傳感器工作原理及故障判斷方法.doc

1、傳感器工作原理及故障判斷方法概述綜合錄井技術是在鉆井過程中應用電子技術、計算機技術及分析技術,借助分析儀器進行各種石油地質、鉆井工程及其它隨鉆信息的采集（收集)、分析處理，進而達到發(fā)現油氣層、評價油氣層和實時鉆井監(jiān)控目的的一項隨鉆石油勘探技術。應用綜合錄井技術可以為石油天然氣勘探開發(fā)提供齊全、準確的第一性資料，是油氣勘探開發(fā)技術系列的重要組成部分。綜合錄井技術主要作用為隨鉆錄井、實時鉆井監(jiān)控、隨鉆地質評價及隨鉆錄井信息的處理和應用。綜合錄井技術的特點有：錄取參數多、采集精度高、資料連續(xù)性強、資料處理速度快、應用靈活、服務范圍廣等。目前國際國內先進的綜合錄井儀參數的檢測精度上有了大幅度的提高，也

2、擴展了計算機系統(tǒng)功能,形成了隨鉆計算機實時監(jiān)控和數據綜合處理網絡，部分綜合錄井儀還配套了隨鉆隨測(MWD)系統(tǒng)，增加了遠程傳輸等功能，實現了數據資源的共享.其原理框圖見圖1。氣體檢測儀各類傳感器其它信號源數據采集接口計算機處理系統(tǒng)輸出設備圖1:綜合錄井儀基本結構圖1、傳感器亦稱一次儀表，是將一種物理量轉換為另一種物理量的設備。其輸入信號為待測物理量，如溫度、密度、壓力、電阻率、距離等，輸出信號為可以被二次儀表或計算機接收的物理量，如電流、電壓、電阻等.傳感器是綜合錄井儀的最基礎部分，其工作性能的好壞直接影響著錄井質量。2、氣體檢測儀氣體檢測儀主要包括烴類檢測儀、非烴組分檢測儀（或二氧化碳檢測儀

3、）等氣體檢測設備,以及脫氣器、氫氣發(fā)生器、空氣壓縮機等輔助設備。烴類檢測儀主要是利用FID技術測量鉆井液中的烴類氣體含量；非烴組分檢測儀是利用熱導池鑒定器測量鉆井液中CO2、H2等其它氣體的含量。3、計算機系統(tǒng)隨著計算機技術的發(fā)展及應用，目前綜合錄井儀的計算機系統(tǒng)不僅擔負著參數的采集、處理、存儲和輸出的任務.其存儲的資料還可以按照用戶的要求,應用其它專用軟件進行進一步處理，以完成地質勘探、鉆井監(jiān)控及其它錄井目的。同時其聯機系統(tǒng)已形成多用戶的網絡化計算機系統(tǒng)，實現多用戶、網絡化數據管理，具有攜帶近程或遠程工作站的功能,以便于大型應用軟件的使用和數據資源的共享.4、輸出設備綜合錄井儀輸出設備主要有

4、顯示器、記錄儀、打印機、繪圖儀等等。其用途是將計算機采集、處理的信息通過直觀的方式呈現給用戶以進行進一步的應用.本文將從氣體檢測儀、傳感器與接口系統(tǒng)等方面介紹綜合錄井儀的調校方法。傳感器一、絞車傳感器該傳感器被安裝在鉆機滾筒軸上,通過測量鉆機大繩收放時滾筒的角運動來監(jiān)測大鉤垂向運動,計算大鉤的位置變化，計算鉆頭位置以及井深等參數的變化。具體工作方式是當滾筒產生角位移時,傳感器的轉子隨之產生位移，傳感器輸出一種相位差為90°的脈沖。該脈沖在數據接口或計算機的處理下，轉變?yōu)榇筱^的位移變化.因此現場一般情況下要收集輸入大繩、滾筒的相關參數:絞車傳感器是由一個定子部件和一個轉子部件組成。定子

5、部件為一個金屬圓盤外殼,其上并排安裝有兩個馬蹄形鄰近探測頭；轉子部件為一個具有12個方齒的齒輪。在安裝傳感器時，轉子與滾筒軸被固定在一起，定子部件固定不動，當大鉤上提下放時,滾筒轉動,轉子隨之轉動,（圖2）.圖2 臨近絞車傳感器內部結構圖1、工作原理絞車傳感器的種類很多，常用的有光學編碼、臨近及光電耦合式傳感器.（）光電耦合式絞車傳感器光電耦合式絞車傳感器的電路原理圖如圖3：圖3：絞車傳感器電路原理圖圖中D1、D2為發(fā)光二極管，發(fā)出紅外線。T1、T2為光敏三極管,二者集成在光電耦合器感應探頭中。圖中的其它電路都集成密封在傳感器上。當遮光片（光齒）隨絞車軸轉動時，分別阻斷、導通光電耦合器中的紅外

6、線，使絞車傳感器輸出脈沖信號。當遮光片（光齒）阻斷紅外線時，光敏三極管的基級沒有輸入信號，三極管處于截止狀態(tài)，輸出腳A（B）輸出低電平。當遮光片（光齒）導通紅外線時，紅外線照射到光敏三極管的基級,三極管處于導通狀態(tài)，輸出腳A（B）輸出高電平。遮光片(光齒）采用圓盤狀十二齒交錯結構,根據光齒結構將光電耦合器感應探頭在安裝位置上進行設計和調節(jié)就可以使A、B兩腳輸出相應位差為90º的脈沖信號.如圖4所示：圖4：絞車傳感器輸出脈沖信號圖兩路脈沖信號經過絞車板電路觸發(fā)、鑒相、倍頻處理后，就可以輸出48個脈沖信號(絞車傳感器每轉動一圈）。(）鄰近探頭式絞車傳感器鄰近探測頭實際上是一個無觸點開關，

7、它由一個振蕩器組成。在振蕩線圈感應面的前方產生一個交變電磁場。當有金屬片接近振蕩線圈時,探測頭附近的高頻磁場在金屬片中感應出渦流，造成較大的能量損失,輸出一個低電壓信號；當有金屬片遠離振蕩線圈時，探測頭附近的高頻磁場的能量損失較小,此時輸出的電壓近似于傳感器振蕩線路供電電壓，因此輸出一個高電壓信號.當大鉤運動時，傳感器轉子部件隨滾筒一起轉動，轉子齒輪的齒與齒間空交替地通過探測頭前方，使探測頭電路輸出一系列高電壓與低電壓相間的脈沖信號，這些脈沖信號被送到信號處理放大器和單穩(wěn)線路中加以處理，從而得出“不探測”(高電壓）和“探測"（低電壓)的脈沖信號。圖鄰近探頭式絞車傳感器、絞車傳感器的主

8、要技術指標絞車傳感器在正常工作情況下，主要有以下技術指標： 工作電壓：315V（DC)，一般采用5V（DC)供電。 輸出脈沖信號電平：高電平4.3V；低電平0。5V(5V供電時)。 動作響應時間：150us。 靈敏度：7.5º/脈沖(每周48個脈沖）。 精確度：±1脈沖（傳感器轉動一周）。、安裝使用方法及注意事項傳感器的安裝是錄井儀器安裝最重要的環(huán)節(jié),安裝性能的好壞決定了傳感器性能的發(fā)揮，最終決定了錄井資料質量和錄井服務質量。下面介紹傳感器的安裝及注意事項：（)安裝位置絞車傳感器安裝在滾筒軸上，并隨著滾筒軸轉動，監(jiān)測滾筒軸所發(fā)生的角位移，測量、計算鉆頭所在的井深。（)安裝步

9、驟卸下滾筒軸端面的護罩及氣管線接頭,先將傳感器安裝牢固，再把氣管線接頭裝上，用絞車皮帶將傳感器的外殼固定牢固后,裝上護罩。同時采取密封措施，防止泥漿或其它污染物噴濺到傳感器上，腐蝕傳感器外殼，污染傳感器內部電路及探頭。（）電纜線的鋪設一般采用鋪設在鉆臺下面，或者鋪設在不易被砸碰、損壞的地方.主要以安全、可靠且不影響井場工作人員現場操作為原則。（）傳感器與加長電纜的連接光電耦合式絞車傳感器的四芯線定義：1#腳（紅）：工作電源+5V；2#腳(黃）：輸出脈沖信號B；3#腳（黑)：工作電源0V； 4#腳（蘭）:輸出脈沖信號A。光電耦合式絞車傳感器的四芯線定義：1腳空；腳:輸出脈沖信號；腳：工作電源V（

10、）；4#腳：輸出脈沖信號。根據上述定義，與電纜線四芯線的定義相對應連接,連接處采取密封、絕緣措施。從兩種傳感器的電纜線的定義可以看出，當傳感器類型不同時,傳感器連接方式也有所改變，因此在使用或更換傳感器時,一定要分清傳感器的型號，線的定義，然后才能根據加長電纜線的定義一一對應連接。（）對傳感器要采取防水、防污染措施由于現場工業(yè)用水一般水質較差,含雜質較多，導電能力較強。盡管內部電路和傳感器已采取密封防水措施,但仍可能使內部電路產生短路故障。另外光電耦合探頭的工作主要以紅外線照射為基礎,若探頭中被污染物污染了，將會影響測量效果。、故障判斷及排除方法絞車傳感器在使用過程中，故障具體表現為：井深面板

11、指示燈不閃爍;井深不跟蹤；井深誤差較大等故障現象.主要故障點為(）傳感器探頭部分故障：損壞、污染、位置變動；（）傳感器內部電路損壞(光電耦合式)；（）連接線故障。短路、斷路、接觸不良、連接線過長電壓衰減大等.根據現場經驗，可以從以下幾個方面進行檢測：(）傳感器初步檢查傳感器電源 + 數字萬用表電源 -黑表筆信號A紅表筆信號B圖 傳感器與萬用表連接示意圖當用萬用表的電阻檔測量輸出信號線的電阻時，從圖可以看出:只有傳感器的信號(）與（地）之間的電阻比較小，電源與（地）之間的電阻由于受二極管的反向截止的影響,電阻值在表筆連接方式不同時，是變化的，電源與信號線之間的電阻比較大。()供電檢查絞車傳感器在

12、使用過程中,一般的工作電壓為5V，連接傳感器后，用萬用表測量傳感器的1腳與3腳應接近5V。如果變化較大,根據上面的工作原理圖可以判斷傳感器內部可能有短接故障.現場可以根據實際情況判斷是否有進水的可能性，同時將傳感器拆卸下來進行維修:或清除積水；或更換探頭及電路板，再進一步判斷故障點。（）傳感器輸出信號檢查在絞車傳感器隨滾筒軸轉動過程中，井深面板兩個指示燈應該交替閃爍；傳感器兩個脈沖信號輸出端輸出高低電平：高電平約為4。3V，低電平小于0。5V（新傳感器的技術指標，舊傳感器的輸出電平可能要低一些,但高電平最小不能低于3。V）。如果上述信號不正常，在傳感器上可以從以下幾個方面檢查：首先檢查與傳感器

13、相連的加長電纜線是否短路或斷路：可以先用萬用表在傳感器輸出端測量供電電壓（1腳與3#腳之間)以及傳感器的信號輸出電壓（2腳與3腳之間；4#腳與3腳之間）,然后在儀器房內部測量絞車傳感器的供電電壓及信號輸出電壓,二者的測量值相同或比較接近。否則可以判斷加長電纜線有故障,現場可根據實際情況判斷是短路、斷路或者接觸不良導致信號衰減過大。另外也可以將加長電纜線從測量電路中斷開，一端將四芯線的頭短接,另一端用萬用表電阻檔測量加長電纜線四根線之間的電阻，線與線之間的電阻應該相同或接近。否則可根據實際測量電阻的情況判斷加長電纜線是短路、斷路或者接觸不良.此時應更換加長電纜線,然后進一步判斷是否有其它故障點。

14、或者用其它型號傳感器直接接在儀器房內部，確定故障是否在加長電纜線上。其次檢查傳感器的輸出電壓：在絞車傳感器隨滾筒軸轉動過程中，斷開2#腳、4腳與電纜線的連接，電纜線的1#腳、3#腳仍連接著，用萬用表測量傳感器的信號輸出電壓（2#腳與3#腳；4腳與3#腳之間）應分別有4。3V和0。5V電壓變化.否則可以判斷傳感器輸出脈沖信號出現了故障,并可依據實際測量的結果判斷傳感器是兩路脈沖信號出現了故障,還是一路脈沖信號出現了故障,即傳感器的感應探頭出現了故障.此時可以將傳感器密封蓋拆卸開,觀察判斷傳感器探頭內部是否被油污、灰塵等污染了，并對傳感器進行保養(yǎng)，然后進一步測試傳感器的故障點，在確定傳感器故障后,

15、將傳感器更換。另外，由于傳感器隨滾動軸轉動的速度不一定適合測量（速度太快，萬用表反應速度慢，無法準確測量，速度太慢,浪費時間），此時可以將傳感器拆卸下來,人工轉動傳感器進行檢測,可以得到較好的測量效果。傳感器數字萬用表儀器面板電源 + +電源 信號A信號B黑表筆紅表筆圖 傳感器檢驗連線示意圖（)傳感器技術性能指標測試絞車傳感器的技術性能指標不好主要會引起井深測量不準、誤差較大等現象。此時將傳感器從滾筒軸上拆卸下來，人工轉動傳感器,觀察絞車面板指示燈的閃爍變化情況（絞車面板指示燈應該交替閃爍）.同時記錄絞車傳感器轉動圈數和絞車面板(計算機）采集記錄的脈沖數,二者進行比較:按照絞車傳感器每轉動一圈

16、，絞車面板（計算機）采集記錄48個脈沖數的比例計算。一般情況下采用正、反轉動絞車傳感器各20圈，絞車面板（計算機）采集記錄的脈沖數均為960個，誤差不大于20個脈沖。如果誤差較大，則說明傳感器技術性能指標較差，可考慮更換傳感器.（）機械故障判斷一般情況下，在絞車傳感器安裝前,應該檢查絞車傳感器的機械故障。轉動絞車傳感器,在轉動過程中若有軋動聲或轉軸卡滯，視為傳感器有機械故障.此時應拆卸開傳感器的密封蓋，檢查12轉齒是否變形,是否與探頭間發(fā)生摩擦；檢查軸承是否有破損故障。及時保養(yǎng)排除傳感器的機械故障，避免損壞傳感器的探頭及電路。、傳感器室內檢驗（1） 檢驗設備計量標準器的配置見表1.表1 檢驗用

17、計量標準器一覽表序號設備名稱準確度測量范圍數量1標準轉速儀0.03級2r/min600r/min1套2數字萬用表4 1/2位0V1000V1只輔助設備的配置見表2.表2 檢驗用輔助設備一覽表序號設備名稱主 要 技 術 指 標數量1穩(wěn)壓電源24VDC1臺2計算機1臺（2） 檢驗項目 傳感器的檢驗項目見表3.表3 檢驗項目一覽表序號校 準 項 目新制造使用中修理后 1外觀檢查+2內部電路檢查+3高、低電壓檢驗+4誤碼率檢驗+5鑒別力閾檢驗+-+注:“+"表示檢驗項目,“-” 表示可不檢驗項目。（3） 檢驗方法3。1 外觀檢查目測檢查傳感器的機械轉動應靈活、通暢，無卡滯現象。傳感器的外觀應

18、完好.3.2 內部電路檢查用數字萬用表的電阻檔檢查傳感器的內部線路應無短路、斷路。3.3 高、低電平檢驗 用數字萬用表測量傳感器的信號A腳和B腳輸出的電壓，該電壓應符合傳感器技術指標的要求。3.4 誤碼率檢驗 以不同的速度轉動傳感器（最大500r/min），從標準轉速儀上讀取傳感器從啟動到停止所轉動的圈數,并同時從計算機上讀取其脈沖示值.然后計算傳感器的誤碼率。3.5 鑒別力（閾）檢驗將傳感器轉動7.5°，從計算機上觀察傳感器輸出脈沖的示值變化。（4)每米最大理論誤差的計算：根據現場經驗：平均每米大約需要200個脈沖,每個脈沖所代表的距離為：=1/200=0.005m每米絞車傳感器需

19、要轉動圈數:N=200/484.2周若每周的誤差為±1脈沖，這樣平均每米的脈沖誤差數為:=±4。2個脈沖.平均每米的誤差為：=×=±4.2×0。005=±0.021m由此可以得出:在現場錄井過程中，如果每米最大誤差小于2cm應屬于正常。一般情況下,傳感器的誤碼率都比較小，在實驗室內檢驗過程中,以每分鐘500轉的速度的轉動傳感器,20圈后(960個脈沖),傳感器的丟失的脈沖一般不超過5個。二、泵沖傳感器1、工作原理泵沖速指單位時間內泥漿泵作用的次數。單位：沖/min.它是計算鉆井液入口排量及鉆井液遲到時間的重要參數，還可用于判斷泵故障，

20、與立管壓力等參數綜合分析可以判斷井下鉆具事故等。圖9 傳感器電路圖泵沖速傳感器也是一種鄰近傳感器。由一個長柱形外殼及鄰近探測頭組成。鄰近探測頭實際上是一個無觸點開關,它由一個振蕩器組成.在振蕩線圈感應面的前方產生一個交變電磁場。當有金屬片接近振蕩線圈時，探測頭附近的高頻磁場在金屬片中感應出渦流,造成較大的能量損失,輸出一個低電壓信號;當有金屬片遠離振蕩線圈時，探測頭附近的高頻磁場的能量損失較小，此時輸出的電壓近似于傳感器振蕩線路供電電壓，因此輸出一個高電壓信號.泥漿泵工作時,其活塞作往復運動，安裝在活塞上的金屬片交替地通過探測頭前方，使探測頭電路輸出一系列高電壓與低電壓相間的脈沖信號，這些脈沖

21、信號被送到信號處理放大器和單穩(wěn)線路中加以處理，從而得出“不探測”（高電壓）和“探測”(低電壓)的脈沖信號.傳感器內部電路圖如圖14。目前綜合錄井儀的泵沖（轉速）傳感器供電有+8V、+24V等，一般情況下，高電平和低電平的范圍如下：正常的高電平值：G U ×（90±5)% 正常的低電壓值：L U ×（20±5）% 其中U為傳感器工作電壓值?，F場可以用萬用表測量傳感器的輸出電壓值。目前GEO6000綜合錄井儀的泵沖(轉速)傳感器供電為+8V,一般情況下，高電平應該接近8V；低電平4.4V左右。當傳感器供電為+24V，高電平23V左右;低電平接近4V.如圖2（

22、a） 高電平 低電平低電平 負電平 圖a 圖b圖13 傳感器輸出信號2、安裝使用方法及注意事項傳感器的安裝是錄井儀器安裝最重要的環(huán)節(jié)，安裝性能的好壞決定了傳感器性能的發(fā)揮,最終決定了錄井資料質量和錄井服務質量。下面介紹傳感器的安裝及注意事項:(2）安裝位置一般的說明書都介紹泵沖傳感器安裝在泥漿泵活塞的拉桿上，但由于工程頻繁修泵，容易移動探頭的位置或損壞傳感器，導致反復維修或安裝.因此現在都選擇將傳感器安裝在泥漿泵的護罩上,將探頭焊接在泥漿泵頭的轉軸上?；蛘哌x擇適當的測量位置，焊好金屬探頭,用支架將泵沖傳感器固定好.轉盤轉速傳感器一般利用支架安裝在靠近轉盤主軸的適當部位，在轉盤的軸面上焊接探頭。

23、由于傳感器安裝在鉆臺上，安裝時要考慮傳感器的安全且方便以后檢修、更換，同時不影響工程人員現場操作。(2)安裝步驟在泥漿泵頭的護罩上開一個孔(一般在400平方厘米左右,太小不利于傳感器的安裝與調試。）,然后將傳感器支架焊接在護罩上,在泥漿泵頭的轉軸上焊上金屬探頭,再將泵沖傳感器固定在支架上。轉速傳感器是在轉盤主軸附近或在驅動轉盤的動力源的適當部位焊接支架,將金屬探頭焊接在轉盤主軸或焊接在在驅動轉盤的動力源的軸面上。然后將傳感器固定好。（3)安裝時應注意以下問題：（1)調整探頭感應面的位置與傳感器的端面之間的距離，一般應小于12mm。（2）探頭感應面與傳感器的端面要盡量保持平行。（3)選取盡量大的

24、金屬探頭(一般選擇探頭感應面的長寬為30mm）。(4）避免金屬屑或帶金屬屑的油污玷污感應面，造成磁短路或傳感器誤動作。（5)安裝時盡量避免陽光直射和雨淋，以提高傳感器的可靠性和使用壽命。(6)加長電纜線的鋪設，以不妨礙工作人員的現場操作和不易被碰砸、損壞且架設安全、可靠為原則。特別是在鉆臺上電纜線一定要鋪設較為隱蔽的地方。（7）傳感器的安裝要牢固可靠，避免重復安裝和調試。安裝同時要注意人身安全。(4）傳感器與加長電纜的連接與調試泵沖（轉速）傳感器的三芯線定義：1#腳（棕）：工作電源+8V（+24V）；2#腳（紅)：空；3#腳（橙)：輸出信號.上述三芯線的定義為標準定義，也可以打開傳感器自己定義

25、。根據三芯線的定義，與電纜線三芯線的定義相對應連接，連接處采取密封、絕緣措施。一般電纜線連接正確后,傳感器指示燈亮(現已出現另一種泵沖傳感器，其工作狀態(tài)正好相反,但工作原理和輸出信號相似。），當有金屬物體在傳感器的端面來回移動時，指示燈閃爍，面板或計算機有采集電壓；信號線連接不正確時，傳感器指示燈亮，當有金屬物體在傳感器的端面來回移動時，指示燈也閃爍,但面板(計算機）無采集電壓。此時傳感器輸出信號如圖2（b）所示,是一組負脈沖信號，因此面板(計算機）采集不到電壓。在傳感器連接好后，可以用萬用表測量傳感器1、3腳的電壓,一般輸出電壓為3。58V（8V供電），或3。923.7V（24V供電）。因為

26、儀器面板（計算機）采集的是輸出電壓的上升沿，因此輸出電壓有一個足夠大的變化范圍即可。(5）傳感器的標定由于傳感器安裝的位置不同，傳感器所測量的脈沖數也不一樣，例如泵的轉軸處和泵的活塞拉桿處的脈沖數就不一樣。因此在現場錄井過程中，要用秒表實際測量泵沖（轉速）脈沖數,根據實際測量的泵沖(轉速）數對傳感器進行標定。一般采用兩點標定，即零脈沖和實際測量的脈沖。如果有條件可以采用多點標定。3、故障判斷及排除方法泵沖（轉速）傳感器在使用過程中，故障主要表現為：傳感器無輸出信號。根據現場經驗,可以從以下幾個方面進行檢測：（1）供電檢查泵沖（轉速）傳感器在使用過程中，一般的工作電壓為8V或24V，可以先用萬用

27、表測量供電電壓，然后在儀器房內部測量泵沖傳感器的供電電壓,二者的測量值相同或比較接近。否則可以判斷加長電纜線有故障,現場可根據實際情況判斷是短路、斷路或者接觸不良導致信號衰減過大。連接傳感器后，再用萬用表測量傳感器的1#腳與3#腳的電壓應接近8V或24V.如果變化較大，可以判斷傳感器內部可能有短接故障?，F場可以根據實際情況判斷是否有進水的可能性,同時將傳感器拆卸下來，打開傳感器的密封蓋，再進一步判斷故障點.（2）傳感器輸出信號檢查傳感器在工作中，無信號輸出時，首先要觀察傳感器上的指示燈是否有相應的閃爍.如果指示燈常滅或常亮,應檢查加長電纜線是否短路或斷路.方法如下：將加長電纜線從測量電路中斷開

28、，一端將二芯線的頭短接，另一端用萬用表電阻檔測量加長電纜線二根線之間的電阻，線與線之間的電阻應該很?。ㄐ∮?).否則可根據實際測量電阻的情況判斷加長電纜線是斷路或者接觸不良。此時應更換加長電纜線，然后進一步判斷是否有其它故障點.其次是檢查傳感器是否有故障，可以將傳感器拆卸下來直接接在儀器房內部，用金屬物體靠近傳感器的端面，指示燈應有亮的動作，遠離時有滅的動作。否則可以判斷傳感器損壞。更換新的傳感器。如果傳感器良好，應調整傳感器與探頭之間的距離，直到傳感器工作狀態(tài)良好。如果在其他地方測試傳感器時，或在儀器房內部不接泵沖通道的情況下，可按照圖3的連接方式連接測試傳感器。因為穩(wěn)壓電源輸出的電壓為圖3

29、 穩(wěn)定的24V(8V)，若直接將傳感器連接到電源上，傳感器可以正常工作，但傳感器兩端的輸出電壓永 遠為穩(wěn)壓電源輸出電壓。因此必須在電路中串聯一個1K的電阻作為分壓電阻,當金屬物體(探頭）遠離時，可用萬用表測量傳感器兩端輸出低電平，指示燈滅;當金屬物體(探頭）靠近時，可用萬用表測量傳感器兩端輸出高電平，指示燈亮。根據上述狀態(tài)的是與否，判斷傳感器的好與壞。4 傳感器室內檢驗 （1)檢驗設備計量標準器的配置見下表序號設備名稱準確度測量范圍數量1標準轉速儀±0.0620r/min6000r/min1套2數字繁用表4 1/2位0V1000V1只3通用計數器±2。40kHz1000kH

30、z1臺4鋼卷尺1mm0m1m1個輔助設備的配置見下表序號設備名稱主 要 技 術 指 標數量1穩(wěn)壓電源24VDC1臺2計算機1臺（2)檢驗內容 傳感器的校準項目見下表.序號校 準 項 目新制造使用中修理后 1外觀檢查+2內部電路檢查+3高、低電平校準+4誤碼率校準+5感應距離校準+6鑒別力閾校準+注:“+”表示校準項目，“-” 表示可不校準項目.(）檢驗方法。1 外觀檢查目測檢查傳感器的外觀。.2 內部電路檢查用數字萬用表的電阻檔檢查傳感器的內部線路.。3 高、低電平校準將傳感器與穩(wěn)壓電源和數字繁用表連接在一起。轉動探頭，從數字萬用表上讀取傳感器輸出的高、低電壓示值傳感器穩(wěn)壓電源1k電阻數字繁用

31、表 + 紅 黑 + 圖1 傳感器校準連線示意圖.4 誤碼率檢驗按圖2將傳感器與標準轉速儀、穩(wěn)壓電源、電阻、通用計數器連接在一起。按照不同轉速，轉動探頭，從標準轉速儀上分別讀取傳感器各校準點正、反轉從啟動到停止所轉動的圈數，并同時從通用計數器上分別讀取其脈沖示值。計算誤碼率。穩(wěn)壓電源1k電阻通用計數器標準轉速儀探頭傳感器 + - 圖2 傳感器校準連線示意圖6。5 測量距離校準逐漸拉大傳感器端面與金屬探頭感應面之間的距離，從數字萬用表上觀察傳感器輸出電壓的示值變化.當傳感器的輸出電壓從低電平突變到高電平時，用鋼卷尺測量傳感器端面與金屬探頭感應面之間的距離.三、壓力傳感器、工作原理壓力傳感器按照用途

32、可分為懸重、立管壓力、套管壓力和扭矩四種傳感器。如圖8,傳感器的壓力感應部分是一個集成壓敏元件組成的惠斯頓電橋，由于硅材料的壓阻效應，在恒壓供電的條件下，橋路輸出信號與被測壓力成正比。該信號經過傳感器內部電路處理，最后輸出420mA電流信號。(1）安裝時應注意的問題：a、安裝時一定要在無壓力狀態(tài)下，這樣才能保證快鎖接頭良好連接，壓力良好地傳遞。b、由于管線內壓力大，各處接點要采取密封措施.c、傳感器安裝的地方多水、泥漿和其它污染物,傳感器和連接線點要采取保護措施. d、傳感器的電纜線要安放在比較隱蔽的地方，避免被上面掉下的物體損壞。 (2）調校方法根據傳感器的量程和傳感器輸出電流的對應關系,按

33、式（5）計算出傳感器輸出電流的理論值。I (16/M ）×P + 4 （5)式中：I 傳感器輸出電流的理論值，單位為毫安（mA）； 圖8：壓力傳感器內部電路圖M -傳感器的量程，單位為兆帕（MPa）；P -傳感器承受的壓力示值，單位為兆帕(MPa)。實際操作時可以先將萬用表串聯到壓力傳感器的測量電路中，測量傳感器輸出的電流，改變傳感器的輸入壓力,根據式（5）判斷傳感器所輸出的電流值是否正確?，F場標定時，可以根據式（5）計算各種壓力傳感器的輸出電流與壓力之間的理論關系，確定傳感器理論工作曲線,然后根據理論工作曲線進行標定。數字繁用表傳感器儀器面板 + 紅 黑 + 圖9 傳感器檢驗連線示

34、意圖四、密度傳感器鉆井液密度是實現平衡鉆井,提高鉆井效率的一項重要的鉆井液參數,也是反映鉆井安全的重要參數。在正常情況下，泵入井內和從井內返出的鉆井液密度應相等。但當有流體浸入時，返出的鉆井液密度減小；鉆入造漿地層或地層失水過大時，會引起密度增加。因此，監(jiān)測鉆井液密度的變化是及時發(fā)現井內異常,防止井噴、井漏等事故發(fā)生的重要手段.目前連續(xù)測量液體密度的方法大多采用微壓差原理，即利用兩個壓力敏感探頭檢測液體在兩個敏感探頭上產生的壓力差，然后將壓力差送到傳感器的變送器中進行數據處理、轉換,再有二次儀表進行采集、處理,輸出設備輸出測量結果.其結構示意圖如圖15：變送器二次儀表輸出設備壓力敏感探頭2壓力

35、敏感探頭1上下壓力敏感探頭的距離為H,當浸入液體的密度為時，在兩個探頭上產生的壓力差為：P=gH （6) H 式中：鉆井液密度，Kg/m3； H兩壓力敏感探頭間距離，m; P兩個壓力敏感探頭之間 壓力差，N/m2 ；g為重力加速度，N/Kg，一般取g=10 N/Kg當P取單位為KPa； 取單位為（g/cm3）； H取單位為cm時; 式（1）轉變?yōu)? (7） 基于上述原理，密度傳感器的類型主要有電容型遠傳隔膜式壓差密度傳感器，硅諧振式遠傳微壓差密度傳感器，擴散硅電阻型遠傳隔膜式密度傳感器。我公司的密度傳感器主要采用前兩種方式。1，電容型遠傳隔膜式壓差密度傳感器電容式傳感器是以差動電容原理為基礎，

36、根據固定高度間差壓與密度的關系原理達到連續(xù)測量的目的.其結構示意圖如圖2。圖2 電容式傳感器測量原理示意圖高壓側和低壓側的金屬片分別與中間電極組成兩個電容（C1和C2）。高壓側和低壓側腔室通過管線分別與傳感器的壓力敏感探頭相連，管線與腔室內部充滿硅油。當傳感器暴露在空氣中，兩個壓力敏感探頭所受壓力幾乎相同，中間電極受力平衡，不發(fā)生移動，兩側電容相等;當傳感器浸入到液體中，由于兩個壓力敏感探頭所受壓力不相等，壓力傳遞到中間電極的兩側，在壓差的作用下，中間電極變形向低壓側偏移，形成電容差。極板式電容器理論電容值為：S C= （3)d0式中:極板間介質的介電常數；S-兩極板正對面積； d0兩極板間距

37、離。當中間電極兩側的壓差P為零時有:S C1=C2= - =C （4）d0當中間電極兩側的壓差P不等于零時有：S C1= - （5）d0+dSC2= - （6）d0d于是有： C1C2 P- = (7) C1+C2 d0由于中間電極移動的距離d與壓差成正比關系,即d=K·P （8）由式（2）、（7）、(8）可得C1C2=K· （9）其中 (C1+C2)H 2CHK= - - （dd） 10 d0 10 d0解調高頻振蕩器量程調節(jié)限流器初級信號差動信號共模信號零位及遷移調節(jié)標準電壓恒流源由此可見，液體的密度值與電容差值成正比.同時經過處理電路擬合、解調、放大、轉換,最后形成液

38、體的密度值與輸出電流成線性正比例。處理電路的工作框圖見圖3.圖3 電容式傳感器轉換放大電路2。 硅諧振式遠傳微壓差密度傳感器單晶硅諧振式密度傳感器是近年來發(fā)展的新型微壓差傳感器，傳感器的核心部分是單晶硅芯片上采用微電子機械加工技術,分別在其表面的中心和邊緣做成兩個形狀、大小完全一致的“H”形狀的諧振梁，而且處于微型真空中（圖4），使其既不與充灌液接觸，又確保振動時不受空氣阻尼的影響。由機械振動學可知,任何彈性振體，均可視作一個單自由度強迫振動的二階系統(tǒng),只要外力克服阻力，就可以產生諧振。單晶硅諧振梁處于永久磁鐵 圖4 硅諧振梁示意圖 提供的磁場中，與變壓器、放大器等組成一個正反饋回路中(圖5）

39、，當激勵變壓器給諧振梁提供一激勵電流時，處于磁場中的諧振梁產生電磁振蕩,檢測變壓器檢測出振蕩信號，通過放大器放大,調節(jié)信號幅值和相位，反饋到激勵變壓器，使系統(tǒng)能可靠穩(wěn)定地工作于閉環(huán)自激狀態(tài)，以其自身固有的振動模態(tài)持續(xù)振動。同時兩個硅諧振梁振蕩信號的頻率又分別被送到脈沖計數器，然后再將兩個頻率之差直接傳遞到CPU（微處理器）進行數據處理，經D/A轉換器轉換為與輸入信號相對應的420mADC的輸出信號，并在模擬信號上疊加一個BRAIN/HART數字通訊信號。當單晶硅片的上下表面受到壓力差時硅片將產生形變，中心處受到壓縮力，邊緣處受到張力，因而兩個“H”形狀的諧振梁分別感受不同應變作用,其結果是中心

40、諧振梁因受到壓縮力而頻率減少，邊緣諧振梁因受到張力而頻率增加，兩個頻率差對應不同的壓力信號。其變化關系如圖6所示。圖5 硅諧振梁的自激振蕩原理圖圖6 由差壓形成的諧振梁的頻率變化單晶硅諧振式傳感器特性修正存儲器內置存儲器微處理器D/AD/A手持智能終端（BT200） 420mADCP（P) 及數字信號 膜盒組件 智能電器轉換部件圖7 智能變送器工作原理圖在傳感器的變送器電路中設有特性修正存儲器存儲傳感器的環(huán)境溫度特性、靜壓及輸入/輸出特性修正數據，CPU的運算，可以使變送器獲得良好的溫度特性和靜壓及輸入/輸出特性。同時還可以通過I/O口與外部設備（如手持智能終端BT200或BT275以及DCS

41、中的帶通信功能的I/O卡）以數字通信方式傳遞數據，對傳感器的性能及量程進行設定.變送器的電路工作框圖如圖7。（2）技術指標測量范圍： 0.8333.33 g/cm3（可調）；輸出電流: 420mA；測量精度： 量程的±0。075%;線性度： 所調校量程的±0.5；靈敏度： 0.01；穩(wěn)定性： 每十二個月漂移小于量程的0。03；工作溫度: -2080；電源電壓: 1245VDC目前密度傳感器兩個壓力敏感探頭之間距離有三種，即H=30 cm、H=45 cm、H=60 cm，根據式（7)計算液體密度值與壓力差值之間的對應關系見下表。液體密度值與壓力值對應關系數據表H30cm密度，

42、g/cm30。961.411。862.312。76對應壓力，kPa2.884.235。586。938.28H45cm密度，g/cm30。961.411.862。312.76對應壓力,kPa4。326。3458。3710.39512.42H60cm密度,g/cm30。961。411。862。312.76對應壓力，kPa5.768.4611.1613。8616。56注：表中的H為傳感器兩個探頭中心之間的距離.當傳感器的測量范圍為0。96g/cm32。76g/cm3時，液體密度值與理論電流值之間的對應關系見式（8）。I (16/M ）×（0。96）4（8）式中：I傳感器輸出的理論電流值，單

43、位為毫安(mA)；M傳感器的量程，單位為克每立方厘米（g/cm3）密度值，單位為克每立方厘米(g/cm3）.根據式（4）、式(5）計算液體密度值、壓力值與理論電流值之間的對應關系見下表。液體密度值、壓力值與理論電流值對應關系數據表H30cm密度,g/cm30。961.411.862.312.76對應壓力,kPa2.884。235。586。938。28理論電流,mA4.008。0012。0016.0020.00H45cm密度，g/cm30。961。411.862。312。76對應壓力，kPa4.326.3458.3710.39512。42理論電流，mA4.008.0012。0016。0020。0

44、0H30cm密度,g/cm30.961。411.862.312.76對應壓力,kPa5。768。4611。1613。8616.56理論電流，mA4.008.0012。0016。0020。00上述數據可以做為調校密度傳感器的依據。二、安裝使用方法及注意事項傳感器的安裝是錄井儀器安裝最重要的環(huán)節(jié),安裝性能的好壞決定了傳感器性能的發(fā)揮，最終決定了錄井資料質量和錄井服務質量。下面介紹傳感器的安裝及注意事項：1、安裝位置一般現場使用兩個密度傳感器，安裝在泥漿罐中，要盡量靠近泥漿的出入口，隨鉆測量鉆井液密度變化情況. 2、安裝步驟（1），選擇泥漿罐中液面較平穩(wěn)且沉砂較少的地方，將傳感器垂直固定牢固。沉砂較

45、多容易埋沒傳感器的探頭,使實際測量值偏大；傳感器傾斜，將會使實際測量值偏小。同時采取必要的措施，防止泥漿或其它液體噴濺到傳感器的變送器上,腐蝕傳感器的外殼、損壞變送器內部電路.（2），傳感器的感應探頭較為敏感，安裝時要盡量使傳感器的探頭背對著泥漿流動的方向，避免泥漿沖擊力影響傳感器的測量效果。（3），傳感器的感應探頭比較嬌貴,不要用鋒利的東西碰撞探頭.且安裝時，要盡量避免周圍出現鋒利物體。3、傳感器加長電纜線的鋪設電纜線一般采用鋪設在泥漿罐表面上，因此要選取較隱蔽的地方，且采取必須的保護措施，防止現場工作人員的踩踏和意外砸碰。主要以安全、可靠且不影響井場工作人員現場操作為原則。4、傳感器與加長

46、電纜的連接密度傳感器的二芯線定義:2#腳（紅）：工作電源+24V；3#腳（黃）：輸出信號。根據上述定義,將傳感器的二芯線與電纜線二芯線的定義相對應連接，或者根據電纜線二芯線的定義直接將電纜線二芯線連接到傳感器的接線端.連接時最好先斷開電源,以免燒壞傳感器或面板。連接后要在連接處采取密封、絕緣措施，防止進水短路。三、故障判斷及排除方法密度傳感器在使用過程中，常見的故障具體表現為:密度無信號；密度值測量不準；密度測量值大幅度漂移。根據現場經驗，在傳感器上可以從以下幾個方面進行檢測：1、 供電檢查（1），密度傳感器在使用過程中，一般的工作電壓為24V。連接傳感器后,用萬用表測量傳感器的2#腳與3#腳

47、應接近24V.如果變化較大，可以判斷傳感器內部可能有短接故障。（2），進一步將傳感器從電纜線上拆卸下來，測量前后工作電壓，進行比較,判斷故障點。（3），同時將傳感器拆卸下來進行檢查或維修：現場可以根據實際情況判斷是否有進水的可能性，變送器內部的電路板是否有明顯的燒壞點。2、 傳感器輸出信號檢查在密度傳感器隨鉆測量鉆井液密度過程中，傳感器輸出信號應該在420mADC之間變化。如果信號不正常，在傳感器上可以從以下幾個方面檢查：（1)，檢查與傳感器相連的加長電纜線是否短路或斷路:可以先用萬用表在傳感器輸出端測量供電電壓（2腳與3#腳之間）和傳感器的輸出電流（將萬用表串聯在測量電路中)，然后在儀器房內

48、部測量傳感器的供電電壓及輸出信號，二者的測量值相同或比較接近.否則可以判斷加長電纜線有故障，現場可根據實際情況判斷是短路、斷路或者接觸不良導致信號衰減過大。（2），將加長電纜線從測量電路中斷開，一端將二芯線的頭短接，另一端用萬用表電阻檔測量加長電纜線二根線之間的電阻，電阻值應該很小(大約在0。5）。否則可根據實際測量電阻的情況判斷加長電纜線是短路、斷路或者接觸不良。此時應更換加長電纜線,然后進一步判斷是否有其它故障點.（3），用其它輸出信號為420mADC的傳感器直接接在加長電纜線上，確定故障是否在加長電纜線上。（4），檢查傳感器的輸出電流：當測量系統(tǒng)出現故障時，可以用萬用表測量傳感器的輸出信

49、號是否在420mADC之間,若小于4mA（最小不小于2。78mA）或大于20mA,則可以判斷傳感器出現故障，應更換傳感器.（5），根據傳感器所設定的測量范圍（一般的測量范圍為0。962.76 g/ml）與輸出實際的電流信號（420mADC）的對應關系，結合實際鉆井液密的度值進行計算傳感器理論輸出的電流值，與實際測量的電流值比較,判斷傳感器的測量位置是否合適（如傳感器的探頭被沉砂埋沒，傳感器的探頭露出液面)及傳感器的零位與放大倍數是否調校準確。此時應根據現場的實際情況逐一的進行排除.五、電導率傳感器鉆井液電阻(導）率是分析評價地層流體性質的一個重要參數，同時是檢測鉆井液中礦化度的基本方法.電解質溶液與金屬導體一樣是電的良導體，當電流流經電解質溶液時，呈現出一定的電阻。電阻（導）率傳感器通常采用無電極方式,是由兩個線圈組成的感應元件、溫度補償元件及支架等組成,見圖16。圖16 鉆井液電導率傳感器工作原理 感應元件的兩個線圈，一個稱為初級線圈,一個稱為次級線圈。給初級線圈提供一個 20kHz,1.5V的交變電流驅動信號，在其周圍產生一個交變電磁場,在次級線圈中感應出電流.當傳感器處于空氣中時，由于空氣的導磁率很小，在次級線圈中感應出的電流很小。當傳感器放置在泥漿中，可以設想有一根導線通過兩磁環(huán)而閉合，那么初級線圈中磁通的變化會在該閉合導線中感應出電流,而該電流又會在次級線圈中感應