RU2013534C1 - Способ измерения физического параметра в скважине и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Использование: в технике измерения физических параметров в условиях глубокого воздействия переменной температуры в скважинных условиях. Сущность изобретения: в способе преобразуют физический параметр при влиянии на результаты преобразования температуры окружающей среды в частотный сигнал. Одновременно преобразуют указанную температуру также в частотный сигнал. Частотные сигналы физического параметра и температуры преобразуют в цифровые коды. При этом интервал счета импульсов частотного сигнала физического параметра установливают пропорциональным интервалу счета импульсов частотного сигнала температуры и отношению коэффициента преобразования температуры к коэффициенту преобразования воздействующей температуры при преобразовании физического параметра. По разности кодов физического параметра и температуры определяют значение измеряемой величины. Устройство для осуществления способа содержит датчик температуры, датчик физического параметра, управляемые ключи, блок управления ключами, реверсивный счетчик, регистры, дешифраторы с индикаторами, формирователь интервалов счета. При этом к счетному входу реверсивного счетчика поочередно со сменой направления счета подключается частотный сигнал измеряемого физического параметра и температуры в установленных интервалах времени. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к технике измерения физических параметров в условиях глубокого воздействия переменной температуры и может быть использовано при измерениях в скважинных условиях давления, расхода (термокондуктивным методом) и других параметров.

Известен способ измерения физического параметра в скважине, например давления, включающий преобразование указанного параметра в частотный сигнал, затем в цифровой электрический код с последующим определением по нему значения измеряемого параметра [1] .

Устройство для осуществления указанного способа содержит датчик измеряемого параметра, электрический преобразователь с частотным выходом, преобразователь частоты (периода) в цифровой код, включая код индикатора, цифроаналоговые преобразователи [1] .

Основным недостатком указанного способа измерения и устройства для его осуществления является значительная погрешность измерения в условиях нефтяных и газовых скважин, характеризующихся глубоким воздействием на результаты измерения переменных температур, достигающих значений 120-300^оС. В некоторой степени точность измерения повышают путем внесения температурной поправки в результаты измерения при интеpпpетации их по отдельным точкам, что характеризуется высокой точностью и низкой производительностью.

В качестве прототипа принят способ измерения физического параметра (давления), включающий преобразование физического параметра при одновременном влиянии на результаты преобразования температуры окружающей среды в частотный электрический сигнал, а также преобразование температуры окружающей среды в частотный электрический сигнал, установку интервала счета импульсов частотного сигнала, преобразование температуры окружающей среды обратно пропорциональным значению первого опорного частотного сигнала, преобразование частотного сигнала температуры в цифровой электрический код, установку интервала счета импульсов частотного сигнала, преобразование физического параметра обратно пропорциональным второму опорному частотному сигналу и связанным функционально со значением цифрового кода температуры, преобразование частотного сигнала физического параметра в цифровой код и определение по последнему измеряемой величины [2] .

Устройство для реализации данного способа [2] представляет собой два схожих по функционированию блока, каждый из которых состоит из высокочастотного датчика (температуры, физического параметра), формирователя интервала счета, блока выделения переднего фронта, двоичного счетчика, блока выделения заднего фронта, ППЗУ, двух элементов задержки импульсов, регистра, дешифратора и цифрового индикатора. От обоих блоков по шине передачи кода измеряемый параметр заносится в соответствующий регистр и преобразуется с помощью дешифратора в код индикатора; датчики температуры и физического параметра (давления) выполнены дифференциальными; преобразователи сигнала в код выполнены в виде двоичных счетчиков с установкой в нулевое состояние.

Основным недостатком указанного способа измерения физического параметра, а также устройства для его осуществления является низкая точность измерения физического параметра в скважине при условиях, когда на результаты первичного преобразования физического параметра одновременно влияет изменение в широком диапазоне температуры окружающей среды.

Вторым недостатком указанного способа и устройства является сложность передачи информации для последующей обработки на поверхность по одножильному каротажному кабелю. Учитывая требования комплексности измерения, т. е. измерения одним прибором нескольких физических параметров в скважине при ограниченных габаритах скважинного прибора, представляется достаточно сложной передача по одножильному кабелю, кроме информации прочих преобразователей физических величин, двух опорных частот дифференциальных преобразователей давления и температуры.

Ниже приводятся доказательства низкой точности измерения физического параметра в скважине при условиях изменения температуры окружающей среды в широком диапазоне. На выходе счетчика с начальной установкой кода преобразователя частотного сигнала температуры в цифровой код формируется код
N_t = f₁˙ T₁ - N_0t или N_t= f₁·

-N_ot, (1) где f₁ - рабочая частота преобразования температуры окружающей среды;
К_о - число импульсов опорной частоты f₂;
Т₁ - интервал счета импульсов частотного сигнала преобразования температуры;
N_0t - код начальной установки счетчика преобразователя частотного сигнала температуры в цифровой код. f₁= f_0t+Δf_1t, (2) где f_0t - начальная частота преобразования температуры, соответствующая началу диапазона ее измерения;
Δf_1t - приращение частоты преобразования температуры в пределах диапазона измерения.

При совмещении выражений (1) и (2) получаем
N_t=

+

-N_оt. (3) Учитывая, что код начальной установки счетчика должен обеспечивать компенсацию значения начальной частоты преобразования в пределах установленного интервала счета, т. е. N_ot=

, получаем из выражения (3)
N_t=

. (4) Цифровой код физического параметра-давления на выходе второго счетчика с начальной установкой кода соответствует N_g = f₃ ˙ T₂ - N_од (5) где f₃ - рабочая частота преобразователя давления;
Т₂ - интервал счета импульсов частотного сигнала давления вторым счетчиком;
N_од - код начальной установки счетчика преобразователя частотного сигнала давления в код.

Значение рабочей частоты преобразователя давления можно представить в следующем виде f₃ = f_од + Δf_зд ±Δ f_3t, (6) где fод - начальная частота преобразования давления, соответствующая началу диапазона при измерении давления и температуры;
Δf_зд - приращение частоты преобразования давления в пределах диапазона измерения;
Δf_3t - приращение частоты преобразования температуры преобразователем давления, т. е. приращение за счет влияния температуры окружающей среды на результаты измерения давления.

Из [2] известно
T₂=

, (7) где N_к - значение кода коррекции, эквивалентного значению цифрового кода температуры;
N₃ - постоянный код в старших разрядах.

При этом знак N_к должен быть противоположным знаку значения Δf_3tдля обеспечения условия работоспособности схемы коррекции, так как уменьшение частоты преобразования давления от повышения температуры окружающей среды необходимо компенсировать увеличением интервала счета Т₂ и наоборот. Поэтому в дальнейшем значение Δf_3t в выражении (7) принимаем с отрицательным значением с учетом, что значение кода коррекции увеличивается с увеличением температуры.

Учитывая выражения (6), (7), из выражения (5) выводим
N_д= f

-

+

-N_од. (8) Рассмотрим указанное выражение при следующих условиях:
а) Δf_зд = 0, что соответствует началу диапазона измерения давления.

При этом

_-

. (9)
б) Δf_зд = 0 и Δf_зt = 0, что соответствует началу диапазонов измерения давления и температуры. При этом
N_д=

N₃-N_од. (10) Учитывая, что при Δf_3t = 0, N_k = 0.

Определим значение температурной погрешности, когда давление - разность выражений (9) и (10)
ΔN_д=

N_к-

(N_к+N₃). (11)
Из выражения (11) можно определить условия полной температурной компенсации ( ΔN_д = 0). При этом N_к=

. (12)
Выражение (12) определяет условия компенсации температурной погрешности измерения давления способом и устройством для его реализации, выбранных в качестве прототипа, в случае, когда Δf_зд = 0, т. е. в начале диапазона измерения давления.

Рассмотрим выражение (8) при условиях, когда Δf_зд ≠ 0; Δf_3t = 0, что соответствует началу диапазона измерения температуры. Одновременно давление определяется в пределах диапазона измерения. При этом учитываем, что при Δf_3t = 0 и N_к = 0, тогда

. (13)
Определим значение температурной погрешности, когда давления ΔN_д - разность выражений (8) и (13)
ΔN_д=

N_к-

N_к-

N₃+

(N₃+N_д). (14)
Определим значение коррекции N_к из выражения (14) для условий полной компенсации погрешности кода давления, т. е. при ΔN_д = 0
N_к=

. (15)
Выражение (15) является условием компенсации температурной погрешности преобразования физического параметра (давления), что в указанном способе и устройстве не реализуется, так как код коррекции N_кв них является функцией только температуры, а необходимо, чтобы он зависел также и от изменения давления ( Δf_зд).

Целью изобретения является повышение точности измерения физического параметра в скважине за счет исключения влияния температуры.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе измерения физического параметра в скважине, включающем преобразование физического параметра при одновременном влиянии на результаты преобразования температуры окружающей среды в частотный электрический сигнал, преобразование температуры окружающей среды также в частотный сигнал, установку интервалов счета импульсов обоих частотных сигналов, преобразование обоих частотных сигналов в цифровые электрические коды, интервал счета импульсов частотного сигнала преобразования физического параметра устанавливают пропорциональным интервалу счета импульсов частотного преобразования температуры и отношению коэффициента преобразования температуры окружающей среды к коэффициенту преобразования воздействующей температуры при преобразовании физического параметра, а значение измеряемой величины определяют по разности цифровых электрических кодов физического параметра и температуры.

Поставленная цель также достигается за счет того, что устройство для осуществления способа, содержащее датчики физического параметра и температуры, подключенный к линии связи частотный преобразователь, преобразователь частотного сигнала в цифровой код в виде двоичного счетчика с начальной установкой кода, первый, второй, третий и четвертый элементы задержки, регистр, выход которого подсоединен к дешифратору с индикатором, формирователь интервала счета, первый и второй блоки схемы выделения заднего фронта, снабжено первым, вторым, третьим и четвертым управляемыми ключами, блоком управления ключами с управляющим входом сброса в состояние "0", первым и вторым компараторами напряжения, первым, вторым, третьим и четвертым делителями напряжения линии связи, первым, вторым конденсаторами, узлом селекции сигнала, первым, вторым и третьим элементом логики И, первым, вторым и третьим RS-триггерами, пятым элементом задержки импульсов, первым и вторым блоком формирования управляющих сигналов, при этом преобразователь частотного сигнала физического параметра в цифровой код выполнен в виде реверсивного счетчика, формирователь интервалов времени выполнен в виде программируемого таймера-счетчика, аналоговые выходы датчиков физического параметра и температуры соединены с информационными входами соответственно первого и второго управляемых ключей, выходы которых подсоединены к входу частотного преобразователя, а управляемые входы - к соответствующему выходу блока управления ключами, тактовый вход которого и вход сброса в состояние "0" подключены к выходам первого и второго компараторов напряжения, первые и вторые входы которых подсоединены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому делителям напряжения линии связи, один из входов каждого компаратора соединен также с первыми выводами первого и второго конденсаторов, вторые выводы которых заземлены, вход узла селекции соединен с линией связи, а выход с информационными входами третьего и четвертого управляемых ключей, выходы которых соединены с выходами первого элемента логики И, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выход последнего подключен к информационному входу регистра, выходы формирователя интеpвалов счета соединены соответственно с первыми входами первого и второго RS-триггеров, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго блоков выделения переднего фронта и одновременно к управляющим входам третьего и четвертого управляемых ключей, выход первого блока выделения переднего фронта соединен с первым входом третьего RS-триггера, первым элементом задержки импульса и первым входом третьего элемента логики И, выход которого соединен с управляющим входом "Сброс" формирователя интервала счета, выход второго блока выделения переднего фронта соединен с вторым входом третьего элемента логики И, входом четвертого элемента задержки импульсов, входом первой схемы формирования управляющих сигналов и вторым входом третьего RS-триггера, выход которого подключен к управляющему входу обратного реверсивного счетчика, выход первого элемента задержки подключен одновременно к управляющему входу регистра и входу второго элемента задержки, выход которого подсоединен к управляющему входу сброса реверсивного счетчика и входу третьего элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу предварительной записи реверсивного счетчика, входу второй схемы формирования управляющих импульсов и входу пятого элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второго RS-триггера и первым входом второго элемента логики И, выход которого соединен с управляющим входом запуска блока формирования интервалов счета, при этом второй вход второго элемента логики И соединен одновременно с выходами четвертого элемента задержки и вторым входом первого RS-триггера, а выходы первого и второго блоков формирования управляющих импульсов соединены с линией связи.

Новыми признаками в способе являются установка интервала счета импульсов частотного сигнала преобразования физического параметра пропорциональным интервалу счета импульсов частотного сигнала преобразования температуры и отношению коэффициента преобразования температуры к коэффициенту преобразования воздействующей температуры при преобразовании физического параметра, что определяет новую взаимосвязь режимных характеристик преобразуемых величин и времени, определение значения физического параметра по разности цифровых электрических кодов физического параметра и температуры окружающей среды.

Новые признаки в заявленном способе позволяют повысить точность измерения физического параметра за счет исключения влияния температурной погрешности в пределах всего диапазона измерения, при режимах, когда T₂= T₁·

, где К₁ - коэффициент преобразования воздействующей температуры при преобразовании физического параметра в частотный сигнал; К₂ - коэффициент преобразования температуры окружающей среды в частотный электрический сигнал, и при определении значения физического параметра по разности электрических цифровых кодов физического параметра и температуры окружающей среды, температурная погрешность измерения отсутствует.

Предлагаемое техническое решение отвечает критериям изобретения "новизна и существенные отличия".

Новыми признаками устройства являются выполнение преобразователя частотного сигнала в цифровой код в виде реверсивного счетчика, а формирователя интервалов времени в виде программируемого таймера-счетчика;
снабжение устройства в отличие от прототипа дополнительно первым, вторым, третьим и четвертым управляющими ключами, блоком управления ключами с управляемым входом сброса в состояние "0", первым и вторым компараторами напряжения, первым, вторым, третьим и четвертым делителями напряжения линии связи, первым и вторым конденсаторами, узлом селекции сигнала, первым, вторым и третьим элементом логики И, первым, вторым и третьим RS-триггерами, пятым элементом задержки импульсов, первым и вторым блоками формирования управляющих сигналов;
подключение аналоговых выходов датчиков физического параметра и температуры к информационным входам соответственно первого и второго управляемых ключей, их выводов - к входу частотного преобразователя, управляемых входов - к соответствующим выходам блока управления ключами, тактовый вход которого и вход сброса в состояние "0" подключены к выходам первого и второго компараторов напряжения, первые и вторые входы которых подсоединены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому делителям напряжения линии связи, один из входов каждого компаратора соединен также с первыми выводами первого и второго конденсаторов, вторые выводы которых заземлены, вход узла селекции соединен с линией связи, а выход - с информационными входами третьего и четвертого управляемых ключей, выходы которых соединены с выходами первого элемента логики "И", выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выход последнего подключен к информационному входу регистра, выходы формирователя интервалов счета соединены соответственно с первыми входами первого и второго RS-триггеров, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго блоков выделения переднего фронта и одновременно к управляющим входам третьего и четвертого управляемых ключей, выход первого блока выделения переднего фронта соединен с первым входом третьего RS-триггера, первым элементом задержки импульса и первым входом третьего элемента логики И, выход которого соединен с управляющим входом "Сброс" формирователя интервала счета, выход второго блока выделения переднего фронта соединен с вторым входом третьего элемента логики И, входом четвертого элемента задержки импульсов, входом первого блока формирования управляющих сигналов и вторым входом третьего RS-триггера, выход которого подключен к управляющему входу обратного счета реверсивного счетчика, выход первой схемы задержки подключен одновременно к управляющему входу регистра и входу второго элемента задержки, выход которого подсоединен к управляющему входу сброса в состояние "0" реверсивного счетчика и входу третьего элемента задержки, выход которого подключен к управляющему входу предварительной записи реверсивного счетчика, входу второго блока формирования управляющих импульсов и входу пятого элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второго RS-триггера и первым входом второго элемента логики И, выход которого соединен с управляющим входом запуска формирователя интервалов времени, при этом второй вход второго элемента логики И соединен одновременно с выходами четвертого элемента задержки и вторым входом первого RS-триггера, а выходы первого и второго блока формирования управляющих импульсов соединены с линией связи.

Известны различные варианты устройств с применением в различном сочетании перечисленных узлов, в том числе использование реверсивного счетчика по его основному назначению, т. е. для вычисления разности различных групп последовательностей импульсов.

Широко известны также устройства с использованием кольцевых счетчиков для коммутации первичных или вторичных преобразователей в системах последовательного измерения физических параметров. Известные устройства отличаются от предлагаемого как по решаемой задаче, так и по схемному исполнению.

Учитывая, что указанные признаки отсутствуют в прототипе, предлагаемое техническое решение отвечает критериям изобретения "новизна" и "существенные отличия".

Способ измерения физического параметра реализуется в следующей последовательности операций:
преобразуют температуру окружающей среды в частотный электрический сигнал;
устанавливают с учетом требуемой точности измерения интервал счета импульсов частотного сигнала температуры,
преобразуют физический параметр при одновременном влиянии на результаты его преобразования температуры окружающей среды в частотный электрический сигнал;
устанавливают режимное значение счета импульсов частотного электрического сигнала физического параметра согласно условию ^T2^=T1^·

, где К₁ - коэффициент преобразования температуры; К₂ - коэффициент преобразования воздействующей температуры при преобразовании физического параметра;
определяют значения электрических цифровых кодов физического параметра и температуры и по их разности определяют значение измеряемой физической величины.

При этом зная цифровой код N_t преобразования частотного сигнала температуры, рабочую частоту f₁ преобразования температуры, цифровой код N_д преобразования частотного сигнала физического параметра, рабочую частоту f₃ преобразования из выражений (1), (2), (5) и (6), при линейных характеристиках преобразования давления и температуры и прямо пропорциональной характеристике преобразования температуры преобразователем давления выражения (2) и (6) можно записать в виде f₁ = f_0t + K₁(t⁰ - t₀ ⁰), (16) f₃ = f_oд + K₃P + K₂(t⁰ - t₀ ⁰), (17) где К₁ - коэффициент преобразования температуры окружающей среды в частотный сигнал;
t₀ - температура окружающей среды;
t₀ ⁰ - температура окружающей среды, соответствующая началу диапазона измерения температуры;
К₂ - коэффициент преобразования воздействующей температуры при преобразовании физического параметра в частотный сигнал;
Р - величина физического параметра;
К₃ - коэффициент преобразования физического параметра в частотный сигнал.

Из выражения (1) и (16) получаем
N_t = T₁˙ f_ot + T₁˙ K₁(t⁰ - t₀ ⁰ - N_ot). Учитывая, что Т₁f_ot = N_ot, так как код начальной установки счетчика должен обеспечивать компенсацию значения начальной частоты преобразования в пределах установленного интервала счета, то N_t = T₁˙ K₁(t⁰ - t₀ ⁰). (18) Соответственно из выражений (5) и (17) получаем N_д = T₂˙ K₃P + T₂˙ K₂(t⁰ - t₀ ⁰) (19) При условии, когда ^T1^=T2^·

или Т₁˙ К₁= Т₂ ˙ К₂, из (18) и (19) очевидно, что Т₂˙ К₃˙ Р= N_д - N_t. Учитывая, что Т₂ и Т₃ - величины постоянные, по разности цифровых кодов можно определить значение измеряемой величины физического параметра.

На фиг. 1 дана структурная схема устройства измерения физического параметра в скважине по предлагаемому способу; на фиг. 2 - временная диаграмма сигналов управления в устройстве; на фиг. 3 - структурная схема наземного прибора устройства, обеспечивающая измерение нескольких физических параметров в скважине.

Устройство для осуществления способа измерения физического параметра в скважине (фиг. 1) содержит глубинный прибор 1, наземный прибор 2, соединенные между собой линией связи 3 в виде одножильного каротажного кабеля. Питание глубинного прибора 1 осуществляется от источника U_n, подключенного к линии связи 3.

Глубинный прибор 1 включает датчик 4 температуры и датчик 5 физического параметра с аналоговыми выходами, первый 6 и второй 7 управляемые ключи, частотный преобразователь 8, блок 9 управления ключами, выполненный в виде RS-триггера или счетчика с управляющим входом сброса в положение "0", первый 10 и второй 11 компараторы напряжения, выполненные, например, в виде дифференциальных усилителей с первым 12, вторым 13, третьим 14, четвертым 15 делителями напряжения линии связи 3, первым 16 и вторым 17 конденсаторами.

Наземный прибор 2 включает подключенный через конденсатор 18 к линии связи узел 19 селекции сигнала, третий 20 и четвертый 21 управляемые ключи, одновибратор 22, счетчик 23 с начальной установкой кода, реверсивный счетчик 24 с начальной установкой кода, регистры 25 и 26, дешифраторы 27 и 28 с индикаторами 29 и 30, формирователь 31 интервалов счета, первый 32, второй 33 и третий 34 RS-триггеры, первый 35 и второй 36 блоки выделения переднего фронта, первый 37, второй 38, третий 39, четвертый 40 элемент логики И, первый 41, второй 42, третий 43, четвертый 44, пятый 45 элементы задержки импульсов, первый 46 и второй 47 блоки формирования управляющих сигналов с согласующим узлом 48, например, в виде трансформатора.

При этом аналоговые выходы датчиков 4 и 5 подключены к информационным входам управляемых ключей 6 и 7, выходы которых подсоединены к входу частотного преобразователя 8, подключенного к линии связи 3, а управляемые входы ключей - к соответствующим выходам блока 9 управления ключами, тактовый вход которого и вход сброса в состояние "0" подключены к выходам первого 10 и второго 11 компараторов напряжения, первые и вторые входы которых подсоединены соответственно к первому 12, второму 13, третьему 14 и четвертому 15 делителям напряжения линии связи 3. Один из входов каждого компаратора 10 и 11 соединен также с первыми выводами первого 16 и второго 17 конденсаторов, вторые выводы которых заземлены.

Вход узла 19 селекции сигнала соединен с линией связи 3 через разделительный конденсатор 18 (возможно через трансформатор или напрямую), а выход - с информационными входами третьего 20 и четвертого 21 управляемых ключей, выходы которых соединены с входами первого элемента логики И 37, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика 24, выход последнего подключен к информационному входу регистра 26, выход которого соединен с входом дешифратора 28 с индикатором 30. Выходы формирователя 31 интервалов счета соединены соответственно с первыми входами первого 32 и второго 33 RS-триггеров, выходы которых подключены соответственно к входам первого 35 и второго 36 блоков выделения переднего фронта и одновременно к управляющим входам третьего 20 и четвертого 21 управляемых ключей. Выходы первого блока 35 соединен с первым входом третьего RS-триггера 34, входом первого элемента 41 и первым входом третьего элемента логики И 39, выход которого соединен с управляющим входом "Сброс" формирователя 31. Выход второго блока 36 выделения переднего фронта соединен с вторым входом третьего элемента логики И 39, входом четвертого элемента 44 задержки импульсов, первым блоком 46 формирования управляющих сигналов и вторым входом третьего RS-триггера 34, выход которого подключен к управляющему входу обратного счета реверсивного счетчика 24. Выход первого элемента 41 задержки подключен одновременно к управляющему входу регистра 26 и входу второго элемента 42, выход которого соединен с управляющим входом сброса в состояние "0" реверсивного счетчика 24 и входом третьего элемента 43 задержки, выход которого подключен к управляющему входу предварительной записи реверсивного счетчика 24, входу второго блока 47 формирования управляющих импульсов и входу пятого элемента 45 задержки, выход которого соединен с вторым входом второго RS-триггера 33 и первым входом второго элемента логики И 38, выход которого соединен с управляющим входом запуска формирователя 31 интервалов счета. При этом второй вход второго элемента логики И 38 соединен одновременно с выходом четвертого элемента 44 задержки и вторым входом первого RS-триггера 32. Выходы первого 46 и второго 47 блоков формирования управляющих сигналов соединены с линией связи 3, например, через развязывающий трансформатор.

Устройство позволяет производить измерение температуры окружающей среды, для этого выход четвертого управляемого ключа 21 соединен с тактовым входом счетчика 23 с начальной установкой кода.

Регистр 25 и дешифратор 27 с индикатором 29 обеспечивают вывод измеряемой информации. Устойчивый запуск устройства может быть обеспечен путем использования одновибратора 22 и четвертого элемента И 40. При этом выход одновибратора 22 соединен с целью питания глубинного прибора 1, а выход через элемент логики И 40 - с входом первого элемента 41 задержки.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу С₁ (фиг. 2) с одновибратора 22 при включении питания глубинного прибора 1 или с выхода первого блока 35 выделения переднего фронта, переданному через четвертый элемент логики И 40 на вход первого элемента 41 задержки импульсов, формируется импульс С₂, который осуществляет запись информации с счетчиков 23 и 24 регистрами 25 и 26 с последующем выводом ее через дешифраторы 27 и 28 на индикаторы 29 и 30. Одновременно сигнал С₂ подается на вход второго элемента 42 задержки импульса, на выходе которого формируется сигнал С₃, который подается на вход третьего элемента 43 и управляющий вход сброса в состояние "0" счетчиков 23 и 24. Сигнал С₄, сформированный на выходе третьего элемента 43 задержки подается одновременно на управляющий вход предварительной записи информации счетчиков 23 и 24, второй блок 47 формирования управляющих сигналов и пятый элемент 45 задержки импульсов. На выходе блока формирования управляющих сигналов формируется сигнал С₅, который через согласующий узел 48 и линию связи 3 передается на глубинный прибор 1, где выделяется вторым компаратором 11. При этом выделение сигнала производится за счет делителей 14 и 15 напряжений линии связи 3, один из входов компаратора 11 зашунтирован интегрирующим конденсатором 17. На выходе второго компаратора 11 формируется сигнал С₆, который подается на вход сброса в состояние "0" блока 9 управления ключами. На одном выходе блока 9 устанавливается положительное напряжение U₁, которое подается на управляющий вход ключа 6, открывая его, а на другом выходе - напряжение U₄ становится равным 0. При этом управляемый ключ 7, на который подается указанный потенциал, закрывается. На вход частотного преобразователя 8 через управляемый ключ 6 подключается аналоговый выход датчика 4 температуры.

Информационный сигнал с частотного преобразователя 8 в виде последовательности импульсов через линию связи 3, разделительный конденсатор 18 выделяется узлом 19 селекции и поступает на информационные входы управляемых ключей 20 и 21.

Одновременно сигнал С₄ на выходе пятого элемента задержки формирует сигнал С₇, который поступал на второй вход второго RS-триггера, устанавливает на его выходе положительное напряжение U₂, которое открывает четвертый управляемый ключ 21. Информационные сигналы с выхода последнего поступают на тактовый вход двоичного счетчика 23 и через элемент логики И 37 на тактовый вход реверсивного двоичного счетчика 24.

Одновременно сигнал С₇ поступает на вход элемента логики И и с выхода последнего в виде сигнала С₈ поступает на вход запуска формирователя 31 интервала счета, который формирует интервал времени t₁. По окончании времени t₁ на первом выходе формирователя интервала счета генерируется сигнал С₉, который подается на первый вход второго RS-триггера 33, переключая его. На выходе второго RS-триггера 33 напряжение U₂ становится равным 0. При этом закрывается четвертый управляемый ключ 21, прекращая пропуск информационных сигналов температуры на тактовые входы счетчиков 23 и 24. Одновременно на втором блоке 36 выделения переднего фронта формируется сигнал С₁₀, который поступал на вход третьего RS-триггера 34, изменяя напряжение U₃ на управляющем входе обратного счета реверсивного счетчика 24. Поступая на вход элемента логики И 39, сигнал С₁₀ формирует на его выходе сигнал С₁₁, который поступает на вход сброса формирователя 31 интервала счета, устанавливая последний в исходное состояние. Сигнал С₁₀, поступая на вход первого блока 46, формирует на его выходе сигнал С₁₂, отличающийся от сигнала С₅ по амплитуде или по знаку, который через согласующий узел 48, линию связи 3 поступает на делители напряжения 12 и 13 и входы первого компаратора 10, один из которых зашунтирован интегрирующим конденсатором 16.

На выходе первого компаратора 10 формируется сигнал С₁₃, который поступает на тактовый вход блока 9 управления ключами. При этом на выходах блока 9 напряжения U₁ и U₄ меняют свои значения на противоположные, отключая от входа частотного преобразователя 8 выход датчика 4 температуры и подключая выход датчик 5 физического параметра.

Одновременно сигнал С₁₀ поступает на вход четвертого элемента 44 задержки и формирует на его выходе сигнал С₁₄, который подается на первый вход первого RS-триггера 32, переключая его. Положительное напряжение U₅ на выходе RS-триггера 32 подается на управляющий вход третьего управляемого ключа 20, при этом преобразованный частотный сигнал физического параметра через открытый управляемый ключ 20, первый элемент логики И 37 поступает на счетный вход реверсивного счетчика 24. Одновременно сигнал С₁₄ через второй элемент логики И 38 поступает в виде сигнала С₈ на вход запуска формирователя 31 интервала счета, который формирует интервал времени t₂. По истечении интервала времени t₂формирователь 31 генерирует на втором выходе сигнал С₁₅, который поступает на второй вход первого RS-триггера 32, переключая его. На выходе RS-триггера 32 напряжение U₅ принимает значение 0, закрывая управляемый ключ 20 и прекращая подачу информационного сигнала на счетный вход реверсивного счетчика 24. Одновременно на блоке выделения переднего фронта формируется сигнал С₁₆, который подается на второй вход третьего RS-триггера 34, напряжение выхода которого U₃ переключает направление счета реверсивного счетчика 24. Одновременно сигнал С₁₆подается на третий элемент логики И 39, на выходе которого формируется сигнал сброса формирователя 31 интервала счета С₁₁, поступая на вход четвертого элемента логики И 40 сигнал С₁₆ обеспечивает формирование на его выходе сигнала С₁.

Далее работа устройства продолжается в описанной последовательности. Учитывая, что в момент включения наземного прибора 2 RS-триггеры и некоторые другие элементы могут принять любое допустимое функциональное состояние, рабочий режим работы устройства устанавливается с 2-го цикла работы.

На фиг. 3 изображен вариант исполнения наземного прибора 2 устройства измерения физического параметра в скважине, когда последовательно измеряется ряд параметров, в том числе и параметры, на преобразование которых температура существенно не влияет. (Глубинный прибор 1, отличающийся соответственно количеством датчиков и управляемых ключей, на фиг. 3 не изображен). При этом наземный прибор 2 устройства дополнительно снабжен каналами измерения (K, l, m) в количествах, соответствующих числу дополнительных измеряемых параметров и включающих элементы задержки импульсов (K, l, m), RS-триггеры (K₁, l₁, m₁), блоки выделения переднего фронта (K₂, l₂, m₂), управляемые ключи (K₃, l₃, m₃), элементы логики И (К₄, m₄), RS-триггеры (K₅, m₅), двоичные счетчики (К₆, l₆, m₆), регистры (K₇, l₇, m₇) и дешифраторы (K₈, l₈, m₈) с индикаторами (K₉, l₉, m₉).

При этом измерительный канал параметра, на преобразование которого температура не влияет, элемент 9 логики И (l₄) и RS-триггера (l₅) не содержит, а выход блоков (36, К₂, l₂, m₂) выделения переднего фронта каждого очередного канала измерения подсоединен к входу элемента задержки импульса (K, l, m, 49) последующего канала за исключением последнего канала измерения, выход блока 35 выделения переднего фронта которого подключен (например, через элемент логики И) к входу первого элемента 41 задержки.

Работа устройства, изображенного на фиг. 3, отличается тем, что сигнал (С₁₀) с второго блока 36 выделения переднего фронта поступает на RS-триггер переключения направления счета (К₅) и элемент задержки (К) последующего канала измерения, а сигнал с блока формирования очередного канала измерения - на RS-триггер переключения, если он необходим, и элемент задержки (l) последующего канала, аналогично вплоть до предпоследнего, в котором сигнал блока выделения заднего фронта поступает через четвертый элемент логики И 40 на первый элемент 41 задержки импульса.

По окончании цикла измерения в момент записи на регистры на выходах реверсивных счетчиков хранятся значения разности кодов физических величин и температуры. Все элементы структурных элементов устройства широко известны в технической литературе. Техническим преимуществом предлагаемого способа и устройства для его осуществления по сравнению с прототипом является повышение точность измерения в условиях глубокого влияния на результаты измерения температуры.

Claims (2)

1. Способ измерения физического параметра в скважине, включающий преобразование измеряемого физического параметра при влиянии на результаты преобразования температуры окружающей среды в частотный электрический сигнал, преобразование температуры окружающей среды в частотный электрический сигнал, задание интервалов счета импульсов обоих частотных сигналов, преобразование этих частотных сигналов в цифровые электрические коды и определение измерямой величины физического параметра, отличающийся тем, что задают коэффициент преобразования температуры окружающей среды и коэффициент преобразования воздействующей при преобразовании физического параметра температуры, а интервал счета импульсов частотного сигнала преобразования физического параметра задают пропорциональным произведению интервала счета импульсов частотного сигнала преобразования температуры на отношение коэффициента преобразования температуры окружающей среды к коэффициенту преобразования воздействующей при преобразовании физического параметра температуры, затем определяют разность цифровых электрических кодов физического параметра и температуры и по ней определяют значение измеряемой величины.

2. Устройство для измерения физического параметра в скважине, содержащее глубинный прибор, включающий датчики физического параметра и температуры, подключенный к линии связи частотный преобразователь и соединенный линией связи с глубинным прибором наземный прибор, включающий преобразователь частотного сигнала в цифровой код в виде двоичного счетчика с начальной установкой кода, первый - четвертый элементы задержки, первый и второй регистры, выходы которых подсоединены через дешифраторы к индикаторам, формирователь интервалов счета, первый и второй блоки выделения переднего фронта, отличающееся тем, что глубинный прибор снабжен первым и вторым управляемыми ключами, блоком управления ключами с управляющим входом сброса в состояние "0", первым и вторым компараторами напряжения, первым - четвертым делителями напряжения и первым и вторым конденсаторами, а наземный блок снабжен включенным в линию связи согласующим узлом, соединенным входом с цепью питания глубинного прибора, одновибратором, узлом селекции, первым - четвертым логическими элементами И, первым - третьим RS-триггерами, пятым элементом задержки импульсов, первым и вторым блоками формирования управляющих сигналов и третьим и четвертым управляемыми ключами, при этом преобразователь частотного сигнала физического параметра в цифровой код выполнен в виде реверсивного счетчика с начальной установкой кода, а формирователь интервалов счета - в виде программируемого таймера-счетчика, аналоговые выходы датчиков физического параметра и температуры соединены с информационными входами соответственно первого и второго управляемых ключей, объединенные выходы которых подсоединены к входу частотного преобразователя, а управляющие входы ключей соединены с выходами блока управления ключами, тактовый вход которого подключен к выходу первого компаратора напряжения, а вход сброса - к выходу второго компаратора напряжения, первые входы компараторов подсоединены соответственно к выходам первого и третьего делителей напряжения, а вторые входы - к выходам второго и четвертого делителей напряжения, выход первого делителя напряжения соединен с выводом первого конденсатора, а выход четвертого делителя напряжения - с выводом второго конденсатора, свободные выводы первого и второго конденсаторов объединены и заземлены, выход частотного преобразователя через линию связи соединен с входом узла селекции, выход которого соединен с объединенными информационными входами третьего и четвертого управляемых ключей, выходы последних соединены с входами первого логического элемента И, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выход последнего подключен к информационному входу второго регистра, первый и второй выходы формирователя интервалов счета соединены с первыми входами соответственно первого и второго RS-триггеров, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков формирования переднего фронта и одновременно с управляющими входами третьего и четвертого управляемых ключей, выход первого блока выделения переднего фронта соединен с первым входом третьего RS-триггера, с входом четвертого логического элемента логики И и с первым входом третьего логического элемента И, выход которого соединен с управляющим входом "Сброс" формирователя интервала счета, выход второго блока выделения переднего фронта соединен с вторым входом третьего логического элемента И, с входом четвертого элемента задержки, с входом первого блока формирования управляющих сигналов и с вторым входом третьего RS-триггера, выход которого подключен к управляющему входу обратного счета реверсивного счетчика, выход первой схемы задержки подключен одновременно к управляющему входу регистра и к входу второй схемы задержки, выход которой соединен с входами сброса реверсивного счетчика и двоичного счетчика с начальной установкой кода и с входом третьей схемы задержки, выход которой подключен к управляющим входам предварительной записи реверсивного счетчика и двоичного счетчика с начальной установкой кода, к входу второго блока формирования управляющих импульсов и к входу пятой схемы задержки, выход которой соединен с вторым входом второго RS-триггера и с первым входом второго логического элемента И, выход которого соединен с входом запуска формирователя интервалов счета, при этом второй вход второго логического элемента И соединен одновременно с выходом четвертого элемента задержки и с вторым входом первого RS-триггера, а выходы первого и второго блоков формирования управляющих импульсов соединены с входами согласующего узла линии связи, выход которого соединен с делителями напряжения, а выход одновибратора подключен к второму входу четвертого логического элемента И, выход которого подключен к входу первого элемента задержки, выходы первого логического элемента И, подключены к счетным входам реверсивного счетчика, выход четвертого управляющего ключа - к тактовому входу двоичного счетчика с начальной установкой кода, выход которого подключен к входу первого регистра.

Images