Стенд для калибровки инклинометров

Полезная модель относится к метрологическому обеспечению телеметрического сопровождения бурения скважин, а именно к стендовым испытаниям, настройке, регулировке и калибровке чувствительных элементов инклинометров.
Известны установки для настройки и калибровки инклинометров (патент РФ 2439493, МПК G01C 9/02, патент РФ 2178522, МПК 2178522, патент РФ 60985, МПК Е21В 47/02). Конструктивно эти установки включают неподвижное основание в виде платформы и установленную на двух вертикальных стойках подвижную часть с узлом крепления инклинометра.
Общим для этих установок является их недостаточная точность, обусловленная человеческим фактором при фиксированной ориентации поверяемого инклинометра на заданные углы, а также низкая производительность установок т.к. каждая операция калибровки занимает в зависимости от целей проведения от 3 часов до 3 суток. Калибровка инклинометров может проводиться только при температуре окружающей среды.
Известна (патент РФ 2249689, МПК Е21И 47/02, G01C9/00) автоматизированная установка для калибровки инклинометров, содержащая подставку с регулировочными винтами, поворотный стол с узлом фиксации инструмента, привод разворота и фиксации поворотного стола, датчики зенитного и азимутального углов, датчик нуля азимута, датчик нуля зенита, лазерный датчик вертикальной оси, канал связи с инклинометром, блок управления приводом, блок индикации и сопряжения последнего с персональным компьютером. Привод разворота и фиксации поворотного стола снабжен электродвигателями, связанными с опорами вращения поворотного стола. Подставка выполнена в виде сборной вертикальной опорной фермы с жестким основанием. Поворотный стол выполнен в виде системы из двух рам, превышающих размеры инклинометра, и узла фиксации инклинометра. Первая рама установлена на опорах вращения между основанием и вершиной опорной фермы. Вторая рама установлена на опорах вращения внутри первой рамы с возможностью вращения в плоскости, проходящей через ось вращения первой рамы. Узел фиксации инклинометра установлен внутри второй рамы так, что точка пересечения осей вращения рам совпадает с центром тяжести этих рам, центром тяжести узла инклинометра и центром тяжести самого инклинометра. Заявленный технический результат - автоматизация процесса калибровки и повышение удобства в эксплуатации. Эта конструкция выбрана в качестве прототипа.
Недостатком этой установки является использование электроприводов для позиционирования инклинометров. И хотя за счет длинных валов электропривода электродвигатели удалены от редукторов на значительное расстояние, влияние их магнитной массы приводит к искажению магнитного поля в области размещения инклинометров и снижает точность поверки и калибровки.
Установка позволяет производить калибровку только одного инклинометра, что снижает ее производительность.
Скважинные инклинометры функционируют в достаточно большом диапазоне температур, поэтому важной проблемой при калибровке инклинометров является определение температурных поправок, влияющих на работу входящих в их состав датчиков. Калибровка инклинометров в известной установке не учитывает зависимость показаний сенсоров от температуры.
Задачей настоящей полезной модели является повышение производительности установки, повышение точности калибровки, а также обеспечение возможности снятия температурных характеристик с последующим введением термокомпенсации в показания инклинометров.
Поставленная задача решается тем, что стенд для калибровки инклинометров, содержащий бетонное основание, на котором с помощью винтов закреплена стойка с осями вращения, обеспечивающими поворот механизма по азимуту и зениту, устройство для установки инклинометра, блок управления приводом поворота и фиксации, блок сопряжения с персональным компьютером, при этом на стойке имеется вертикальная ось вращения с большой поворотной скобой, обеспечивающей поворот механизма по азимуту, на скобе расположена горизонтальная ось вращения с закрепленным на ней устройством для установки инклинометра, представляющим собой термокамеру, с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси по зениту, внутри термокамеры оборудованы четыре посадочных места для установки инклинометров, каждое из которых представляет собой призму с регулировочными винтами, скобой крепления и разъемом для подключения, внутри термокамеры имеется еще одна ось вращения, параллельная осям устанавливаемых инклинометров, которая обеспечивает поворот инклинометров по визирному углу, при этом стойка, поворотная скоба и термокамера снабжены пневмоцилиндром привода и программным диском с фиксатором угла, каждый из которых соединен с компрессором блока управления приводом поворота и фиксации через соответствующий пневмоклапан, с возможностью установки необходимых положений инклинометров в пространстве, пневмоклапаны расположены в блоке сопряжения стенда с персональным компьютером, включающем блок питания, соединенный с блоком управления механизмами и нагревателями термокамеры и устройством сопряжения для передачи показаний инклинометра к персональному компьютеру.
На фиг. 1 представлен общий вид и принципиальная схема стенда для калибровки инклинометров.
Стенд для калибровки инклинометров устанавливают в помещении, исключающем возможность влияния постороннего магнитного поля. Стенд содержит стойку 1, закрепленную на бетонном основании винтами с возможностью регулировки для установки вертикального положения. На стойке 1 имеется вертикальная ось вращения 2 с большой поворотной скобой 3, обеспечивающей поворот механизма по азимуту. На скобе расположена горизонтальная ось вращения 4 с закрепленной на ней термокамерой 5. Вращение вокруг горизонтальной оси 4 обеспечивает поворот термокамеры по зениту.
Внутри термокамеры оборудованы четыре посадочных места для установки инклинометров 6, каждое из которых представляет собой призму с регулировочными винтами, скобой крепления и разъемом для подключения. Внутри термокамеры имеется еще одна ось вращения 7, параллельная осям устанавливаемых инклинометров, которая обеспечивает поворот инклинометров по визирному углу (по отклонителю). Вращение инклинометров производят во всем диапазоне измеряемых углов с одновременным измерением температуры внутри термокамеры. Термокамера позволяет осуществлять нагрев и стабилизацию температуры до 120°С.
Механизм стенда обеспечивает поворот термокамеры в пространстве вокруг трех осей (по азимуту, зениту и отклонителю) за счет давления сжатого воздуха из компрессора 8. Для каждой оси имеется свой пневмоцилиндр привода 9 и программный диск 10 с фиксатором угла. Сжатый воздух от компрессора поступает через соответствующий пневмоклапан 11 в нужный пневмоцилиндр, что позволяет выполнить поворот и фиксацию механизма в заданном положении.
Можно задать следующие углы:
- по азимуту 0, 45, 90, 135, 180 градусов;
- по зениту 0, 5, 19, 64, 90, 109, 180, 199 градусов;
- по отклонителю 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315 градусов.
Управление термокамерой, пневмоклапанами и фиксаторами осуществляется компьютером в автоматическом режиме. Стенд подключается к компьютеру через комбинированный блок 12, в котором находятся блок питания 13, блок управления механизмами и нагревателями термокамеры 14, устройство сопряжения 15 для передачи показаний инклинометра к компьютеру 16
Компьютером производится обработка данных и формирование протокола калибровки.
Возможен ручной режим управления, когда необходимые углы и температуры задаются командами оператора.
Стенд позволяет проводить работу одновременно с несколькими инклинометрами (от одного до четырех) и осуществлять в автоматическом режиме следующие производственные процессы:
1. Калибровку канала измерения температуры.
2. Снятие температурных характеристик акселерометров и магнитометров.
3. Калибровку акселерометров.
4. Калибровку магнитометров.
5. Выполнение протоколов выходного контроля.
Предлагаемый стенд используется предприятием для выходного и поверочного контроля выпускаемых и ремонтных инклинометров и позволяет повысить точность калибровки, в четыре раза снизить временные затраты на проведение калибровки и обеспечивает поступление данных в информационную сеть предприятия.