ДАТЧИК ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

Полезная модель относится к области геофизических исследований скважин и предназначена для измерения электрической проводимости промывочной жидкости.
Известен датчик электропроводности ДЭИ-329-02 для непрерывного измерения удельной электропроводности промывочной жидкости на входе в скважину и на выходе из нее. Конструктивно устройство представляет собой штангу, к нижнему концу которой прикреплен первичный преобразователь погружного типа в защитном кожухе, залитом компаундом. Действие устройства основано на измерении индукционным методом электропроводности жидкостного витка, охватывающего два тороидальных трансформатора. Жидкостной виток создается исследуемым раствором, находящимся как во внутренней полости, так и во внешнем объеме, охватывающем датчик (Буклет ОАО НПП «ГЕРС» «Станция геолого-технологических исследований нефтегазовых скважин «СИРИУС», Тверь, 2002, стр.21).
Недостатком устройства является зависимость показаний датчика от температуры раствора. Кроме того, постоянное нахождение первичного преобразователя в агрессивной среде предъявляет высокие требования к его герметичности. На показания датчика влияют электромагнитные поля, наводящие ЭДС в проводах, размещенных в штанге и соединяющих катушки индуктивности с источником питания и блоком электроники.
Известен датчик электропроводности производства ОАО НПФ «Геофизика», принятый за прототип (Ахметин P.M., Лугуманов М.Г. «Высокочувствительный датчик электропроводности бурового раствора», www.npf-geofizika.ru). Датчик преобразует удельную электропроводность раствора в электрический сигнал и состоит из двух частей: индуктивно-трансформаторного измерительного преобразователя и блока электроники.
Измерительный преобразователь погружен в исследуемую жидкость и представляет собой систему двух соосно расположенных тороидальных трансформаторов, помещенных в цилиндрический корпус из нержавеющей стали и залитых герметиком. Корпус герметично закрыт фторопластовой крышкой, позволяющей сформировать жидкостной виток электрической связи между двумя электродами, одним из которых является корпус измерительного преобразователя, а другим металлическая трубка, внутри которой проходят провода, соединяющие измерительный преобразователь с блоком электроники. Блок электроники размещен в герметичном металлическом корпусе с коммутационным разъемом.
Данной конструкции присущи те же недостатки, что и рассмотренной выше в отношении требований к герметичности корпуса измерительного преобразователя, находящегося в жидкости. Изготовление корпуса датчика в виде стакана из нержавеющей стали - очень трудоемкий процесс, при этом большая часть дорогостоящего материала уходит в отходы. Для повышения чувствительности датчика в его конструкции используются катушки большого сечения, которые не обладают достаточной термостабильностью. Кроме того, электропроводность жидкости также зависит от температуры, а известная конструкция не содержит средств для ее контроля и соответствующей коррекции результатов замера электропроводности. Возникает необходимость в дополнительном использовании еще одного датчика - датчика температуры. Замер температуры на некотором расстоянии от датчика электропроводности может привести к искажению результатов исследования.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции датчика, снижение его себестоимости, повышение стабильности и достоверности результатов измерений.
Решение задачи достигнуто тем, что в датчике электропроводности, содержащем измерительный преобразователь, выполненный в виде двух тороидальных трансформаторов с общим витком связи, электроды, замыкающие жидкостной виток электрической связи, блок электроники, размещенный в корпусе, и соединительную трубку с проводами, трансформаторы размещены в корпусе блока электроники, а в контролируемую жидкость погружены электроды, установленные на изолирующей вставке, размещенной на конце соединительной трубки. На изолирующей вставке установлен также чувствительный элемент датчика температуры.
На фиг.1 представлена схема датчика электропроводности.
Датчик электропроводности состоит из блока электроники 1, размещенного в корпусе 2 с электрическими разъемами для соединения с источником питания и компьютером. В этом же корпусе установлены два трансформатора 3, 4 измерительного преобразователя. Обмотка возбуждения трансформатора 3 соединена с генератором высокочастотного синусоидального напряжения, а выход измерительного трансформатора 4 - с входом блока электроники. Сквозь отверстия обоих трансформаторов проходит провод 5, концы которого пропущены через трубку 6 и соединены с электродами 7, погруженными в контролируемую жидкость. Электроды установлены на изолирующей втулке 8, закрепленной на конце соединительной трубки 6. На этой же изолирующей втулке установлен чувствительный элемент датчика температуры 9, соединенный проводами с входом блока электроники.
Датчик электропроводности работает следующим образом.
Обмотка возбуждения трансформатора 3, подключенная к генератору, создает в жидкости, окружающей электроды 7, электрический ток, величина которого пропорциональна электропроводности контролируемой жидкости. Электроды выполнены в виде пластин из нержавеющей стали. Этот ток возбуждает в измерительном трансформаторе 4 переменную ЭДС, величина которой также пропорциональна электропроводности контролируемой жидкости. Полученное синусоидальное напряжение подается на вход блока электроники 1, усиливается, выпрямляется, преобразуется в аналоговый сигнал и передается на компьютер. Сигнал от измерительной части датчика температуры 9 поступает сначала в блок электроники, а затем на компьютер. Сведения о температуре контролируемой жидкости используются в программе обработки данных, что позволяет получить значение электропроводности жидкости, приведенное к нормальным условиям.
Предлагаемая конструкция датчика электропроводности имеет следующие преимущества перед аналогами:
1. Чувствительность датчика электропроводности предлагаемой конструкции определяется размерами электродов и их взаимным расположением и не зависит от размеров тороидальных трансформаторов. Поэтому в конструкции использованы ферритовые кольца меньшего размера с наилучшими характеристиками и с наибольшей температурной стабильностью.
2. Вынос трансформаторов за пределы контролируемой жидкости исключил необходимость их герметизации, что упростило конструкцию датчика и повысило его надежность.
3. Отпала необходимость в использовании корпуса измерительного преобразователя в виде стакана из нержавеющей стали, что повысило технологичность изготовления датчика и снизило его себестоимость.
4. Электроды в виде пластин из нержавеющей стали при необходимости могут быть легко заменены и позволяют варьировать чувствительность датчика.
5. Датчик температуры, установленный рядом с измерительными электродами, позволяет корректировать полученные значения электропроводности с учетом температуры исследуемой жидкости, что повышает достоверность результатов измерений.