SU1322158A1

SU1322158A1 - Устройство дл измерени давлени

Info

Publication number: SU1322158A1
Application number: SU853978841A
Authority: SU
Inventors: Лев Николаевич Латышев; Николай Алексеевич Хлесткин; Виталий Семенович Гриб
Original assignee: Уфимский Нефтяной Институт
Priority date: 1985-11-18
Filing date: 1985-11-18
Publication date: 1987-07-07

Abstract

.Изобретение служит дл повышени точности измерени давлени в нефт ных и газовых скважинах. УстГ гмйШГ I: ройство содержит тензопреобразова- тель 8 в виде мостовой цепи,дифференциальный буферный усилитель 11, интегратор 12, компаратор 13, ключи 16 и 17, задатчик 20 калиброванных вре- менньрс интервалов и измеритель 21 временных интервалов. Введение резисторов 1-7, источника 9 посто нного напр жени , двух четьфехвходовых коммутаторов 10, конденсаторов 14 и 15, ключей 18, 19 позвол ет компенсировать температурную нестабильность тензопреобразовател 8. При этом температурньй дрейф операционных усилителей не вли ет на функцию преобразовани . Погрешность устройства не превьшает 0,001%/град. 2 ил. - - а (Л

Description

1 13

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к устройствам дл измерени давлени в нефт ных и газовых скважинах в услови х повышенных и быстромен ющихс температур-.

Цель изобретени повьшение точности измерени за счет компенсации температурной нестабильности тензо- преобразовател .

На фиг. 1 представлена функциональна схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы интегратора и компаратора.

Устройство дл измерени давлени состоит из многополюсной измерительной цепи (МИЦ), содержащей резисторы 1-7, тензопреобразователь 8 в виде мостовой цепи, источник 9 посто нного напр жени , и аналого-цифрового преобразовател (АЦП), содержащего два четырехвходовых коммутатора 10, дифференциальный буферный усилитель 1 интегратор. 12, компаратор 13, два конденсатора 14 и 15, ключи 16-19, задатчик 20 калиброванных временных интервалов и измеритель 21 временных интервалов. Входные шины четырехвходовых коммутаторов 10 подсоединены попарно к соответствующим точкам МИЦ а вьсходные - к зажимам буферного усилител 11. К выходу последнего подг ключены последовательно первый и ин- версньш входы интегратора 12 и ком- паратор 13. Одни из зажимов конден- саторов 14 и 15 через ключи 16 и 17 соединены с вторым БХ.ОДОМ интегратора 12, а через ключи 18 и 19 - с выходом компаратора 13 и задатчиком 20, которьй в свою очередь соединен с управл ющими входами всех ключей 16- 19 и коммутатора 10, а также с измерителем 21.

Устройство работает следующим образом ,.

Работой АЦП управл ет задатчик 20. В первый момент времени t, (фиг.2) он вьщает сигнал на замыкание ключей 16 и 18, и на вход при помощи входного комм татора 10 коммутирует- с напр жение U, . Это напр жение, усиленное в К раз, с выхода буферного усилител 1.1 прикладываетс к инверсному входу интегратора 12. Напр жение на конденсаторе 14 увеличи- ваетс до тех пор, пока его величина не будет равна входной. Величина этого напр жени равна

: и,, ±ки,ъ+и,„, (1)

582 ,

где Vg - напр жение выхода многойо- люсной измерительной цепи меткду выводом резисторов 3 и 4 и выводом резисторов 6 и 5;

К - коэффициент усилений буферного усилител ;

U(, - напр жение смещ ени операционных усилителей. В момент времени t задатчик 20 производит переключение входного напр жени при помощи коммутатора 10 и замыкает ключи 17 и 19, при этом ключи 16 и 18 размыкаютс .

Напр жение U запоминаетс на конденсаторе 15. Величина его равна

U,,,+U,,

(2)

где и . - напр жение выхода многополюсной измерительной цепи между выводом резисторов 2 и 3 и выводом резисторов 7 и 6.

Такт коррекции заканчиваетс в момент времени t.

Ключ 19 получает команду на размыкание , а на вход АЦП коммутируетс напр жение Ugi,, с измерительной диагонали тензопреобразовател .

Напр жение U, усиленное в К раз и поданное на вход интегратора 12, начинает зар жать емкость интегратора .Напр жение на выходе интегратора измен етс по закону

Ч, -fc.

Uu4c J bu-UeJdt4- j(tKU,j+U,Jd

.. t, Чз)

где RC - посто нна интегратора.

В момент времени t задатчик 20 подает сигнал на переключение татора. На вход АЦП поступает напр жение . и„д. При этом по второму входу интегратора подключаетс конденсатор 14 при помощи ключа 16. Ключ 17 в . этот момент размыкаетс .

Пол рность напр жени на выходе буферного усилител 11 такова, что напр жение на выходе интегратора 12 начинает убывать по.закону

Ku cJdt-1-j аки,

tit4

-bU.Jdt,

(4)

где и - напр жение на последовательно соединенных резисторах 2, 3 и 4.

Когда напр жение на выходе интегратора 12 уменьшитс до нул (tj), компаратор 13 вьщает сигнал на задатчик 20J который воспринимает его как

31322158

окончание преобразовани . Брем ty (t.-tj) фиксируетс в измерителе 21. Если известен интервал времени Т

о в д

t,-t, то из равенств (3) и (4)

и,

«.iUli.

(5)

и,„±и,,

Если временные интервалы формируютс от одного внутреннего генератора опорной частоты, то вьфажение (5) можно записать

N yefeil., X Ug,

(6)

где Nj( - код измер емого давлени ; NO - емкость счетчика в задат- чике временных интервалов.

Как видно из выражени (6), АЦП вьтолн ет функциональную операцию над входными аналоговыми величинами которые могут измен тьс от температуры и автоматически производить поправку результата измерени . При этом напр жение смещени операционных усилителей не входит в формулу преобразовани .

Рассмотрим более подробно механизм компенсации допЬлнительной температурной погрешности (датчиков) т зопреобразователей. Дл этого рассмотрим многополюсную измерительную цепь.

Выходное напр жение U

вых

тензопреобразовател , построенного на основе полного тензомоста, зависит от давлени Р, питающего тока I,, температуры t и описываетс выражением 35

ивь,,(1+х, ut)Pl+KiI+Ix2ut, (7) де К - коэффициент пропорциональности между питающим током, давлением Р и выходным сигналом или чувствитель- 40 ность;

К - коэффициент пропорциональности между током I и выходным напр жением Ug, при давлении (он определ ет 45 величину напр жени смещени нул );

х - температурньй коэффициент изменени напр жени Смещени нул ; ..50 X,; - температурный коэффициент

чувствительности; ut - приращение температуры от

номинальной (). При этом входное сопротивление R 55 тензомоста зависит от температуры

(8)

где R

(),

&ХН

- входное сопротивление тензомоста;

Xj - температурньй коэффициент

сопротивлени тензомоста.

Все эти коэффициенты однозначно определ ют свойства тензопреобразо- вател и привод тс в паспортньос данных.

При включении источника питани по первой ветви многополюсной измерительной цепи протекает ток

т - ЕП

RBX+R

(9)

где

Е - ЭДС источника посто нного

напр жени ;

,+R,,+

+R,+R4

- сумма сопротивлений резисторов 1-4, а по второй ветви

.к7Ьй , °

причем сумма сопротивлений резисторов 5 - 7 R,R, Rj. выбираетс равной Rgj +Rg. дл того, чтобы при номинальной температуре токи в ветв х были равные.

Напр жение на зажимах многополюсной измерительной цепи описываетс вьфажением

и

аЬ- Rs+RTex .RexH

:Учитыва из выражени (8), что

(11)

R,

5д1

б « уравнение (11) можно записать в виде

,, р ГRI . R( t)l

°Ь R,,-bR5(H-x,ut)J и за малостью величины

и Е i il illSlSiut(12)

аЬ .

R.,+R

4j, напр жение окончательно записывают

Прин в

u«b R:: R-Rs-,t:.

(13)

Выбира R R i5il5Llbb

5 v

5

выражение (13) записывают

, (R2+R3+Rjx,At. Аналогично находитс En

..§...,,t(R,.R,). Выбрав величины (R5.)--;

(R,+R)K,4--(17)

подставив в (16), получают

i(,ut).(18)

Напр жение Ugg определ етс

и.

(19)

5 13 Ejj(Ri+Ri+R,) ео ( Величина сопротивлени резистора R определ етс по номинальному току через тензопреобразователь, Сопротив- ление выбираетс таким, чтобы ток I, на превышал номинального значени , определ емого техническими услови ми эксплуатации тензопреобразовател .

Подставим найденные значени на- пр жений Ugj, , и, Ug, Ueo в функцию преобразовани (6) К,

« R;T57R;Nop.

(20)

Величина кода не зависит от темпе- ратуры.

Устройство позвол ет компенсиро- йать все виды температурных погрешностей тензопреобразователей. Кроме того, температурный дрейф операцион- ных усилителей, вход щих в устройство , также не вли ет на функцию преобразовани . Это позвол ет создать устройство дл измерени давлени в услови х быстромен ющихс температур (напр имер, в нефт нных скважинах) с цифровым выходом, у которого дополнительна температурна погрешность не превышает 0,001%/град.

Claims

Формула изобретени

Устройство дл измерени давлени содержащее тензопреобразователь, первый ключ, последовательно соединен- ные дифференциальный буферный усилитель , интегратор, компаратор и задат- чик калиброванных интервалов времени второй ключ, вход которого соединен с вькодом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, измеритель временных интервалов, при этом управл ющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами задатчика

586

калиброванных интервалов времени, отлич. аю щеес тем, что, с целью повьш1ени точности измерени за счет компенсации температурной нестабильности тензопреобразовател , в него введены первый и второй четы- рехвходовые коммутаторы, третий и четвертый ключи, первый и второй конденсаторы , первый, второй, третий, четвертый, п тьш, шестой, седьмой резисторы, источник посто нного напр жени , при этом первый, второй, третий и четверый резисторы соединены последовательно с тензопреобра- зователем и образуют первую ветвь многополюсной измерительной цепи, п тый, шестой и седьмой резисторы соединены последовательно и образуют вторую ветвь многополюсной измерительной цепи, перва и втора ветвь подсоединены к источнику посто нного напр жени , выход первого коммутатора соединен с инвертирующим, а второго - с неинвертирующим входами дифференциального буферного усилител , входы первого и второго коммутаторов, попарно подсоединены к измерительной диагонали тензопреобразовател , к общим выводам третьего и четвер- . того, п того и шестого резисторов, к общим выводам второго и третьего, шестого и седьмого резисторов, к общим выводам первого и второго, четвертого и п того резисторов, первые выводы обоих конденсаторов через третий и четвертый ключи соединены с вторым входом интегратора, а через первый и второй ключи с выходом компаратора , вторые выводы конденсаторов соединены с общей шиной, управл ющие входы третьего и четвертого ключей и коммутаторов соединены с третьим, четвертым и п тым выходами задатчика временных интервалов соответственно.

16