ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ МЕМБРАННЫЙ - ДДМ

Полезная модель относится к добывающей промышленности, а именно к технике измерения давления в системах труб.
При бурении нефтяных и газовых скважин необходимо контролировать давление нагнетаемого в скважину бурового раствора. Буровой раствор имеет в своем составе химически агрессивные компоненты, различные загрязнения, пульпы, мелкозернистые частицы породы. Сам раствор подвержен застыванию в местах, где скорость потока близка к нулю. Поэтому решение задачи по контролю над величиной давления в системах промывочной жидкости связано с определенными трудностями. Предлагаемая полезная модель позволяет решить эту задачу.
Известные из применяемых для решения данной задачи устройств - это различные манометры, тензометрические датчики давления. Основным недостатком данных приборов является то, что они не могут напрямую контактировать с буровым раствором и эксплуатируются в комплекте со специальными устройствами - разделителями сред. Использование указанных измерительных приборов без разделителя сред приводит к выходу их из строя. Причин этому несколько: это и химически агрессивный состав бурового раствора, и застывание раствора в каналах подвода давления к измерителям. Эксплуатируемые в комплекте с измерительными приборами разделители сред имеют низкую надежность. У них небольшой срок службы разделительных резиновых мембран. Разделители с металлическими мембранами дороги и требуют специального оборудования для заполнения их рабочими жидкостями. Все разделители требуют регулярного обслуживания и пополнения объемов рабочих жидкостей. Это вызывает определенные трудности при контроле величины давления в системе промывочной жидкости (бурового раствора) при работах, связанных с бурением нефтяных и газовых скважин.
Так, из патента №2082128 RU известен тензометрический датчик давления, в котором данные о деформации снимаются с мембраны, на которую усилие передается посредством цилиндра.
При этом известны датчики, мембраны которых непосредственно контактируют со средой.
Из патента №2168710 RU известен тензорезисторный датчик давления, содержащий корпус с установленной в ней мембраной, на которой размещен тензорезистор, отличающийся тем, что в нем на гибкую мембрану наклеивается один тензорезистор, выводы которого через контакты подключены в одно из плеч мостовой измерительной схемы, кроме того, конструктивно датчик разделен на гнездо, выполненное в виде болта с внешней резьбой, предназначенной для закрепления на плоскости летательного аппарата, с внутренним отверстием, в которое ввинчивается корпус датчика с мембраной, мембрана датчика с наклеенным на нее тензорезистором имеет остаточную деформацию.
Наиболее близким аналогом является датчик, известный из патента №7185539 US мембрана которого непосредственно контактирует со средой, поток которой измеряют. На мембране установленные тензометрические датчики. Недостатком является то, что измерение потока осуществляется в узком канале, который может засориться, или быстро изменить свои геометрические размеры.
Целью полезной модели является повышение эксплуатационных свойств мембранного датчика давления.
Цель достигается за счет конструкции датчика давления, который состоит из корпуса, встроенной в корпус металлической упругой мембраны, электронной платы для обработки сигнала от тензометрических датчиков, вычисления конечного результата измерений в соответствии с калибровочными данными, внесенными в память при калибровке датчика. Также для крепления на трубе датчик имеет муфту и гайку.
При этом мембрана имеет утолщения в обе стороны от деформируемой плоскости, за счет чего достигается плотное и герметичное соединение. С внутренней стороны утолщения имеют округлый профиль, что повышает добротность мембраны и ее долговечность.
В месте подключения к трубопроводу корпус датчика имеет коническую форму и резиновое уплотнение. Концом конической формы датчик упирается в муфту, которая закреплена на трубе. За счет чего достигается надежность соединения и упрощается съем датчика в случае измерения давления жидкостей, склонных к застыванию.
Датчик имеет в своей конструкции гайку, служащую для привинчивания к трубопроводу. Резьба гайки является трапецеидальной. За счет этого достигается надежность соединения и исключаются закусывания и срезы.
Гайка, муфта и корпус датчика являются раздельными, что повышает оперативность монтажа датчика на трубе.
Наклеенные на упругую мембрану тензометрические преобразователи неэлектрических величин выдают электрический сигнал, пропорциональный величине ее прогиба.
Электронная плата обрабатывает сигнал от тензометрических преобразователей неэлектрических величин в соответствии с калибровочными данными, введенными в память датчика при калибровке на специальном стенде.
В результате датчик включает в себя всю измерительную цепочку и выдает готовый результат измерения в виде электрического сигнала. Электропитание измерительных элементов и электронной платы, передача сигнала осуществляется через электрический кабель связи.
В целом преимуществом данной полезной модели, по сравнению с аналогами, являются увеличение срока эксплуатации измерительного устройства, повышение надежности, отсутствие материальных и временных затрат на приобретение, монтаж и обслуживание специальных устройств - разделителей сред, без которых используемые в настоящее время измерительные устройства эксплуатироваться в агрессивной, загрязненной и склонной к застыванию среде не могут.
Осуществление полезной модели
Датчик давления состоит из корпуса, встроенной в корпус металлической упругой мембраны, электронной платы для обработки сигнала от тензометрических датчиков, вычисления конечного результата измерений в соответствии с калибровочными данными, внесенными в память при калибровке датчика. Также для крепления на трубе датчик имеет муфту и гайку.
Мембрана датчика представляет собой диск. Толщина диска определяется величиной измеряемых давлений. По краю диск имеет утолщение, необходимое для обеспечения герметичности.
При установке датчика ДДМ используются стандартные гайка и конусная муфта от БРС 2" ГОСТ 8479-88. В системах трубопроводов быстроразъемное соединение БРС служит для оперативного соединения труб НКТ. Основные преимущества БРС - надежность соединения, благодаря трапецеидальной (а не треугольной) форме резьбы и коническому с резиновым кольцом уплотнению (см. рисунок 1). Датчик ДДМ изготавливается отдельно от деталей крепления (муфты и гайки от БРС 2", являющихся стандартными изделиями) для того, чтобы обеспечить быстрый монтаж-демонтаж датчика для плановых поверок и в других необходимых случаях.
Установка датчика ДДМ производится вручную. На магистральный трубопровод приваривается отвод трубы НКТ с муфтой от БРС 2" (ГОСТ 8479-88). Коническая часть датчика (имеющая специальную выточку с резиновой манжетой) вставляется в коническое углубление муфты БРС и прижимается к ней сверху гайкой БРС посредством трапецеидальной резьбы.
ДДМ устанавливается на стандартное быстроразъемное соединение (сокращенно - БРС), вваренное в трубопровод системы промывки бурового раствора (манифольд). ДДМ позволяет контролировать давление в системе промывки бурового раствора без дополнительных устройств - разделителей сред.
Мембрана ДДМ напрямую контактирует с рабочей жидкостью в системе промывки, в которой необходим контроль величины давления. Давление в системе промывки воздействует на упругую мембрану, прогибая ее на величину, пропорциональную величине давления в системе промывки. Наклеенные на упругую мембрану тензометрические преобразователи неэлектрических величин выдают электрический сигнал, пропорциональный величине ее прогиба.
Электронная плата обрабатывает сигнал от тензометрических преобразователей неэлектрических величин в соответствии с калибровочными данными, введенными в память ДДМ при калибровке на специальном стенде.
ДДН включает в себя всю измерительную цепочку и выдает готовый результат измерения в виде электрического сигнала. Электропитание измерительных элементов и электронной платы, передача сигнала осуществляется через электрический кабель связи.
Описание рисунков
На рисунке й представлен датчик давления мембранный в сборе на трубе НКТ. 1 - корпус, 2 - мембрана, 3 - тензорезистор, 4 - уплотняемый конус, 5 - уплотнение, 6 - микроконтроллер, 7 - муфта БРС, 8 - гайка БРС, 9 - разъем,