Файл: Кривоносов, А. И. Полупроводниковые датчики температуры.pdf

максимальное показание которого соответствует напря­ жению переключения тиристора.

Измерение температуры в скважине производится в следующей последовательности: с помощью специаль­ ного щупа прибор подключается в одной из незаземленных фаз токоподвода электробура, который .предвари­ тельно отключается от питающей сети. Ручку установки напряжения автотрансформатора необходимо устано­ вить на «нуль» и включить тумблер «Сеть» и, повора­ чивая ручку автотрансформатора, определить по вольт­ метру напряжение переключения тиристора УКИ. Пользуясь графиком зависимости UnüV=f {Т) , можно определить температуру.

Устройство УКИ конструктивно выполнено в виде участка бурильной колонны, внутри которого распола­ гается герметический контейнер с коммутирующим узлом и системой кабельного ввода с уплотнениями. Коммутирующий узел выполнен как моноблок, общее медное основание которого служит для обоих вентилей одновременно токопроводящим элементом и теплоотво­ дом. Плотное прилегание этого основания к днищу кор­ пуса контейнера, омываемого по всей поверхности буро­ вым раствором, обеспечивает достаточно интенсивный отвод тепла от корпусов обоих вентилей, уравнивая их температуру с температурой циркулирующего раствора. Разброс температурных характеристик различных ком­ мутирующих узлов УКИ велик и поэтому каждый из узлов требует индивидуальной тарировки. Однако ли­ нейность характеристик высокая, что упрощает снятие характеристик, ограничивая процесс тарировки двумя точка-ми. Учитывая, что подбором емкости конденсатора можно регулировать характеристику узла в достаточно широких пределах, в процессе тарировки узла может быть получена оптимальная по чувствительности стан­ дартная характеристика.

Экспериментальные характеристики, определенные для 100 тиристоров, показывают, что: 1) зависимость напряжения переключения от температуры является ли­ нейной функцией; 2) характеристика U„ev=f(T) практи­ чески не имеет гистерезиса и достаточно стабильна во времени; 3) подбором элементов цепи управления воз­ можно получение стандартной характеристики; 4) чув­ ствительность тиристора как датчика температуры по напряжению -может достигать значений от 1 до 20 вольт

прибора, регистрирующего температуру, не сказывается сопротивление линии связи.. ■

На рис. 4-12 график характеризует зависимость тем­ пературы от глубины погружения устройства, смятый при бурении скважины. При этом измерения темпера­ туры на скважине проводились устройством, отличаю­

мутирующий узел его встроен в верхний корпус элек­ тробура.

При измерении температуры в бурящихся скважинах аппаратура, как правило, устанавливается внутри ко­ лонны бурильных труб, что затрудняет определение тем­ пературы восходящего потока промывочной жидкости и определение потоков тепла, излучаемых пластами при остановке режима бурения.

В настоящее время имеются технические возможно­ сти разработки измерительной аппаратуры, позволяю­ щей производить измерения температуры бурового рас­ твора, циркулирующего внутри колонны бурильных труб и в затрубном пространстве.

Информация об измеряемых параметрах этой аппа­ ратурой передается по проводному каналу связи (токо­ подводу— при электробурении, однопрозодному каналу связи сбросного типа — при турбинном и роторном бу­ рении) .

В настоящее время ведутся промышленные испыта­ ния телеметрических систем и предусмотрено их ши­ рокое внедрение при бурении эксплуатационных и разведочных скважин, в том числе и при бурении сверх­ глубоких скважин. Путем доработки конструкции теле­ метрических систем возможно в процессе бурения про­

172

изводить измерения температур в любой точке приза­ бойной зоны и ’В зоне забоя.

Более высокую точность измерения имеет устройство, электрическая схема которого представлена на рис. 4-13. Она состоит из следующих узлов: дополнительного ком­ мутирующего блока 1, выполненного на включенных

сторе.

встречно-параллельно тиристоре и вентиле с конденса­ тором в цепи управления и .включенного в линию пита­ ния электроустановки (13) в том месте линии, где заведомо известна температура; датчика тока 2 в виде токового трансформатора; формирователя 3 измеритель­ ных импульсов в виде выпрямительного моста 5, входом соединенного с выходом датчика тока, а выходом под­ ключенного ко входу триггера 6 (триггер Шмитта); основного коммутирующего блока, аналогичного перво­ му, но включенного в том месте линии, где необходимо контролировать —температуру; тиристоров основного и

173

дополнительного коммутирующих блоков, включенных встречно по отношению друг к другу; усилителей 7 и 8, собранных на транзисторах, включенных по схем£ с об­ щим эмиттером; блока питания 9, собранного на транс­ форматоре напряжения, первичная обмотка которого включена между двумя фазами линии питания электро­ установки 13, а вторичная обмотка трансформатора, имеющая заземленную среднюю точку, подключена своими выводами через вентили и стабилитроны к уси­

Суть работы схемы сводится к следующему. В каж­ дые полпериода частоты питающей сети в кривой фор­ мы тока и коммутирующей фазе будут наблюдаться мо­ менты отсутствия тока благодаря запаздыванию в от­ крытии тиристоров обоих коммутирующих блоков 1 и 4, определяемому временем срабатывания тиристоров, при­ чем, это время находится в зависимости от температуры тиристора. Датчик тока 2, от которого запускается фор­ мирователь импульсов 3, воспринимает моменты отсут­ ствия тока, благодаря чему триггер 6 формирователя 3 закрывает транзисторы усилителей 7 и 8. Эти усилите­ ли 7 и 8 получают коллекторное питание на время не более полупернода частоты питающей сети, причем, напряжение питания одного усилителя сдвинуто на 180° относительно напряжения питания второго благодаря схеме включения блока питания 9.

Ввиду того что изменение коллекторного напряже­ ния подчинено синусоидальному закону, амплитуда на­ пряжения пропорциональна времени, в течение которого триггер 6 оставляет транзисторы усилителей 7 и 8 за­ крытыми, т. е. времени отсутствия тока в коммутируе­ мой фазе. Это время в каждые полпериода будет различным, так как его величина пропорциональна в одном случае температуре одного тиристора, в дру­ гом— другого. Следовательно, по стрелочному индика­ тору 12, предварительно подвергнутому тарировке, будет протекать ток, пропорциональный разности между за­ ведомо известной температурой, в которой находится первый тиристор, и температурой, в которой находится второй, а силовой ток при этом не оказывает влияния на результаты измерения, так как он одинаково греет оба тиристора.

174

4.Ансельм А. И. Введение в физику твердого тела. М., Физматгиз, 1963.

5.Ауэн Л. Ф. Бесконтактные переключатели и пересчетные схе­

мы на тиристорах. М., «Энергия», 1968.

6 . Будянов В. П. Схемы автоматики на варисторах. М., «Энер­ гия», 1968.

7.Балашов М. А. и др. Электронные и полупроводниковые уст­ ройства систем автоматического управления. М., «Машиностроение», 1966.

8.Банников С. П., Кривоносов А. И., Кувшинов В. 3., Супру-

ненко Ю. В., Старовойтов В. П. Некоторые вопросы измерения тем­ пературы при помощи полупроводниковых пятислойных управляе­ мых приборов— «Сборник трудов Владимирского политехнического института», 1970, вып. '10.

9.Белов Г. П. Температурный коэффициент выходного напря­

фор.мация, 1974.

11.Браммер Ю. А., Пащук И. Н. Импульсная техника. М., «Высшая школа», 1965.

12.Будянов В. П., Кривоносов А. И., Кувшинов В. 3. Частот­

ный преобразователь. — «Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника», 1972, вып. 8 (32)—9(33).

'13. Будянов В. П., Кривоносов А. И. Прибор для измерения разности температур двух сред.— «Передовой научно-технический и производственный опыт», І9'68, № 9-68-1333/141.

14.Будянов В. П., Кривоносов А. И. Частотный преобразова­

тель напряжения. А. С. № 346792 (СССР). Опубл. в бюлл. «Откры­ тия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1972, № 23.

'15. Будянов В. П., Кривоносов А. И. Устройство для измере­ ния разности температур. А. С. № 342083 (СССР). Опубл. в бюлл. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки»,

А. С. № 342079 (СССР). Опубл. в бюлл. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1972, № 19.

175

17. Будянов В. П., Кривоносов А. И. Устройство для измерения

зователь. А. С. № 284453 (СССР). Опубл. в бюлл. «Открытия. Изоб­ ретения. Пром. образцы. Товарные знаки», '1970, № 32.

21.Будянов В. П., Кривоносое А. И. Устройство для измерения разности температур. А. С. № 292077 (СССР). Опубл. .в бюлл. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1971, № 4.

22.Будянов В. П., Кривоносое А. И. Частотный преобразователь разности световых потоков. А. С. № 282765 (СССР). Опубл. в бюлл.

«Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1970, № 30.

23. Будянов В. П., Кривоносое А. И., Вышеславцев В. Н. Пре­ образователь температуры в частоту. А. С. № 190246 (СССР). Опубл. в бюлл. «Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1967, № 1.

24. Будянов В. П., Кривоносое А. И., Персов И. А., Сквор­ цов А. П. Преобразователь температуры в частоту. А. С. № 304453 (СССР) Опубл. в бюлл. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1971, № 17.

V 25. Бусыгин Б. П., Старовойтов В. П., Кривоносое А. И., Кув­ шинов В. 3. Устройство для измерения и регулирования температу­ ры. А. С. № 300784 (ССОР). Опубл. в бюлл. «Открытия. Изобрете­ ния. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1971, № 13.

26. Бусыгин В. П., Кривоносов А. И., Кувшинов В. 3. Устрой­ ство для измерения температуры. А. С. № 329515 (СССР). Опубл. в бюлл. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1972, № 7.

27. Ваганов В. И., Гусаков В. М. Статические характеристики тиристора.— «Полупроводниковые приборы и их применение». Под ред. Я. А. Федотова, 1968, вып. 19.

28. Вапне Г. М., Шаповаленко В. И. Термостабилизация тран­ зисторных устройств. М., 1965.

29. Волошин И. Ф., и др. Полупроводники и их применение

втехнике. Минск, «Белорусь», 1963.

30.'Волошин И. Ф., Палагин В. А. Переходные процессы в цепях

с термисторами. Минск, «Паука и техника», 1967.

31. Воронин В. Г., Гребнев А. К., Кривоносов А. И., Русла­ нов В. И. Схемы автоматики с фоточувствительными и излучающи­ ми полупроводниковыми приборами. М., «Энергия», 1972.

32.Вул Б. Ш. О пробое переходных слоев в полупроводниках.— «ЖТФ», 1956, № 41.

33.Вул Б. Ш., Шотов А. П. Исследование пробоя плоскостных

германиевых диодов.— «Радиотехника и электроника», 1956, № 8 .

34. Гариянов С. А., Абезгауз Н. Д. Полупроводниковые приборы

сотрицательным сопротивлением. М., «Энергия», 1966.

^35. Горохов В. А. Датчик температуры. А. С. № 135259 (СССР).

Опубл. в бюлл. «Бюл. изобрет. и товарных знаков», 1961, №