Устройство для измерения температуры в скважине

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрии при изменяющемся сопротивлении электросвязи. Задачей изобретения является упрощение измерительной схемы и повышение точности измерения температуры. Для этого устройство содержит источник импульсов тока, одножильный кабель, стабилитрон, термостабильный резистор и датчик температуры. Причем в качестве датчика температуры используется микросхемный датчик температуры, а источник импульсов тока выполнен в виде формирователя чередующихся однополярных двух импульсов тока с фиксированными амплитудами. Амплитуда первого импульса тока равна или близка по величине минимальному рабочему току стабилитрона, амплитудa второго - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры. Микросхемный датчик температуры соединен первым выводом с одноименным первым выводом стабилитрона, а вторым выводом - с первым выводом термостабильного резистора. Другой вывод резистора соединен со вторым одноименным выводом стабилитрона. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрии при изменяющемся электросопротивлении линии связи.

Известно устройство для измерения температуры в скважине, содержащее источник разнополярных импульсов тока, к которому подключены решающий блок и одножильный бронированный кабель, подсоединенный противоположным концом к выходам термометра сопротивления и образцового резистора, включенных последовательно, а также стабилитроны, включенные параллельно термометру сопротивления и образцовому резистору [1].

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения из-за погрешностей, обусловленных колебаниями электросопротивления линии связи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является устройство для измерения температуры в скважине, содержащее источник разнополярных импульсов тока, к которому подключены решающий блок и одножильный бронированный кабель, жила другого конца которого соединена с общей точкой термометра сопротивления и первого стабилитрона, а его броня - с выходом второго стабилитрона, при этом разноименные выходы стабилитронов в общую точку с броней кабеля, второй стабилитрон и термометр сопротивления включены последовательно [2].

Недостатками известного устройства являются низкая точность измерения и сложность измерительной схемы; так, при использовании источника четырех разнополярных импульсов усложняется схема и снижается точность измерений; в известном устройстве принято допущение, что одинаковое токораспределение при всех четырех разнополярных импульсах тока практически невозможно при существующих неидентичностях стабилитронов и является источником значительных погрешностей измерений; кроме того, применение терморезистора также снижает точность измерений, причем использование двух стабилитронов усложняет измерительную схему и снижает точность измерений.

Задача настоящего изобретения - упрощение измерительной схемы и повышение точности измерения температуры в скважине.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что известное устройство для измерения температуры в скважине, содержащее источник импульсов тока, к которому посредством линии связи подключены выводы стабилитрона, датчика температуры и термостабильного резистора, согласно изобретению снабжено вольтметром с высокоомным входом, линия связи выполнена двухпроводной, в качестве датчика температуры используется микросхемный датчик, а источник импульсов тока выполнен в виде формирователя чередующихся однополярных импульсов тока с фиксированными амплитудами, причем микросхемный датчик температуры соединен первым выводом с одноименным первым выводом стабилитрона, а вторым выводом - с первым выводом термостабильного резистора, другой вывод которого соединен со вторым одноименным выводом стабилитрона.

При этом источник импульсов тока формирует два однополярных импульса тока, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему току стабилитрона, а амплитуда второго - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры.

Причем источник импульсов тока формирует три однополярных импульса тока, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему тока стабилитрона, второго - максимальному рабочему току стабилитрона, третьего - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры.

Кроме того, источник импульсов тока формирует три однополярных импульса тока, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему току стабилитрона, второго - минимальнмоу рабочему току микросхемного датчика температуры, третьего - максимальному рабочему току микросхемного датчика температуры.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник импульсов тока 1, вольтметр 2 с высокоомным входом, двухпроводную линию связи 3, стабилитрон 4, термостабильный резистор 5, микросхемный датчик температуры 6, первый вывод которого соединен с одноименным первым выводом стабилитрона 4, а второй вывод - с первым выводом термостабильного резистора 5, другой вывод которого соединен со вторым одноименным выводом стабилитрона 4.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии паразитных ЭДС в линии связи измерение осуществляют по двухимпульсной схеме. Импульс тока на входе линии связи создает напряжение В, равное B = I · R_л + E, (1) где R_л - сопротивление линии связи, Oм; E - напряжение на стабилитроне, В.

Второй импульс тока I' на линии связи создает напряжение B', равное B' = I' · R_л + I' · R_D + D, (2) где R_D - сопротивление термостабильного резистора, Oм; D - падение напряжения на микросхемном датчике температуры.

Из результатов этих измерений следует или D = B' - K' · B + C', (4)
где K' и C' - константы,
K' = I'/I = const; C' = K' · E - I' · R_D = const.

Значения констант K и C определяют предварительной тарировкой предлагаемого устройства и учитывают неидеальность и нелинейность характеристики стабилитрона 4.

При наличии паразитной ЭДС (ε_л) в линии связи от источника импульсов тока подают три однополярных с фиксированными амплитудами импульса тока, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему току стабилитрона 4, второго - максимальному рабочему току стабилитрона 4, третьего - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры; напряжения B₁, B₂, B' на входе линии связи, возникающие при этих импульсах тока, соответственно равны

где E₁, E₂ - напряжения на стабилитроне соответственно при токе I₁, I₂.

Откуда следует



где

Значения констант (K₁,C₁) определяют экспериментально в ходе предварительной тарировки устройства в целом и тем учитывают нелинейность характеристик стабилитрона 4 и микросхемного датчика температуры 6.

По другому варианту при наличии паразитной ЭДС в линии связи от источника импульса тока посылают в линию связи три однополярных импульса тока с фиксированными амплитудами, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему току I₁ стабилитрона 6, второго - минимальному рабочему току стабилитрона 6, третьего - максимальному рабочему току микросхемного датчика температуры 6; эти импульсы создают на входе линии связ, соответственно напряжения B₁, B', B''

Откуда следует




Искомую температуру T рассчитывают по измеренному напряжению на микросхемном датчике 6 следующим образом:
D_т = D_o + K_т · (T - T_o), (13)
T = T_o + (D_т - D_o)/K_т, (14)
где D_т, D_o - напряжения на микросхемном датчике соответственно при температуре искомой T и начальной T_o.

D_o(T= 25^oC) = 2,98 В при T_o = 25^oC, - температурный коэффициент напряжения на микросхемном датчике.

Длительность импульсов тока подбирают так, чтобы не имел место самонагрев элементов схемы устройства под их действием.

Заявляемое устройство по сравнению с устройством-прототипом позволяет упростить конструкцию устройства и повысить точность измерения температуры в скважине за счет исключения влияния на результаты измерений сопротивления линии связи и паразитных ЭДС и их колебаний в процессе измерений.

Источники информации
1. А.с. SU N 677352, G 01 K 7/16, 1980 г.

2. А.с. SU N 1035210, E 21 B 47/06, 1983 г. - прототип.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры в скважине, содержащее источник импульсов тока, к которому посредством линии связи подключены выводы стабилитрона, датчика температуры и термостабильного резистора, отличающееся тем, что оно снабжено вольтметром с высокоомным входом, линия связи выполнена двухпроводной, в качестве датчика температуры используется микросхемный датчик, а источник импульсов тока выполнен в виде формирователя чередующихся однополярных импульсов тока с фиксированными амплитудами, причем микросхемный датчик температуры соединен первым выводом с одноименным первым выводом стабилитрона, а вторым выводом - с первым выводом термостабильного резистора, другой вывод которого соединен с вторым одноименным выводом стабилитрона.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник импульсов тока формирует два однополярных импульса тока, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему току стабилитрона, а амплитуда второго - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник импульсов тока формирует три однополярных импульса тока, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему тока стабилитрона, второго - максимальному рабочему тока стабилитрона, третьего - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник импульсов тока формирует три однополярных импульса тока, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему току стабилитрона, второго - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры, третьего - максимальному рабочему току микросхемного датчика температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1