungen von der Energiequelle zuzuführen, unter gleichzeitiger Verbindung der Energiequelle mit einer eine stabilisierte Spannung abgebenden Anordnung zur Versorgung des im Gerät enthaltenen Wandlers und Verstärkers. Die periodische Energiezufuhr wird durch vorgewählte längere Energiezufuhr ersetzt, zur Anzeige des Augenblickdrucks einer digitalen Druckauslesevorrichtung und,zur Eichung des Schreibers entweder für den normalen den Gesamtbereich umfassenden Aufzeichnungsbetrieb oder für den einen gedehnten Bereich mit Nullunterdrückung umfassenden Aufzeichnungsbetrieb für die Druckstabilität.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:

Figur 1 ein Funktionsdiagramm eines periodisch mit Energie versorgten unabhängigen Druckaufzeichnungsgerätes und

Figur 2 ein schematisches Diagramm eines vollständigen Ausführungsbeispiels des in Figur 1 gezeigten Gerätes.

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In Figur 1 ist ein Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Druckaufzeichnungsgerätes dargestellt. Das gesamte Gerät wird mit Energie von der Batterie 10 über den Ein-Aus-Schalter versorgt. Die Energieverteilung ist mit dicken Linien dargestellt, während die Strompfade schematisch durch die eingezeichneten Isolationsdioden in der Figur bezeichnet sind.

Der aufzeichnende Teil ist im unteren Teil der Figur 1 schematisch dargestellt und weist einen Druckwandler 12 mit einer Eingangsöffnung 13 auf, an die eine Druckquelle 14 angeschlossen werden kann. Der Wandler 12 hat die herkömmliche Eigenschaft ein analoges elektrisches Ausgangssignal 15 entsprechend dem darin herrschenden DRuck zu erzeugen und kann eine druckempfindliche Brückenschaltung aufweisen, an der eine Versorgungsspannung liegt und die nicht abgeglichen ist um dergestalt ein Ausgangssignal zu erzeugen, das ein elektrisches Analogon des herrschenden Druckes ist·.

Das analoge Ausgangssignal 15 des Wandlers 12 liegt an einem Geräteverstärker 16 an, während der Ausgang 17 des Verstärkers in geeignfeter Weise an einem digitalen Schalttafelmeßgerät 18 angelegt wird sowie an den {nicht dargestellten) Schreibstift eines Streifenschreibers 19 über entsprechende Eingänge 20 und 21. Wird das digitale Schalttafelmeßgerät 18 mit Energie versorgt, so zeigt es digital den Wert des am Wandler 12 herrschenden Druckes an. Es sei angenommen, daß der zu messende Druck einen Bereich von Null bis 10 000 psi (0 bis 703,1 kp/cm²) umfaßt und daß der Wandler die Eigenschaft hat ein elektrisches Analogon des anliegenden Druckes zi erzeugen, so daß das digitale Schälttafelmeßgerät 18 die Ausgangsspannung 17 des Verstärkers 16 anzeigt, wobei die Eichung des Geräteverstärkers 16 derart ist, daß bei einem Druck von 9,999 psi (=0,70303 kp/cm im Wandler 12 der Verstärker ein Ausgangssignal von 0,9999 Volt

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abgibt. Da das digitale Schalttafelmeßgerät 18 ein Spannungsmeter ist, zeigt es die Ziffern 9999 ohne Dezimalstelle an, so daß die Anzeige in ingenieurmäßige Einheiten umzurechnen ist, wobei das Meßgerät 18 den in der Druckleitung 13 herrschen-

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den Druck z.-B. in kp/cm als Meßdruck wiedergibt.

Das Ausgangssignal 17 des Geräteverstärkers 16 wird ebenfalls den Schreiber 19 als Eingangssignal 21 zugeführt um den Schreib

stift proportional dazu abzulenken. Dem Schreiber 19 wird ein Referenzeingangssignal 22 zugeführt, um die "Nullstellung" des Schreibstiftes und die Empfindlichkeit des Schreibers wählbar einzustellen. Wie Figur 1 schematisch zeigt, kann das Gerät in zwei Betriebsweisen arbeiten. Die erste oder "normale" Betriebsweise ist eine einfache Ablenkungsweise, die durch Schalten des Wählschalters 23 in die "Normalstellung" eingeschaltet wird um eine Ablenkung des Schreibstiftes von einer Basislinie auf dem Streifen zu erhalten, die einen Teilstrich pro 1000 Pfund des im Wandler 5 herrschenden Druckes beträgt und mit einer "Bereichseinsteilung" mittels der Steuerung 24.

Die zweite oder "gedehnte" Betriebsweise wird durch Umschalten des Schalters 23 in die "Dehnungsstellung" erzielt, wobei das Ausgangssignal 25 eines Referenzverstärkers 26 als Referenz-Eingangssignal 22 dem Schreiber 19 zugeführt wird. Dies bewirkt eine Unterdrückung der "O" für den Schreiber derart, daß sehr kleine Änderungen der Eingangsspannung 21 vom Geräteverstärker 16 eine Ablenkung des Schreibstiftes bewirken, d.h. daß die Empfindlichkeit des Schreibers erheblich erhöht ist» In der "gedehnten" Betriebsweise wird der Schreibstift auf den Schreibstreifen durch Einstellung der Einstellsteuerung 27 zentriert, wodurch die die Dehnung bewirkende Referenzspannung 25 vom Referenzverstärker 26 eingeregelt wird. Beispielsweise kann in der gedehnten Betriebsweise der Schreib-

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stift von der Mittenlinie des Streifens bis zum Streifenrand abgelenkt werden, wenn eine Druckänderung von 50 psi (=3,5155

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kp/cm ) in der Drud&eitung 13 auftritt.

Wie bereits oben erwähnt, wird in beiden Betriebsweisen des Gerätes die Energie dem Gerät periodisch aageführt um die Batterielebensdauer zu verlängern. Zum Zwecke der digitalen Druckanzeige des Schalttafelmeßgerätes bis auf 1 psi genau für eine exakte Ablesung und für Streifen-Eichzwecke, die noch weiter beschrieben werden , kann ausschließlich denjenigen Bauteilen des Gerätes, die dafür erforderlich sind, kontinuierlich Energie zugeführt werden, im Hinblick auf eine Verlängerung der Batterielebensdauer. Dementsprechend zeigt Figur 1 in wählbarer Weise verschiedene mögliche Energieverteilungen, die jeweils durch Betätigung eines zugehörigen Steuerknopfes oder -schalters eingeschaltet werden.

Bei einer ersten schematisch dargestellten Energieverteilung mit geschlossenem Ein-Aus-Schalter 11 wird die Energie über die Leitung 28 und den Eingang 29 einem Zeit-Energie-Steuerkreis 30 zugeführt. Der weiter unten näher beschriebene Steuerkrfiis. 30 kann einen Zeitoszillator sowie binäre Teilerkreise aufweisen um logische Steuerpulse an seinem Ausgang auf periodischer Basis zu erzeugen, beispielsweise alle 12 Sekunden. Logische Torschaltungen, die auf die periodischen Steuerpulse ansprechen, können dann die Energie entweder als reine Batteriespannung oder als von der Batterie abgeleitete und von Spannungsstabilisierungskreisen abgegebene stabilisierte Spannung auf energiesteuernde Ausgangsleitungen 31 und 32 geben. Die Ausgangsleitung 31 führt die Energie dem Wandler 12, dem Geräteverstärker 16 und dem Schreiber 19 (zum Antrieb des Streifenmotors) auf periodischer Basis zu, beispielsweise für einen vorgegebenen Zeitraum alle 12 Sekunden. Damit erfolgt alle

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12 Sekunden eine Druckaufzeichnung· Der Schreiber 19 kann wie ein Galvanometer aufgebaut sein , mit einem Markierungsstift/ der auf einem kohlebeEchichteten Papierstreifen eine Markierung hinterläßt. Der Vorschub wird dann durch Energiezufuhr an den Streifenmotor alle 12 Sekunden erfolgen, bis der Markierungsstift den Streifen berührt, wonach er an Ort und Stelle bleibt bis zum nächsten Vorschub.

Bei einer zweiten Art der Energieverteilung kann der augenblickliche Druck auf dem digitalen Schalttafelmeßgerät 18 angezeigt werden, indem der "Anzeige"-Steuerknopf 33 gedrückt wird um die Energie von der Leitung 28 kontinuierlich über die Leitung 34 dem Wandler, dem Geräteverstärker 16 und dem digitalen Schalttafelmeßgerät 18 direkt zuzuführen um dergestalt den Augenblickdruck digital anzuzeigen, während der Schreiber 19 weiterhin periodisch über den Zeit-Energie-Steuerkreis 30 mit Energie versorgt wird. Ist der "Anzeige"-Knopf 33 zum digitalen Anzeigen des Druckes auf dem Meßgerät 18 gedrückt, so wird die über die Leitung 34 dem Wandler 12, dem Verstärker 16 und dem Meßgerät 18 zugeführte Energie von einem den Batteriezustand messenden Kreis 35 überwacht, wobei das Ausgangssignal 36 die LED 37 nur dann aufleuchten läßt, wenn genügend Energie für eine genaue Auslesung zur Verfügung steht.

Bei einer dritten Art der Energieverteilung kann eine Eichung des Schreibers dadurch erfolgen, daß der "Eich"-Knopf 38 gedrückt wird um die auf der Leitung 28 anstehende Energie über die Leitung 39 dem Wandler 12, dem Verstärker 16 und dem Schreiber 19 zuzuführen. Die noch näher zu beschreibende Eichung erfolgt dann bei gedrücktem "Eich"-Knopf 38, wodurch Energie für kontinuierliches Aufzeichnen geliefert wird. Nach

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dem Loslassen des Knopfes 38 geschieht das Aufzeichnen wieder auf periodischer Basis (alle 12 Sekunden).

In Figur 2 ist nun ein schematisches vollständiges Ausführungsbeispiel dargestellt um die oben beschriebenen Funktionen in die Tat umzusetzen, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das Ausführungsbeispiel verwendet CMOS-Takt-Zeit-Kreise und im Handel erhältliche Festkörperbauteile im Hinblick auf eine verringerte Energieaufnahme, wobei nur die CMOS-Takt-Zeit-Kreise kontinuierlich mit Energie versorgt we-rden, bei einer Energieaufnahme von weniger als 1 mA. Die schematisch in Figur 1 dargestellten Energieverteilungen bestehen im einzelnen aus logisch ansteuerbaren Festkörperschaltern, die die Batterieenergie dem Antriebsmotor desSchreibers und den Spannungsstabilisatoren zuführen, die die Betriebsspannungen dem Wandler und den den Schreibstift antreibenden Kreisen zuführen. Um nun eine Zeit- und Temperaturstabilität des Auslesens und des AufZeichnens zu erzielen, sind die folgenden Betrachtungen zu berücksichtigen:

1. _+ Batteriespannungen um eine Einstellung der Verstärker auf Null bezüglich Erdpotential zu gewährleisten.

2. Spannungsstabilisatoren um ein driftender Batterie ohne gleichzeitiges shiften. der Kreise zu ermöglichen.

3. Eine getrennte Energiestabilisierung für die digitale Anzeige des Schalttafelmeßgerätes, da sie der größte Energieverbraucher des Gerätes ist.

Im unteren Teil von Figur 2 ist der Wandler 12 mit einer druckempfindlichen Widerstandsbrücke dargestellt.Die Brücke wird durch wahlweise angelegte + 5V und -5V stabilisierte Spannungen

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mit Energie versorgt. Das Ausgangssignal 15A-15B der Brücke wird als Eingangssignal dem Geräteverstärker 16 zugeführt, der beispielsweise ein Bauteil mit der Bezeichnung BB 3625 B ist. Das geeignet eingestellte Ausgangssignal 17 des Verstärkers 16 wird als Eingangssignal 20 dem digitalen Schalttafelmeßgerät 18 sowie als Eingangssignal 21 einem in seinem Meßbereich veränderlichen Verstärker 19B zugeführt, der dem Streifenschreiber 19 ein Eingangssignal zur Ablenkung des Schreibstiftes liefert. Das Referenzsignal 22 wird dem Schreiber 19 wahlweise über die Normalstellung des Schalters 23 und über 'einen geerdeten Widerstand mit der veränderlichen Bereichseinstellungskontrolle 24 zugeführt. Das Referenzsignal 22 kann dem Schreiber 19 auch über die Dehnungsstellung des Schalters 23,der dann mit dem Ausgang 25 eines Referenzverstärkers 26 für die Dehnungsbetriebsweise verbunden ist, zugeführt werden. Der Ausgang 25 des Operatönsverstärkers 26 ist mit seinem invertierenden Eingang verbunden, während dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 26 wahlweise eine veränderliche Spannung zugeführt wird, die durch, die Einstellung des für die Zentrierung vorgesehenen Potentiometers 27 bestimmt ist, das wiederum mit einer wahlweise einschaltbaren + 12V-stabilisierten Spannungsquelle verbunden ist.

Qer Wandler 12 wird durch wahlweise eingeschaltete +5 Volt und -5 Volt Spannungsquellen mit Energie versorgt, während der Geräteverstärker 16 durch wahlweise eingeschaltete +12 Volt und -12 Volt Spannungsquellen und der für den Dehnungsbereich erforderliche Referenzverstärker 26 durch eine wahlweise einschaltbare +12 Volt Spannungsquelle mit Energie versorgt werden. Diese wahlweise einzuschaltenden +_ 5 Volt- und _+ 12 Volt-Spannungsquellen enthalten die Ausgänge von Spannungs-

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stabilisatoren, die entweder periodisch oder kontinuierlich eingeschaltet werden, wie es durch die gewählte Betriebsweise des Gerätes bestimmt ist und die im Zusammenhang mit der Figur 2 noch näher erläutert werden wird.

Normaler Aufzeichnungsbetrieb

Im oberen Teil von Figur 2 ist der in Figur 1 gezeigte Zeit-Energie-Steuerkreis näher erläutert, der einen takterzeugenden Schaltkreis aufweist, welcher nach dem Schließen des Ein-Aus-Schalters 11 zum Anlegen der Batteriespannung von 16 Volt alle 12 Sekunden einen Ausgangsimpuls erzeugt. Zu diesem Zweck sind Zähler 40 und 45 vorgesehen, die zusammen mit den Invertern 46 und 47, dem NOR-Gatter 48 und den Schmitt-Triggern 49 und 50 eine Frequenz von 32.768 KHz teilen, die von einem kristallgesteuerten Oszillator 41 erzeugt wird, so daß alle 12 Sekunden auf der Ausgangsleitung 51 ein Puls anliegt. Dieser Puls wird über die Leitung 51 dem Zähler 45 als Rückstellsignal zugeführt, sowie als TAktsignal einem Flip-Flop 52 vom Typ CD 4013 um an seinem Q-Ausgang 53 eine logische "1" zu erzeugen. Der Q-Ausgang 53 ist über die. Leitung 53a mit dem Eingang eines NOR-Gatters 54 verbunden, dessen Ausgang mit einem Inverter 55 verbunden ist um auf der Steuerleitung 55a einen Signalpegel entsprechend der logischen "T" zu erzeugen.

Die Leitung 55a ist als Schaltleitung mit den beiden transistorisierten Schaltkreisen 56 und 57 verbunden, die durch das Erscheinen der logischen "1" auf der Leitung 55a betätigt werden. Der Transistor-Schaltkreis 56 liefert, wenn er betätigt wird, eine -16 V Batteriespannung an dem Eingang der beiden Spannungsstabilisatoren 58 und 59. Der Stabilisator 58, der ein«Bauteil vom Typ LM 320 T-5 aufweisen kann, liefert

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eine stabilisierte Spannung von -5 V. Der Stabilisator 59 , der ein BAuteil vom Typ LM-320T-12 aufweisen kann, liefert eine stabilisierte Ausgangsspannung von -12 V. Der Transistorschalter 57 liefert eine +16-V Batteriespannung an die Eingänge der beiden Stabilisatoren 60 und 61. Der Stabilisator 60, der ein Bauteil vom Typ LM-340T-5 aufweisen kann, liefert eine stabilisierte Ausgangsspannung von +5 V , während der Stabilisator 61, der ein Bauteil vom LM-340T-12 aufweisen kann, eine stabilisierte Ausgangsspannung von +12 V liefert.

Die Stabilisatoren 58-61 versorgen nun den Wandler 12 mit _+ 5 Volt und den Wandlerverstärker 16 mit + 12 Volt.

Wird nun der Q-Ausgang des Flip-Flops 52 durch den Taktpuls 51 in die logische "0"-Stellung geschaltet, so wird sein Ausgangssignal bei 63 invertiert um den Transistor 62 durchzuschalten und die -16V Batteriespannung an den Schreibermotor 19A zu legen. Berührt der (nicht dargestellte) Schreibstift den aufgerollten Aufzeichnungsstreifen, so wird ein schematisch oben rechts in Figur 2 dargestellter Fühler 64 geschlossen um dem NOR-Gatter 69 über R-C-Netz 66-68 ein Eingangssignal 65 zuzuführen. Das Ausgangssignal 70 des NOR-Gatters 69 wird als Rückstellsignal dem Flip-Flop 52 zugeführt um Q auf.niedrigem und Q auf hohem Pegel zu schalten und demzufolge den Antriebsmotor 19A des Schreibers abzuschalten, sowie die Transistorschalter 56-57 abzuschalten, wodurch die + 12 V und + 5 V Stabilisatoren abgeschaltet werden, die den Wandler, den Wandlerverstärker und den Schreiber mit Energie versorgen. Der Schreibermotor 19A ist mit einem elektrischen Bremskreis versehen, der durch den Transistor 71, dem Inverter 72 und dem Widerstand 73 gebildet wirdο Wird der Q-Ausgang 53 des Flip-Flops auf "0" gebracht,

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so wird der Transistor 71 mittels eier vom Inverter 72
stammenden logischen "1" mit entsprechenden Pegeln durchgeschaltet und hält den Motor schnell an , indem er ihn mit dem Widerstand 73 niedrigen Wertes parallel schaltet. Dieser Bremskreis hält den Motor dergestalt an, daß der Aufzeichnungsstift das Aufzeichnungspapier kein zweites" Mal berührt und
demzufolge eingefangen bleibt, so daß ein mechanisches Einfangen der letzten Aufzeichnung zwischen zwei alle 12 Sekunden stattfindenden MeßperiodeO erfolgt.

Druckanzeige mit Batterieprüfung

Die im Vorstehenden beschriebene digitale Druckanzeige erfolgt wahlweise durch Drücken des Anzeigeknopfes 33 , der im oberen linken Teil von Figur 2 dargestellt ist. Solange der Anzeigeknopf 33 gedrückt wird, liefern die aus demSchmitt-Trigger 74
und dem zugehörigen R-C-Eingangskreis*bestehenden Schaltteile einen Puls entsprechend einer logischen "1" über den Trigger-Ausgang 75 um einen weiteren Transistor-Schaltkreis 75a zu
betätigen und den Spannungsstabilisator 76 einzuschalten, der eine stabilisierte +5 V Spannung als Eingangssignal 77 dem
digitalen Schalttafelmeßgerät zuführt. Zu gleicher Zeit wird
überdie Trigger-Ausgangsleitung 75 ein konstantes logisches "1"-Signal als zweites Eingangssignal dem NOR-Gatter 54 zugeführt um auf der Steuerleitung 55a kontinuferlich ein logisches "1"-Signal zu erzeugen, welches wie oben beschrieben die Transistorschalter 56 und 57 betätigt um so von den Stabilisatoren
58-61 stabilisierte +_ 5 V und _+ 12 V Spannungen zu erhalten,
die den Wandler und den Wandlerverstärker versorgen. Dies
ermgglicht der Bedienungsperson je nach Bedürfnis ein kontinuierliches exaktes Ablesen des Druckes auf dem - digitalen Schalttafelmeßgerät 18, so daß diese Information aufgezeichnet werden kann. Nach dem Loslassen des Anzeigeknopfes erhält man wieder

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-18-eine Aufzeichnung alle 12 Sekunden.

Während der Anzeigeknopf 33 gedrückt ist zum Druckablesen auf dem digitalen Schalttafelmeßgerät 18 , wird der Zustand der Batterien 10A und 10B geprüft. In dem mittleren Teil von Figur ist ein Batterieprüfungskreis dargestellt, der ein Paar Operationsverstärker 84 und 85 aufweist. Der Verstärker 85 wird vom Spannungsstabilisator 61 mit +12 V und der Verstärker vom Spannungsstabilisator 59 mit -12V versorgt. Der Verstärker 85 liefert ein AusgangssignaL86 entsprechend dem diff erentielfen Vergleich der +16 V Batteriespannung (die über den Transistor-Schaltkreis 57 zugeführt wird) und der + 5 V Ausgangsspannung vom Spannungsstabilisator 16. Der Verstärker 84 liefert ein Ausgangssignal 87 entsprechend dem differentiellen Vergleich der -16 V Batteriespannung (über den geschalteten Ausgang des zur Anzeigevorrichtung gehörenden _Schmitt-Trigger-Elementes 74 nach Invertierung im Inverter 82 und über die Eingangsleitung 83) und der -5 V Ausgangsspannung vom Spannungsstabilisator 58. Der Ausgang 86 des Operationsverstärkers 85 ist über eine Diode,LED 37 und einen Widerstand mit der Verbindungsstelle des Ausgangs 87 des Operationsverstärkers 84 und einer Rückkopplungsschleife des Verstärkers 84 verbunden. Der Prüfkreis 35 läßt die Diode LED 37 nur aufleuchten, wenn die Batteriespannung oberhalb eines kritischen Wertes ist um so der Bedienungsperson anzuzeigen, daß ausreichende Batterieenergie zur Verfügung steht.

Aufzeichnungsbetrieb mit geeichter Dehnung

Das Gerät kann auch in einem gedehnten Bereich betrieben werden um eine Aufzeichnung mit erheblich größerer Empfindlichkeit als im normalen Aufzeichnungsbetrieb zu erhalten, in dem der in

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Figur 2 dargestellte Schalter 23 in die dafür vorgesehene Dehnungsstellung gebracht wird, wodurch eine Referenzspannung vom Dehnungs-Referenz-Verstärker 26 dem Schreiber 19 als Referenzsignal 22 zugeführt wird. Dadurch wird die Nullstellung des Schreibers dergestalt unterdrückt, daß bereits sehr kleine Änderungen der vom Geräteverstärker 16 stammenden Eingangsspannung eine Ablenkung des Schreibstiftes bewirken. Der Linienzug im gedehnten Auf ze ichnungsb.e trieb kann auf dem Aufzeichnungspapier durch Justierung des Zentrier-Potentiometers 27 eingestellt werden. Im gedehnten Aufzeichnungsbetrieb kann der Schreiber so eingestellt werden, daß eine Ablenkung von der Basislinie zum Papierrand bereits erfolgt, wenn der Wandler
erfährt.

Wandler 12 eine Druckänderung von 50 psi (= 3,5155 kp/cm )

Das Zentrieren der gedehnten Linie auf dem Aufzeichnungspapier erfolgt durch Drücken des Eichschalters 38 (oben rechts in Figur 2), wodurch ein logisches Ausgangssignal vom Schmitt-Triggerteil 78 über die Leitung 79 dem Flip-Flop 52 zugeführt wird um am Q-Ausgang 53 einen hohen Pegel zu erhalten. Diese Flip-Flop-Stellung ist vorrangig und bewirkt demzufolge die Energieversorgung des Wandlers 12, des Geräteverstärkers 16 und des Schreibermotors 19A kontinuierlich um eine Spur auf dem Streifen aufzuzeichnen. Diese kontinuierliche Spur auf der Karte kann durch Einstellung des Zentrier-Potentiometers 27 zentriert werden. Wird der Eichschalter 38 losgelassen, so werden diese Bauteile weiterhin intermittierend mit Energie versorgt.

Während des Drückens des Eichschalters 38 betätigt der Schmitt-Trigger 78 den Transistorschalter 80 um der Spule 81 einer Markierungsvorrichtung die Battexiespannung von -16 V zuzuführen. Die derart erregte Spule 81 kann zusammen mit einer

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(nicht dargestellten) Nadel verwendet werden um eine Randmarkierunc, auf dem Aufzeichnungsstreifen anzubringen um dergestalt deutlich zu machen, daß die Zeitskala dieses Teiles des Aufzeichnungsstreifens nicht der normalen Zeitskala der Aufzeichnung entspricht (da die kontinuierliche Vorschubgeschwindigkeit des Aufzeichnungsstreifens erheblich größer ist als die zusammengesetzte Geschwindigkeit wie sie während des Einschaltens im Druckmeßbetrieb vorgegeben ist).

Zusammenfassung des Betriebes

Das Gerät wird in Betrieb genommen, indem eine zu überwachende Druckquelle mit der Drucköffnung 13 verbunden wird und indem, der Ein-Aus-Schalter 11 eingeschaltet wird. Der Streifenschreiber zeichnet nun alle 12 Sekunden eine Markierung auf dem Papier auf. Eine exakte Auslesung des Druckes erfolgt nach Bedarf durch Drücken des Anzeigeschalters 33.

Um nun den Druck in dem angenommenen Bereich von 0 bis 10 000 psi aufzuzeichnen, befindet sich der Schalter 23 in der Normalstellung.

Um nun mit höchst möglicher Empfindlichkeit die angenommenen 100 psi um jeden statischen Druck herum innerhalb des 10 000 psi-Bereiches aufzuzeichnen, wird der Anzeigeschalter 33 gedrückt um auf dem digitalen Schalttafelmeßgerät 18 den nächst möglichen Druckwert zu erhalten. Die Zentriereinstellung wird dann solange verdreht bis sie eine zugehörige Stellung einnimmt die der Ablesung auf dem digitalen Meßgerät entspricht um dergestalt den Schreibstift auf dem Schreibpapier grob zu zentrieren. Der Schalter 23 kann dann in die Dehnungsstellung gebracht werden , wonach derEichknopf gedrückt wird um den Schreiber kontinuierlich zu betätigen, während mit der

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Zentriereinsteilung eine Feineinstelllung der Spur auf dem Streifen erfolgt.

Die gedehnte Betriebsweise ist besonders nützlich in der genauen überwachung mit hoher Empfindlichkeit einer Druckabweichung, um einen vorgegebenen mittleren Druck und ist besonders vorteilhaft in der überwachung von Druckstabilität und Bohrlochstabilität beim Überwachen von Bohrlochdrucken. Wandert derLinienzug bei der gedehnten Betriebsweise aus dem Bereich hinaus, so wird der Eichvorgang wiederholt und ein neuer Mittendruck auf dem Streifen aufgezeichnet.

Die vorliegende Erfindung schafft also ein vielseitiges Gerät zur Aufzeichnung und zeitweisen überwachung von Drücken beispielsweise für abgelegene Ölquellen. Das Gerät arbeitet selbstständig und ist unabhängig von äußeren Energiequellen. Eine Einsparung von Batterieenergie erfolgt durch Betriebsweisen mittels derer das Gerät intermittierend gemäß der Steuerung einer nur wenig Energie aufnehmenden CMOS-Zeitschaltung mit Energie versorgt wird. Die mehr Energie verbrauchenden Eichvorgänge mit kontinuierlicher Energieversorgung werden nur nach Bedarf von einer Bedienungsperson mittels Drücken von Augenblicksschaltung durchgeführt. Nach dem Loslassen dieser Schalter erfolgt die Druckaufzeichnung weiterhin intermittierend mit geringem Energieverbrauch.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte BeispM, das nur als ein bevorzugtes Ausführungsfeeispiel anzusehen ist.

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Claims

Patentanwalt M«im;'i?nstr. 15

Dlpl.-Phys. U. M. Haft ⁸ Hunc^n 22, den

Mäxirniüpnstr Tel. 29 43 18

H 308

Otis Engineering Corporation, P.O. Box 34380, Dallas, Texas 75234, USA

Patentansprüche

( 1./Schreibendes Voltmeter mit einem angetriebenen Streifenschreiber und einem Schreibstift, wobei der Streifen mit vorgegebener Geschwindigkeit antreibbar ist und der Schreibstift in Abhängigkeit einer von einem Druck-Spannungs-Wandler stammenden Eingangsspannung ablenkbar ist, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die infolge einer wählbaren ersten Betriebsweise den Wandler und den Streifenschreiber in vorgegebenen periodischen Zeiträumen mit Energie versorgt, um so einen bestimmten die Energieversorgung sichernden Arbeitszyklus zu erhalten, wobei die Ablenkung

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INSPECTED

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des Schreibstiftes mit vorgegebener Empfindlichkeit von einem äußeren Streifenrand der aufzuzeichnenden Eingangsspannung proportional ist, durch eine Anordnung, die infolge einer wählbaren zweiten Betriebsweise eine kontinuierliche Auslesung der gemessenen Eingangsspannung von einer digitalen Anzeigevorrichtung ermöglicht, durch eine Anordnung, die während der zweiten Betriebsweise eine Zentrierung des Schreibstiftes auf dem Streifen ermöglicht und durch eine Anordnung, die während einer dritten Betriebsweise mit erheblich größerer Empfindlichkeit als die vorgegebene Empfindlichkeit eine Ablenkung des Schreibstiftes über einen vorgegebenen Bereich nach beiden Seiten der zentrierten Schreibstiftstellung hin ermöglicht, wobei der Wandler und der Streifenschreiber während dieses vorbestimmten energieaufnehmenden Arbeitszyklus mit Energie versorgt werden.
2. Voltmeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsweise durch die gewählte Stellung einer ersten Schaltvorrichtung einstellbar ist, durch die eine Zeitsteuerung mit Energie versorgt wird, wobei die Zeitsteuerung so geschaltet ist, daß sie die Energiequelle periodisch mit dem Wandler und dem Streifenschreiber verbindet.
3. Voltmeter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Betriebsweise durch die gewählte Stellung einer zweiten Schaltvorrichtung einstellbar ist , über die die Energiequelle kontinuierlich mit dem Wandler verbunden ist, wobei die Energiequelle über letzteren kontinuierlich mit dem Wandler und mit der digitalen Anzeigevorrichtung verbunden ist.
4. Voltmeter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibstift als Funktion der Differenz zwischen der aufzu-

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zeichnenden Eingangsspannung und einer Referenzspannung ablenkbar ist und daß eine dritte Schaltvorrichtung vorgesehen ist, mittels derer die erste bzw. zweite Spannungsquelle als Referenzspannungsquelle auswählbar ist.
5. Voltmeter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerung einen Taktoszillator aufweist, der an seinem Ausgang einen Pulszug abgibt, mit einer Wiederholungsrate,die die Rate der vorgegebenen periodischen Zeiträume bestimmt und daß logischen Schaltkreisen dieser Pulszug zugeführt wird, wodurch sie periodisch angeregt werden um die Energieversorgungsquelle mit dem Aufzeichnungsteil des Voltmeters zu verbinden.
6. Voltmeter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung das Ausgangssignal eines Druck-Spannungs-Wandlers aufweist.
7. Voltmeter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Anzeigevorrichtung ein digitales Voltmeter aufweist mit einer digitalen Multibit-Auslesung, wobei das unbedeutenste Bit den Meßbereichsfaktor der Ausgangsspannung des Wandlers definiert.
8. Schreibendes Voltmeter mit einem motorbetriebenen Aufzeichnungsstreifen und einem Schreibstift, der quer zur Vorschubrichtung des Streifens in Abhängigkeit von einer aufzuzeichnenden Eingangsspannung ablenkbar ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, mittels derer der Schreibstift die Streifenoberfläche als periodische Funktion des dem Streifen erteilten Vorschubes berührt, durch einen Fühler-Schalter, der in der Berührstellung des Stiftes mit dem Streifen an-

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spricht, durch eine die Energie liefernde Batterie, durch eine Zeitsteuerung zur Anlegung der Batterieenergie an sie um einen Pulszug am Ausgang mit vorbestimmter Wiederholungsrate zu erzeugen, durch logische Schaltkreise, denen der Pulszug zugeführt wird um die Batterieenergie dem Antriebsmotor des Streifenschreibers zuzuführen , wobei die logischen Schaltkreise auf das Einschalten des Fühler-Schalters derart ansprechen, daß sie die Batterieenergie vom Antriebsmotor des Streifenschreibers trennen, durch eine Wandlervorrichtung zur Erzeugung der zu messenden Eingangsspannung und durch weitere logische Schaltkreise, die mit den ersten logischen Schaltkreisen und der Energiequelle derart verbunden sind, daß sie der Wandlervorrichtung während derZeiträume zwischen dem zeitweisen Auftreten eines jeden Ausgangspulses der Zeitsteuerung und dem nächstfolgenden Ansprechen des Fühler-Schalters Energie zuführen.
9. Voltmeter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere digitale Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, zur Aufnahme des Ausgangssignals der Wandlervorrichtung und daß eine erste manuell betätigbare Schaltvorrichtung mit den weiteren logischen Schaltkreisen dergestalt verbunden ist, daß bei Betätigen der ersten Schaltvorrichtung die weiteren logischen Schaltkreise sowohl der digitalen Anzeigevorrichtung als auch der Wandlervorrichtung kontinuierlich Energie zuführen.
10. Voltmeter nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine weitere zweite manuell betätigbare Schaltvorrichtung, die bei Betätigung ein Ausgangs-Spannungssignal mit einem logischen Pegel erzeugt, durch eine Vorrichtung, die das Ausgangs-Spannungssignal logischen Pegels an die logischen Schaltkreise legt, wobei letztere auf das Spannungssignal logischen Pegels derart ansprechen, daß sie die Batterieenergie an den

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Antriebsmotor für den Streifenschreiber legen und damit die normalerweise beim Betätigen des Fühler-Schalters auftretende Energieabschaltung überwinden, so daß der Antriebsmotor durch die Wandlervorrichtung kontinuierlich mit Energie versorgt wird
11. Voltmeter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die logischenSchaltkreise einen logischen Flip-Flop-Kreis aufweisen, den der von der Zeitsteuerung stammende· Pulszug als Zeiteingang zugeführt wird und daß Transistorschaltungen auf einen der Q- und Q-Ausgänge des Flip-Flops ansprechen um die Batterie mit dem Motor für den Streifenschreiber zu verbinden.
12. Voltmeter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren logischen Schaltkreise logische Gattervorrichtungen aufweisen, die mit einem vorbestimmten Ausgang des Flip-Flops oder den ersten manuell betätigbaren logischen Schaltkreisen verbunden sind und auf sie ansprechen um die Batterieenergie Spannungsstabilisatoren zuzuführen und um den Ausgang dieser Spannungsstabilisatören mit der Wandlervorrichtung zu verbinden um diese mit Energie zu versorgen.
13. Voltmeter nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen weiteren Spannungsstabilisator und eine weitere Schaltvorrichtung, die auf das vorbestimmte Ausgangssignal der ersten manuell betätigbaren Schaltvorrichtung dergestalt anspricht, daß sie die Batterie mit diesem veiteren Spannungsstabilisator verbindet, wobei der Ausgang dieses weiteren Spannungsstabilisators mit der digitalen Anzeigevorrichtung verbunden ist und diese mit Energie versorgt.

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