RU120221U1

RU120221U1 - MEMBRANE PRESSURE SENSOR - DDM

Info

Publication number: RU120221U1
Application number: RU2011113255/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Кузьмич Лагуткин; Александр Михайлович Щеглов; Павел Геннадьевич Абражеев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Петролайн-А"
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-09-10

Abstract

1. Датчик давления мембранный, характеризующийся тем, что представляет собой корпус с крышкой и размещенным на нем разъемом для подключения электрического кабеля для электропитания и связи, встроенной в корпус упругой металлической мембраной с наклеенными на ней тензометрическими преобразователями неэлектрических величин, в корпусе размещена электронная плата для обработки сигнала от тензометрических датчиков и вычисления конечного результата измерений в соответствии с калибровочными данными, внесенными в память платы при калибровке датчика, отличающийся тем, что мембрана имеет утолщения в обе стороны от деформируемой плоскости, причем с внутренней стороны утолщения имеют округлый профиль, а сам датчик также включает в себя муфту, предназначенную для навинчивания на исследуемый трубопровод, и гайку, которая крепит корпус датчика на муфте. ! 2. Датчик давления мембранный по п.1, отличающийся тем, что корпус датчика, муфта и гайка являются разъемными. ! 3. Датчик давления мембранный по п.1, отличающийся тем, что в месте подключения к трубопроводу корпус датчика имеет коническую форму и резиновое уплотнение. 1. A membrane pressure sensor, characterized by the fact that it is a housing with a cover and a connector located on it for connecting an electric cable for power supply and communication, an elastic metal membrane built into the housing with strain gauge transducers of non-electrical quantities glued to it, an electronic board is placed in the housing for processing the signal from the strain gauges and calculating the final measurement result in accordance with the calibration data entered into the memory of the board during the calibration of the sensor, characterized in that the membrane has thickenings on both sides of the deformable plane, and on the inner side of the thickenings have a rounded profile, and the sensor itself also includes a sleeve designed to be screwed onto the tested pipeline, and a nut that secures the sensor body to the sleeve. ! 2. Diaphragm pressure sensor according to claim 1, characterized in that the sensor body, sleeve and nut are separable. ! 3. A membrane pressure sensor according to claim 1, characterized in that at the point of connection to the pipeline, the sensor body has a conical shape and a rubber seal.

Description

Полезная модель относится к добывающей промышленности, а именно к технике измерения давления в системах труб.The utility model relates to the mining industry, namely to the technique of measuring pressure in pipe systems.

При бурении нефтяных и газовых скважин необходимо контролировать давление нагнетаемого в скважину бурового раствора. Буровой раствор имеет в своем составе химически агрессивные компоненты, различные загрязнения, пульпы, мелкозернистые частицы породы. Сам раствор подвержен застыванию в местах, где скорость потока близка к нулю. Поэтому решение задачи по контролю над величиной давления в системах промывочной жидкости связано с определенными трудностями. Предлагаемая полезная модель позволяет решить эту задачу.When drilling oil and gas wells, it is necessary to control the pressure of the drilling fluid injected into the well. Drilling fluid incorporates chemically aggressive components, various contaminants, pulps, fine-grained rock particles. The solution itself is prone to solidification in places where the flow rate is close to zero. Therefore, the solution of the problem of controlling the pressure in the washing fluid systems is associated with certain difficulties. The proposed utility model allows us to solve this problem.

Известные из применяемых для решения данной задачи устройств - это различные манометры, тензометрические датчики давления. Основным недостатком данных приборов является то, что они не могут напрямую контактировать с буровым раствором и эксплуатируются в комплекте со специальными устройствами - разделителями сред. Использование указанных измерительных приборов без разделителя сред приводит к выходу их из строя. Причин этому несколько: это и химически агрессивный состав бурового раствора, и застывание раствора в каналах подвода давления к измерителям. Эксплуатируемые в комплекте с измерительными приборами разделители сред имеют низкую надежность. У них небольшой срок службы разделительных резиновых мембран. Разделители с металлическими мембранами дороги и требуют специального оборудования для заполнения их рабочими жидкостями. Все разделители требуют регулярного обслуживания и пополнения объемов рабочих жидкостей. Это вызывает определенные трудности при контроле величины давления в системе промывочной жидкости (бурового раствора) при работах, связанных с бурением нефтяных и газовых скважин.Known devices used to solve this problem are various pressure gauges, strain gauge pressure sensors. The main disadvantage of these devices is that they cannot directly contact with the drilling fluid and are operated in conjunction with special devices - media separators. The use of these measuring instruments without a media separator leads to their failure. There are several reasons for this: this is the chemically aggressive composition of the drilling fluid, and the solidification of the fluid in the channels for supplying pressure to the meters. The media separators that are used with measuring instruments have low reliability. They have a short life span of rubber dividing membranes. Separators with metal membranes are expensive and require special equipment to fill them with working fluids. All separators require regular maintenance and replenishment of the volume of working fluids. This causes certain difficulties in controlling the pressure in the flushing fluid (drilling fluid) system during operations associated with drilling oil and gas wells.

Так, из патента №2082128 RU известен тензометрический датчик давления, в котором данные о деформации снимаются с мембраны, на которую усилие передается посредством цилиндра.So, from the patent No. 2082128 RU a strain gauge pressure sensor is known in which deformation data is taken from a membrane to which the force is transmitted by a cylinder.

При этом известны датчики, мембраны которых непосредственно контактируют со средой.In this case, sensors are known whose membranes are in direct contact with the medium.

Из патента №2168710 RU известен тензорезисторный датчик давления, содержащий корпус с установленной в ней мембраной, на которой размещен тензорезистор, отличающийся тем, что в нем на гибкую мембрану наклеивается один тензорезистор, выводы которого через контакты подключены в одно из плеч мостовой измерительной схемы, кроме того, конструктивно датчик разделен на гнездо, выполненное в виде болта с внешней резьбой, предназначенной для закрепления на плоскости летательного аппарата, с внутренним отверстием, в которое ввинчивается корпус датчика с мембраной, мембрана датчика с наклеенным на нее тензорезистором имеет остаточную деформацию.From the patent No. 2168710 RU a strain gauge pressure sensor is known comprising a housing with a membrane mounted on it, on which a strain gauge is located, characterized in that one strain gauge is glued to the flexible membrane, the terminals of which are connected through contacts to one of the arms of the bridge measuring circuit, except Moreover, the sensor is structurally divided into a socket made in the form of a bolt with an external thread designed to be fixed on the plane of the aircraft, with an internal hole into which the sensor housing is screwed and with the membrane, the sensor membrane having pasted on it strain gage has a residual deformation.

Наиболее близким аналогом является датчик, известный из патента №7185539 US мембрана которого непосредственно контактирует со средой, поток которой измеряют. На мембране установленные тензометрические датчики. Недостатком является то, что измерение потока осуществляется в узком канале, который может засориться, или быстро изменить свои геометрические размеры.The closest analogue is the sensor, known from patent No. 7185539 US membrane which is in direct contact with the medium, the flow of which is measured. Installed strain gauges on the membrane. The disadvantage is that the flow measurement is carried out in a narrow channel, which can become clogged, or quickly change its geometric dimensions.

Целью полезной модели является повышение эксплуатационных свойств мембранного датчика давления.The purpose of the utility model is to increase the operational properties of the membrane pressure sensor.

Цель достигается за счет конструкции датчика давления, который состоит из корпуса, встроенной в корпус металлической упругой мембраны, электронной платы для обработки сигнала от тензометрических датчиков, вычисления конечного результата измерений в соответствии с калибровочными данными, внесенными в память при калибровке датчика. Также для крепления на трубе датчик имеет муфту и гайку.The goal is achieved due to the design of the pressure sensor, which consists of a housing integrated in the housing of a metal elastic membrane, an electronic board for processing the signal from the strain gauge sensors, calculating the final measurement result in accordance with the calibration data recorded in the sensor calibration. Also for mounting on the pipe, the sensor has a coupling and a nut.

При этом мембрана имеет утолщения в обе стороны от деформируемой плоскости, за счет чего достигается плотное и герметичное соединение. С внутренней стороны утолщения имеют округлый профиль, что повышает добротность мембраны и ее долговечность.In this case, the membrane has thickenings on both sides of the deformable plane, due to which a tight and tight connection is achieved. On the inside, the thickenings have a rounded profile, which increases the quality factor of the membrane and its durability.

В месте подключения к трубопроводу корпус датчика имеет коническую форму и резиновое уплотнение. Концом конической формы датчик упирается в муфту, которая закреплена на трубе. За счет чего достигается надежность соединения и упрощается съем датчика в случае измерения давления жидкостей, склонных к застыванию.In the place of connection to the pipeline, the sensor housing has a conical shape and a rubber seal. The end of the conical shape of the sensor abuts against the coupling, which is mounted on the pipe. Due to this, reliability of the connection is achieved and removal of the sensor is simplified in case of measuring the pressure of liquids prone to solidification.

Датчик имеет в своей конструкции гайку, служащую для привинчивания к трубопроводу. Резьба гайки является трапецеидальной. За счет этого достигается надежность соединения и исключаются закусывания и срезы.The sensor has a nut in its design, which serves to screw it to the pipeline. The thread of the nut is trapezoidal. Due to this, reliability of the connection is achieved and bites and slices are excluded.

Гайка, муфта и корпус датчика являются раздельными, что повышает оперативность монтажа датчика на трубе.The nut, coupling and sensor housing are separate, which increases the efficiency of mounting the sensor on the pipe.

Наклеенные на упругую мембрану тензометрические преобразователи неэлектрических величин выдают электрический сигнал, пропорциональный величине ее прогиба.Strain gauges of non-electric quantities glued onto an elastic membrane give an electrical signal proportional to the magnitude of its deflection.

Электронная плата обрабатывает сигнал от тензометрических преобразователей неэлектрических величин в соответствии с калибровочными данными, введенными в память датчика при калибровке на специальном стенде.The electronic board processes the signal from strain gauge transducers of non-electric quantities in accordance with the calibration data entered in the sensor memory during calibration on a special stand.

В результате датчик включает в себя всю измерительную цепочку и выдает готовый результат измерения в виде электрического сигнала. Электропитание измерительных элементов и электронной платы, передача сигнала осуществляется через электрический кабель связи.As a result, the sensor includes the entire measuring chain and provides a finished measurement result in the form of an electrical signal. The power supply of the measuring elements and the electronic board, the signal is transmitted through an electric communication cable.

В целом преимуществом данной полезной модели, по сравнению с аналогами, являются увеличение срока эксплуатации измерительного устройства, повышение надежности, отсутствие материальных и временных затрат на приобретение, монтаж и обслуживание специальных устройств - разделителей сред, без которых используемые в настоящее время измерительные устройства эксплуатироваться в агрессивной, загрязненной и склонной к застыванию среде не могут.In general, the advantage of this utility model, in comparison with analogues, is an increase in the life of the measuring device, increased reliability, the absence of material and time costs for the acquisition, installation and maintenance of special devices - media separators, without which the currently used measuring devices are operated in aggressive polluted and prone to solidification environment can not.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Датчик давления состоит из корпуса, встроенной в корпус металлической упругой мембраны, электронной платы для обработки сигнала от тензометрических датчиков, вычисления конечного результата измерений в соответствии с калибровочными данными, внесенными в память при калибровке датчика. Также для крепления на трубе датчик имеет муфту и гайку.The pressure sensor consists of a housing integrated in the housing of a metal elastic membrane, an electronic board for processing the signal from the strain gauge sensors, calculating the final measurement result in accordance with the calibration data recorded in the sensor during calibration. Also for mounting on the pipe, the sensor has a coupling and a nut.

Мембрана датчика представляет собой диск. Толщина диска определяется величиной измеряемых давлений. По краю диск имеет утолщение, необходимое для обеспечения герметичности.The sensor membrane is a disk. The thickness of the disk is determined by the measured pressure. Along the edge of the disk has a thickening necessary to ensure tightness.

При установке датчика ДДМ используются стандартные гайка и конусная муфта от БРС 2" ГОСТ 8479-88. В системах трубопроводов быстроразъемное соединение БРС служит для оперативного соединения труб НКТ. Основные преимущества БРС - надежность соединения, благодаря трапецеидальной (а не треугольной) форме резьбы и коническому с резиновым кольцом уплотнению (см. рисунок 1). Датчик ДДМ изготавливается отдельно от деталей крепления (муфты и гайки от БРС 2", являющихся стандартными изделиями) для того, чтобы обеспечить быстрый монтаж-демонтаж датчика для плановых поверок и в других необходимых случаях.When installing the DDM sensor, a standard nut and cone coupling from BRS 2 "GOST 8479-88 are used. In the piping systems, the BRS quick disconnect connection is used for the operative connection of tubing pipes. The main advantages of the BRS are the reliability of the connection, due to the trapezoidal (rather than triangular) shape of the thread and the conical with a rubber ring seal (see Figure 1). The DDM sensor is manufactured separately from the mounting parts (couplings and nuts from BRS 2 ", which are standard products) in order to provide quick mounting and dismounting of the sensor for routine verifications and other necessary cases.

Установка датчика ДДМ производится вручную. На магистральный трубопровод приваривается отвод трубы НКТ с муфтой от БРС 2" (ГОСТ 8479-88). Коническая часть датчика (имеющая специальную выточку с резиновой манжетой) вставляется в коническое углубление муфты БРС и прижимается к ней сверху гайкой БРС посредством трапецеидальной резьбы.The DDM sensor is installed manually. An outlet of the tubing pipe with a coupling from the BRS 2 "is welded to the main pipeline (GOST 8479-88). The conical part of the sensor (having a special undercut with a rubber sleeve) is inserted into the conical groove of the BRC coupling and pressed against it from above by the BRS nut by means of trapezoidal thread.

ДДМ устанавливается на стандартное быстроразъемное соединение (сокращенно - БРС), вваренное в трубопровод системы промывки бурового раствора (манифольд). ДДМ позволяет контролировать давление в системе промывки бурового раствора без дополнительных устройств - разделителей сред.DDM is installed on a standard quick-disconnect connection (abbreviated as BRS), welded into the pipeline of the drilling mud flushing system (manifold). DDM allows you to control the pressure in the drilling fluid washing system without additional devices - media separators.

Мембрана ДДМ напрямую контактирует с рабочей жидкостью в системе промывки, в которой необходим контроль величины давления. Давление в системе промывки воздействует на упругую мембрану, прогибая ее на величину, пропорциональную величине давления в системе промывки. Наклеенные на упругую мембрану тензометрические преобразователи неэлектрических величин выдают электрический сигнал, пропорциональный величине ее прогиба.The DDM membrane is in direct contact with the working fluid in the flushing system, in which pressure control is necessary. The pressure in the flushing system acts on the elastic membrane, bending it by a value proportional to the pressure in the flushing system. Strain gauges of non-electric quantities glued onto an elastic membrane give an electrical signal proportional to the magnitude of its deflection.

Электронная плата обрабатывает сигнал от тензометрических преобразователей неэлектрических величин в соответствии с калибровочными данными, введенными в память ДДМ при калибровке на специальном стенде.The electronic board processes the signal from strain gauge transducers of non-electric quantities in accordance with the calibration data entered in the DDM memory during calibration on a special stand.

ДДН включает в себя всю измерительную цепочку и выдает готовый результат измерения в виде электрического сигнала. Электропитание измерительных элементов и электронной платы, передача сигнала осуществляется через электрический кабель связи.DDN includes the entire measuring chain and gives the finished measurement result in the form of an electrical signal. The power supply of the measuring elements and the electronic board, the signal is transmitted through an electric communication cable.

Описание рисунковDescription of drawings

На рисунке й представлен датчик давления мембранный в сборе на трубе НКТ. 1 - корпус, 2 - мембрана, 3 - тензорезистор, 4 - уплотняемый конус, 5 - уплотнение, 6 - микроконтроллер, 7 - муфта БРС, 8 - гайка БРС, 9 - разъем,Figure d shows the diaphragm pressure sensor assembly on the tubing. 1 - housing, 2 - membrane, 3 - strain gauge, 4 - sealed cone, 5 - seal, 6 - microcontroller, 7 - BRS coupling, 8 - BRS nut, 9 - connector,

Claims

1. Diaphragm pressure sensor, characterized in that it consists of a housing with a cover and a connector placed on it for connecting an electric cable for power supply and communication, an elastic metal membrane integrated in the housing with non-electrical strain gauges attached to it, an electronic board is placed in the housing for processing the signal from strain gauges and calculating the final measurement result in accordance with the calibration data entered in the memory of the board during calibres sensor, characterized in that the membrane has thickenings on both sides of the deformable plane, moreover, on the inner side of the thickenings have a rounded profile, and the sensor itself also includes a sleeve designed to screw onto the pipeline under study, and a nut that secures the sensor housing to coupling.

2. The membrane pressure sensor according to claim 1, characterized in that the sensor housing, coupling and nut are detachable.

3. The membrane pressure sensor according to claim 1, characterized in that at the point of connection to the pipeline, the sensor housing has a conical shape and a rubber seal.