Динамические характеристики кварцевых скважинных датчиков давления ПДС при изменении давления и температуры
ООО «Специальное конструкторское техническое бюро электроники, приборостроения и автоматизации» (ООО «СКТБ ЭлПА») внесло ряд изменений в конструкцию своих кварцевых скважинных датчиков давления ПДС, что позволило улучшить их динамические характеристики. В статье сравниваются модели ПДС-Р-П-Т-Н-32 и ПДС-Р-П-Т-Н-32М с аналогичным зарубежным оборудованием.
Кварцевые манометрические резонаторы-сенсоры обладают относительно небольшой температурной зависимостью, но, так как в последнее время требуются высокие точности измерения давления, а диапазон рабочих температур может достигать 200 °C, в датчиках ПДС установлен термочувствительный резонатор-сенсор, с помощью которого производится компенсация дополнительной температурной ошибки манометрического резонатора-сенсора.
При градуировке датчики подвергаются пошаговому воздействию температуры в рабочем диапазоне, на каждом шаге температуры производится измерение частоты в зависимости от давления в рабочем диапазоне.
Так как при градуировке необходимо достичь стабильных значений воздействующих факторов температуры и давления, то перед началом измерений производится выдержка на каждом температурном шаге (не менее 2 ч при использовании воздушной камеры холода/тепла) и на каждом шаге давления (не менее 2 мин).
Такая методика градуировки кварцевых датчиков давления, применяемая в СКТБ ЭлПА, позволяет получить в статике погрешность измерения давления до ±0,03 % ВПИ во всем диапазоне рабочих температур. Но при быстром изменении давления (Р) на величину более 1,0 МПа/с и изменении температуры (T) со скоростью более 0,1 °C/мин может возникать тепловой градиент, дающий дополнительную динамическую погрешность измерения давления, которая зависит от величины и скорости изменения воздействующего фактора (Р или T, или P и T), а также реакции датчика (которая обусловлена его конструкцией).
В статье приведены данные динамических характеристик датчиков давления с малогабаритным резонатором кварцевым манометрическим объемного сжатия РКМА-Р-ОС-21 (брусок 4,5 × 4,5 × 16 мм, рис. 1), далее по тексту – ЧЭ, кварцевым термочувствительным и кварцевым опорным резонаторами в цилиндрических корпусах Ø 2 × 6 мм.
Сравниваются модель ПДС-Р-П-Т-Н-32 (Ø 18 × 160, рис. 2) и новая разработка – модифицированная модель ПДС-Р-П-Т-Н-32М с теми же габаритными размерами. В этой модели были реализованы следующие технические решения:
— ЧЭ был перемещен из центральной части корпуса непосредственно в полость сильфона, что позволило уменьшить объем силопередающей жидкости и тепловую инерцию;
— отсутствие полости под ЧЭ в корпусе датчика позволило увеличить верхний предел измеряемого давления до 140 МПа с сохранением габаритных размеров и материала датчика;
— термочувствительный резонатор РКТВ206Б размещен в непосредственной близости к сильфону, что также увеличило скорость реакции при изменении температуры.
Рис. 2. Цифровой датчик давления и температуры кварцевый ПДС-60,0-0,06-125-Н-32-Ц4: внешний вид
Целью проведения данного эксперимента является сравнение влияния конструкционных изменений, произведенных в кварцевых резонаторах-сенсорах и датчиках (производства ООО «СКТБ ЭлПА»), на их динамические характеристики, а также сопоставление с характеристиками зарубежных аналогов.
Для определения динамических характеристик датчиков ПДС-Р-П-Т-Н-32, ПДС-Р-П-Т-Н-32М и сравнения их с аналогами были выбраны виды воздействия и величины, близкие к значениям в экспериментах, представленных на сайте фирмы Quartzdayne (США), которая также выпускает прецизионные скважинные кварцевые датчики давления.
Необходимо учитывать, что реальные условия эксплуатации датчиков могут значительно отличаться от экспериментальных условий, которые созданы как некая шкала для сравнения датчиков разных конструкций и производителей.
Так как датчики измеряют абсолютное давление, на графиках за ноль взято атмосферное давление 14,7 psi.
Воздействие резкого перепада температур (термоудар) при атмосферном давлении путем погружения датчика, который изначально имел комнатную температуру (+25 °C), в жидкостной термостат с заранее установленной в нем температурой (+140 °C). При этом важной характеристикой является теплопроводность теплоносителя в термостате. В данном эксперименте применялась кремнийорганическая жидкость ПМС-10 с коэффициентом теплопроводности 0,167 Вт/м·К. На рис. 3а и 3б представлены графики зависимости показаний датчиков давления и датчиков температуры (СКТБ) от времени после погружения в жидкостной термостат.
Рис. 3. Графики зависимости показаний датчиков давления и датчиков температуры ООО «СКТБ ЭлПА» от времени после погружения в жидкостной термостат (увеличить изображение)
На рис. 4а и 4б представлены графики (с сайта www.quartzdyne.com) 1 зависимости показаний датчика давления и датчика температуры от времени после погружения в жидкостной термостат (теплопроводность используемого теплоносителя неизвестна).
Рис. 4. Графики зависимости показаний датчика давления и датчика температуры Quartzdayne от времени после погружения в жидкостной термостат (увеличить изображение)
Воздействие смены температуры от 20 до 90 °C с заданной скоростью.
На рис. 5 представлены графики зависимости показаний датчиков давления и датчиков температуры (СКТБ) во время изменения температуры при атмосферном давлении:
— рис. 5а – скорость изменения температуры 5 °C/мин;
— рис. 5б – скорость изменения температуры 0,5 °C/мин.
Рис. 5. Графики зависимости показаний датчиков давления и датчиков температуры (СКТБ) во время изменения температуры при атмосферном давлении
На рис. 6 представлены графики (с сайта www.quartzdayne.com) зависимости показаний датчиков давления и датчиков температуры во время изменения температуры от 40 до 60 °C с заданной скоростью 0,8 °C/мин при давлении 2000 psi.
Рис. 6. Графики зависимости показаний датчиков давления и датчиков температуры Quartzdayne во время изменения температуры
Воздействие быстрого перепада давления. В лабораторных условиях наиболее быстрый перепад можно получить при сбросе давления, открыв кран, связывающий систему коллектора и подачи давления грузопоршневого манометра с атмосферой. Выбран перепад давления равный 35,0 МПа (5000 psi). На рис. 7а приведены графики показаний датчиков (СКТБ), вкрученных в общий коллектор, которые были помещены в воздушную камеру тепла/холода с установленной температурой 40 °C. На рис. 7б представлены графики показаний датчиков (с сайта www.quartzdayne.com), которые размещались в жидкостном термостате с установленной температурой 40 °C.
Рис. 7. Показания кварцевых датчиков при перепаде давления: а – датчики СКТБ ЭлПА; б – датчики Quartzdayne (увеличить изображение)
На рис. 8а приведены графики показаний датчиков (СКТБ), вкрученных в общий коллектор, которые были помещены в воздушную камеру тепла/холода с установленной температурой 115 °C. На рис. 8б представлены графики показаний датчиков (с сайта www.quartzdyne.com), которые размещались в жидкостном термостате с установленной температурой 175 °C.
Рис. 8. Показания кварцевых датчиков при перепаде давления и высокой температуре: а – датчики СКТБ ЭлПА; б – датчики Quartzdayne (увеличить изображение)
На момент проведения эксперимента № 3 (быстрого сброса давления) ООО «СКТБ ЭлПА» при градуировке в качестве задатчика температуры использовало воздушную камеру холода/тепла. А так как теплопроводность воздушной камеры на порядок меньше теплопроводности жидкостного термостата, то можно ожидать уменьшения времени реакции датчиков производства СКТБ ЭлПА при размещении их в жидкостном термостате.
Введенные изменения в конструкцию кварцевых ЧЭ и датчиков ПДС-Р-П-Т-Н-32М обеспечили уменьшение времени реакции и (или) уменьшение изменения показаний датчика во время динамического воздействия давления и (или) температуры.
Низкочастотные кварцевые резонаторы-сенсоры при равных метрологических характеристиках имеют меньшие габаритные размеры по сравнению с высокочастотными резонаторами-сенсорами, которые применяет фирма Quartzdyne в датчиках, участвовавших в экспериментах (информация взята с сайта www.quartzdyne.com), это позволило внести изменения в конструкцию корпуса датчика ПДС-Р-П-Т-Н-32М и уменьшить постоянную времени по сравнению с датчиком ПДС-Р-П-Т-Н-32. В результате чего были получены те же или лучшие показатели в экспериментах динамического воздействия давления и (или) температуры по сравнению с кварцевыми датчиками фирмы Quartzdyne.
_____________________________
1 Перевод на русский язык графиков с сайта компании Quartzdayne выполнен авторами статьи. – Ред.
Опубликовано_в журнале ИСУП № 3(93)_2021
А. В. Поляков, директор,
Ю. В. Галактионов, к. т. н.,
зам. директора по науке,
С. Н. Иванов, инженер
по измерению электрофизических параметров,
ООО «СКТБ ЭлПА», г. Углич,
тел.: +7 (48532) 546-74,
e-mail: info@sktbelpa.ru,
сайт: sktbelpa.ru
Комбинированные реле максимального тока РСТ-42ВО, РСТ-40ВДУ, РСТ-80АВ
Источник
Высокотемпературные кварцевые датчики давления
Quartz Pressure Transducers
Экстремальные условия – экстремальные решения!
Начиная с 1990 года, Quartzdyne разработала и изготовила промышленный резонатор с кварцевым преобразователем давления для скважинной нефтегазовой промышленности.
Эти датчики известны во всем мире, обеспечивая чрезвычайно точные данные с низким дрейфом и высоким разрешением в самых экстремальных условиях.
Преобразователи и гибридная электроника Signature широко используются в лабораторных, каротажных, буровых, подводных и постоянных применениях в нефтегазовой промышленности. В дополнение к предоставлению точных и быстрых ответов Signature преобразователи обладают проверенной репутацией в отношении надежности.
Мы предлагаем преобразователи разных размеров (1/2 «, 3/4», 7/8 «и 1»). Каждый размер доступен в нескольких разных форматах, включая частоту и цифровой выход.
У кварцевого датчика Signature имеются три модификации: кварцевые датчики в стандартном исполнении, в исполнении для высоких давлений (ВД) и в исполнении для ВДТВ. Размеры всех трех модификаций одинаковые с наружным диаметром 25 мм, зато электронная начинка, объем памяти и аккумуляторы у всех разные. Максимальное номинальное давление у модели для ВД 207 МПа, максимальная номинальная температура -177 0 С. У модели для ВДВТ номинальная величина давления та же, а максимальная рабочая температура – 210 0 С. Из-за ограничений по работе в условиях высокой температуры емкость памяти у модели для ВДВТ ограничена 12 сутками односекундных регистраций при максимальной температуре по сравнению с 50 сутками у двух остальных моделей.
Электронным компонентам, которые выдерживают длительное воздействие высоких температур, для работы нужна электроэнергия. Для максимального увеличения продолжительности срока службы аккумулятора сконструированы электронные компоненты с минимальным рабочим энергопотреблением. Даже в случае полной разрядки аккумулятора, полученные данные измерений записываются в постоянную память и надежно сохраняются там в течение всего периода длительных измерений.
Интеллектуальный датчик способен самостоятельно подстраиваться под условия эксплуатации и непрерывно регулировать свою чувствительность в целях достижения максимальной эффективности. Своим интеллектом датчики обязаны микропроцессорным технологиям. Микропроцессор это мозг датчика, позволяющий устройству «изучать» условия, в которых оно работает. Являясь самообучающейся микропроцессорной системой, такой датчик способен обрабатывать большие объемы информации с высокой скоростью. Датчики давления, применяемые в нефтегазовой отрасли, отличает широкий диапазон измеряемых с высокой точностью и стабильностью давлений, простота в эксплуатации, большой климатический диапазон условий работы и наличие взрывозащищенного корпуса. Датчики имеют возможность преобразования значения измеряемого параметра в унифицированный токовый и/или цифровой сигнал.
Для исследования скважин с экстремальными условиями нужны экстремальные решения. Одним из таких решений является промышленный резонатор с кварцевым преобразователем давления для скважинной нефтегазовой промышленности. Приобретая такое устройство, вы расширяете выбор способа бурения скважин и исследования пластов.
Источник
Свидетельство об утверждении типа средств измерений ОС.С.30.004.А № 78219
ООО «СКТБ ЭлПА» было получено свидетельство об утверждении типа средств измерений ОС.С.30.004.А № 78219 на преобразователи давления ПД с кварцевым чувствительным элементом
Продукция французской компании Metrolog
Компания Metrolog и ООО «СКТБ ЭлПА» сотрудничают в области измерения давления и температуры в нефтяных и газовых скважинах
ООО «СКТБ ЭлПА» начала изготавливать преобразователи ПДТК-Р-МС скважинные из материала Инконель (Inconel)
ООО «СКТБ ЭлПА» начала изготавливать Преобразователи давления и температуры кварцевые ПДТК-Р-МС скважинные из материала Инконель (Inconel)
ООО «СКТБ ЭлПА» с 2019 года является официальным представителем компании Metrolog (Франция) в России
ООО «СКТБ ЭлПА» с 2019 года является официальным представителем компании Metrolog (Франция) в России
«За многолетний добросовестный труд и профессионализм» поздравил глава района сотрудников нашей организации
В конце сентября в стране празднуется День машиностроителя. В этот день Зале торжеств собрались люди разных профессий
Проведен эксперимент по исследованию динамических характеристик скважинных датчиков нашего производства и сравнение их с датчиками фирмы Quartzdyne (США)
Динамические характеристики кварцевых скважинных датчиков давления ПДТК-Р-П-Т-МС при изменении давления и температуры.
Скважинные датчики давления с основной приведенной погрешностью ±0,03%
Кварцевые высокотемпературные внутрискважинные датчики давления и температуры ПДТК-Р-П-Т-МС с основной приведенной погрешностью ±0,03% производства ООО «СКТБ ЭлПА» г. Углич
Бюджетный высокоточный (± 0,025%) кварцевый преобразователь давления с ВПИ 0,12 МПа
«Новая разработка» ПДК-Р-П-ПРТ-624 преобразователь давления и температуры кварцевый.
Габаритный размер Ø48×71, обеспечивает прецизионное измерение атмосферного давления (давления разряжения) с компенсацией температурной погрешности в широком интервале рабочих температур от -50 °С до +85 °С. За счет изготовления корпуса из полиамида удалось значительно снизить стоимость преобразователя и при этом сохранить высокие метрологические характеристики (основная допустимая приведенная погрешность: ±0,025; ±0,04; ±0,06.
Эталонный (прецизионный) термометр с точностью измерения температуры 0,01 градуса цельсия
Данный прибор позволяет измерять температуру с точностью до 0,01 градуса цельсия и по сути является высокоточным прецизионным измерителем температуры. Датчиком температуры в этом термометре служит термо-чувствительный кварцевый резонатор типа РКТ206
Малогабаритный кварцевый датчик температуры на основе пьезорезонансного чувствительного элемента
Кварцевые резонаторы широко применяются в современной электронной аппаратуре в генераторах стабильной частоты и фильтрах. Но кварцевые резонаторы соответствующих срезов и конструкций применяются также и для измерения различных физических величин: температуры, давления, влажности, ускорения
Многоканальная системы измерения температурного поля ствола скважины на квазираспределенных пьезорезонансных датчиках
Разработка и изготовление устройства для многоканального измерения температурного поля ствола скважины по теме «Многоканальная системы измерения температурного поля ствола скважины на квазираспределенных пьезорезонансных датчиках» проводится в соответствии с планом НИОКР ОАО «Татнефть»
Температурно-частотная характеристика манометрического резонатора РКМА и схема генератора для преобразователя давления
Чувствительными элементами в кварцевых преобразователях температуры являются кварцевые термочувствительные резонаторы, а в преобразователях давления — кварцевые манометрические резонаторы.
Описание типа средства измерений. Преобразователи давления ПД с кварцевым чувствительным элементом
Описание типа средства измерений. Преобразователи давления ПД с кварцевым чувствительным элементом
Приложение к свидетельству № 78219
об утверждении типа средств измерений
Классификация преобразователей давления
Преобразователи давления кварцевые ПДК (свидетельство об утверждении типа СИ RU.С.30.004.А №44903) Назначение средства измерений
Перспективные кварцевые пьезорезонансные чувствительные элементы и датчики давления на их основе
Анализируя сегодняшнюю ситуацию на рынке чувствительных элементов (ЧЭ) датчиков давления, можно выделить следующие основные принципы их действия: пьезорезистивные, емкостные, пьезоэлектрические и пьезорезонансные
Алгоритмы компенсации дополнительной температурной погрешности в кварцевых преобразователях давления и температуры
Особенностью кварцевых манометрических резонаторов является воспроизводимость температурно-частотной характеристики (ТЧХ)
Тест на термоудар кварцевого преобразователя давления ПДТК-80-МС23 с математической температурной компенсацией по показаниям термочувствительного резонатора
Тест на термоудар кварцевого преобразователя давления ПДТК-80-МС23 с математической температурной компенсацией по показаниям термочувствительного резонатора, который расположен в корпусе преобразователя.
Классификация преобразователей давления с цифровым выходным сигналом
Классификация преобразователей давления с цифровым выходным сигналом
Описание типа средства измерений. Преобразователи давления ПД с кварцевым чувствительным элементом
Описание типа средства измерений. Преобразователи давления ПД с кварцевым чувствительным элементом
Приложение к свидетельству № 78219
об утверждении типа средств измерений
Автоматизированная система датчиков уровня воды на основе кварцевого преобразователя гидростатического давления
С 2003 г. на Загорской ГАЭС (гидроаккумулирующей электростанции) успешно эксплуатируются автоматизированные датчики уровня воды в пьезометрах (АРУ-01), разработанные, изготовленные и установленные ООО «Энергоспецсистемы» г. Москва.
Источник