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美國(guó)Quartzdyne壓力傳感器高溫性能
最近更新時(shí)間：2018-3-9
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美國(guó)Quartzdyne壓力傳感器高溫性能
Quartzdyne壓力傳感器用于許多與石油和天然氣鉆探相關(guān)的不同方面。MWD（隨鉆測(cè)量），PWD（隨鉆壓力），DST（鉆桿測(cè)試）和LWD（隨鉆測(cè)井）應(yīng)用都將受益于石英的高精度。我們傳感器的堅(jiān)固特性在zui苛刻的環(huán)境中提供了高可靠性。我們石英傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性還通過(guò)減少校準(zhǔn)和服務(wù)的頻率來(lái)延長(zhǎng)工具的正常運(yùn)行時(shí)間。Quartzdyne生產(chǎn)的傳感器主要用于監(jiān)測(cè)海底應(yīng)用。換能器是專(zhuān)門(mén)為這種環(huán)境開(kāi)發(fā)的，蠟，沙子和水合物是一個(gè)問(wèn)題。它采用隔膜替代波紋管隔離液，專(zhuān)門(mén)解決這些潛在污染物。海底傳感器繼續(xù)提供典型的石英壓力響應(yīng)，預(yù)計(jì)Quartzdyne會(huì)給您帶來(lái)預(yù)期的可靠性和耐用性。
Quartzdyne DS系列傳感器在實(shí)驗(yàn)室中的主要用途是校準(zhǔn)其他井下傳感器和應(yīng)變計(jì)/壓阻式傳感器。
Quartzdyne DS系列傳感器被用作校準(zhǔn)過(guò)程傳感器的“內(nèi)部壓力標(biāo)準(zhǔn)”。它們也用于關(guān)鍵工藝參數(shù)的一些單點(diǎn)測(cè)量。
兩個(gè)Quartzdyne傳感器可用于高穩(wěn)定性差壓測(cè)量。一個(gè)常見(jiàn)的應(yīng)用是在實(shí)驗(yàn)室滲透率測(cè)量中測(cè)量巖石樣品的壓降。有較低成本的差壓傳感器，它們更常用于測(cè)量滲透率，但很容易證明更測(cè)量的成本效益。（雖然大多數(shù)滲透率測(cè)量使用DS系列傳感器，但一些測(cè)試設(shè)計(jì)需要更高溫度傳感器。）
必要時(shí)，DS系列傳感器可以通過(guò)本地認(rèn)證，以達(dá)到比Quartzdyne校準(zhǔn)更好的性能水平。部分裝置已通過(guò)英國(guó)NAMAS認(rèn)證，在 10％FS至90％FS的范圍內(nèi)達(dá)到0.01％的讀數(shù)。這些傳感器已通過(guò)認(rèn)證，可用作校準(zhǔn)（0.03％FS）自重測(cè)試儀的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。
DS傳感器可提供5,000 psi，10,000 psi，20,000和30,000 psi的變化。 這些單位交付兩組系數(shù)。范圍從-40c到85c，實(shí)驗(yàn)室范圍從0c到40c。
1.1介紹
本手冊(cè)記錄了石英頻率輸出壓力傳感器的電氣接口。所有石英壓力傳感器包含三個(gè)石英晶體傳感器元件。*個(gè)是敏感的。首先是暴露壓力，第二種反應(yīng)溫度，第三種對(duì)兩者的敏感性zui低。壓力或溫度。這些晶體被機(jī)械地安排以提供良好的熱耦合。的石英傳感元件提供高穩(wěn)定性和極細(xì)的傳感壓力分辨率。風(fēng)箱是用來(lái)保護(hù)的。來(lái)自工藝流體的壓力晶體。一個(gè)電路為石英敏感元件和。耐腐蝕、高強(qiáng)度的合金外殼為每一個(gè)元件提供機(jī)械支撐和保護(hù)。各種機(jī)械配置可供選擇。該電路由三個(gè)振蕩器、兩個(gè)混合器、緩沖電路和一個(gè)調(diào)節(jié)器組成。輸出是2低。頻率(10-100 kHz)傳感器輸出信號(hào)和高頻率(7.2 MHz)參考信號(hào)。傳感器必須
連接到頻率計(jì)數(shù)器和電源。高頻參考信號(hào)可用來(lái)計(jì)數(shù)。這兩個(gè)低頻信號(hào)使用的是“基于參照的”系數(shù)。或者，用戶可以提供另一個(gè)。參考信號(hào)和使用“標(biāo)準(zhǔn)”系數(shù)。壓力是利用兩個(gè)低頻信號(hào)來(lái)計(jì)算的。*的校正系數(shù)的傳感器，和算法顯示在本手冊(cè)。溫度也可能從頻率計(jì)算。
1.2壓力傳感器設(shè)計(jì)
Quartzdyne厚度-剪切壓力技術(shù)的重要優(yōu)點(diǎn)是、長(zhǎng)期穩(wěn)定，強(qiáng)度高，瞬態(tài)響應(yīng)快。壓力傳感器是一個(gè)石英諧振器，它改變頻率響應(yīng)施加的壓力。結(jié)晶石英是精密傳感器的理想材料，因?yàn)樗?有彈性。石英石石英壓力的設(shè)計(jì)。傳感器保留了單晶材料固有的可重復(fù)性能。石英壓力傳感器是一種厚壁、空心圓柱，具有封閉的末端。thickness-shear模式諧振器將空心圓柱的中心部分分開(kāi)。外壁的流體壓力使其流體靜壓。石英氣缸，產(chǎn)生內(nèi)壓應(yīng)力在諧振器。諧振器的頻率發(fā)生變化。對(duì)內(nèi)部壓力的反應(yīng)。
1.3壓力測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論。
換能器是將壓力和溫度的物理參數(shù)轉(zhuǎn)換為物理參數(shù)的組件。輸出信號(hào)頻率。每個(gè)傳感器組件包括石英壓力傳感器，溫度傳感器。晶體(用于數(shù)字溫度補(bǔ)償)和精密參考晶體。振蕩器電路提供刺激。對(duì)石英元素，將其固有共振頻率轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。參考水晶的頻率與兩個(gè)傳感器的頻率混合，使這些信號(hào)更容易計(jì)數(shù)和傳輸。它還提供了一個(gè)可在用戶的頻率計(jì)數(shù)器中使用的穩(wěn)定時(shí)間基的傳感器。對(duì)于一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)，客戶必須提供功率、頻率計(jì)數(shù)器、計(jì)算方法。來(lái)自測(cè)量頻率和提供系數(shù)的壓力，以及存儲(chǔ)或傳輸方法。數(shù)據(jù)。數(shù)字換能器可從Quartzdyne獲得，其中包括頻率計(jì)數(shù)器和系數(shù)。存儲(chǔ)。QCOM接口單元也可用來(lái)連接任何類(lèi)型的傳感器到PC(圖3)。
1.4與石英傳感器的電氣連接。
用于石英頻率輸出壓力傳感器的幾種電氣連接選項(xiàng)。看到圖4為pin-out分配。在要求高可靠性的應(yīng)用中，焊接連接是。
連接器。5針1“通過(guò)，6針PEEK頭和7針密封頭設(shè)計(jì)。采用高熔點(diǎn)焊料直接焊接。在某些情況下，可以將安裝的連接器刪除2-4”電線，可以直接焊接到客戶的電路中。表1顯示了單位的標(biāo)準(zhǔn)線顏色。
美國(guó)Quartzdyne壓力傳感器高溫性能
2性能
2.1波紋管和膜片
換能器可以安裝風(fēng)箱或隔膜，隔離和保護(hù)壓力晶體。被測(cè)液體。風(fēng)箱對(duì)壓力讀數(shù)的影響很小，但必須得到補(bǔ)償。校準(zhǔn)。對(duì)波紋管或隔膜的去除或物理?yè)p傷將改變壓力響應(yīng)。需要重新校準(zhǔn)傳感器。雖然風(fēng)箱是在真空中填滿油的，但它已經(jīng)被*地脫氣了，但它有可能是小的。氣體可能被困在風(fēng)箱內(nèi)。通常這種氣體會(huì)溶解在油中，沒(méi)有。可測(cè)量的對(duì)壓力性能的影響。在環(huán)境壓力下，一些氣體可能會(huì)被驅(qū)動(dòng)。由于解決方案暫時(shí)導(dǎo)致風(fēng)箱膨脹，導(dǎo)致壓力讀數(shù)高達(dá)10psi。環(huán)境的壓力。一旦施加壓力，該裝置將恢復(fù)正常壓力讀數(shù)。Quartzdyne有波紋管的壓力傳感器的精度僅超過(guò)200 psia。
2.2 ASIC啟動(dòng)電路
石英諧振器表面的任何污染物或缺陷都會(huì)導(dǎo)致其阻抗增加。通常情況下,阻抗的增加將取決于晶體驅(qū)動(dòng)器的水平，并且通常在較低的驅(qū)動(dòng)器水平。這這種現(xiàn)象在業(yè)內(nèi)被稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)級(jí)靈敏度(DLS)，它會(huì)導(dǎo)致晶體振蕩器無(wú)法啟動(dòng)。當(dāng)電力供應(yīng)。我們盡一切努力確保石英表中包含的晶體壓力。換能器不存在這樣的缺陷，很有可能污染物會(huì)在反應(yīng)中移動(dòng)。有經(jīng)驗(yàn)的。隨著ASIC振蕩器的引入我們的混合電路(2007年9月)，一個(gè)啟動(dòng)特性被添加。該特性在啟動(dòng)階段對(duì)晶體的驅(qū)動(dòng)級(jí)別增加，以克服任何問(wèn)題。有可能的DLS，然后在穩(wěn)定振蕩的情況下返回。這大大降低了機(jī)會(huì)。DLS晶體會(huì)導(dǎo)致場(chǎng)故障。在許多情況下，過(guò)量的驅(qū)動(dòng)實(shí)際上會(huì)移動(dòng)有問(wèn)題的污染物。到一個(gè)不再影響性能的領(lǐng)域。一種可能的，但罕見(jiàn)的副作用是，如果晶體不能逐漸增加高阻抗，那就不是。與DLS相關(guān)的，它可能達(dá)到啟動(dòng)特性反復(fù)參與和分離的一個(gè)點(diǎn)。這將是在壓力和/或溫度測(cè)量中被視為異常高的抖動(dòng)。如果阻抗繼續(xù)。增加，抖動(dòng)將停止，因?yàn)閱?dòng)特性保持充分，并且zui終振蕩器將平行線。NonASIC在這些癥狀出現(xiàn)之前，電路就已經(jīng)是平的了。
2.3頻率隨壓力和溫度變化。
在數(shù)據(jù)表上顯示了各種傳感器的額定壓力和溫度。各自的產(chǎn)品。圖5通過(guò)圖8描述了兩個(gè)輸出頻率的典型變化。具有壓力和溫度變化的QU20K傳感器的信號(hào)。圖5顯示了名義上的變化。溫度傳感器的頻率。所有的溫度傳感器都顯示出非常相似的靈敏度，但是頻率。25°C會(huì)有所不同從單位到單位。圖6顯示了隨變化的壓力信號(hào)頻率的變化。壓力和溫度。注意，溫度的變化會(huì)產(chǎn)生零和跨度的變化。圖6所示的數(shù)據(jù)重新繪制在圖7中，以進(jìn)行額外的檢查。在圖7中，壓力頻率。在各種壓力下，數(shù)據(jù)被繪制成與溫度的對(duì)比。這些數(shù)據(jù)也被至少標(biāo)準(zhǔn)化了。頻率使溫度靈敏度可以更清晰地觀察到。注意溫度敏感性。在環(huán)境壓力下為正，但在全尺寸壓力下為負(fù)，在較高時(shí)為零敏感點(diǎn)。溫度隨著壓力的增加而增加。壓力傳感器的設(shè)計(jì)是為了減少井下工作中的瞬時(shí)誤差。人們已經(jīng)注意到了。在壓力和溫度晶體之間提供良好的熱耦合。在瞬態(tài)條件下(溫度坡度，或大的壓力臺(tái)階)，一個(gè)小的溫差是可能的。圖8顯示了這個(gè)名稱(chēng)。壓力傳感器的靈敏度，由于溫度的差異，可能發(fā)生在一個(gè)短暫的狀態(tài)。如果傳感器用于典型的井下壓力和溫度范圍，靈敏度在0到10之間。psi /C,瞬態(tài)錯(cuò)誤會(huì)很小。反之，如果在的高溫下使用，或高壓-低溫，瞬態(tài)誤差將更加顯著。詳見(jiàn)我們的。暫態(tài)報(bào)告比較各種壓力傳感器配置的性能。