NO891839L - Trykkfoeler-system. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et målesystem, og nærmere bestemt en kvartstransduktor av kapasitanstypen for måling av kraft eller måling av kraft som en funksjon av trykk 1 fluider ved høye temperaturer, høye trykk og under varierende temperatur-, trykk- og støtbelastningsforhold.

I patent nr. 4 091 683 utstedet 10 mai 1978, er et system for trykkmåling nede i et brønnhull beskrevet der en innbyrdes forbundet kapasitans benyttes for måling av trykk. I US patent nr. 4 322 775 utstedet 10 mars 1982, er en føler-konstruksjon beskrevet der målinger av to kondensatorer i en følerkonstruksjon oppnås og i hvilke det foreligger kompen-sering for gravitasjonseffekter og temperatur, og i patent nr. 4 624 136 utstedet 25. november 1986, er et typisk brønnverktøy for trykk og temperatur innenfor oljevirksomheten beskrevet og illustrert.

Mens den foreliggende oppfinnelse har en bredere anvendelse, er en av de kritiske saksområder for evaluering av oljefelt-reservoarer innebærer bestemmelsen av trykk og temperatur nede i et borehull. Av denne årsak tas trykk- og temperaturmålinger under de faktiske boreoperasjoner ved prosedyrer kalt "borstreng-tester". Etter at en brønn er komplettert, er det også vanlig forløp å måle trykk og temperatur nede i hullet over en tidsperiode for "produksjonstester". Ved applikasjoner på oljefeltet er derfor måling av trykk og temperatur en viktig faktor og den er gjort enda mer viktig ved at nøyaktigheten av målingen kan være en betydelig faktor ved bestemmelse av den utstrekning som oljereserver er tilgjengelig fra undergrunns-produksjon. Utstrekningen av oljereservene er en formuesgjenstand og dermed er nøyaktige målinger nødvendig for å nøyaktig evaluere formuen.

Ved at oljevirksomheten er slik den er, bevirker dette at utstyret utsettes for røff behandling som overføres som støtbelastninger til instrumenteringen i et brønnverktøy. Det er ikke uvanlig å slippe instrumentering ved Jord- overflaten, 1 et verksted eller ved brønnstedet, eller transportert med en vilkårlig hastighet inn i eller ut av brønnboringen. I enkelte operasjoner er det av og til mulig å ha den trykk- og temperaturavfølende anordning forbundet til systemet når en perforeringsanordning med rettet ladning eller annen eksplosiv anordning detoneres i brønnboringen. Således er det trykk- og temperaturmålende utstyr utsatt for moderate til alvorlige støtbelastninger til enhver tid og med fordel er en konstruksjon som minimerer virkningen av støtbelastninger svært ønskelig.

En annen betydelig faktor ved trykk- og temperaturmålinger er det faktum at en temperaturendring kan skje nede i en brønn og ettersom verktøyet har en temperaturrespons-forsinkelses-faktor, kan trykkregistreringene være unøyaktige inntil instrumentet eller verktøyet stabiliserer seg i den endrede temperatur. Således kan det foreligge en tidsperiode med unøyaktighet i trykkmålingene mens en temperaturstabili-serende prosess foregår.

I en typisk oljefelt-produksjonstest av temperatur og trykk, senkes instrumenteringen vanligvis ned på en elektrisk vaierledning, glatt line eller rør ned i brønnboringen og verktøyet avføler trykket og temperaturen i brønnboringen over en tidsperiode. Disse data oppsamlet over en tidsperiode blir enten avlest ved overflaten eller bibeholdt i et minne nede i brønnen for etterfølgende analyser.

I en applikasjon som ikke er på oljefeltet, kan transduktorer benyttes for måling av kraft, dvs. vekt eller belastning direkte med en høy nøyaktighetsgrad.

Den foreliggende oppfinnelse er realisert i en kraftres-ponderende føler eller sensor der trykkpådrag frembringer en kraft og en korresponderende forskyvning av et måleelement hvor forskyvningen av måleelementet er en funksjon av trykket. Det foreliggende system vedrører en integrert oppbygd transduktor i hvilke en referansekapasitans og en følerkapasitans er anordnet for måling av en forskyvnings-parameter av transduktoren. Transduktoren er oppbygd av et elastisk materiale under en trykkbelastning for slik å bedre motstå virkningen av støtbelastning og har en lav utvidelses-koeffisient pr. grad ved temperaturendring og er relativt upåvirket av endringer i temperaturen. Ved plassering av kapasitansanordningen inne i en integrert struktur, er virkningene av temperaturen og følerforstyrrelser automatisk kompensert for av systemet. En belg oppbygd av et metall mottar væske eller fluid under trykk og holder trykket mens en kraft proporsjonal med trykket påsettes for å frembringe en liten forskyvning av måleelementet. Hele måleenheten er fortrinnsvis montert i et vakuum eller en inert atmosfære og gir en miniatyrisert, svært nøyaktig kraftføler for trykk som er idet vesentlige uavhengig av temperatur og spennings-effekter.

Kvartsmateriale er velkjent som et målemedium. Egenskapene til kvarts innbefatter ideell elastisk deformasjon ved trykk med praktisk talt ingen kryping og ingen hysterese opp til trykkverdier på 17,2 MPa. Over 17,2 MPa til et trykk over 690 MPa er kvartsmaterialer fortsatt effektive for å oppnå pålitelige målinger til tross for noe krypeffekt. Kvarts er imidlertid utsatt for brudd under strekkbelastninger og kvarts påvirkes av temperaturen, skjønt temperaturutvidelseskoeffisienten kun er 0,56*IO"<6>mm/mn<T>C. I den foreliggende benyttes betegnelsen "kvarts" for å angi et foretrukket materiale og andre lignende materialer som vil gi seg selv for fagmannen. F.eks. cervitmaterialer slik som "Zerodur"

(Shott Company), som er en glass-keramikk, kan benyttes og enkelte keramiske materialer inneholder eller har de nød-vendige egenskaper for transduktoranvendelse ifølge den foreliggende oppfinnelse. Hva som er ønskelig i materialet for transduktoranvendelse er en repeterbar elastisk ka-rakteristikk eller egenskap, gjenkallingsegenskaper under ulike temperaturforhold og en lav temperaturutvidelses-

koeffisient. Kvarts er et svært egnet materiale med forholdsvis få urenheter som påvirker dens elastisitet. Vanligvis, etterhvert som urenhetene øker i et elastisk materiale slik som kvarts, avtar de elastiske egenskaper.

Det skal også forstås at tegningene heri er sterkt forstørret i dimensjon ettersom anvendelsen her innebærer miniatyri-sering i en høy grad og presisjon for å oppnå presise resultater. Den spesifikke anvendelse som er beskrevet innebærer instrumentering som er dimensjonert i tverrsnitt til å passere gjennom en rørdiameter på 2,5 til 5 cm i et oljemiljø. Instrumenteringen må være i stand til å overleve eller oppta støtbelastninger fra overflaten eller nede i hullet uten skade og frembringe høytrykksmålinger med en høy nøyaktighetsgrad over et bredt område for temperaturer og temperaturendringer som skjer over en kort tidsperiode.

"kvarts" som benyttet heri som et målemedium er et sammensmeltet silisium eller amorfkvarts som er mye mindre kostbart enn krystallinsk kvarts. Krystallinsk kvarts kan imidlertid benyttes om ønsket.

Som vist i Fig. 1 er en diafragma eller belg 10 festet til en bærer eller et basiselement 11 med sin friende 12 plassert 1 et kvartsmåleelement 13 som i sin tur er montert på en bæring eller basiselement 14. Belgen 10 kan benyttes til å motta et fluid under høyt trykk "P" som frembringer en kraft som bevirker en forskyvning "d" av kvartselementet 13 som er proporsjonalt med trykket og styrer forskyvningen "D" av belgen 10. således kan store krefter avføles uten vesentlig forskyvning av kvartselementet 13 og således redusere eller forminske feilen pga. forskyvning av belgen 10.

Som en størrelsesorden for følsomheten til en belg 10 i den foreliggende oppfinnelse er det påtenkt 0,254 mm for trykk på 69 MPa og forskyvning på 508 x 10~<6>cm for følerelementet 13. Trykket på 69 MPa omdannes til en total belastning på 4448 N av belgen 10 for å bevirke en forskyvning på 508 x IO-<6>cm for følerelementet. Et typisk overflateareal for føler-elementet i kontakt med belgen 10 er 1,29 cm^ som gir et spenningsnivåområde for følerelementet 13 fra 0 til 34,4 MPa. Ved endring av overflatearealet kan trykkområdet og spen-ningsnivåene velges etter ønske.

Som vist i Fig. 2 er et brønnverktøy 20 dimensjonert for innsettelse gjennom et brønnrør med liten diameter på enden av en vaierlinekabel 21. Verktøyet 20 ville vanligvis innbefatte en batteripakke 22 som en kraftkilde, en elektro-nikkseksjon 24 for elektrisk prosessbehandling og drift av instrumenteringen, en temperaturfølerseksjon 24 for avføling av temperatur og en trykkfølerseksjon 25 for avføling av trykket. En åpning 26 slipper inn fluid under trykk til trykkføleren i følerseksjonen 25.

I permanente måleinstallasjoner er temperatur- og føler-seksjonene innarbeidet i brønnutstyret for permanent plassering i brønnboringen.

Det vises nå til Fig. 3 der en transduktoranordning ifølge den foreliggende oppfinnelse er vist som en integrert enhet 30. Enheten 30 er symmetrisk oppbygd over og under et horisontalplan Hp og er sylindrisk utformet omkring en sentral akse Cl-Enheten 30 har øvre og nedre ringformede endepartier 31, 31', og en sentral seksjon 32 som inneholder et toroidalt rom 33 avgrenset av indre og ytre sylindriske vegger 33a, 33b der den indre og ytre vegg vanligvis er avstandsplassert fra hver andre med en avstand Gr (referanse-avstand). Den sentrale, sylindrisk formede seksjon 32 inneholder også et horisontalt, sirkulært avgrenset rom 35 definert av øvre og nedre konsentriske vegger 35a, 35b der den øvre og nedre vegg er avstandsplassert horisontalt fra hverandre med en avstandsstørrelse Gs (følergap). Som det er forklart i detalj senere er referansegapet Gg avstanden mellom vertikalt avstandsplasserte elektriske kapasitans plater 33aa, 33bb (se Fig. 4). Følergapet Gs er avstanden mellom horisontalt avstandsplasserte, konsentrisk ordnede elektriske kapasitansplater 35aa, 35bb (se Fig. 4). Kapa-si tansplatene (35aa, 33bb) for gapet Gr og gapet Gs er hver forbundet til en felles elektrisk jording. Kapasitansplatene 33aa for gapet Gjj er forbundet via ledere 33cc til et elektrisk kretssystem (ikke vist) som gjør respons til endring i kapasitansen pga. endring i avstanden til gapet Gr. Kapasitansplaten 35bb for gapet Gs er forbundet via en leder 35cc til det elektriske kretssystem (ikke vist) som gjør respons til endringen i kapasitans pga. en endring i avstanden av gapet Gs.

I formen vist i Fig. 3 har enheten 30 en aktiv lengde "1" som er lengden av søylen som påvirker gapavstanden Gs ved sammentrykning. Den samme lengde påvirker gapavstanden Gs i respons til endringer pga. temperatur. Lengden "1"1 er lokalisert mellom de parallelle plan Pu og Pj^. Planet Pu er lokalisert midtveis mellom en nedre grenseflate 38 og den nedre ende 39 av toroidrommet 33. De øvre og nedre ringformede partier 37, 37' er festet til endene av enheten 30. Ringene 37, 37' har ringpartier 38, 38' med redusert tverrsnitt for å redusere virkningen av belastningsmomenter forårsaket av ujevn belastning. Ringpartiene 38, 38' kontakter belåstningsplater 39, 39' som mottar en lik og motsatt påført belastning "L". Endepartiene 31, 31' har en indre diameter "D" som er lik med diameteren av overflaten 33b. En halvdel av diameteren D er lik med radien R.

Når enheten 30 utsettes for en trykkbelastning, er lengden "1" den aktive målelengde som endrer seg. Den samme lengde "1" er den aktive målelengde som endrer seg når temperaturen i enheten 30 endrer seg.

For temperatur ved stabil tilstand (alle deler i temperaturlikevekt) så vil gapet Gs endre seg proporsjonalt med utvidelseskoeffisienten til materialet som har en effektiv lengde lik med størrelsen av gapet Gs. For transiente temperaturforhold bestemmes endringen i størrelsen av gapet Gs ved temperaturkoeffisienten til materialet for hele den aktive lengde "1".

Som vist i Fig. 5 vil en temperaturøkning fra normal eller en statisk temperatur til et høyere temperaturnivå 40 påført til utsiden av enheten 30 frembringe en korresponderende avstandsendring 40a, 40b i både gapet Gs og GR slik at forholdet mellom gapet Gs og Gr forblir det samme. Etterhvert som temperaturendringen trenger gjennom enheten 30 til å nå temperaturlikevekt, vil avstandsendringen til gapene igjen føre til et nivå 40c, 40d ved en likevektstemperatur. Nivåene 40c, 40d er avstander likt med utvidelsen av den vertikale lengde for materialet i den sentrale seksjon 32 lik med avstanden til gapet Gs. Retur av temperaturen fra nivå 40 til et normalt temperaturnivå 41 vil frembringe en korresponderende avstandsendring 41a, 41b (som er lik med og motsatt til de respektive endringer 40a, 40b). Etter som temperaturendringen trenger gjennom enheten 30 til oppnåelse av en temperaturlikevekt vil avstandsendringen i gapene igjen følge til det normale nivå 41c, 41d. den motsatte effekt frembringes når temperaturnivået avtar i forhold til tempe-raturnormen.

Det vises nå til Fig. 6 der virkningen av en trykk- eller kraftøkning eller minsking fra en normal 42 er illustrert. Når trykket økes som ved 43, avtar avstanden til gapet Gs mens avstanden til gapet Gcøker. Gapet Gcendrer ikke i størrelse så mye som gapet Gs pga. poisson-forholdet virker på sylinderekspansjonen. Når trykket avtas som ved 44, øker avstanden til gapet Gs mens avstanden til gapet Gcavtar.

Ved behandlingen av dataene i elektronikkseksjonen bestemmes trykkavlesningen ved forholdet:

Der P er trykket; K er en konstant, Cr er referansekapasi-tansen og Cs er følerkapasitansen.

For betingelser der Cr er lik med Cs og temperaturendringen bevirker en lik endring i Cr og Cs så nuller temperatur-virkningene seg ut i enheten 30.

Etter som trykk påsettes foreligger det en restvirkning, men denne virkning reduseres med virkningen av motsatte re-sponser. Således reduseres trykkvirkningen med hensyn til feilen pga. endring i dimensjoner mellom gapene Gg og Gr.

Ved å se på virkningen av temperaturen utvendig av enheten 30, er en endring i temperaturen påsatt den ytre vegg 32a av enheten 30 ikke umiddelbart reflektert jevnt gjennom elementet. Det betyr at temperaturen på veggen 32a vil være forskjellig fra den ved punktet 31a inne i enheten 30. Således frembringer en endring i temperaturen en gradient-endring fra en yttertemperatur på den ytre overflate til temperaturen til den indre masse ved punktet 31a som stabiliserer seg til den ytre temperatur over en tidsperiode. Denne tid kan være betraktelig ettersom kvarts har dårlig varmeledningsevne. Således, for en gitt temperaturendring, krever et gitt materiale en gitt tidsstørrelse for å sta-bilisere hele materialmassen til den nye temperatur. Under denne tidsperiode har enheten ulike temperaturer ved ulike partier av enheten.

I enheten 30 er kapasitansen til gapet Gs proporsjonalt med belastningen L og er proporsjonal med temperaturendringen. Kapasitansen til gapet Gr er også proporsjonalt med endringen i trykkforskjellen. Disse forhold kan konseptmessig forstås ved å betrakte at en trykkbelastning "L" påsatt enheten 30 med platene 39, 39' vil frembringe trykk på den ytre vegg av elementet 30 som reduserer avstandsstørrelsen til følergapet Gs mens den mellomliggende veggseksjon vil bule utad til å øke avstandsstørrelsen av referansegapet Gr.

Som et eksempel på temperatureffektene, dersom det er en økning i temperaturen påført den ytre vegg 40, så vil den ytre vegg tendere til å utvide seg som bevirker at avstands-størrelsen til referansegapet Gr øker. Utvidelsen av den ytre vegg påvirker gapet Gs og Gr likt.

Som et eksempel på størrelsene som inngår der størrelses-endringen i full målestokk for følergapet er fra 0 til 508 x 10~<6>cm, er størrelsen "1" 1,02 cm. Temperaturkoeffisienten til kvarts er 0,56 x IO-<6>pr.<0>C og derfor, for en endring på 10°C, ville følerkapasitansen øke for transienteffekten

inntil temperaturen stabiliserer seg.

Den prosentvise endring for 10"C er da lik med

Etter stabilisering har alt materialet den samme temperatur og dermed opphever alle dimensjonene endringer seg bortsett fra lengden av materialet likt med gapet Gg. For dette eksempel ville restendringen være

Den prosentvise endring for stabil tilstand er eller

Den aktive lengde som responderer til transient temperatur for gapet Gr er radiusen eller diameteren dividert på to fordi en endring i temperaturen på den ytre sylinder bevirker at den indre overflate forskyver seg og endrer gapet proporsjonalt med denne lengde.

I tegningen skal det legges merke til at overgangen mellom den horisontale og vertikale vegg er krum. Formålet med krumningen er å redusere spenningskonsentrasjoner i materialet ved belastning for å overvinne spenningsbrudd.

Det vises nå til Fig. 7 der trykktransduktoren som innehar den foreliggende oppfinnelse innbefatter et ytre, tynnvegget rørformet hus 45 oppbygd av rustfritt stål. Den øvre ende av huset 45 er forbundet til et indre rørformet hus 46. Det indre rørformede hus 46 innbefatter et rørformet øvre element 46a oppbygd av rustfritt stål og et rørformet nedre element 46b tilvirket av INVAR, der det nedre element 46b også er del av et bærehus for en transduktorenhet. Det øvre element 46a har en veggseksjon 47 med redusert diameter som har en ytre overflate avstandsplassert innad fra den indre vegg av huset 45. Det øvre element 46a har i sin nedre ende nok et veggparti 47a med redusert diameter som opptar og er forbundet til den øvre rørformede ende av et nedre element 46b. Det nedre element 46b avgrenser en ringformet forsenkning 48 med det øvre element 46a der den ringformede forsenkning 48 har en oppadvendende stoppskulder 49. Ved den nedre ende av det nedre element 46b er en innadrettet flens 50 som avgrenser en adkomståpning 51 for elektriske forbindelses-ledninger (ikke vist). Det øvre element 46a er tilvirket av rustfritt stål og det nedre element 46b er tilvirket av INVAR. Huset 45, elementene 46a og 46B er sammenknyttet ved sveising for strukturell integritet.

En transduktorenhet 60 er montert i det nedre element 46b. Enheten 60 fra topp til bunn har sammenknyttede transduktorelementer som danner en funksjonsmessig integrert enhet. Et øvre, ringformet belastningsring-element 61 (INVAR) ligger an mot de funksjonsmessig integrerte transduktorelementer som innbefatter et øvre støtteringelement 62, et øvre, mellomliggende ringelement 63, et nedre mellomliggende ringelement 63', et nedre støtteringelement 62' oppbygd av kvarts, og et nedre ringformet belastningsring-element 61' av INVAR ligger an mot den nedre ende av transduktorelementene. Enheten 60 på hver side av et horisontalt midtseksjonsplan som forløper gjennom tilstøtende sideflater av elementene 63, 63' er av en speilvendt utforming. Det øvre støtteringelement 62 har en innad forløpende flens 65 med en senteråpning 66 og den nedre støttering 62' har en innad forløpende flens 65' med en senteråpning 66'. Festet til den undre flate 67 av flensen 66 er et toroidelement 68 som er konsentrisk med den indre vegg 69 av ringelementet 63 og definerer referansegapet Gr. Festet til den øvre flate 67' av flensen 65 er et toroidelement 68' som er konsentrisk med den indre vegg 69' av ringelementet 63' og definerer referansegapet Gr. De motvendende flater 70 og 71' av det øvre og nedre toroidelement 68, 68' er avstandsplassert fra hver andre med avstanden eller gapet Gs (følergapet). Det øvre og nedre ringelement 61 og 61' er oppbygd av INVAR eller et funksjonsmessig ekvivalent materiale, mens elementene 62, 63, 62', 63', 68 og 68' er oppbygd av kvarts eller et funksjonsmessig ekvivalent materiale. Transduktorenheten 60 er sammensmeltet eller sammmenbundet til en integrert enhet. Ved den øvre og nedre ende av elementet 60 er ringformede avstandsringer 71, 71' oppbygd av INVAR og dimensjonert til fin innpassing av elementet 60 inne i boringen til det nedre element 46b. I denne konstruksjon benyttes materialet INVAR fordi det nærmest korresponderer med temperaturutvidelseskoeffisienten til kvarts. For materialer forskjellig fra kvarts vil et konstruksjonsmateriale med lignende utvidelse velges.

Mellom transduktorenheten 60 og et feste-endeelement 75 er en belginnretning 80. Endeelementet 75 er et sylindrisk utformet element med et avsluttende, gjenget endeparti 46 for kopling til en trykk-kildeåpning eller ledning i et trykk-instrument eller trykkhus. Endeelementet 75 er festet til det øvre element 46a. Huset 45 er i sin nedre ende forbundet til et ringelement 77 av rustfritt stål som danner forbindelse med et elektronikkhus (ikke vist).

Som vist i Fig. 7 er det øvre endeelement 75 festet til et trykkpunkt i et hus (ikke vist) og ved den nedre ende er ringelementet 77 festbart til et elektronikk-instrumenthus (ikke vist). Mellom ringen 77 og endeelementet 75 opptar huset 45 alle strekk- og trykkspenninger og transduktorenheten 60 er uavhengig støttet med elementet 46b og er ikke utsatt for ytre spenningsfaktorer.

I den nedre ende av endeelementet 75 er en ringformet flens 80a tildannet med et halsparti 81 i endeelementet 75. En trykkpassasje 82 forløper sentralt gjennom endeelementet 75. Diafragmaer eller belginnretninger 80 innbefatter flens-elementet 80a, et "H"-formet element 84, og et nedre lokk-element 85. Det H-formede element 84 innbefatter et øvre rørformet parti 84b som er forbundet til et nedre rørformet parti 84c av et rørformet parti 84d med mindre diameter. Det nedre endelokkelement 85 er sylindrisk formet og passer inn i det nedre rørformede parti 84c. Således definerer det hule indre av anordningen 80 en belg eller diafragma som kan gjøre respons til trykk. Plassert i de sylindriske hulrom 87, 88 er toroidalt tilformede keramiske skiver 89, 90 som tjener som romfyll for å redusere volumet av trykkfluid nødvendig i belgen. Belgen 80 og endelokket 85 kan tilvirkes av rustfritt stål.

Mellom det nedre endelokkelement 85 og lastringelementet 61 er et ringformet kraftplate-element 91. Kraftplate-elementet 91 har en flens 92 som forløper Inn 1 forsenkningen 48 og overlapper den oppadvendende stoppskulder 49. Således tilveiebringer skulderen 49 en bevegelsesgrense for kraft-elementet 90 i forhold til transduktorenheten 60. I anordningen er enheten 60 plassert i elementet 46b og plate-elementet 91 plassert på enheten 60. Elementene 46a, 46b er forbundet til hverandre ved sammenbinding, sammensmelting, sveising eller lignende og huset 45 er festet til det øvre element 46a. Belganordningen 80 er innsatt og en forut-bestemt trykkbelastning er påsatt mellom endeelementet 75 og endeelementet 50 for å påsette en trykkbelastning mot enheten 60. Denne forbelastning tjener til å gjøre enheten 60 mindre skjør med hensyn til støtbelastninger og tilveiebringer en nøyaktig innstilling for korrekt sammenføring av lastbærende deler for en normal tilstand. En last på 445 N er benyttet, skjønt denne kan varieres.

Fig. 8 er en forstørret avbildning av konstruksjonsdetaljer i hvilke enheten 60 har komponenter speilvendt med hensyn til et horisontalplan Hp og er symmetrisk med hensyn til senteraksen Cl- I oppbygningen av enheten 60 gjøres bruk av tynne filmer (Ft) og tykk film (F-p) der en tynn film er en metallfilm påført ved katodeforstøvning eller fordampning på en polert flate og har en tykkelse i størrelsesorden 5 - 127 x IO"<6>cm og en tykk film er en metallfilm påført med børste eller andre midler og har en tykkelse i størrelsesorden 0,25 til 1, 27 x IO"<3>cm. Kvartsdelene er også skjøtet til hverandre ved bruk av en sammensmeltbar glassfritte (Sp) som ved fusjon har en tykkelse på 0,00127 cm.

Toroidelementene 68, 68' er tilvirket separat fra ringelementene 62, 63 og deretter satt sammen til en enhet i et stykke. Som vist i Fig. 9a, er et toroidelement 68' toroidalt utformet og en tykk film 100' FTer påført boringen 101<*>i toroiden fra et sted som forbinder den øvre flate 102' til et sted 104' som overlapper et parti av den nedre flate 103'. Den øvre og nedre kant av boringen 101' har 45° avfasninger for å lette festet av filmen til kvartsen. En utgangsledning er forbindbar til belegget ved stedet 104'. Toroidelementet 68' har en sylindrisk utformet passasje 110<*>plassert eksentrisk til boringen 101' der passasjen 110' tjener til å passere koplingsledninger gjennom elementet 68'. Som vist i Fig. 9b og 9c er den ringformede utvendige flate 111<*>belagt ved katodeforstøvning eller fordampning med en tynn film 112'F-t der den tynne film 112'F-t forløper langs den nedre flate 103' i radielle strimler 113' der de radielle strimler 113' er for elektriske koplingsformål. Filmen 112<*>Ftpå sideveggen 111' har en kontrollert tykkelse på 40,6 x 10"^ cm. Ved den øvre ende av elementet 68<*>er et ringformet spor 114' som benyttes til å holde en temporær 0-ring under en poleringsoperasjon.

Det vises til Fig. 10A - 10C, der ringelementene 63', 62' er illustrert i en sammenknyttet tilstand. Mellom elementene 63', 62' er en forbindende glassfritte 120 Sp. Det er mulig i enkelte tilfeller å direkte sammensmelte en del med den andre og ikke benytte en glassfritte. Flensen 65' i ringelementet 62' har diametralt plasserte boringer 121', 122'. Den øvre flate 67' av flensen har et ringformet spor 123' plassert motsatt til en radiuskurve 124' på den nedre flate av flensen. Sporet 123' og kurven 124' er lokalisert ved overgangen av den sylindriske vegg av elementet 62<*>og flensen for slik å fjerne spenningskonsentrasjoner ved denne overgang. Boringen 121<*>er plassert like inntil den indre omkrets av sporet 123' og er ordnet for innretting med boringen 110' i et toroidalt ringelement 68'. Den andre boring 122' er plassert i flensen slik at en tykk film 125 'F-p kan påføres den indre overflate 126' av ringelementet å føres gjennom boringen 122'. Således, med filmen 125'F-p på plass på ringelementet 62', kan den øvre flate av ringelementet 62', den indre boring 128' av ringelementet 63', motta en tynn film 129 'F-^ ved katodeforstøvning eller fordampning, og filmen 129<*>Ftoverlapper den tykke film 125FTfor elektrisk forbindelse. Den tynne film 129'F^danner det ytre plate element av en referansekondensator og har en kontrollert størrelse på 40,6 x IO-<6>cm. Enden av ringelementet 62<*>har en tykk film 131F-p som gir en elektrisk kontaktflate såvel som et dempemedium mellom kvartsen og metallflaten.

Når ringelementene 62', 63' er belagt med filmer, er det neste trinn å integrere et toroidelement 68' med ringelementet 62', 63'. En glassfritte Sp er plassert mellom de radielle strimler 113' slik at toroidelementet 68' kan festes til flensen 65' av et ringelement 62' med den tynne film 112'F-t dannende den andre plate av kapasitansen. En trykk film 127'FT(se Fig. 8) påføres for elektrisk å forbinde den tynne film 112'Fttil et hensiktsmessig sted 135<*>på endeflaten av en flens 65'. I anordningen er boringene 110' og 121' på linje. Etter sammenstilling slipes den øvre flate flat og den tynne film 106'Ftpåføres (se Fig. 8) ved katodeforstøvning eller fordampning for å gi et ringformet plateelement som overlapper og gir elektrisk kontakt med den tykke film 100'FTi boringen 101'.

To underenheter blir deretter innrettet og sammenknyttet ved sammensmelting slik at følergapet Gs er definert av kon-densatorplatene dannet av de tynne filmer 106F-t og 106'Ft. En ledningskopling 136 er festet til den øvre tykke film 127F-T og føres gjennom boringene 121, 110, 110' og 121' for kopling med en ledningskopling 131 og den tykke film 127'Ftved bunnen av enheten. Således er referanse-kondensator-flimene på toroidelementene forbundet til en felles utgangsledning. De omkretsmessige filmer 129F-t og 129'F-^ for referanse-kondensatoren er koplet via de tykke filmer 125F-p og 125'Ff til endene av ringelementene 62, 62' der det er en forbindelse med overflatekontakt til en elektrisk jording. En ledning 137 er forbundet mellom den tykke film 125FTog den tykke film lOOF-p for å omdanne den ene kondensatorplate 106Ft til elektrisk jording. En ledning forbundet til den andre tykke film 100 'F-p og kondensatorplaten 106'F^tilveiebringer en utgangsledning eller leder for føleren Gs. Konstruksjonen og anvendelsen av den foranstående oppfinnelse tilveiebringer en krafttransduktor som er svært miniatyrisert og likevel i stand til å måle store krefter. Enheten som beskrevet i Fig. 7 har transduktorer i en atmosfære av inert gass eller forseglet med hensyn til den omgivende atmosfære. Enheten tilveiebringer sikkerhet mot brudd og benytter de fordelaktige elastiske og temperaturmessige egenskaper til kvarts. Oppbygningen gir Jevn belastning uten betydelige spenningskonsentrasjoner og spesielt uten strekkspenninger. Det skal forstås at elastisitetsmodulen for kvarts er omkring en tredjedel av elastisitetsmodulen for stål og således vil husets påvirkninger være vesentlig redusert.

Den foranstående beskrivelse av oppfinnelsen er illustrerende og forklarende, og ulike endringer i størrelse, form og materialer, såvel som i detaljer ved den illustrerte konstruksjon, kan foretas uten å avvike fra oppfinnelsens ånd.

Claims (18)

1. Måletransduktor innbefattende et funksjonelt tilformet integrert element oppbygd av et materiale som når det utsettes for trykk har repeterbare elastiske egenskaper, gjenkallingsegenskaper under ulike temperaturforhold og en lav temperaturutvldelseskoeffisient, karakterisert ved at elementet har et første sett motvendende flater med et første avstandsgap (Gs ) og et andre sett med motvendende flater som har et andre avstandsgap (Gr ) der avstandsgapene er innbyrdes relatert som en funksjon av temperatur og trykk i materialet og nevnte motvendende flater er plassert langs akser anordnet på tvers av hverandre; og kondensatorplate-innretninger på de motvendende flater for å tilveiebringe minst to elektriske kondensatorer for å oppnå målinger som en funksjon av avstandsgapene mellom de motvendende flater.

2. Måletransduktor ifølge krav 1, karakterisert ved at elementet er oppbygd av kvartsmaterlale.

3. Måletransduktor ifølge krav 2, karakterisert ved at det integrerte element er sylindrisk formet og har øvre og nedre ringformede partier og et sylindrisk formet sentralt parti; og at det sentrale parti har sylindrisk utformede øvre og nedre motvendende flater i parallelle plan og som definerer det andre avstandsgap (Gr).

4. Transduktor ifølge krav 3, karakterisert ved at et tverrplan til senteraksen av elementet halverer avstandsgapet mellom den øvre og nedre motvendende flate, og at elementet har en speilvendt oppbygning med hensyn til nevnte tverrplan.

5 • Transduktor ifølge krav 4, karakterisert ved at elementet har en ensartet oppbygning omkring senteraksen til elementet.

6. Transduktor ifølge krav 3, karakterisert ved at kondensatorplateinnretningene innbefatter tynne metalliserte filmer.

7. Måletransduktor ifølge krav 3, karakterisert ved at: de ringformede partier er forbundet sammen i et stykke i et plan på tvers av senteraksen til elementet, hvilke øvre og nedre ringpartier definerer et avstandsgap mellom motvendende flater plassert inntil tverrplanet; hver at ringpartiene er oppbygd av en ringelement-del, en toroidelement-del og et flenset elementdel der toroidelement-delen er forbundet i et stykke med et flensparti av den flensede elementdel og at ringelement-delen er forbundet i et stykke med flenselement-delen for å definere et ringformet avstandsgap mellom motvendende flater på toroidelement-delen og ringelement-delen.

8. Transduktor ifølge krav 7, karakterisert ved at toroidelement-delen og flenselement-delen har adkomståpninger for elektriske lederorganer; og elektriske lederfilminnretninger i adkomståpningene for å forbinde de tynne metalliserte filmer i kondensatorplateinnretningene til et elektrisk kretssystem.

9. Transduktor ifølge krav 8, karakterisert ved at den innbefatter et lag av metallisert film på endeflaten av en flenselement-del.

10. Transduktor ifølge krav 7, karakterisert ved at flenselement-delen har et ringformet, nedhengende ringparti som har en integrert plassert nedre krummet flate som forbinder den indre sylindriske vegg på det nedhengende ringparti og som har et ringformet halvsirkulaert spor plassert i overflaten av flenspartiet i en stilling i vertikal innretting med den nedre krummede flate.

11. Transduktor ifølge krav 7, karakterisert ved at toroidelement-delen har et ringformet ytre spor.

12. Måletransduktor ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre innbefatter: belginnretninger koplet til transduktorinnretningene, hvilke belginnretninger er i sin øvre ende og hvilke transduktor-innretning er i sin nedre ende avgrenset i et hus hvorved fluid under trykk når påført belginnretningene frembringer forskyvning av transduktorinnretningen i forhold til en forskyvningsakse for måletransduktoren som en funksjon av fluidet under trykk; og at transduktorinnretningen har en forholdsvis liten forskyvning langs forskyvningsaksen sammenlignet med forskyvningen av belginnretningen.

13. Måletransduktor ifølge krav 12, karakterisert ved at huset innbefatter et rørformet indre hus oppbygd med en nedre, innvendig rettet flensparti-ende hvori transduktorinnretningen er avgrenset i sin nedre ende av nevnte flensparti, at belginnretningen er festet i sin øvre ende til det rørformede indre hus, og et ytre rørformet huselement er festet i sin øvre ende til den øvre ende av det rørformede indre hus; og at det rørformede huselement har en lengde større enn lengden av det rørformede indre hus og har en indre diameter større enn den ytre diameter av det rørformede indre hus slik at det foreligger et ringformet mellomrom mellom det rørformede indre hus og det ytre rørformede huselement og slik at belginnretningen og transduktorinnretningen er støttet uavhengig av det rørformede huselement.

14. Måletransduktor ifølge krav 13, karakterisert ved at måletransduktoren har en ytre sylindrisk form og innbefatter videre ringformede avstandsstykkeinnretninger plassert i den øvre og nedre ende av måletransduktoren for å forhindre sideveis bevegelse av måletransduktoren i det rørformede indre hus.

15. Måletransduktor ifølge krav 14, karakterisert ved at den videre innbefatter et sylindrisk utformet kraftplate-element plassert mellom måletransduktoren og belginnretningene, et ringformet innvendig spor i det rørformede indre hus, hvilke sideplateelement har et flensparti bevegbart i sporet mellom øvre og nedre grenser hvorved flenspartiet avgrenser bevegelsen til sideplateelementet, idet sideplateelementet og det rørformede hus er oppbygd av metallmateriale.

16. Måletransduktor Ifølge krav 1, for anvendelse i et brønn-verktøy for å avføle trykkdata, innbefattende: et brønnverktøy-hus tilpasset for føring gjennom en brønn-boring til en brønndybde for å avføle brønntrykk-data; at brønnverktøy-huset innbefatter en ytre kappeinnretning oppbygd av lastbærende materialer og innbefatter sammenknyttede seksjoner, hvilke husinnretning har hule indre for å romme instrumentering for bruk til avføling av brønntrykk-data; at en av seksjonene innbefatter første og andre partier respektivt med rørformede ytre element og et sammenknyttende ringelement derimellom, hvilke første parti er oppbygd og arrangert til å omslutte elektriske komponenter, et rør-formet, indre bærehuselement plassert i det andre parti og er forbundet i en ende til en ende av det andre parti og har et innadrettet flensparti i en motsatt ende, hvilke indre bærehuselement er adskilt fra den indre vegg av det andre parti av et ringformet rom; en belginnretning og en måletransduktorinnretning plassert i det indre bærehuselement der transduktorinnretningen innbefatter et kvartsmateriale under trykk og med belginnretningen festet i en øvre ende til det indre bærehuselement slik at fluid under trykk påført belgen frembringer en forskyvning av kvartsmaterialet som en funksjon av trykket; og innretninger for å tilveiebringe fluidadkomst fra utsiden av brønnverktøyet til belginnretningen.

17. Målesystem ifølge krav 16, karakterisert ved at det videre innbefatter: begrenserinnretninger plassert mellom belginnretningen og transduktorinnretningen som samvirker med det indre bærehus-element for å begrense aksiell forskyvning av belginnretningen i forhold til det indre bærehus-element.

18. Målesystem ifølge krav 16, karakterisert ved at kvartsmaterialet er funksjonsmessig integrert med og definerer et første sett motvendende flater med et første avstandsgap og et andre sett av motvendende flater med et andre avstandsgap der avstandsgapene er innbyrdes relatert som en funksjon av temperatur og trykk i materialet og de motvendende flater er plassert på tvers av hverandre.