RU2118802C1 - Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2118802C1 RU2118802C1 RU96118397A RU96118397A RU2118802C1 RU 2118802 C1 RU2118802 C1 RU 2118802C1 RU 96118397 A RU96118397 A RU 96118397A RU 96118397 A RU96118397 A RU 96118397A RU 2118802 C1 RU2118802 C1 RU 2118802C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- temperature
- measurement
- measuring
- strain gauge
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения геофизических параметров в скважине, преобразуемых в изменение активного сопротивления резестивного датчика с использованием четырехпроводной линии связи. Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком включает подачу тока на диагональ питания тензомоста и измерение напряжения на измерительной диагонали. При смене направления тока питания тензомоста совмещают питающую и измерительную диагонали. Измеряют второе напряжение. Значение давления и температуры определяют расчетным путем. Устройство для дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком содержит тензомост, четырехпроводную линию связи, источник тока, измерительно-вычислительное устройство. Источник тока выполнен двухполярным. Введены две развязывающие диодные цепочки. Диодные цепочки подключены одними выводами к источнику тока, а другими выводами - параллельно тензорезисторам. Тензористоры включены в противоположные плечи тензомоста. Измерительно-вычислительное устройство подключено к измерительной диагонали тензомоста. Достигается повышение точности измерения и упрощение устройства благодаря исключению нелинейных ключевых элементов из измерительной цепи и устранению внесения сопротивления проводов линий связи. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения геофизических параметров в скважине, преобразуемых в изменение активного сопротивления резистивного датчика с использованием четырехпроводной линии связи.
Известны способы и устройства для дистанционного измерения давления [1] и температуры [2] , использующие четырехпроводную линию связи. Однако невозможность внесения поправки на изменение температуры при изменении давления [1] снижает точность измерения давления, т.к. не известна температура самого тензопреобразователя, а при измерении температуры скважинным дистанционным термометром [2] необходимы два датчика температуры, что усложняет устройство.
Известен способ измерения давления и температуры в скважине одним датчиком (тензомостом) [3] , включающий подачу тока на датчик, измерение напряжений, по которым определяют значения измеряемых параметров.
Известное устройство для измерения давления и температуры, выбранное в качестве прототипа [3] , содержит мостовой тензопреобразователь давления (тензомост), четырехпроводную линию связи (трехжильный геофизический кабель), три источника тока.
Недостатком известного способа и устройства является наличие трех источников тока, что усложняет устройство и, кроме того, создает трудности получения одинаковых токов, наличие шести нелинейных ключевых элементов (диодов), включенных в измерительную цепь, и подбор их попарно с одинаковыми вольт-амперными характеристиками также представляет значительную сложность и увеличивает дополнительную погрешность при изменении их температуры, что снижает точность измерения напряжения на выходах источника тока. Кроме того, в производственных условиях невозможно включить диоды в разрыв плеч тензомоста. Это может сделать только завод-изготовитель датчиков.
Подгонка сопротивления линии связи к одинаковому значению между собой вызывает определенную трудность и при изменении температуры приводит к появлению дополнительной погрешности за счет разного количества меди в проводах.
Цель изобретения - повышение точности способа и упрощение устройства измерения за счет использования стандартного мостового датчика (без переделки), повышения чувствительности по напряжению, исключения нелинейных ключевых элементов (диодов) из измерительной цепи, устранения влияния сопротивления проводов линии связи. Использование брони в данном случае не приводит к уменьшению точности измерения.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе измерения давления и температуры одним датчиком, включающем подачу тока на диагональ питания стандартного тензомостового датчика и измерение напряжения на магистральной диагонали U1, согласно изобретению при смене направления тока питания тензомоста совмещают питающую и измерительную диагонали и измеряют напряжение U2, а значения давления и температуры определяют из соотношений:
P= Kp•ΔRp= U1/I;
где
P, T - соответственно давление (кгс/см2) и температура (oC) в месте нахождения скважинной части прибора;
I - значение питающего тока (мА);
ΔRp,ΔRt- приращение активных сопротивлений тензодатчика от изменения измеряемых параметров давления и температуры (Ом);
Kp - коэффициент пропорциональности давления (кгс/см2•Ом);
Kt - коэффициент пропорциональности температуры (град/Ом);
U0 = I•Rрн - падение напряжения на диагонали питания тензомостового датчика (при отсутствии избыточного давления и заданной начальной температуре) (мВ);
U1, U2 - измеряемые напряжения (мВ);
Rрн - номинальное сопротивление тензомоста (равное номинальному сопротивлению одного тензорезистора) (Ом).
P= Kp•ΔRp= U1/I;
где
P, T - соответственно давление (кгс/см2) и температура (oC) в месте нахождения скважинной части прибора;
I - значение питающего тока (мА);
ΔRp,ΔRt- приращение активных сопротивлений тензодатчика от изменения измеряемых параметров давления и температуры (Ом);
Kp - коэффициент пропорциональности давления (кгс/см2•Ом);
Kt - коэффициент пропорциональности температуры (град/Ом);
U0 = I•Rрн - падение напряжения на диагонали питания тензомостового датчика (при отсутствии избыточного давления и заданной начальной температуре) (мВ);
U1, U2 - измеряемые напряжения (мВ);
Rрн - номинальное сопротивление тензомоста (равное номинальному сопротивлению одного тензорезистора) (Ом).
Поставленная цель достигается также тем, что устройство для дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком, содержащее стандартный тензопреобразователь давления (тензомост), четырехпроводную линию связи, измерительно-вычислительное устройство, согласно изобретению снабжено двумя развязывающими диодными цепочками 5-6, 7-8, подключенными одними выводами через провода линии связи 9, 12 к двухполярному источнику тока, а другими двумя выводами параллельно тензорезисторам 1 и 4, включенным в противоположные плечи тензомоста.
На фиг. 1 представлена схема, поясняющая способ, на фиг. 2 - устройство для осуществления способа.
Способ осуществляется следующим образом. Измерительная цепь содержит мост с тензорезисторами 1, 2, 3, 4, имеющими равные номинальные значения сопротивлений Rpн, где тензорезисторы 1, 4 получают положительное приращение сопротивления ΔRp, а тензорезисторы 2, 3 отрицательное приращение сопротивления ΔRp при увеличении измеряемого давления, а при изменении температуры все плечи тензомоста получают одинаковое приращение ΔRt , четырехпроводную линию связи с активными сопротивлениями проводов соответственно 9, 10, 11, 12.
Способ измерения давления и температуры одним датчиком осуществляется в следующей последовательности.
К питающим двухплечий тензомостовой датчик проводам 9 и 12 подают ток одной полярности и измеряют напряжения между потенциальными проводами 10 и 11 (U1), а затем при подаче тока другой полярности на тензомостовой датчик также измеряют напряжение между потенциальными проводами 10 и 11 (U2). Поскольку применяется схема с потенциальными зажимами, то абсолютная величина сопротивления проводов линии связи не влияет на точность измерений. Значения давления и температуры определяют из соотношений:
Разрешая уравнение (1) относительно ΔRp, получим
а давление определяют, заранее определив коэффициент пропорциональности Kp градуировкой тензодатчика в функции давления
P=Kp•ΔRp. (4)
Разрешая уравнение (2) относительно ΔRt, Rt, получим
где
U0 = I•Rpн - падение напряжения на диагонали питания тензомостового датчика (при отсутствии избыточного давления и заданной начальной температуре).
Разрешая уравнение (1) относительно ΔRp, получим
а давление определяют, заранее определив коэффициент пропорциональности Kp градуировкой тензодатчика в функции давления
P=Kp•ΔRp. (4)
Разрешая уравнение (2) относительно ΔRt, Rt, получим
где
U0 = I•Rpн - падение напряжения на диагонали питания тензомостового датчика (при отсутствии избыточного давления и заданной начальной температуре).
Тогда значение температуры определяется из соотношения
T=Kt•ΔRt , (6)
определив заранее коэффициент Kt градуировкой тензодатчика в функции температуры.
T=Kt•ΔRt , (6)
определив заранее коэффициент Kt градуировкой тензодатчика в функции температуры.
Устройство для одновременного измерения давления и температуры одним датчиком содержит стандартный мостовой датчик давления с тензорезисторами 1, 2, 3, 4, четырехпроводную линию связи, которая представляет собой трехжильный бронированный геофизический кабель с сопротивлением каждой жилы соответственно 9, 10, 11, 12, четыре нелинейных ключевых элемента (диода) 5, 6, 7, 8.
Устройство имеет двухполярный источник тока 13 и измерительно-вычислительное устройство (ИВУ) 14.
Мостовой датчик давления имеет равные номинальные значения сопротивлений тензорезисторов Rрн, которые получают равные и противоположные по знаку приращения сопротивлений от изменения давления и равные приращения сопротивлений тензорезисторов от изменения температуры, т.е. текущее значение сопротивления тензорезисторов 1 и 4 определяется выражением
Rpн+ΔRp+ΔRt ,
а тензорезисторов 2 и 3 в этом случае выражением
Rpн-ΔRp+ΔRt
при увеличении давления и температуры.
Rpн+ΔRp+ΔRt ,
а тензорезисторов 2 и 3 в этом случае выражением
Rpн-ΔRp+ΔRt
при увеличении давления и температуры.
Выводы источника тока соединены через провода линии связи 9, 12, с развязывающими диодными цепочками 5-6 и 7-8, включенными параллельно с тензорезисторами 1 и 4 соответственно, а измерительно-вычислительное устройство (ИВУ) через провода линии связи 10, 11 с измерительной диагональю тензомостового датчика.
Устройство для реализации способа измерения давления и температуры одним датчиком работает следующим образом.
В момент подачи положительного импульса тока от источника тока 13 к тезомостовому датчику напряжения U1 на входе ИВУ 14 равно
где
I - значение питающего тока;
Rpн - номинальное сопротивление тензомоста (при отсутствии избыточного давления и заданной начальной температуре);
ΔRp,ΔRt - приращение активного сопротивления тензорезистора соответственно от изменения измеряемых давления и температуры,
которое преобразуется в ИВУ 14 в цифровой код N1 (Ом):
где a - коэффициент преобразования, (1/мА).
где
I - значение питающего тока;
Rpн - номинальное сопротивление тензомоста (при отсутствии избыточного давления и заданной начальной температуре);
ΔRp,ΔRt - приращение активного сопротивления тензорезистора соответственно от изменения измеряемых давления и температуры,
которое преобразуется в ИВУ 14 в цифровой код N1 (Ом):
где a - коэффициент преобразования, (1/мА).
Далее в момент подачи источником тока 13 отрицательного импульса тока к тензодатчику на вход ИВУ 14 подается напряжение U2, которое определяют из соотношения:
Оно преобразуется в ИВУ 14 в цифровой код N2, (Ом):
Информация о напряжениях 4 U1, U2 в виде кодов N1, N2 последовательно поступает в измерительно-вычислительное устройство ИВУ 14. В ИВУ осуществляется определение приращений сопротивлений, вызванных изменением давления и температуры, по следующим алгоритмам:
N1=a•U1=a•I•ΔRp ; (11)
N2=a•U2=a•I•(Rpн+ΔRt)=N0+a•I•ΔRt , (12)
где
N0 = a•U0 = a•I•Rpн - цифровой код, равный падению напряжения на диагонали питания тензомостового датчика (при отсутствии давления и заданной начальной температуре) (Ом).
Оно преобразуется в ИВУ 14 в цифровой код N2, (Ом):
Информация о напряжениях 4 U1, U2 в виде кодов N1, N2 последовательно поступает в измерительно-вычислительное устройство ИВУ 14. В ИВУ осуществляется определение приращений сопротивлений, вызванных изменением давления и температуры, по следующим алгоритмам:
N1=a•U1=a•I•ΔRp ; (11)
N2=a•U2=a•I•(Rpн+ΔRt)=N0+a•I•ΔRt , (12)
где
N0 = a•U0 = a•I•Rpн - цифровой код, равный падению напряжения на диагонали питания тензомостового датчика (при отсутствии давления и заданной начальной температуре) (Ом).
Обеспечивая равенство a = 1/I, получим алгоритм приращений сопротивлений:
ΔRp=N1 ; (13)
ΔRt=N2-N0. (14)
Измеряемые одним датчиком параметры, давление и температура, - вычисляются умножением результатов на коэффициенты пропорциональности соответственно Kp и Kt, определяемые при снятии градуировочных характеристик датчика раздельно при действии давления и температуры:
P=Kp•ΔRp=Kp•N1 ;(15)
T=Kt•ΔRt=Kt•(N2-N0). (16)
Измеряемая информация может быть выведена на отдельные блоки индикации давления и температуры, на печать или поступать на ЭВМ для дальнейшего хранения, обработки и использования.
ΔRp=N1 ; (13)
ΔRt=N2-N0. (14)
Измеряемые одним датчиком параметры, давление и температура, - вычисляются умножением результатов на коэффициенты пропорциональности соответственно Kp и Kt, определяемые при снятии градуировочных характеристик датчика раздельно при действии давления и температуры:
P=Kp•ΔRp=Kp•N1 ;(15)
T=Kt•ΔRt=Kt•(N2-N0). (16)
Измеряемая информация может быть выведена на отдельные блоки индикации давления и температуры, на печать или поступать на ЭВМ для дальнейшего хранения, обработки и использования.
Таким образом, способ и устройство измерения давления и температуры, например, в скважинах позволяет при измерении давления и температуры одним датчиком по четырехпроводной линии связи (по трехжильному бронированному геофизическому кабелю) расширить область использования указанных датчиков, их функциональные возможности, повысить чувствительность по напряжению, точность измерения и упростить устройство за счет устранения влияния на точность измерений канала связи (активного сопротивления линии связи), использование брони кабеля в данном случае не приводит к уменьшению точности измерения поскольку броня находится в цепи источника и падение напряжения на ней, даже нестационарное, не влияет на напряжения, измеряемые ИВУ, устранение из измерительной цепи ключевых элементов, подбор которых трудно обеспечить. Использование одного двухполярного источника тока вместо трех, у которых трудно обеспечить равенство токов, также упрощает устройство.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности для исследования нефтяных и газовых скважин, а также для исследования высокотемпературных парогидротермальных скважин, предназначенных для получения пара из недр земли для геотермальных станций.
Список использованной литературы.
1. Ваганов В.И. Интегральные тензопреобразователи. М. Энергоатомиздат, 1983, с. 133 - 135.
2. Л.И. Померанц, Д.В. Белоконь, В.Ф. Козляр. Аппаратура и оборудование геофизических методов исследования скважин. М. "Недра", с. 197.
3. Коловертнов Г.Ю., Ишинбаев Н.А., Коловертнов Ю.Д. Измерение давления и температуры в скважине одним датчиком. В сб. "Проблемы эффективности производства на северных нефтегазодобывающих предприятиях". Новый Уренгой, 1994, (11 н. -т. конференция. Том 2, с. 6 - 8).
Claims (2)
1. Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком, включающий подачу тока на диагональ питания тензомоста и измерение напряжения на измерительной диагонали тензомоста U1, отличающийся тем, что при смене направления тока питания тензомоста совмещают питающую и измерительную диагонали и измеряют напряжение U2, а значение давления и температуры определяют из соотношений
где P, T - соответственно давление (кгс/см2) и температура (oC) в месте нахождения скважинной части прибора;
I - значение питающего тока, мА;
ΔRp,ΔRt - приращение активных сопротивлений тензодатчика от изменения измеряемых параметров давления и температуры, Ом;
Kp - коэффициент пропорциональности давления, кгс/см2 • Ом;
Kt - коэффициент пропорциональности температуры, град/Ом;
Uo-I • RpH - падение напряжения на диагонали питания тензомостового датчика (при отсутствии избыточного давления и заданной начальной температуре), мВ;
U1, U2 - измеряемые напряжения, мВ;
RpH - номинальное сопротивление тензомоста (равное номинальному сопротивлению одного тензорезистора), Ом.
где P, T - соответственно давление (кгс/см2) и температура (oC) в месте нахождения скважинной части прибора;
I - значение питающего тока, мА;
ΔRp,ΔRt - приращение активных сопротивлений тензодатчика от изменения измеряемых параметров давления и температуры, Ом;
Kp - коэффициент пропорциональности давления, кгс/см2 • Ом;
Kt - коэффициент пропорциональности температуры, град/Ом;
Uo-I • RpH - падение напряжения на диагонали питания тензомостового датчика (при отсутствии избыточного давления и заданной начальной температуре), мВ;
U1, U2 - измеряемые напряжения, мВ;
RpH - номинальное сопротивление тензомоста (равное номинальному сопротивлению одного тензорезистора), Ом.
2. Устройство для дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком, содержащее тензопреобразователь давления (тензомост), четырехпроводную линию связи, источник тока, измерительно-вычислительное устройство, отличающееся тем, что источник тока выполнен двухполярным, введены две развязывающие диодные цепочки, каждая из которых подключена одними выводами к упомянутому источнику тока, а другими двумя выводами - параллельно тензорезисторам, включенным в противоположные плечи тензомоста, измерительно-вычислительное устройство подключено к измерительной диагонали тензомоста.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96118397A RU2118802C1 (ru) | 1996-09-16 | 1996-09-16 | Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96118397A RU2118802C1 (ru) | 1996-09-16 | 1996-09-16 | Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2118802C1 true RU2118802C1 (ru) | 1998-09-10 |
| RU96118397A RU96118397A (ru) | 1999-01-10 |
Family
ID=20185466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96118397A RU2118802C1 (ru) | 1996-09-16 | 1996-09-16 | Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2118802C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD534Z (ru) * | 2011-12-12 | 2013-02-28 | ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ | Способ дистанционного измерения активной проводимости резистора |
| RU2509990C2 (ru) * | 2012-05-03 | 2014-03-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ измерения температуры |
| RU2654311C1 (ru) * | 2017-03-14 | 2018-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Способ и система измерения давления и температуры тензомостом |
| RU2690090C1 (ru) * | 2018-08-06 | 2019-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Способ и система регулирования температуры и давления тензомостом |
-
1996
- 1996-09-16 RU RU96118397A patent/RU2118802C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Коловертнов Г.Ю., Ишинбаев Н.А., Коловертнов Ю.Д. Измерение давления и температуры в скважине одним датчиком Сб.: Проблемы эффективности производства на северных нефтегазодобывающих предприятиях. - Новый Уренгой, 1994 (II научно-техническая конференция, т.2, с.6 - 8). * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD534Z (ru) * | 2011-12-12 | 2013-02-28 | ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ | Способ дистанционного измерения активной проводимости резистора |
| RU2509990C2 (ru) * | 2012-05-03 | 2014-03-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ измерения температуры |
| RU2654311C1 (ru) * | 2017-03-14 | 2018-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Способ и система измерения давления и температуры тензомостом |
| RU2690090C1 (ru) * | 2018-08-06 | 2019-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Способ и система регулирования температуры и давления тензомостом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1283704C (en) | Resistive fault location method and device for use on electrical cables | |
| EP2273277B1 (en) | Internal self-check resistance bridge and method | |
| CN103235189A (zh) | 一种基于双电流电压比率法的微电阻高精度测量方法及实现该方法的测量系统 | |
| RU2118802C1 (ru) | Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления | |
| EP0178368A2 (en) | Process variable transmitter and method for correcting its output signal | |
| GB1569150A (en) | Strain gauge arrangements | |
| US3234459A (en) | Method and apparatus for locating faults in electrical cable lines by comparing the impedance of the entire faulted line to the impedance of a section of the line | |
| US7301352B1 (en) | High sensitivity single or multi sensor interface circuit with constant voltage operation | |
| US4942361A (en) | Method and apparatus for determining earth resistivities in the presence of extraneous earth currents | |
| RU2096609C1 (ru) | Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления | |
| RU2417349C1 (ru) | Способ измерения относительных деформаций конструкций многоточечной тензометрической измерительной системой | |
| CN102012279A (zh) | 一种双恒流源的热电阻温度测量系统 | |
| CN112432714A (zh) | 一种多参考阻值比率测温结构及测量方法 | |
| CN111207851A (zh) | 一种六线制分离式惠斯通电桥测温结构及方法 | |
| US4163938A (en) | Calibrating device for control stations and indicators | |
| RU2091578C1 (ru) | Способ измерения давления и температуры одним датчиком и устройство для его осуществления | |
| CN201811808U (zh) | 一种多通道温度测量电路 | |
| RU2149993C1 (ru) | Устройство для измерения давления и температуры в скважине | |
| CN102662098A (zh) | 用比率叠加方式测量高电压、高电阻的方法 | |
| CN217213106U (zh) | 用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置 | |
| CN104374488A (zh) | 航天器在轨检漏用高精度双通道测温电路 | |
| CN114935390B (zh) | 一种偏载误差补偿用称重测力传感器 | |
| Williams et al. | Unbalanced‐bridge Computational Techniques and Accuracy for Automated Multichannel Strain‐measuring Systems | |
| Mikhal et al. | Simple methods to measure the additive error and integral nonlinearity of precision thermometric bridges | |
| RU96118397A (ru) | Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления |