III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Датчики технологических параметров, используемые в станциях геолого-технологических исследований (ГТИ), являются одной из самых важных составных частей станций. От точности показаний и надежности работы датчиков во многом зависит эффективность службы ГТИ при решении задач по контролю и оперативному управлению процессом бурения скважин. Однако из-за тяжелых условий эксплуатации (широкий диапазон температур от -50 до +80 ºС, агрессивная среда, сильные вибрации и т.д.) датчики остаются самым слабым и ненадежным звеном в составе технических средств ГТИ.

Основными причинами отказа датчиков является: нарушение герметичности соединений;  выход из строя первичного преобразователя; выход из строя электронной платы. Электронная плата представляет собой  сложное  радиотехническое изделие, содержащее импортные и бескорпусные радиодетали, и поэтому в условиях буровой ремонту не подлежит. В случае выхода модуля из строя необходимо заменять его целиком.

Как правило, все тензодатчики состоят из цельного металлического упругого элемента, который одновременно является корпусом. В наиболее чувствительном месте такого элемента располагаются тензорезисторы, закрываемые снаружи, как правило, металлическими крышками. В корпусе датчика располагается разъем, либо кабельный ввод для подключения к вторичной аппаратуре. Выводы с питающей и измерительной диагоналей моста подключаются к вторичной аппаратуре через кабель, длина которого может составлять до нескольких десятков метров. Вторичная аппаратура представляет собой электронные блоки, имеющие дисплей, клавиатуру, входы для подключения нескольких тензодатчиков и интерфейсные разъемы для подключения к ЭВМ. Главным недостатком таких тензодатчиков является пассивный выход. Тензорезисторный мост связан с источником питания и измерительной схемой длинным кабелем, что делает датчик восприимчивым к влиянию всевозможных электромагнитных наводок и помех. С изменением температуры будет изменяться сопротивление проводов кабеля, что повлечет за собой дополнительный температурный дрейф. Эти обстоятельства затрудняют использование пассивных тензодатчиков на объектах и снижают их метрологические характеристики. Значительно лучших эксплуатационных и метрологических характеристик можно добиться при конструировании тензодатчиков с активным выходным сигналом. В этом случае на металлическом упругом элементе располагается электронная плата, преобразующая сопротивление в цифровой сигнал. Так как длина соединительных проводов между тензорезисторным мостом и электронной платой минимальна, такой тензодатчик в значительно меньшей степени уязвим для внешних помех и колебаний температуры. Такой датчик может иметь встроенный процессор и энергонезависимую память. Вся информация регистрируется и хранится в этой памяти. Объем памяти позволяет сохранить месячный объем информации. Датчик может комплектоваться автономным источником питания, который обеспечивает работу датчика при отключении внешнего источника питания.

С выхода электронной платы тензодатчика поступает нормированный цифровой сигнал, который не подвержен влиянию сопротивления подводящих проводов, электромагнитных и других помех.

Из вышесказанного следует, что разработка нового поколения датчиков чрезвычайно актуальна и своевременна. При разработке датчиков ГТИ одним из требований является их адаптация ко всем существующим на российском рынке буровым установкам.

Код для цитирования: Скопировать