T型時鐘檢定儀的製作方法

2023-05-31 18:15:11

專利名稱：T型時鐘檢定儀的製作方法
技術領域：
一種T型時鐘檢定儀，屬於地層測試技術中專用壓力計的配套計量儀器的檢定裝置。
八十年代以來，隨著勘探技術的發展，試油工藝引進推廣了地層測試技術，在地層測試技術中普遍應用了具有較高精度的200—J型壓力計，與200—J型壓力計配套使用的是T型時鐘，T型時鐘在測試過程中起著重要的作用。T型時鐘是美國江斯頓公司的產品，自85年引進以來從未檢定過，目前國內各油田T型時鐘的使用都是在下井之前，只進行維修和保養，經維修和保養後的T型時鐘其技術及質量狀況無法確定，特別是近幾年隨著T型時鐘使用次數的增多，在地層測試過程中，T型時鐘出現故障的現象經常發生，T型時鐘的主要故障有停擺、偷停、走時不準確，每年因T型時鐘出現故障而引發的測試出現問題達16層之多，這些故障嚴重地影響了地層測試資料的準確性，甚至測不到有關數據，同時由於缺少T型時鐘相關的技術數據而無法對卡片時間資料精度進行計算，給測試卡片資料分析工作帶來了不利因素，甚至使生產停屯或返工。T型時鐘作為一種專用的配套計量儀器，不經檢定而使用是不符合計量法規的，獲得的地層資料也不符合質量標準化要求。至今，國內還沒有T型時鐘的檢定設備。
本實用新型的目的在於解決T型時鐘不能檢定的問題，為此，提供一種T型時鐘專用檢定儀器，以便為油田勘探、開發、生產服務。
本實用新型以如下技術方案實現包括傳感器、測量變送電路及與其相連接的計算機系統，它還包括其輸出分別與其對應的測量變送電路相連的溫度控制系統和扭矩加載裝置。其中溫度控制系統由溫控爐、溫控爐內安裝的溫度傳感器、在爐內被測T型時鐘尾部安裝拾音傳感器，溫度傳感器的輸出依次連接溫度調節電路、開關和安裝在溫控爐內的電加熱執行機構，拾音傳感器輸出連接與其對應的測量變送電路構成。扭矩加載裝置由扭矩加載軸，其一端接被安置在溫控爐內被測的T型時鐘輸出軸，扭矩加載軸上安裝角位移傳感器及配重法碼，角位移傳感器的輸出連接與其對應的測量送變電路構成。所述的角位移傳感器由光碼盤及位於光碼盤邊緣處的光敏元件構成，光碼盤依次由固定輪、光碼板及壓板構成，光碼板周緣均布360個凹形通孔。
工作原理溫度控制系統主要用來模擬T型時鐘井下工作溫度，溫度調節範圍為室溫～150℃，允許誤差±2℃，根據不同油田地層深度不同，可以選擇適當的模擬工作溫度，溫度傳感器對溫控爐實際溫度信息進行採集，輸出信號同給定控制溫度信號一起，經差值放大，PID調節器對比分析，向執行機構發出執行信息，由執行機構實現對溫控爐溫度的控制，使其在一定時間內使整個溫控系統達到動態平衡，並使溫控爐爐體內溫度達到控制溫度要求。扭矩加載裝置用於模擬T型時鐘在井下的工作負載，加載範圍為0.060～0.065牛頓·米，分五個等級，精度3％，該裝置上設置的角位移傳感器和爐體內置放的拾音傳感器分別實現對T型時鐘輸出軸角速度信息、有效表音信號的採集，經過測量變送電路將兩種信息送入計算機系統，通過計算機並在軟體控制下對採集的溫度信息、角速度信息及表音信息等進行分析處理，給出T型時鐘的檢定結果。
本實用新型所具有的有益效果由於採用了線性好、精度高、適合長距離信號傳輸的電流輸出型半導體集成溫度傳感器，輸出的電流信號經處理後進入PID調節器，PID調節器由比例、積分、微分三個環節組成，實現了基本控制，加快了溫度穩定速度，消除了穩定誤差的功能，使得溫控爐溫度可以控制在室溫～150℃範圍內正常工作，還可以按需要任意調節，最高可達200℃，允許誤差±2℃，而國內溫度控制器允許誤差為±5℃。為了降低溫度控制系統造成的高頻幹擾，採用了過零觸發控制的方法，這在國內也是處於領先水平的，溫度控制系統用電所造成的幹擾小，在安全保護上採取手動、自動雙重保護措施，使儀器不會過熱、失控。該儀器是對T型時鐘的工作條件進行整體模擬，扭矩加載裝置可以按不同型號的T型時鐘的需要進行調整，而且加載精度高，可達0.065牛頓·米。檢測方面，利用光碼盤及相應的光敏元件實現了慢角速度的檢測，解析度為2π/360弧度。測量變送電路設計合理，有效地消除了無效雜音信號，同時保證不丟失有效表音信號，對於可控矽控制及計算機接口採用了光電隔離輸入方式，使幹擾減到最小，並保證了各部件使用安全。該儀器經由黑龍江省計量檢定測試所檢定，檢定儀的技術指標可達1、溫度調節範圍與控制精度從室溫～150℃、允許誤差±2℃、最高工作溫度200℃；2、時鐘加載範圍0.060～0.065牛頓·米，分五個等級，精度3％；3、角度檢測採用光碼盤進行檢測，每圈走時誤差小於1/360，精度±1°，砝碼行程大於14圈；4、標定時鐘誤差±0.5s/d，量程範圍1s～360h，超過了設計要求的±10s/d；5、一次可同時檢測相同或不同量程T型時鐘4支，大大方便了檢測工作；6、顯示方式時鐘測試時的標準時間、時鐘測試的標準轉角、北京時間、當前日期、四支時鐘的實際走時及實際轉角、存檔數據文件名、現在時距檢測結束的時間；7、耐壓1000V/50HZ。上述所有指標均達到或超過設計標準，在室內和下井試驗中取得了較好的效果。該檢定儀可實現1、自動檢測、自動判斷時鐘性能、檢測出合格與不合格的時鐘，合格的下井使用，提高了時鐘下井成功率，不合格的通過檢測得出各項技術參數，為修理時鐘提供了可靠的依據。2、軟體功能實現了對檢測的時鐘進行監測、數據採集並存貯、數據處理及自動列印等各項功能，實用性及現場應用效果好。3、解決了計量部門對T型時鐘無法檢定的問題，填補了國內此項技術的空白。4、技術指標(1)扭力誤差±3％；(2)溫度誤差±2℃；(3)時間誤差±10s/d。提高了測試工藝成功率，縮短施工周期，降低成本。
以下結合附圖和實施例進一步說明本實用新型。


圖1a、T型時鐘檢定儀主視圖；b、T型時鐘檢定儀左視圖；圖2a、T型時鐘檢定儀的溫控爐主剖視圖；b、T型時鐘檢定儀的溫控爐左剖視圖；圖3為T型時鐘檢定儀的溫度控制電路；圖4為T型時鐘檢定儀的扭矩加載裝置結構剖視圖；圖5為T型時鐘檢定儀的扭矩加載軸結構剖視圖；圖6a、光碼板示意圖；b、光碼板邊緣通孔局部放大圖；圖7為T型時鐘檢定儀的測量變送電路圖。
圖1～圖7給出了本實用新型一種最佳實施例的結構示意圖及電路原理圖。它由溫度控制系統、扭矩加載裝置及測量變送電路構成。圖1給出了T型時鐘檢定儀總裝圖，其中圖1a為T型時鐘檢定儀的主視圖，圖1b為T型時鐘檢定儀的左視圖，T型時鐘檢定儀由箱體內設置的溫度控制系統中的溫控爐4、風扇傳動裝置2、測量變送電路及溫度控制系統中的PID調節電路板5、可控矽及電源1、與溫控爐4內中部放置的被測T型時鐘3的輸出軸相聯的扭矩加載裝置6、箱體上安裝有用以顯示溫度的數字顯示板7組成。圖2給出了溫控爐結構示意圖，溫控爐由爐體8、爐體8內底部安裝風扇9、風扇9上部安裝管形電熱元件10，被測T型時鐘3放置在爐體8內中上部由時鐘座11固定，時鐘座11由上V型架和下V型架構成，T型時鐘的尾部用固定環套住，固定環上固定拾音傳感器12，T型時鐘3的下部固定座上裝有溫度傳感器13、被測T型時鐘3的輸出軸14由其上的凹槽卡住扭矩加載裝置6的加載軸6-1相聯構成。所述的溫度傳感器可採用AD590-JH型半導體集成溫度傳感器，用於測量爐體8內平均溫度，將測得的溫度信號轉變成電流信號與給定值比較，形成差值送入PID調節器。所述的拾音傳感器12採用YD-3-G型壓電加速度計實現，將其T型時鐘的表音信號轉變成電荷信號，輸送給測量變送電路處理。在爐體8的上部設有專用的高溫信號線接口，管狀電熱元件10、風扇9、爐體8構成了執行機構，管狀電熱元件10技術指標為0.5KW/220V，由PID調節器信號控制的雙向可控矽開關控制，主要用於給爐體8升溫並保持恆溫。風扇9由風扇傳動裝置2及單相異步電機帶動，其作用是使爐體8內溫度均勻。圖3給出了溫度控制電路即PID調節器電路，它由接受溫度傳感器13送來的電流信號經電流/電壓轉換器R1A其型號為TL084、經R1B、R1C兩級串接的放大電路，放大5～10倍，再經R1C輸出即其8腳相連接的R1D射極跟隨器形成溫度輸出信號TM，預設置溫度信號TSET通過R2A射極跟隨器形成預設置溫度輸出信號TD，TM信號與TD信號經R2B放大器進行差值放大形成差值信號ERR，通過PID即放大電路R3B、積分電路R3C、微分電路R3D調節後，經R3A放大形成PID脈衝控制信號ctrl，在實現溫控電路方面，採用過零觸發方案控制可控矽，時基電路可由LM555及4040和LF356構成，產生矩齒波，經U4A與PID輸出信號ctrl比較產生脈衝信號，與手動允許/禁止控制信號ENBL、限溫控制信號U4B即7腳輸出信號進行邏輯與運算，產生控制信號CTRL對可控矽進行控制。手動允許/禁止控制信號由EN開關進行手動控制。限溫控制信號由TM信號與RW15分壓值進行比較產生，最高限溫200℃，引入這兩種保護電路，是為了避免因電路失控造成溫升過高，導致失火等事故。所述的CTRL信號通過U1採用MOC3041型光隔離器對可控矽進行控制，可控矽選用耐壓1200V、電流30A的雙向可控矽，可控矽與管型電熱元件10串聯，通過電熱元件10對整個爐體進行升溫，預設置溫度通過調整電位器RW4實現，並通過數字板顯示在檢定儀面板7上，同時也顯示爐體實際溫度，爐體8主要採用巖棉、鐵板等構成。由上述機構和電路控制形成了溫度的動態平衡，能夠實現T型時鐘的工作溫度模擬，溫控爐的穩定溫度技術指標為室溫～150℃，最高可達200℃，誤差為±2℃。圖4給出了扭矩加載裝置結構示意圖，主要是模擬T型時鐘工作時所承受的負荷，加載扭矩為0.060～0.065牛頓·米，該裝置由加載軸6-1、其前部套裝擋套6-6，用以保護加載軸並與爐體8相聯，其後的加載軸6-1上安裝有固定架6-5，用以固定安裝在光碼盤邊緣處的光敏元件6-2，加載軸6-1上與光敏元件6-2配套裝有光碼盤6-7，通過6-3法碼的配重及掛線6-4與加載軸6-1相聯構成。T型時鐘3的輸出軸14與加載軸6-1相聯，被測T型時鐘3輸出軸14帶動光碼盤6-7進行慢述轉動，通過光敏元件6-2將轉動信號轉變成電脈衝信號。圖5給出了加載軸6-1結構，它由聯軸6-1-1、其後安裝軸6-1-3、雙組軸承6-1-2、軸6-1-3上依次安裝固定輪6-1-4、光碼板6-1-5、壓板6-1-6、繞線軸6-1-7構成，壓板與繞線軸可用鍵相聯，為減少溫度對雙組軸承的影響，在軸承近處增設散熱片6-1-8。聯軸的作用是同被測T型時鐘3輸出軸14相聯，將由繞線軸傳來的加載扭矩加載給T型時鐘，其材料要求熱傳導係數較低；軸承設計採用雙組軸承，目的是消除經向力對加載扭矩的影響誤差；固定輪和壓板有效地保護著光碼板而共同構成了光碼盤，是角速度傳感器的主要組成部份，由圖6給出。光碼板可選為半徑73mm的圓盤，在圓盤邊緣均勻刻出360個凹形通孔。繞線軸可用金屬構成，繞線螺紋左旋。繞線軸、光碼盤及聯軸通過軸6-1-3聯接在一起。聯軸在爐體8內，起著將扭矩加載裝置與T型時鐘輸出軸14及爐體8相聯繫的作用。這裡所用的加載法碼為一定質量的金屬配重，每組五塊，掛繩可用魚線，魚線的一端纏繞在繞線軸上，另一端與加載法碼相聯。通過加載法碼的懸重與繞線軸半徑，產生0.060～0.065牛頓·米的扭矩，通過軸及聯軸加載到T型時鐘的輸出軸14上。一組光敏元件由發光二極體和光敏二極體組成，同光碼盤配合，完成將角位移信息轉變成電信息經射極跟隨器U4A再經U4B放大形成OUT信號，OUT輸出信號送入計算機進行處理。圖7給出了拾音傳感器、角位移傳感器各路測量變送電路原理圖，其它三路與此路相同，拾音傳感器12將被測T型時鐘的表音信號IN轉變成電荷信號，傳送給測量變送電路經電阻R8變成電壓信號，經由U1A組成的放大電路進行高頻放大，放大後的信號經由與U1A輸出相連的U1B組成的高頻濾波電路進行高頻濾波，再經由其後連接的U1D組成的低頻濾波電路消除無效雜音信號，有效表音信號經由與U1D輸出相連的U2A組成的低頻放大電路將其放大，再經過由與U2A輸出相連的U3即LN555電路構成的單穩電路形成輸出信號。由於可同時測4支T型時鐘，分別有與之對應的設備配套。T型時鐘輸出軸14通過扭矩加載裝置6帶動光碼盤以很小的角位移速度轉動，當光通過光碼盤通孔照射光敏元件時則脈衝光束轉換成電壓信號即脈衝電壓信號，一組角位移傳感器的輸入信號IN5電壓信號經由U4A射極跟隨器改變輸出阻抗後，經由U4B組成的放大電路放大，形成輸出信號out5，同理，另外三組IN6、IN7、IN8經放大後形成out6、out7、out8輸出信息，表音信號out1、out2、out3、out4及脈衝電壓信號out5、out6、out7、out9送入計算機系統入口，計算機系統選用AST-386/25MHZ微型計算機，軟體用BASIC語言編程，通過該系統對輸入信號進行計數、存儲、運算將運算結果同檢定標準技術參數指標進行對比分析，給出所需結果數據。
權利要求1.一種T型時鐘檢定儀，包括傳感器、測量變送電路及與其相連的計算機系統，其特徵在於還包括其輸出分別與相對應的測量變送電路相連的溫度控制系統和扭矩加載裝置，所述的a、溫度控制系統由溫控爐、溫控爐內安裝的溫度傳感器、在爐內被測T型時鐘尾部安裝拾音傳感器，其溫度傳感器輸出依次連接溫度調節電路、開關和安裝在溫控爐內的電加熱執行機構，拾音傳感器輸出連接與其相對應的測量變送電路構成；b、扭矩加載裝置由扭矩加載軸，其一端接安置在溫控爐內被測的T型時鐘輸出軸，扭矩加載軸上安裝角位移傳感器及配重法碼，角位移傳感器輸出連接與其相對應的測量變送電路構成。
2.根據權利要求1所述的T型時鐘檢定儀，其特徵在於角位移傳感器由光碼盤及位於光碼盤邊緣處的光敏元件構成，所述的光碼盤依次由固定輪、光碼板及壓板構成，光碼板周緣均布360個凹形通孔。
專利摘要一種T型時鐘檢定儀，屬於地層測試用T型時鐘的專用檢定儀器。由溫控爐、爐內置放的溫度傳感器及其輸出相連的溫度調節電路及執行機構構成溫度控制系統，由與T型時鐘輸出軸相聯的扭矩加載軸、軸上安裝的角位移傳感器及配重法碼構成扭矩加載裝置，角位移傳感器及爐內置放的拾音傳感器輸出分別相連的測量變送電路構成。可自動檢測T型時鐘，解決了T型時鐘檢定難題，提高了時鐘下井成功率，提高油田測試成功率，為生產服務。
文檔編號G04D7/00GK2239632SQ9520776
公開日1996年11月6日 申請日期1995年4月5日 優先權日1995年4月5日
發明者李春, 劉國志, 王化軍 申請人:大慶石油管理局試油試採公司