Датчик візирного кута

Реферат: Датчик візирного кута містить корпус, трубку, наповнену рідиною, на кінцях якої встановлені пружні мембрани із закріпленими на них перетворювачами сили і безконтактними датчиками переміщення. Він оснащений додатковою трубкою з рідиною, розміщеною під кутом 90° до існуючої. Обидві трубки мають однаковий розмір, розташовані перпендикулярно осі чутливості та біфілярно укладені в декілька шарів. UA 68885 U (54) ДАТЧИК ВІЗИРНОГО КУТА UA 68885 U UA 68885 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі промислової геофізики і може бути використана для контролю просторового положення стовбура свердловини в процесі буріння нафтових і газових свердловин. Відомий перетворювач зенітного кута при вимірюванні викривлення свердловини, що містить корпус, в якому розміщена рамка з ексцентричним вантажем, виконана у формі циліндрового поплавця. У рамці розміщений чутливий елемент у формі сполученого між собою кільцевого рівня з перегородкою і циліндрової спіральної трубки. Для працездатності перетворювача в процесі буріння, що супроводжується вібраціями, частота власних коливань 0 чутливого елементу повинна бути значно менше частоти вимушених коливань. Збільшення довжини чутливого елементу без збільшення діаметру перетворювача дозволить зменшити частоту власних коливань, що веде до підвищення вібростійкості перетворювача (1). Недоліки такого перетворювача полягають в наступному: 1) чутливий елемент встановлений в рамці з ексцентричним вантажем, не може працювати при роторному бурінні, оскільки обертання бурової труби приводить до виникнення відцентрових сил, які відхиляють чутливий елемент від вертикального положення. 2) нераціональне використання діаметральних розмірів кільцевого рівня, отже громіздкість конструкції перетворювача. Відомий датчик зенітного кута для вимірювання скривлення свердловин, який містить корпус, спіральну трубку, заповнену рідиною, при цьому виходи трубки розгорнуті в протилежні сторони і з'єднані з порожнинами, відділеними від навколишнього середовища в'ялими мембранами, на яких розміщені рухомі елементи перетворювачів сили і переміщення (2). Недоліком даного датчика зенітного кута є, те, що точність при вимірюванні зенітного кута залежить від відстані між виходами спіральної трубки, яке обмежується діаметром бурильного знаряддя., Найбільш близьким до запропонованого датчика візирного кута, є вібростійкий гідравлічний перетворювач зенітного і візирного кутів, що містить корпус, трубку наповнену рідиною, на кінцях якої встановлені пружні мембрани із закріпленими на них перетворювачами сили і безконтактними датчиками переміщення (3). Недоліком такого перетворювача є неможливість використання в свердловинах малого діаметра, оскільки габарити перетворювача обмежені габаритами бурильної колони. Задача корисної моделі полягає в зменшенні габаритів, підвищенні, точності і вібростійкості датчика візирного кута за рахунок зменшення частоти власних коливань чутливого елементу. Поставлене завдання вирішується, тим що датчик візирного кута, який містить корпус, трубку наповнену рідиною, на кінцях якої встановлені пружні мембрани із закріпленими на них перетворювачами сили і безконтактними датчиками переміщення, відповідно до корисної моделі, оснащений додатковою трубкою з рідиною, розміщеною під кутом 90° до існуючої, при цьому обидві трубки мають однаковий розмір, розташовані перпендикулярно осі чутливості та біфілярно укладені в декілька шарів., Суть пропонуємої корисної моделі пояснюється графічними матеріалами, де на фіг. 1 зображено загальний вигляд датчика візирного кута - вертикальний розріз, на фіг. 2 - розріз А-А з фіг. 1. Датчик візирного кута містить циліндричний корпус 1, перпендикулярно осі чутливості біфілярно в декілька шарів укладені дві циліндричні трубки 2, 3 заповнені в'язкою рідиною, повернуті одна до одної на 90°, однакового розміру, сполучені з герметичними порожнинами 4, 5, 6, 7, мембрани 8, 9, 10, 11, на мембранах 10, 11 закріплені безконтактні перетворювачі сили 12, 13 і безконтактні датчики переміщення 14, 15, підсилювач зворотного зв'язку 16, 17 і опір зворотного зв'язку 18, 19. Датчик візирного кута працює таким чином. У початковому положенні візирний кут дорівнює нулю і з перетворювача переміщення 14, 15 знімається нульовий сигнал. При відхиленні свердловини від вертикалі рідина в трубках 2, 3 переміщується. В залежності від переміщення рідини мембрани 8, 9, 10, 11 деформуються від початкового положення до поточного. З датчика переміщення14, 15 знімається електричний сигнал, який після посилення і перетворення поступає на перетворювач сили. Безконтактні перетворювачі сили 12, 13 повертають мембрани 10, 11 і рідину в початкове положення. При цьому напруга Ui  (i  1, 2) на резисторі зворотного зв'язку 18, 19 є вихідним сигналом з датчика візирного кута, пропорційний вимірюваній проекції вектора прискорення вільного падіння g на його вісь чутливості xx. Ui  U0i  Umi cos (g, xx) , i  1 2. . , (1) 1 UA 68885 U де U0i - нульовий сигнал датчика візирного кута. , Umi - найбільше значення вихідного сигналу з датчика візирного кута Umi  ki  G , i  1 2 . U1  U01  Um1  b1  U2  U02  Um2  b2 (2) 5 де bi , i  1 2 - вихідні сигнали з датчика візирного кута, приведені до безрозмірного вигляду. , b1   cos( ) sin( )  b2  sin( )  sin( ) (3) Відповідно візирний кут визначений із співвідношення: 10   arcrg(  b2 ) b1 (4) В конструкції пропонуємого датчика суттєво збільшена довжина чутливого елементу при існуючих габаритах корпусу, що дозволяє зменшити частоту власних коливань, яка для рідинних чутливих елементів визначається як: 15 0  20 25 30 2g , (1/c) l (5) де g - прискорення вільного падіння, l - довжина чутливого елементу. Із цього співвідношення видно, що частота власних коливань 0 зворотно пропорційна довжині трубки і зменшується з її збільшенням. Таким чином, можна досягти значного зменшення 0 , не збільшуючи при цьому діаметр перетворювача. Особливості розташування та укладання трубок з рідиною дозволяє мінімізувати похибку від вібрації, та підвищує вібростійкість і точність датчика в процесі буріння. При цьому додаткова похибка від вібрації залежатиме лише від відстані між кінцями біфілярно укладених в декілька шарів циліндричних трубок, яка не обмежується діаметром бурильної колони. Також, датчик візирного кута можна застосувати в процесі як турбінного так і роторного буріння. Джерела інформації:. 1. Авторское свидетельство СССР №933967, кл. Е 21 В 47/02, Публикация 07.06.1982, Бюллетень №21. 2. Деклараційний патент на корисну модель Україна №7780, кл. Е 21 В 47/02, Опубліковано 15.07.2005, Бюлетень №7. (13) 3. Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2178821 С2, кл. Е 21 В 47/02, Публикация 27.01.2002, (прототип). 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Датчик візирного кута, що містить корпус, трубку, наповнену рідиною, на кінцях якої встановлені пружні мембрани із закріпленими на них перетворювачами сили і безконтактними датчиками переміщення, який відрізняється тим, що він оснащений додатковою трубкою з рідиною, розміщеною під кутом 90° до існуючої, при цьому обидві трубки мають однаковий розмір, розташовані перпендикулярно осі чутливості та біфілярно укладені в декілька шарів. 2 UA 68885 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3