RU2055984C1

RU2055984C1 - Device for measuring the fluid flow rate and direction

Info

Publication number: RU2055984C1
Authority: RU
Inventors: А.Л. Абрукин; Ю.М. Штейнберг; А.М. Пирогов
Original assignee: Всероссийский нефтегазовый научно-исследовательский институт
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1992-07-28
Publication date: 1996-03-10

Abstract

FIELD: oil producing industry; applicable in technological processes for simultaneous monitoring of the fluid flow rate and direction in hydraulic channels. SUBSTANCE: device for measuring the fluid flow rate and direction includes two transducers of electric pulses different in values located in hydraulic channel and shifted relative to each other through less than 180 deg. in the plane square to hydraulic channel axis. Transducers are connected through selector of amplitude pulses to Schmitt flip-flop. Connected to Schmitt flip-flop output is integrating unit with register of flow direction. EFFECT: higher reliability and measurement accuracy of device due to introduction of time characteristic and reduction of amplitude characteristic number. 4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при контроле технологических процессов, где необходимо одновременно контролировать величину и направление движения жидкости в гидравлических каналах. The invention relates to the oil industry and can be used in the control of technological processes, where it is necessary to simultaneously control the magnitude and direction of fluid flow in hydraulic channels.

Известно устройство для измерения расхода жидкости, содержащее вращающуюся турбинку, число оборотов которой соответствует измеряемому расходу [1] Число оборотов измеряется посредством постоянного магнита, укрепленного на валу турбинки и электроконтактного устройства, коммутируемого этим магнитом. Контактное устройство посылает в линию электрические импульсы, частота которых соответствует измеряемому расходу. Недостатком такого устройства является невозможность определения направления потока жидкости в стволе скважины вверх или вниз. A device for measuring fluid flow, containing a rotating turbine, the number of revolutions of which corresponds to the measured flow rate [1] The number of revolutions is measured by means of a permanent magnet mounted on the shaft of the turbine and an electrical contact device switched by this magnet. The contact device sends electric pulses to the line, the frequency of which corresponds to the measured flow rate. The disadvantage of this device is the inability to determine the direction of fluid flow in the wellbore up or down.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения расхода и направления движения жидкости [2] Оно включает 4-6 датчиков неравновеликих электрических импульсов, размещенных в гидравлическом канале, связанном с регистрирующим число импульсов прибором, регистратор направления потока. Причем датчики неравновеликих электрических импульсов установлены на валу турбинки с лопастями преобразователя расхода и направления движения жидкости устройства. За один оборот турбинки датчики позволяют получить несколько импульсов (по числу датчиков), убывающих или возрастающих по величине в зависимости от направления вращения турбинки. Таким образом возникает серия импульсов различной амплитуды, но одинаковой скважности. Направление течения жидкости при этом может быть определено или визуально на экране дисплея или автоматически. Число импульсов в единицу времени, как обычно, соответствует величине расхода. The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a device for measuring the flow rate and direction of movement of the liquid [2] It includes 4-6 sensors of unequal electrical pulses located in the hydraulic channel associated with registering the number of pulses by a device, a flow direction recorder. Moreover, the sensors of unequal electrical impulses are installed on the shaft of the turbine with the blades of the flow transducer and the direction of movement of the fluid device. For one revolution of the turbine, the sensors allow you to get several pulses (by the number of sensors), decreasing or increasing in magnitude depending on the direction of rotation of the turbine. Thus, a series of pulses of different amplitudes, but the same duty cycle, occurs. The direction of fluid flow can be determined either visually on the display screen or automatically. The number of pulses per unit time, as usual, corresponds to the flow rate.

Недостатки прототипа заключаются в следующем: относительно большое число датчиков импульсов, размещенных в одном сечении прибора, усложняет устройство и приводит к снижению его надежности. Кроме того, устройство не обладает достаточной точностью, т.к. основано на контроле амплитуды нескольких импульсов, отличающихся относительно небольшой дифференциацией амплитуд, что понижает надежность их селекции и счета. The disadvantages of the prototype are as follows: a relatively large number of pulse sensors located in one section of the device, complicates the device and reduces its reliability. In addition, the device does not have sufficient accuracy, because based on the control of the amplitude of several pulses, characterized by a relatively small differentiation of amplitudes, which reduces the reliability of their selection and counting.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства и точности измерений. The aim of the invention is to increase the reliability of the device and the accuracy of measurements.

Достигается это тем, что в устройстве для измерения расхода и направления движения потока жидкости, содержащем датчики неравновеликих электрических импульсов, размещенных в гидравлическом канале и связанные с регистрирующим число импульсов прибором, и регистратор направления потока, в гидравлическом канале размещены два датчика неравновеликих электрических импульсов, расположенных друг от друга на угловом расстоянии, меньшем 180^о, в плоскости, перпендикулярной оси гидравлического канала, причем они приспособлены через селектор амплитуд импульсов и усилитель к индикатору временного интервала с триггером Шмидта, на выходе которого установлен интегрирующий блок с подсоединенным к нему регистратором направления потока.This is achieved by the fact that in a device for measuring the flow rate and direction of flow of a fluid containing sensors of unequal electrical impulses located in the hydraulic channel and connected to a device that records the number of pulses, and a flow direction recorder, two sensors of unequal electrical impulses located in the hydraulic channel are located from each other at an angular distance less than 180 ^about , in a plane perpendicular to the axis of the hydraulic channel, and they are adapted through the selector amp the pulse train and amplifier to the time interval indicator with a Schmidt trigger, at the output of which an integrating unit with a flow direction recorder connected to it is installed.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются:
1. Размещение в гидравлическом канале только двух датчиков неравновеликих электрических импульсов;
2. Расположение датчиков неравновеликих электрических импульсов друг от друга на угловом расстоянии, меньшем 180^о, в плоскости, перпендикулярной оси гидравлического канала;
3. Присоединение датчиков неравновеликих электрических импульсов к триггеру Шмидта.Distinctive features of the prototype essential features are:
1. Placing in the hydraulic channel only two sensors of unequal electrical impulses;
2. The location of the sensors of unequal electrical pulses from each other at an angular distance of less than 180 ^about in a plane perpendicular to the axis of the hydraulic channel;
3. Attaching sensors of unequal electrical pulses to the Schmidt trigger.

4. Установка на выходе триггера Шмидта интегрирующего блока. 4. Installation at the output of the Schmidt trigger integrating unit.

5. Присоединение к интегрирующему блоку регистратора направления потока. 5. Connection to the integrating unit of the flow direction recorder.

На фиг. 1 показана форма сигналов в линии связи для известной А₁ и А₂, и для предлагаемого устройства В₁ и В₂; на фиг. 2 преобразователь расхода и направления течения жидкости в поперечном сечении; на фиг. 3 электрическая блок-схема устройства; на фиг. 4 последовательность преобразования сигналов в устройстве.In FIG. 1 shows a waveform in a communication line for known A ₁ and A ₂ , and for the proposed device B ₁ and B ₂ ; in FIG. 2 transducer flow and direction of fluid flow in cross section; in FIG. 3 electrical block diagram of the device; in FIG. 4 sequence of signal conversion in the device.

Устройство для измерения расхода и направления движения потока жидкости включает преобразователь расхода и направления и вторичный регистрирующий прибор. A device for measuring the flow rate and direction of flow of a fluid includes a flow and direction transducer and a secondary recording device.

Преобразователь расхода и направления движения жидкости состоит из корпуса 1 (неподвижной части) и вращающейся относительно корпуса 1 турбинки с лопастями 2 (подвижной части) с постоянным магнитом 3. На корпусе 1 размещены два датчика неравновеликих электрических импульсов 4 и 5. Угол между датчиками 4 и 5 составляет величину, меньше 180^о. Датчики и постоянный магнит размещены в плоскости, перпендикулярной оси гидравлического канала.The flow and flow direction converter consists of a housing 1 (fixed part) and a turbine rotating relative to the housing 1 with blades 2 (moving part) with a permanent magnet 3. On the housing 1 there are two sensors of unequal electrical pulses 4 and 5. The angle between the sensors 4 and 5 is a value less than 180 ^about . Sensors and a permanent magnet are placed in a plane perpendicular to the axis of the hydraulic channel.

Вторичный регистрирующий прибор состоит из: соединенной с датчиками 4, 5 через резисторы 6 и 7 линии связи 8, селектора амплитуд импульсов 9, источника питания 10, операционного усилителя 11 с автоматической регулировкой уровня выходного сигнала, резисторов 12, триггера Шмитта 13, интегрирующего блока 14, нулевой уровень выходного сигнала которого устанавливается потенциометром 15, регистратора направления потока 16, регистрирующего число импульсов прибора 17. The secondary recording device consists of: connected to sensors 4, 5 through resistors 6 and 7 of the communication line 8, pulse amplitude selector 9, power supply 10, operational amplifier 11 with automatic adjustment of the output signal level, resistors 12, Schmitt trigger 13, integrating unit 14 , the zero level of the output signal of which is set by a potentiometer 15, a flow direction recorder 16, recording the number of pulses of the device 17.

Причем гидравлический канал связан с прибором 17, а датчики 4 и 5 присоединены через селектор 9 и усилитель 11 к триггеру Шмидта 13. К блоку 14 присоединен регистратор направления потока 16. Moreover, the hydraulic channel is connected to the device 17, and the sensors 4 and 5 are connected via a selector 9 and an amplifier 11 to the Schmidt trigger 13. A flow direction recorder 16 is connected to the block 14.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Постоянный магнит 3, вращаясь на валу турбинки 2, поочередно воздействует на датчики 4 и 5, вызывая появление в линии связи 8 при одном обороте турбинки двух импульсов разной амплитуды большого и малого. Разница амплитуд импульсов устанавливается выбором величины параметров элементов 6 и 7. Селектор амплитуды импульсов 9 из всей серии импульсов выделяет импульсы только большой величины, меняет их полярность и подает их на инверсный вход усилителя 11. The permanent magnet 3, rotating on the shaft of the turbine 2, alternately acts on the sensors 4 and 5, causing the appearance of two pulses of different amplitudes of large and small in the communication line 8 during one revolution of the turbine. The difference in the amplitudes of the pulses is set by choosing the values of the parameters of the elements 6 and 7. The pulse amplitude selector 9 from the entire series of pulses selects only large pulses, changes their polarity and feeds them to the inverse input of the amplifier 11.

На другой вход этого усилителя подаются импульсы непосредственно с канала связи. Коэффициенты усиления по обоим входам усилителя 11 устанавливаются подбором величин обратных связей таким образом, чтобы обеспечить поступление на триггер Шмитта 13 разнополярных сигналов, форма которых отображена на фиг. 4, эпюры в, e, h, m. Резисторы 12 обеспечивают требуемый уровень выходного сигнала усилителя. При поступлении по линии связи 8 большого импульса триггер 13 будет опрокидываться в одну сторону, а при поступлении малого в другую. В результате на выходе триггера 13 направление будет иметь форму прямоугольной волны, с длительностью, определяемой скважностью импульсов с, фиг. 4, т.е. будет соответствовать времени между большим и малым импульсами (диаграмма С, фиг.4). При изменении направления потока, и, соответственно направления вращения турбинки изменяется скважность импульсов, т. е. изменится время между поступлением большого импульса и маленького (время t, фиг. 4). Соответственно изменяется соотношение длительности волн сигнала выходного напряжения триггера (диаграмма f, фиг.4). At the other input of this amplifier pulses are supplied directly from the communication channel. Gain factors at both inputs of amplifier 11 are set by selecting feedback values so as to ensure that the Schmitt trigger 13 receives multipolar signals, the shape of which is shown in FIG. 4, diagrams in, e, h, m. Resistors 12 provide the desired output level of the amplifier. Upon receipt of a large pulse via communication line 8, trigger 13 will tip over in one direction, and when a small pulse arrives in the other. As a result, at the output of the trigger 13, the direction will be in the form of a square wave, with a duration determined by the duty cycle of pulses c, FIG. 4, i.e. will correspond to the time between large and small pulses (diagram C, figure 4). When changing the direction of the flow, and, accordingly, the direction of rotation of the turbine, the duty cycle of the pulses changes, i.e., the time between the arrival of a large pulse and a small one (time t, Fig. 4) will change. Accordingly, the ratio of the wavelength of the signal of the output voltage of the trigger changes (diagram f, figure 4).

Сравнивая диаграммы с и f, можно заключить, что изменение направления вращения вызывает изменение величины средней составляющей напряжения на выходе триггера. Посредством потенциометра 15 на выходе интегрирующего устройства 14 устанавливается "нулевое" положение, соответствующее отсутствию сигнала. Изменение направления потока жидкости и соответственно изменение ширины импульсов прямоугольной волны будет вызывать изменение полярности напряжения на выходе интегрирующего устройства 14, что отмечается указывающим и регистрирующим устройством 16. Устройство 17, присоединенное к выходу триггера 13, позволяет измерять и регистрировать частоту импульсов, поступающих по каналу связи 8, т.е. определять расход жидкости. Comparing the diagrams with and f, we can conclude that a change in the direction of rotation causes a change in the magnitude of the average component of the voltage at the output of the trigger. By means of a potentiometer 15 at the output of the integrating device 14, a “zero” position is set corresponding to the absence of a signal. A change in the direction of the fluid flow and, accordingly, a change in the width of the square wave pulses will cause a change in the polarity of the voltage at the output of the integrating device 14, which is indicated by the indicating and recording device 16. The device 17, connected to the output of the trigger 13, allows you to measure and record the frequency of the pulses received through the communication channel 8, i.e. determine fluid flow.

Измерение числа оборотов турбинки и соответственно расхода жидкости производится счетчиком 17. The measurement of the number of revolutions of the turbine and, accordingly, the flow rate of the liquid is made by the counter 17.

Claims

A DEVICE FOR MEASURING FLOW AND FLOW DIRECTIONS OF A FLUID FLOW, containing non-uniform electric pulse sensors located in the hydraulic channel, a pulse counter, a flow direction recorder and a power source, characterized in that it is equipped with a pulse amplitude selector, an operational amplifier, a Schmidt trigger, and an integrating unit and a hydraulic channel has two sensors neravnovelikih electrical pulses spaced apart at an angular distance smaller than 180 ^o, in the plane, n perpendicular to the axis of the hydraulic channel, and the outputs of the sensors of unequal electrical pulses through the pulse amplitude selector are connected to the input of the operational amplifier, the output of which through the Schmidt trigger is connected to the input of the pulse counter and to one of the inputs of the integrating unit, the output of which is connected to the input of the flow direction recorder, while the outputs of the power source are connected to the power inputs of the pulse amplitude selector, operational amplifier and integrating unit.