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我国封隔器技术的发展与应用_张立新

我国封隔器技术的发展与应用_张立新
我国封隔器技术的发展与应用_张立新

专题综述

我国封隔器技术的发展与应用*

张立新 沈泽俊 李益良 张国文 高向前

(中国石油勘探开发研究院)

摘要 对国产封隔器产品及技术进行了综述,包括一般封隔器和金属封隔器。归纳了封隔器性能试验及监测设备,总结了封隔器作业工艺参数计算和相关产品组件的数值模拟工作,列举了封隔器常见问题及解决方法,最后提出封隔器产品开发和应用的8项建议。

关键词 封隔器 密封 深井 数值模拟

引 言

封隔器是油田钻采工艺中重要的井下工具之一。封隔器按传统分类包括:支撑式、卡瓦式、皮碗式、水力扩张式、水力压缩式、水力自封式、水力密封式和悬挂式等8种系列和多个种类,均以橡胶筒作为密封件,存在技术缺陷。金属密封封隔器的研制成功,使封隔器产品扩大到9种系列。

我国封隔器分类及型号标准:第1位字母代表分类方式(Z自封、Y压缩、X楔入、K扩张)。第1位数字代表支持方式(1尾管、2单向卡瓦、3无卡瓦、4双向卡瓦、5锚定);第2位数字代表坐封方式(1提放管柱、2转管柱、3自封、4液压、5下工具);第3位数字代表解封方式(1提放管柱、2转管柱、3钻铣、4液压、5下工具)。很多油田和制造厂的封隔器产品另有命名方法,导致标准化工作混乱。由于油田老化,为保证稳产,二次采油及三次采油对封隔器的性能要求更苛刻;与深井、超深井、水平井及分支井作业相匹配的封隔器严重缺乏。因此有必要系统总结现有封隔器技术及产品,加大新材料研发力度,开展新的坐封方式和作业工艺研究,为油田开发提供有力支持。

国产封隔器技术综述

1 一般封隔器产品及配套工具

压缩式封隔器是主流产品,卡瓦式其次。目前应用的主要封隔器产品系列包括:Y111、Y211、Y221、Y241、Y341、Y342、Y344、Y441、Y442、Y443、Y445、Y541、K331、K341、K344等。在以上产品基础上的变形产品较多,通过调整一些细小结构,以适应不同的工况要求,如压裂、正洗井、反洗井、小直径堵水、注汽热采、逐级解封、免释放可洗井、可取可钻等,其中Y341的变形产品最多。对浅井及较好的工况,封隔器多采用单向卡瓦或无卡瓦,解封方式也多为机械式,即提放管柱或旋转管柱;工况恶劣井和大井径往往采取双向卡瓦,甚至是锚定,由于作业难度增加,解封方式倾向于液压、钻铣等方式。

使用封隔器的工艺管柱包括层位封堵工艺管柱、分层注水工艺管柱(井下定量分注、轮流注水管柱、油管分注技术、可反洗井注水管柱、可保护套管多次正反洗井的深井超深井污水回注管柱等)、酸化压裂及分层压裂工艺管柱、分层换层采油工艺管柱、油井测试工艺管柱等[1~6]。

在钻完井、修井等作业中,与封隔器配套的其他工具大多数已经固定,如水力锚、配水器、喷砂器、换层开关等,但随着工艺需要的多样化,更多工具被加入到封隔器管串中,提高其封隔效果和可靠性。黄煜鹏等设计了启动器,通过投球憋压启动封隔器[7]。刘海玲设计了小直径丢手接头、小直径偏心开关等配合封隔器组成小直径丢手堵水工艺管柱[8]。童广岩等针对分层注水井中因洗井、停注及压力波动等原因造成封隔器蠕动,研制了蠕动消除器,消除器有平衡伸缩机构,目前很多封隔器

58 石 油 机 械

CH I NA PETROLEUM MACH I NERY

2007年 第35卷 第8期

*基金项目:中石油股份公司科研项目 采油采气新装置的研究与应用 。

采用此结构,类似设计亦可见于覃方国等人的工作等[9]。游兴友等研制了防顶锚定器[10],与伸缩补偿器和压缩式封隔器配套使用,能有效地避免因封隔器压缩坐封造成的泵上部油管弯曲。施必华等研制了坐封载荷控制器,实现了坐封载荷的精确控制。

2 金属封隔器

以橡胶为密封元件,其耐油、耐高温、耐磨蚀性能差;同时封隔器结构较复杂,导致内通径较小,影响后续分层开采工艺措施的实施;可钻式封隔器的使用寿命长,但内通径较小,且必须采用钻铣的方法才能解封。国外率先提出了金属封隔器的概念,国内也在近年得以工业应用。金属密封封隔器包括2种:易熔金属密封封隔器和超弹性金属密封封隔器。

大庆油田采油工程研究院开展了金属密封体的研制工作,用N i T i超弹性合金作为密封件,此合金具有很好的抗腐蚀性和较长的使用寿命,金属间的过盈密封方式增加了内通径。N i T i超弹性合金材料在38~70 温度下其恢复情况极为理想,超弹性合金丝在卸载后,恢复到原来的尺寸,恢复率达100%,但必须保证形变在合金的弹性变形范围内,即弹性变形<8%。设计试样试验和数值模拟对比表明,金属密封体的结构对其密封和悬挂性能有很大影响。室内试验达到密封承压35M Pa、悬挂力200kN、解封力180kN,基本满足现场需要。室内试验中测得金属封隔器坐封时坐封力与坐封距的关系曲线[11~13]。还有人认为可将稀土防腐技术和纳米材料列入金属封隔器开发研究的方向。

3 封隔器性能试验及监测设备

封隔器性能影响着压裂、试油、分层注水等作业效果,因此其测试是一个重要技术环节。大庆油田采油一厂开展了封隔器性能检测地面简易装置的研制工作,可最大限度地在地面模拟井下封隔器工作状态,可以完成中心管加压、油套环空加上压、加下压检测封隔器密封性及反洗井压力、排量的测试[14]。针对密封性检查结果准确性差的缺点,周学文等提出应用压力计、流量计组合检测封隔器密封性的方法。

中原油田针对橡胶材料随温度的上升其力学性能,如抗张强度、弹性延伸率大幅下降等情况,研制了高温性能试验系统。油浸试验系统主要由油浸试验井、试验系统流程、自动化监控及配套设施4部分组成,可模拟井下封隔器工作状态[15]。大庆油田针对目前封隔器检测连续性差、人员劳动强度大、手动调节高压阀门存在严重安全隐患等缺陷,研制了封隔器自动检测装置,实现了自动加温、加压、稳压、泄压等功能。

张晶等人针对卡瓦封隔器工作过程及其引起的套管变形,把应变片布置在卡瓦工作位置的套管外壁,可直接测得套管变形,而且采用动态应变测量、计算机数据采集和处理系统。结果表明,卡瓦嵌入使套管局部发生塑性变形,其程度已进入材料的硬化阶段初期;上、下卡瓦的载荷偏差较大,应将卡瓦与密封段反向组装,以减少卡瓦对套管的不利影响[16]。

王海兰等对胶筒硫化橡胶的标准试样在不同压力和不同温度条件下的性能进行试验,获取应力 应变关系曲线及橡胶的压缩模量、杨氏模量等数值,为分析封隔器的工作性能提供基本依据。李化甫等研制了封隔器圆度、同轴度检测装置[17]。大庆油田采油工程研究院设计了可准确测量不同型号的扩张式胶筒偏心距实验装置。

到目前为止,针对封隔器反复作业的特点,还没有对其循环载荷下的表现进行实验研究,相应的加载和监测设备也不到位。

4 封隔器作业工艺参数计算和数值模拟

王守芳等分析了管柱及带封隔器管柱在充满流体的铅直井中的受力、变形;推导出管柱在井中自重伸长的简化计算式,上提加压式封隔器坐封高度及通常情况下坐封高度的简化计算式[18]。田红政综合考虑了温度、压力、自重以及浮力的共同作用,这些作用分别对管柱长度所产生的影响可通过相关公式精确计算,考虑了上述各形变量所配备的入井坐封管柱可以在井筒任何位置精确坐封。类似分析亦可见于王隆慧等的工作[19]。

周先军等较早利用ANSYS对封隔器胶筒的接触应力进行数值模拟计算,得到了接触应力沿胶筒轴向分布情况;后续工作对3种压缩式封隔器胶筒与套管内壁接触压力大小和分布规律进行了分析计算,并对结构性能进行了比较。杨秀娟等认为上胶筒与套管的接触压力最小,中胶筒和下胶筒的接触压力依次增大,整体分布呈二次曲线形式;结果表明,摩擦因数变化对封隔器胶筒的接触压力有明显影响,为胶筒的优化设计提供了一定依据[20,21]。

卡瓦与套管间的咬合力分布决定了封隔器的使用效果。咬合力分布是否合理,将直接关系到套管的损伤程度及卡瓦的寿命。李桐等对封隔器卡瓦与套管之间的咬合受力情况进行了研究,得到了卡瓦内部应力、应变分布规律,发现了卡瓦各齿受力不

59

2007年 第35卷 第8期张立新等:我国封隔器技术的发展与应用

均匀情况和对卡瓦失效产生的重要影响;伍开松等人的研究工作也得出类似结果。阚淑华讨论了分层压裂时封隔器所受的各种载荷,得出支撑卡瓦安全工作的最大压力。王迪等人的研究工作中采用三维光弹实验,与数值实验的结果做了对比[22,23]。

5 封隔器常见问题及解决方法

封隔器常见问题可归纳为: 随着井下工作时间的延长,封隔器密封件不断老化损坏,造成封隔器不密封; 套管弯曲变形、腐蚀,长时间注水开发,一部分注水井的套管发生弯曲变形、腐蚀现象,造成封隔器不密封; 封隔器卡封位置不准确; 封隔器无法解封[24]。

现场实践表明封隔器失效的诱因为: 管柱抽汲蠕动的影响,导致卡瓦位置滑动,封隔器胶皮失效,生产中则表现为油井生产一段时间后含水上升。 经多次作业坐封,套管易受到损伤,卡封使局部套管内径变大,形状不规则,当封隔器胶皮胀开后胶皮与套管之间存在间隙,不能有效地封堵油套环空。易湘粤等分析了虎克定律效应、压力效应、螺旋弯曲效应及温度效应,认为是综合作用导致了分层注水管柱的伸长和缩短,造成封隔器在井下移位,使封隔器密封失效,甚至造成封隔器自动解封。防止分注井封隔器失效的对策: 加管柱补偿器; 加水井双向油管锚; 加水力锚; 在深斜井中加强力扶正器。防止封隔器胶筒受力不均,密封不严,胶筒所受载荷变为非轴对称,加剧了胶筒应力集中,导致胶筒破坏失效。

针对胶筒失效给出的防治措施包括:使用耐温、耐压、抗剪切性能好的橡胶材料,并且采用特殊的防凸保护和肩部保护装置等。尤长国等对封隔器部件损坏造成的不坐封原因进行了分析。

可以发现,在封隔器使用过程中出现的问题并不单纯是封隔器本身可靠性的问题。封隔器作为作业管串的一个关键组成部分,很大程度上受其他锚定、支撑、伸缩组件的影响;油套管的情况也是影响封隔效果的重要因素,油井管历史数据、封隔前期准备工作非常重要;实际应用中不应该将此问题孤立化而过分强调封隔器自身组件的可靠性。

对封隔器产品研发的建议

封隔器作为重要工具,本身价值不高,但和其他工具的组合价值高,且对施工至关重要,油田各设计及生产单位应予以充分重视。应在以下方面予以加强:

(1)加强深井封隔器的研究;

(2)把封隔器设计工作精细化,应用先进设计方法、制造技术,把对封隔器单一部件、组件的关注转移到系统部件的配合使用效果上;

(3)扩大封隔器常规测试标准手册中所包含的项目;

(4)加强对各类封隔器适用范围的研究,简化选型方法,做好使用前的设备测试、井况数据收集和保存工作;

(5)目前封隔器使用数据分散,小改小修过于频繁,应加大原理性的研究工作;

(6)油田设计部门的图纸资源和设计人员匮乏,而下游生产厂由于远离现场工艺,且人员素质存在一定问题,其改进设计的速度和质量往往不能保证生产需求。因此油田各单位应该保证对封隔器最新设计技术的控制;

(7)应进一步做好封隔器产品和配套工具的标准化工作,改变目前油田使用产品过于烦杂,型号编制混乱的局面;

(8)有必要启动数据库工作,通过中石油系统内的产品和设计资源共享,合力使封隔器研发满足甚至超前于目前应用需求。

参 考 文 献

1 李培武,杨思松,袁 平等 水层封堵工艺 国外油田

工程,2005,21(5):20

2 徐子彬,马永本,任国亮等 同心双管双封隔器冲砂管

柱的研制与应用 石油机械,2004,32(11):49~50 3 郎学军,李兴应,刘通义等 双封隔器分层压裂工艺技

术研究与应用 钻采工艺,2004,27(3):45~47

4 陈俊国,刘建国,刘花军等 美国RTTS80M P a封隔器

在压裂改造中的应用 石油机械,2003,31(12):49 ~50

5 张绍东,古光明,李 蓉等 不动管柱换层采油工艺技

术与应用 石油机械,2002,30(4):36~37

6 刘世昌,焦树江,牛国强等 大井径裸眼测试简析 油

气井测试,2004,13(3):40~41

7 黄煜鹏 深井压裂酸化封隔器研制与应用 钻采工艺,

2005,28(6):72~73

8 刘海玲 小直径丢手堵水工艺管柱 石油钻采工艺,

2003,25(4):73~75

9 童广岩,杨清荣,李原记等 封隔器蠕动消除器的研制

与应用 石油机械,2001,29(8):44~45

10 游兴友,高 飞,孟庆民等 防顶锚定器的研制与应用

石油机械,2003,31(5):33~35

11 刘 合,黄建鑫,王秀喜等 一种超弹性合金密封体

(下转第74页)

(3)电缆支架采用2块互相平行的窄长形钢板,纵向焊接到外管的外表面上,对井下电缆起到固定和保护作用。

(4)扶正块是纵向焊接到外管外表面上的数块小钢板,其作用是防止防护器严重偏向套管内壁的某一方向。

3 工作原理

如图1所示,该防护器下接头的下端与电动潜油泵连接,上接头上端与油管连接。当电动潜油泵工作时,井下油液经过其下接头的内腔和内管的内腔向上,靠油液流动的推力,向上顶起沉砂单向阀的阀球,油液再经过球罩上的若干槽缝流入外管并继续向上,然后经过上接头进入油管。当电动潜油泵停止工作时,油液呈静止状态,失去向上的推力,阀球靠其自重降落到球座的上端口处,对上方的油液起反向封堵作用。此时,上方油管内油液中含有的砂粒,就沿着球罩的外表面,逐渐沉降到沉砂环腔中,而不再直接沉降到电动潜油泵内,所以能使防护器下方的电动潜油泵免受砂害。

应 用 效 果

该防护器已在胜利油田10多口油井及各种规格的电动潜油泵上初步试用,效果很好。电动潜油泵的使用寿命至少可延长1倍,每年停产修泵次数大大减少,砂卡事故几乎不再发生,油井产量进一步提高。电动潜油泵使用寿命的延长,可以节省设备投资;停产修泵次数减少,不但可以节省维修费用,而且可以增加油井生产时间,使油井多产原油;防止了砂卡事故,就可以避免更为严重的各种损失。因此,经济效益和社会效益非常显著。

结 论

(1)油井电动潜油泵沉砂防护器整体结构简单,加工制造成本低于同类产品;

(2)该防护器装拆非常方便,使用寿命较长,不需要维护检修;

(3)该防护器适用范围广,目前所有国产电动潜油泵均可应用,可作为系列产品,其长度和内、外管直径等技术参数按要求而定;

(4)该防护器较好地解决了油井电动潜油泵防砂保护问题,具有良好的推广应用前景。

第一作者简介:陈颜新,工程师,生于1969年,1991年毕业于天津大学电力系统自动化专业,现主要从事供配技术和安全管理工作。地址:(257094)山东省东营市。电话:(0546)8821774。E-m a i:l yjcw f102@163.co m。

收稿日期:2007-04-30

(本文编辑 李学富)

(上接第60页)

的实验研究 实验力学,2004,19(2):144~148

12 胡玉志,刘克勇,王黎阳等 90mm金属封隔器的研

制 河南石油,2005,19(2):66~67

13 王黎阳 金属封隔器的研究 新疆石油科技,2004,14

(2):45~47

14 崔万军 水井封隔器性能检测地面简易装置研制 油

气田地面工程,2002,21(6):132

15 刘汝福,韩 进,汪韶明等 封隔器高温性能试验系

统研制 石油矿场机械,2004,33(6):111~113

16 张 晶,赵启成,王振清等 卡瓦封隔器工作过程的

电测分析 大庆石油学院学报,2005,29(4):89~ 91

17 李化甫,叶 鹏,谭英杰等 封隔器圆度、同轴度检

测装置 油气田地面工程,2006,25(8):74

18 王守芳,刘 猛,周普清等 上提加压式封隔器坐封

高度的确定 油气井测试,2002,11(4):40~43

19 王隆慧,李洪春,刘汝福等 高压注水井套管保护管

柱受力分析探讨 石油矿场机械,2004,33(增刊):

39~42

20 周先军,平 利,季公明等 封隔器胶筒接触应力分

布有限元计算 钻采工艺,2002,25(4):51~52

21 杨秀娟,闫相祯,贾善坡等 封隔器胶筒大变形的粘

滑摩擦接触分析 机械强度,2006,28(2):229~ 234

22 王 迪,何世平,张 熹等 封隔器卡瓦接触应力研

究 实验力学,2006,21(3):351~356

23 伍开松,谢 斌,杨新克等 封隔器卡瓦的三维接触

有限元分析 石油矿场机械,2005,34(6):47~49 24 曹来庆,刘 华,郝建荥等 封隔器失效原因 油气

田地面工程,2003,22(7):81

第一作者简介:张立新,生于1976年,现在中国石油勘探开发研究院采油采气装备所从事博士后研究工作。地址:(100083)北京市海淀区。电话:(010)62098994。

收稿日期:2007-04-10

(本文编辑 王志权)

T he pheno m enon o f sand bury i ng packe r o ften occurs in sand-producing w e l,l resulti ng i n fluid unab l e to flo w i nto the tub i ng.Therefo re,the packer f o r sand-up prev enti on is devel oped.T he packe r is m ainly composed of upper adapter,upper o -ring,sand-l eading adapte r,i nner tub i ng,packer and thread -s w itchi ng adapter.It has fl u i d-enter i ng channel and sand-si nk i ng channel w i th re liab le operation and easy processi ng,as se m bli ng and m a i nta i n i ng.T he sand be t w een t he casi ng and tub i ng,after si nk i ng,falls down t hrough the sand-l eading adap ter under the acti on o f sand-lead i ng tub i ng,and t hen enters i nto the sand-si nk i ng channel of t he sand-sink i ng adapte r from the annulus be t w een t he i nner tub i ng and the packer.T he fie l d test in79w ell s i ndicates that this ki nd o f packer has a su itab l e de si gn and cred i ble w ork.Its'easy t o be processed,asse mb led and m a i nta i ned and it can be used w i de l y.

K ey w ords:an ti-sand packer,desi gn feature,separate-layer producti on

W u D akang(School of Petrole u m En g i neering,Yangtze Univer sity,Jingzhou C it y,H ubei Provi nce),W ang Changni ng,L i Q i an chun.Study and app licati on o f repa iri ng the casi ng-da maged well by usi ng expandab l e t ube.CP M,2007,35(8):41~43 W ith the o ilfields enter i ng i nto the m i dd l e and later stages of develop m ent,the casing-damaged w ells i ncrease g reatly.T he current comm on casi ng patch techno logy cannot mee t the de m and o f l a rge i nterva l repair.T here f o re,the cas i ng patch techno logy by usi ng expandab l e t ube i s put f o r w ard t o so l v e the proble m s such as com plex operati on,m any opera ti ng sequences and the g reat var i a ti on o f bo reho le i nner dia m eter afte r repa iri ng.T he patch pri nc i p l e i s presen ted and the fi e l d app licati on in we llW11 -261i s i ntroduced.T he i n-sit u appli cation i ndicates that the ne w techno l ogy not on l y overcom es the shortco m i ngs o f prev ious techno log ies,but a l so features si m p l e operation,per m anent seal i ng a fter repa iri ng and s m a ll var i a ti on of boreho l e size.It sho w s w i despread applicati on prospect.

K ey w ords:expandab le tube,cas i ng patch,casing-da m aged w e ll

Dou Y i hua(X i'a n Shi y ou University,X i'an),Zhang F ux iang,W ang Zu w en,e t a.l D evelop m ent and app licati on o fm eas ure m en t syste m for m easuring loads on downho le tubular str i ng duri ng we ll testi ng.CPM,2007,35(8):44~47

T o m easure the l oads on downho l e tubular stri ngs dur i ng w e ll testi ng to verify t he accuracy o f theo re tica l research and cal culations,a spec i a l m easurement system i s i nitiati ve l y devel oped.The m easure m ent sy stem consists o f subsurface sub and surface compu ter syste m of da ta setti ng,data acqu i s ition and da ta dispos iti on.The subsur face s ub,connected to testi ng tub i ng, consists of outer casing and i nner cy li nder.T he ax i a l load,i nner

pressure and torque can be derived fro m the stra i n gauges a l ong hoop d i recti on,ax i a l d irection and45 d irec ti on i n the i nne r cy l inder.The stra i ns are acqu i red,disposed and con tro ll ed by d i g ita l e lectron ic e l ements and a m icro computer.A fte r w e ll testi ng is fi n i shed and the subsurface sub is unconnec ted from tubu lar stri ng,the stra i ns stored in the m i crocom puter are trans m itted to surface computer syste m.T he m easure m ent syste m i s used i n20 w e lls.A nd,t he ax ia l l oads on tubu lar str i ng s under seve ra l t hou sands me ters are acquired.

K ey wo rds:we ll testi ng,downho l e tubular str i ng,l oad m easurem ent syste m,i n-s it u exper i m ent

Zhang L i x i n(Research Institute of P etroleu m Exp lorati on and D evelopm ent,P etroChina,Beijing),Shen Z ejun,L i Y ili ang,et

a.l D eve lop m ent and applica tion o f homem ade packe rs.CP M,

2007,35(8):58~60,74

In t h i s paper,t he ho m emade packer products a re rev ie w ed togethe r w it h other comp l ete too ls.The new ly i nv ented m eta l packers are a lso addressed.The pe rf o r m ance test and m on itor i ng dev i ces o f packers are su mm arized.Theoretica l ana l yses and nu m erica l si m u l a ti ons about the m echanical behaviors o f parts in packers a re a lso listed.A s t o the fa il ures i n app licati on,t he so luti ons w i de l y used are listed.Suggesti ons a re g iven for t he fur ther R&D of packer products.

K ey wo rds:packers,seali ng,deep w e l,l nu m er i ca l si m u l a ti on

Cao Jiali n(X iany ang Petroleum Steel T ube&W ire Rope Co.,L t d.,X iany ang Cit y,Shaanx i P rov i nce).Eva l uati on on the va rieti es and structures o f w ire rope used on heavy-duty dr illi ng r i g.CPM,2007,35(8):61~64

T he life ti m e o f drilling w ire rope on site is deter m i ned on, besi des the ir bu ilt-i n qua lity and t he ir co rrect use m ethod,the se l ection o f t he ir structure.In recent20years,the w ire rope structure o f6 19Sea le I WR C has been cho sen as t he m ain structure o f w ire rope on site.Bu t w ith the deve lop m ent o f o il and gas i ndustry,after m ore and m ore heavy-duty drilling r i gs are pu t i nto use,so m e defects are f ound i n the Seale type w ire rope.T his paper analyzes the presen t use status of drilling w ire ropes a t ho m e and abroad.A ccordi ng to the trend o f the recent w ire rope develop m ent and Ch i nese w ire rope manu f ac t ur i ng l ev e,l i t i s put forwa rd t hat t he heavy-duty drilli ng ri g s shall be e qu i pped and/or se lec ted w ith mu lti-w ires struct ure,and acti ve ly be tr i ed to use the ne w co m pac ted strand cush i oned co re rope, and step by step se lecti ng6 19(a)c l assifi ca tion o f compacted strand cush i oned co re rope i nstead of the presentw ire rope struc ture o f6 19Sea l e I W RC.

K ey w ords:heavy-duty drilling r i g,drilling w ire rope, compacted strand cus h i oned core rope,structure

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传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛,不仅生产工艺需要温度控制,有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量,如计算机要监控CPU的温度,马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等,下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数,从钢铁制造到半导体生产,很多工艺都要依靠温度来实现,温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述,并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多,热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC),也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中,热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高,但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的,但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25),该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比,通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例,25℃时阻值为10KΩ的电阻,在0℃时电阻为28.1KΩ,60℃时电阻为4.086KΩ;与此类似,25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线,可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量,但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值,可以用这个曲线来估计,也可以直接计算出电阻值,计算公式如下: 这里T指开氏绝对温度,A、B、C、D是常数,根据热敏电阻的特性而各有不同,这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围,用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同,误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换,用于不能进行现场调节的场合,例如一台仪器,用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准,这种热敏电阻比普通的精度要高很多,也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压,一般它与ADC的参考电压一致,因此如果ADC的参考电压是5V,Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压,其阻值变化使得节点处的电压也产生变化,该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

单线数字温度传感器DSB原理及其应用

单线数字温度传感器DS18B20原理及其应用 DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的"一线器件"体积更小、适用电压更宽、更经济Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持"一线总线"接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、DS1822 "一线总线"数字化温度传感器同DS1820一样,DS18B20也支持"一线总线"接口,测量温度范围为-55°C~+125°C,在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。DS1822的精度较差为±2°C 。现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同,新的产品支持3V~5.5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜,体积更小。DS18B2 0、DS1822 的特性DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率,精度为±0.5°C。可选更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在EEPROM中,掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的!性能价格比也非常出色!DS1822与DS18B20软件兼容,是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM,精度降低为±2°C,适用于对性能要求不高,成本控制严格的应用,是经济型产品。继"一线总线"的早期产品后,DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择,让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 1. DS18B20的新性能 (1) 可用数据线供电,电压范围:3.0~5.5V; (2) 测温范围:-55~+125℃,在-10~+85℃时精度为±0.5℃; (3) 可编程的分辨率为9~12位,对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃; (4) 12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字; (5) 负压特性:电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。 2. DS18B20的外形和内部结构 DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下: 图(1)DS18B20外形图 引脚定义: (1) DQ为数字信号输入/输出端; (2) GND为电源地;

传感器原理与应用重点

第一章测量技术基础 检测系统的基本概念 检测系统(测试系统 /测量系统 1、定义:确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 2、被测对象:宇宙万物(固液气体、动物、植物、天体…… 3、被测信息:物理量(光、电、力、热、磁、声、… 化学量(PH 、成份… 生物量(酶、葡萄糖、… 4检测技术是实验科学的一部分, 主要研究各种物理量的测量原理和信号分析处理方法。 检测技术是信息技术的重要组成部分, 它所研究的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。 5信息与信号 信息是指客观世界物质运动的内容。 如:天气较冷、某处地震、刀具发生了磨损、李四病了。 信号是指信息的表现形式。 如:刀具磨损,切削力会加大;李四病了,可能会发烧;等等。 6检测技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段, 起着人的感官的作用。

简单的检测系统可以只有一个模块, 如玻璃管温度计。它直接将被测温度变化转化为液面示值。没有电量转换和分析电路,很简单,但精度低,无法实现测量自动化。 为提高测量精度和自动化程度, 以便于和其它环节一起构成自动化装置, 通常先将被测物理量转换为电量,再对电信号进行处理和输出。 B ……在电工、电子等课程中讲授,大多数不属于本课程的范围。 检测系统的组成 一般说来,检测系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。 传感器将被测物理量 (如噪声 , 温度检出并转换为电量,中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经 A/D变换后用软件进行信号分析,显示记录装置则将测量结果显示出来,提供给观察者或其它自动控制装置。 第二章传感器概述 传感器的组成和分类 一、传感器定义 传感器是一种以一定的精确度把被测量转成与之有确定关系的, 便于应用的某种物理量的测量装置。 传感器名称:变送器、变换器、探测器、敏感元件、换能器、一次仪表、探头等 二、传感器的组成 三、传感器的分类 按被测参数分类:温度、压力、位移、速度等

DS18B20温度传感器工作原理及其应用电路图

DS18B20温度传感器工作原理及其应用电路图 时间:2012-02-16 14:16:04 来源:赛微电子网作者: 前言 温度与工农业生产密切相关,对温度的测量和控制是提高生产效率、保证产品质量以及保障生产安全和节约能源的保障。随着工业的不断发展,由于温度测量的普遍性,温度传感器的市场份额大大增加,居传感器首位。数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现在,新一代的DS18B20温度传感器体积更小、更经济、更灵活。DS18B20温度传感器测量温度范围为-55℃~+125℃。在-10℃~+85℃范围内,精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。基于DS18B20温度传感器的重要性,小编整理出DS18B20温度传感器工作原理及其应用电路图供大家参考。 一、DS18B20温度传感器工作原理(热电阻工作原理) DS18B20温度传感器工作原理框图如图所示: DS18B20温度传感器工作原理框图 图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正计数器1的预置值。 二、DS18B20温度传感器的应用电路 1.DS18B20温度传感器寄生电源供电方式电路图 寄生电源方式特点: (1)进行远距离测温时,无须本地电源。 (2)可以在没有常规电源的条件下读取ROM。 (3)电路更加简洁,仅用一根I/O口实现测温。 (4)只适应于单一温度传感器测温情况下使用,不适于采用电池供电系统中。

测井解释与生产测井-吴锡令生产测井原理与应用

生产测井原理与应用 执笔:吴锡令 目录 1 概述 2 流动剖面测井方法 2.1 流量测井 2.2 温度测井 2.3 压力测井 2.4 密度测井 2.5 持率测井 2.6 流动成像测井 3 生产动态测井分析 3.1 测井系列选择 3.2 流动剖面测井定性分析 3.3 流动剖面测井定量解释 4 剩余油监测 4.1 生产监测 4.2 注入监测 5 井间示踪监测 5.1 井间示踪监测原理 5.2 井间示踪监测技术 5.3 示踪资料分析应用

1 概述 生产测井是监测油气田开发动态的主要技术手段。根据测井目的和测量对象的不同,生产测井可以划分为三大测井系列:其一为流动剖面测井系列,测量的主要对象是井内流体,目的在于划分井筒注入剖面和产出剖面,评价地层的吸入或产出特性,找出射开层的水淹段和水源,研究油井产状和油藏动态;其二为储层监视测井系列,测量的主要对象是油气产层,目的在于划分水淹层,监视水油和油气界面的移动,确定地层压力和温度,评价地层含油或含气饱和度的变化情况;其三为采油工程测井系列,测量的主要对象是井身结构,目的在于检查水泥胶结质量,监视套管技术状况,确定井下水动力的完整性,评价酸化、压裂、封堵等地层作业效果。 在对油气田开发进行地球物理监测时,需要解决一系列互相关联的油矿地质问题。应用生产测井方法解决这些问题的可能性,与整个油藏开采的地质和工艺条件,单井结构和条件,产层的开采特性,方法对有用信号的灵敏度以及使用仪器的探测深度和工艺特性有关,因此需要组合应用几种互相补充的测井方法。这些组合根据监测(或检测)任务的需要,按井的类型(开采井、注入井、检查井),井的工作方式(自喷井、气举井、机械抽油井或笼统注入井、分层注入井),地层状况(孔隙度、水淹类型、水淹程度),井中流体特性(相态、流量、含水)划分。每一种生产测井组合都包括主要的和辅助的方法。属于主要方法的是那些经过广泛试验,并有系列井下仪器产品保证的方法。辅助方法包括那些在用主要方法确信不能完全解决问题或对研究问题有辅助作用的方法。我国油田目前采用的生产测井系列的典型组合情况见表1。 每个油田在油田开发设计中,在典型组合和其它原则性文件的基础上,需要制定地球物理监测系统的具体要求,它一般包括以下问题:①地球物理监测的任务;②生产测井组合的主要方法和辅助方法;③在油田具体地质技术条件下解决这些任务的途径和措施;④为有效进行测井所必需的开

传感器原理与应用心得

传感器原理与应用心得 张宝龙电信工二班201400121099 传感器应用极其广泛,而且种类繁多,涉及的学科也很多,通过对传感器的学习让我基本了解了传感器的基本概念及传感器的静、动态特性电阻式、电感式传感器的结构、工作原理及应用。 传感器的特性主要是指输出入输入之间的关系。当输入量为常量或变化很慢时,其关系为静态特性。当输入量随时间变换较快时,其关系为动态特性。 传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。 所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 传感器的作用主要是感受和响应规定的被测量,并按一定规律

将其转换成有用输出,特别是完成非电量到电量的转换。传感器的组成并无严格的规定。一般说来,可以把传感器看做由敏感元件和变换元件两部分组成,。 通过最近的学习,是我了解到在实际中使用传感器的选择一定要慎重。我们可以根据测量对象与测量环境确定传感器的类型。其次,当我们在选择传感器时要注意传感器的灵敏度,频率响应范围,线性范围,稳定性,精度等。 人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。 新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 通过对这门课的学习开阔了我的视野,让我了解了以前没有了解的东西。在老师的指导下让我明白了学习要有自觉性,要自己积极主动地去学习。

温度传感器的常见分类 温度传感器应用大全

温度传感器的常见分类温度传感器应用大全 温度传感器在我们的日常生活中扮演着十分重要的角色,同时它也是使用范围最广,数量最多的传感器。关于它你了解多少呢?本文主要介绍的就是各种温度传感器的分类及其原理,温度传感器的应用电路。 温度传感器从17世纪温度传感器首次应用以来,依次诞生了接触式温度传感器,非接触式温度传感器,集成温度传感器,近年来在智能温度传感器在半导体技术,材料技术等新技术的支持下,温度传感器发展迅速,由于智能温度传感器的软件和硬件的合理配合既可以大大增强传感器的功能、提高传感器的精度,又可以使温度传感器的结构更为简单和紧凑,使用也更加方便。 1、热电偶传感器: 两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电势EAB(T,T0)是由接触电势和温差电势合成的,接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势,此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关,当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路,其相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为T,称为工作端,另一端温度为TO,称为自由端,则回路中就有电流产生,即回路中存在的电动势称为热电动势,这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 2、热敏电阻传感器: 热敏电阻是敏感元件的一类,热敏电阻的电阻值会随着温度的变化而改变,与一般的固定电阻不同,属于可变电阻的一类,广泛应用于各种电子元器件中,不同于电阻温度计使用纯金属,在热敏电阻器中使用的材料通常是陶瓷或聚合物,正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件,热敏电阻通常在有限的温度范围内实现较高的精度,通常是-90℃?130℃。 3、模拟温度传感器: HTG3515CH是一款电压输出型温度传感器,输出电流1~3.6V,精度为±3%RH,0~100%RH相对湿度范围,工作温度范围-40~110℃,5s响应时间,0±1%RH迟滞,是一个带

射流泵的研究及其应用

射流泵的研究及其应用 姓名: 张航 学院:环境与化工学院 专业:环境工程 学号: 7号 论文题目:射流泵的研究及其应用 指导教师:罗克洁

射流泵的研究及其应用 摘要:介绍了射流泵的基本特点、结构与工作原理,从设计理论、内部流动和 基本应用三个方面详细论述了射流泵的发展现状。射流泵作为一种流体输送机械及混合反应设备,本身没有运动部件,结构特殊、工作可靠,将其与其他工作泵组合使用,可提高整个装置吸程,改善汽蚀性能,因而广泛应用于农业、水利、交通运输和环境保护等国民经济的各部门。 关键字:射流泵特点发展现状应用 Abstract:The jet pump’s basic characteristic,stmcture and working principle are outlined.The deVel·opment status of the jet pump including the design theory,intemal now and basic applications are discussed.As one of the liquid transportation machines and mixing reaction equipments,jet pump has nomoving parts.’Jet pump has special stmcture and works reliablely.It will enhance the deVice suction andimprove cavitation chamcteristics if jet pump worl(s with other pumps.The pumps are widely used in agri—culture,water consenrancy,traffic and environmental pmtection.The development tendency of jet pumpsare also predicted. Key words:jet pump;characteristic;current situation;application 射流泵是一种流体输送机械及混合反应设备,其特点是本身没有运动部件,结构简单,且工作可靠,密封性好,适宜在高温、高压、真空、放射和水下等特殊条件下工作。射流泵通过高速射流提升低速被吸液体的能量,从而增加整体压能,将与其他工作泵组合使用,可提高整个装置的吸程,改善汽蚀性能。正是由于这一系列优点,射流泵在农牧渔业、水利电力、交通运输和环境保护等国民经济各部门都有广泛的应用。射流泵基本结构如图1所示: 主要有三部分组成:喷嘴、喉管和扩散管。其工作原理是将工作流体通过喷嘴高速喷出,同时静压能部分转换为动能。管内形成真空,低压液体被吸人管内。两股液体在喉管中进行混合和能量交换,工作液体速度减小,被吸液体速度增大,压力逐渐增加,在喉管出口处速度趋于一致。混合液体通过扩散管时,随着流道的增大,速度逐渐降低,动能转化为压力能,混合液体压力随之升高。由于射流泵独特的结构与特点,可以预见今后它的开发、生产和应用将有很大的发展,因此为了取得更好的综合经济效益,必须进一步深化对其各方面性能的研究。 1、研究进展

出砂基础知识

第一节概述 石油工业中,油井生产出砂(sand production)是个普遍性问题,而且油井生产出砂问题的研究十分困难,原因是: ①无法直接观测出砂过程。油田开发在地层深处进行,在地面无法直接观测; ②岩石力学性质(rock mechanical properties)复杂。地层岩石的力学性质可能在较大范围内变化,地层深部取心不但花费昂贵,而且也有一定的偶然性、局限性,如地层深部的含水率、温度和压力条件在地面上难以保持,而这些因素对地层岩石的力学性质有很大影响; ③储层条件复杂。随着生产的进行和各种增产措施的实施,使储层变得十分复杂,这也给研究出砂机理带来困难。 ④油井出砂影响因素多。油井出砂受许多复杂因素的影响,如;地质条件、岩石力学性质、生产参数等; 在一口井最终完成之前以及在其生产过程中,准确地预测其是否出砂是至关重要的,因为无论采取何种防砂(sand control)措施费用都会很高,所以不必要的采取防砂措施,不仅使生产费用增加,而且污染油气层,降低生产效率。 但是对那些因出砂而被放弃或不能继续开发的井,采取防砂措施又是使油井成为有开采价值的唯一方法。 第二节油井出砂的过程及危害 一、油井出砂的基本过程 地层砂可分为两种:充填(松散)砂和骨架砂(framework sand)。 当流体的流速达到一定值时,首先使得充填于油层孔道中的未胶结的砂粒发生移动,油井开始出砂,这类充填砂的流出是不可避免的,而且起到疏通地层孔隙通道的作用;反之,如果这些充填砂留在地层中,有可能堵塞地层孔隙,造成渗透率下降,产量降低。因此充填砂不是防治的对象。 当流速和生产压差达到某一数值时,岩石所受的应力达到或超过它的强度,造成岩石结构损坏,使骨架砂变成松散砂,被流体带走,引起油井大量出砂。防砂的主要对象就是骨架砂,上述情况是在生产过程中应尽量避免的。 根据以上情况可以把油井出砂过程分为两个阶段: 第一阶段是由骨架砂变成自由砂,这是导致出砂的必要条件; 对于出砂的该阶段来说,应力因素:如井眼压力(borehole pressure)、原地应力状态(in site stresses state)及岩石强度(rock strength)等是影响出砂的主要因素。 第二阶段是自由砂的运移。 要运移由于剪切破坏而形成的松散砂,液力因素是主要影响因素:如流速、渗透率(permeability)、粘度以及两相或三相流动的相对渗透率等的作用等。 生产过程中,只要满足以上两方面条件,油井就会出砂。 因此,对于具有一定胶结强度(cementation strength)的地层而言,要实现有效的防砂(sand control),首先要防止地层发生破坏,即不让出砂的必要条件得到满足,这主要通过控制应力因素:如保持储层压力、减小生产压差(draw-down)等来实现。 但是,随着生产的进行,储层压力衰减,岩石强度降低都是必然要发生的,那么,岩石不可避免要发生破坏。这样,过程就由出砂的第一阶段过渡到第二阶段,这时主要通过控制流速来阻止自由砂的运移达到防砂(sand control)的目的,即控制产量(流速)。 同样,对于弱胶结和未胶结储层而言,出砂第一阶段的条件很容易满足,这样防砂(sand control)的关键在于不让出砂第二阶段所需要的条件得到满足,即可通过控制流速和生产压差来达到防砂的目的。 二、出砂的危害

传感器原理及其应用考试重点

传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1)信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术,是现代信息产业的三大支柱。 2)传感器又称变换器、探测器或检测器,是获取信息的工具 广义:传感器是一种能把特定的信息(物理、化学、生物)按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准(GB7665-87):定义:能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 3)传感器的组成: 敏感元件是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件:将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路:上述电路参数接入基本转换电路(简称转换电路),便可转换成电量输出。 4)传感器的静态性能指标 (1)灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量(输入量)的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数,与输入量大小无关;②非线性传感器灵敏度与x有关。(2)线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比,称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为: ①绝对线性度:为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义:实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度:以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度:用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 (3)迟滞 定义:对某一输入量,传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量,这一现象称为迟滞。 即:传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 (4)重复性 定义:在相同工作条件下,在一段短的时间间隔内,同一输入量值多次测量所得的输

传感器技术及应用教学大纲

传感器及应用教学大纲 一、课程说明 课程性质:专业核心课 课程描述: “传感器技术”是电子、机电与自动控制类专业的专业核心课,是必修课。通过本课程的学习,学生能了解传感器的基本概念、传感器的构成、传感器工作的有关定律、传感器的作用、传感器和现代检测技术发展的趋势。其作用是通过本课程的学习,培养学生利用现代电子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际中信息采集与处理问题的能力,为工业测控系统的设计与开发奠定基础。知识目标:掌握主要传感器的原理、特性,各种应用条件下传感器的选用原则和应用电路设计。 技能目标:独立分析、解决传感器方面问题的能力;利用网络、数据手册、厂商名录等获取和查阅传感器技术资料的能力。 素质目标:具有较强的专业素质,不断进行创新。 教学重点与难点: 课程重点:电阻式、电感式传感器的原理与应用,霍尔式传感器,电流、电压传感器。 课程难点:各种传感器的温度误差与补偿,电容式传感器的屏蔽技术,光纤传感器的原理。 适用专业:机电一体化、电气自动化专业 学时数:80学时 二、教学目的与内容 1 传感器技术基础(2学时) 教学目的与要求: 明确“传感器技术”在专业培养计划中的地位,课程的性质、任务和大体内容,传感器在现代生产、生活中的作用。了解检测技术与传感器的定义、组成、作用和分类,了解传感器的静、动态特性,掌握传感器常用的技术指标。 教学重点与难点: 教学重点:传感器的定义、组成和作用 教学难点:传感器的技术指标 教学内容: 1)传感器简介 (1)传感器的定义

(2)传感器的组成与作用 2)传感器的分类 (1)按工作原理分 (2)按被测量分 (3)按输出信号性质分 3)传感器的特性及主要技术指标 (1)静态特性和动态特性 (2)主要技术指标 2 电阻式传感器(6学时) 教学目的与要求: 理解电阻式传感器的组成和基本原理,了解电阻式传感器的常用类型。掌握应变片式传感器的形式、特点、应用方法和转换电路。 教学重点与难点: 教学重点:电阻式传感器的组成和基本原理 教学难点:电阻应变片的工作原理 教学内容: 1)电位器式传感器(2学时) (1)电位器式传感器的基本工作原理 (2)电位器式传感器的输出特性 (3)电位器式传感器的特性 (4)电位器式位移传感器 2)应变式传感器(2学时) (1)电阻应变片的结构和工作原理 (2)电阻应变片的特性 (3)测量电路 (4)温度误差与补偿 3)压阻式传感器(2学时) (1)压阻效应 (2)结构与特性 (3)固态压阻传感器测量电路 (4)温度补偿 3 变磁阻式传感器(4学时) 教学目的与要求: 掌握三种变磁阻式传感器(电感式传感器、差分变压器式传感器、电涡流式传感器)的基本结构和工作原理,了解上述传感器将非电量信号转换成电信号的过程,了解三种变磁阻式传感器的特点、

温度传感器在工业中的应用

红外温度传感器在工业中的应用 随着工业生产的发展,温度测量与控制十分重要,温度参数的准确测量对输出品质、生产效率和安全可靠的运行至关重要。目前,在热处理及热加工中已逐渐开始采用先进的红外温度计等非传统测温传感器,来代替传统的热电偶、热电阻类的热电式温度传感器,从而实现生产过程或者重要设备的温度监视和控制。 基本原理 温度传感器基本原理,最常用的非接触式温度传感器基于黑体辐射的基本定律,称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体(吸收全部辐射并不反射光的物体)所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度,则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长,而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关,因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度,如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下,物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制,可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正,最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射,从而提高有效发射系数式中ε为材料表面发射率,ρ为反射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量,则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度(即介质温度)进行修正而得到介质的真实温度。 在水泥制造生产中的应用 红外温度传感器在水泥制造生产中有着广泛的应用。据调查目前我国每年因红窑事故造成的直接经济损失达2000万元,间接损失达3亿元。用常规的方法很难对非匀速旋转的水泥胴体进行测温,国际上先进的办法是在窑尾预热平台上安装一套红外扫描测温仪,系统的软件部分主要由数据采集滤波、同步扫描控制、数据通讯处理等,红外辐射测温仪按预定的扫描方式,实现对窑胴体轴向每一个测量段成的温度的测量,在一个扫描周期内,红外温度传感器将在扫描装置的驱动下,将每一个测量元表面的红外辐射转换成温度相关的电信号,送进数据采集装置作为数据采集,同步装置保证数据采集与回转窑的旋转保持严格同步,要让测量的温度值与测量元下确对应,测温仪由扫描起点扫描到终点后,即对窑胴体表面各测量元完成了一次逐元温度检测后,立即快速返回扫描起点,开始下一扫描周期的检测,数据经微机处理后,给出反映窑内状况的图像,文字信息,必要时可以发射声光报警。为保证测量的精度,定要考虑物体的发射率,周围环境影响。红外测温仪要垂直对准窑胴体的表面,因因水汽,尘埃,烟雾的影响,要采取加装水冷,风吹扫装置。意义:1.生产过程中对产品的质量监控与监视,只要温度控制在设定值内,产品质量会有保证,过低过高都浪费能源;2.在线安全的检测可以起到保护人以及设备安全;3.降低能耗,节约能源。 在热处理行业中的应用 红外温度传感器可以广泛的应用于钢铁生产过程中,对生产过程的温度进行监控,对于提高生产率和产品质量至重要。红外温度传感器可精确地监视每个阶段,使钢材在整个加工过程中保持正确的冶金性能。红外温度传感器可以帮助钢铁生产过程中提高产品质量和生产率、降低能耗、增强人员安全、减少停机时间等。 红外温度传感器在钢铁加工和制造过程中主要应用在连铸、热风炉、热轧、冷轧、棒材和线材轧制等过程中。 红外温度传感器传感头有数字和模拟输出两种,发射率可调。—这对于发射率变化金属材料尤其重要。要生产出优质的产品和提高生产率,在炼钢的全过程中,精确测温是关键。连铸将钢水变为扁坯、板坯或方坯时,有可能出现减产或停机,需精确的实时温度监测,配以水嘴和流量的调节,以提供合适的冷却,从而确保钢坯所要求的冶

O型密封圈和密封槽的选配及应用(教研材料)

O形密封圈和密封圈槽的选配及应用 2010年04月19日 17:00 关键词:O形密封圈,密封圈,泄漏 内容提示:O形密封圈和密封圈槽尺寸的合理匹配是延长密封圈无泄漏密封寿命的必要保证。据此提出一种选配两者尺寸的理论计算方法 作者:陈爱平周忠亚 【关键词】密封圈,密封圈槽,选配,使用寿命 【摘要】O形密封圈和密封圈槽尺寸的合理匹配是延长密封圈无泄漏密封寿命的必要保证。据此提出一种选配两者尺寸的理论计算方法,并以Y341—148注水封隔器所选密封圈的计算为例说明,根据不同的密封圈可以计算出相应的密封圈槽尺寸。为保证密封圈长期有效地工作,还必须合理选择其压缩率、拉伸量和孔、轴配合精度等相关参数。选取压缩率时,应考虑有足够的密封面接触压力、尽量小的摩擦力和避免密封圈的永久性变形。顾及到一般试制车间的加工水平和井下工具主要是静密封的状况,建议密封面的轴、孔配合应优先选用H8/e8。 用O形密封圈(以下简称密封圈)密封是最常用的一种密封方式,然而至关重要的是如何正确地选择密封圈和设计密封圈槽尺寸。常规的方法是将密封圈套在宝塔上用游标卡尺测量外径,再确定其相应尺寸。这种方法的弊端是:(1)密封圈是弹性体,外径测量不准确;(2)在设计新工具时,往往没有现成的密封圈,难以确定尺寸,其过盈量往往掌握不准。过盈量太大时密封圈易被剪切损坏,太小时又容易失封。针对这种状况,笔者提出一种选配密封圈的理论计算方法(指外密封圈),以供参考、讨论。 密封圈的密封机理[1] 密封圈密封属于挤压弹性体密封,是靠密封环预先被挤压由弹性变形产生预紧力,同时工作介质压力也挤压密封环,使之产生自紧力。也就是说,挤压弹性体密封属于自紧式密封。 密封圈在介质压力p1作用下,其受力状况如图1所示,产生的接触压力为

水压致裂法的应用成果结果

水压致裂法测量地应力 院系:地科院 姓名:陆凯 学号:201622000064 提交日期:2016年11月27日

摘要:水压致裂法在地质工程中广泛于测量地应力。传统的水压致裂法理论是建立在弹性力学平面应变理论的基础之上的,用于测量地质条件简单的情况下的二维地应力,但是传统水压致裂法的由于存在许多不足,因此再次出现了提出了三维地应力测量理论,采用最小主应力破坏准则进行水压致裂法三维地应力测量,对地质条件比较复杂的地区可以用该方法进行测量,但是还需要进一步的改进。传统的水压致裂法理论和三维地应力测量理论各有优缺点。 关键词:地应力测量传统水压致裂法三维地应力测量理论最小主应力水压致裂法是测量]3-1[地壳深层岩体地应力状态的一种有效方法,对地应力测量的测试原理基于三个基本假设:(1)地壳岩石是线性均匀、各向同性的弹性体;(2)岩石为多孔介质时,流体在孔隙内的流动符合达西定律;(3)主应力方向中有一个应力方向与钻孔的轴向平行。向封闭的钻孔内注入高压水,当压力达到最大值P f后,钻孔井壁会发生破裂导致井内压力下降,为维持裂隙保持张开状态,孔内压力最终会达到恒定值,不再注入后,孔内压力迅速下降,裂隙发生愈合,之后压力降低速度变慢,其临界值为瞬时关闭压力P s,完全卸压后再重新注液,得到裂隙的重张压力P r以及瞬时关闭压力P s,最后通过由仪器记录裂缝的方向。 一、传统的水压致裂法 传统的水压致裂法]8-4[应力测量理论和方法是建立在弹性力学平面应变理论的基础之上的,它的前提是原地应力场中的两个主应力方向构成一个平面,而第三个主应力是与这两个主应力垂直的。利用一个铅直井孔进行水压致裂应力测量得到两个水平主应力的大小和方向,而垂向主应力的值是由岩石的密度按静岩压力计算得出。传统水压致裂法采用最大单轴张应力的破裂准则,没有考虑轴向应力δz和径向应力δs对孔壁四周围岩的约束效应。切向应力δ0随液压P w不断增大,由压应力转变为张应力状态,再由张应力逐渐增大达到围岩抗拉强度T,井壁四周围岩沿剪切方向产生破裂。因此,钻孔压裂段井壁上只能产生平行于井孔轴向的纵向破裂缝。这时压裂段的液压就达P w到破裂压力P f。 传统水压致裂法地应力测量方法存在的不足是:只能确定钻孔横截面上的二

《传感器原理与应用》课程论文

《传感器原理与应用》课程论文 学院:__ 信息工程学院__ ______ 专业:____电子信息工程_________ 班级:____14级电子3班_________ 学生姓名:______李帅杰_____________ 学号:____1405160223___________ 指导教师:祝开艳___________ 2016年10月26日

常见传感器在智能手机中的应用 摘要: 随着科技的发展,智能手机已逐渐取代老式手机,成为一种集各种功能于一体的便携式电子设备。本文对智能手机中的几种常用传感器的工作原理及应用进行了分析,主要有重力传感器、红外线传感器、温度传感器、距离传感器、......等。 关键词:智能手机,距离传感器,重力传感器,移动互联网(3~5个关键词) 1. 引言 介绍背景知识和研究现状 智能手机近年来占据了人类越来越多的生活领域,随着技术的发展,智能手机所能提供给我们的功能越来越强大。从硬件角度来说,手机中传感器技术的大量应用对于手机功能的爆发式成长功不可没。 传感器在手机中的应用并非智能机时代的新鲜事物,从手机诞生之日起,它就是一个将声音信号和无线电信号相互转化的传感设备,在功能机时代手机最重要的配置:摄像头,也算是一个传感设备。到了智能机时代,为了适应软件应用的需求,越来越多的传感器被镶嵌在手机当中,手机的功能也越来越强大。 2. 距离传感器的原理及应用 结合图(原理框图、实物图或电路图等)进行说明。 距离传感器又叫位移传感器,距离传感器一般都在手机听筒的两侧或者是在手机听筒凹槽中,这样便于它的工作。当用户在接听或拨打电话时,将手机靠近头部,距离传感器可以测出之间的距离到了一定程度后便通知屏幕背景灯熄灭,拿开时再度点亮背景灯,这样更方便用户操作也更为节省电量。 原理:利用各种元件检测对象物的物理变化量,通过将该变化量换算为距离,来测量从传感器到对象物的距离位移的机器。根据使用元件不同,分为光学式位

中国石油大学(北京)现代试井分析-第二章 试井分析的基础理论及基本方法

第二章 试井分析的基础理论及基本方法
第一节:试井分析中的一些基本概念 第二节:试井分析的理论基础 第三节:试井分析的基本原理和基本方法 第四节:试井分析的基本过程
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姚约东

第二章 试井分析的基础理论及基本方法 第一节 试井分析中的一些基本概念
1、无因次量 2、压力降落与压力恢复试井 3、井筒存储效应 4、表皮效应 5、试井曲线与曲线特征 6、压力导数 7、探测半径 8、试井模型 9、流动状态
姚约东

试井分析中的一些重要概念-无因次量
?有量纲的物理量会因为使用者采用不同的单位制而使该物理量的数值有 所不同。
kh( p ? p ) D 1.842 ×10 ?3 qμB 量纲,无量纲量是这一物理量与别的物理量的组合。
无因次压力 无因次时间
kh( pi ? p ) pD = 1.842 × 10?3 q μ B
tD = 3.6kt 2 φμ ct rw
i ?有量纲量的无因次化,就是引进一个新的量,使该物理量无因次化或无 p =
无因次距离 无因次井筒储集系数
rD =
CD =
r rw
C 2 2π φ hct rw
姚约东

试井分析中的一些重要概念-无因次量
1、无因次量
无因次化存在多种形式,以无因次压力和无因次时间为例:
无因次压力
kh( pi ? p(r , t )) pD = 1.842 ×10?3 q μ B
无因次时间
pwD =
kh( pi ? pw ) 1.842 ×10?3 q μ B
3.6kt tD = 2 φμ ct rw
t DA
3.6kt = φμ ct A
t Dxf =
3.6kt φμ ct X 2 f
姚约东

封隔器理论基础与应用

第一章、概述 第一节、前言 封隔器系指具有弹性密封元件,并籍此封隔环形空间,隔绝产层,以控制产(注)液,保护套管的井下工具. 根据密封部位不同,可分为两种。一种是油套与套管(或裸眼井壁)之间的密封,谓之“外密封”;一种是油管或油管密封短接(也称密封段)与封隔器内腔(或密封腔容座)之间的密封,谓之“内密封”。 目前常用的封隔器分为两大类:可取式封隔器和永久式封隔器。 对于封隔器本身来说,最关键的部件莫过于弹性密封元件,有人比之为封隔器的心脏,因为它在很大程度上影响甚至决定着封隔器系统井下工作的成败 第二节、封隔器的发展 石油工业的兴起和发展,伴随着封隔器的问世和演变,早期的封隔器结构简单,用途单一、性能低下。1863年美国的布赖森发明了裸眼封隔器,1863年美国的图尔特发明了一种开有油、套压连通孔的单胶筒封隔器,其胶筒是在锥形体的楔入作用下膨胀的。随后美国的封隔器研究又加快了步伐 苏联30年代初,阿塞拜疆油田首先采用正反扣螺栓式封隔器,1963年阿塞拜疆矿机研究所研制了结构比较完善的尾管式封隔器,但其下入深度只有300~650米,有效工作压差不超过2.5MPa。 近几十年,随着钻井、完井工艺不断向高压、高温和复杂的深部地层方面发展,对封隔器提出更高的要求。 第三节、结构封隔器的 一、密封部分: 密封部分是在外力(机械力或液压力)的作用下,发生动作,最终密封环形间隙,防止流体通过的机械。它是封隔器的关键部件,主要由弹性密封元件、赖以安装密封元件的钢碗、隔环(挡圈)和各种防止密封元件“肩部突出”的“防突”部件构成。其中,密封元件是至关重要的核心部件,通常制作成“圆筒状”,所以也俗称胶筒。只是近来为了实现油管与封隔器之间的内密封,密封元件才制作成各种形状(如V形)的盘根 二、锚定部分 锚定部分也叫“支撑部分”,其作用是将封隔器支撑在套管壁上,防止封隔器由于纵向移动而影响密封性能,或引起封隔器过早解封,主要包括水力锚和卡瓦等。

温度传感器在生活中的应用

温度传感器在生活中的应用 温度传感器不断加强自身的技术功能,更好更多的服务在人们现实生活中。进入21世纪后,智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。目前,智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化,技术的进展也将使得温度传感器能够在现实生活中得到更多利用。 下面介绍各种温度传感器在生活中的具体应用。 1.冰箱中的温度传感器。 当冰箱内的温度高于设定值时,制冷系统自动启动;而当温度低于设定值时,制冷系统又会自动停止冰箱温度的控制是通过温度传感器实现的 2.汽车中的温度传感器。 车用传感器是汽车电子设备的重要组成部分,担负着信息收集的任务。在汽车电喷发动机系统、自动空调系统中,温度是需测量和控制的重要参数之一。发动机热状态的测量、气体及液体温度的测量,都需要温度传感器来完成。因而车用温度传感器是必不可少的。 由于发动机工作在高温(发动机表面温度可达150℃、排气歧管可达650℃)、振动(加速度30g)、冲击(加速度50g)、潮湿(100%RH,-40℃-120℃)以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境中,因此发动机控制系统用传感器耐恶劣环境的技术指标要比一般工业用传感器高1-2个数量级,其中最关键的是测量精度和可靠性。否则,由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以正常工作或产生故障。 温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度用传感器有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式三种主要类型。三种类型传感器各有特点,其应用场合也略有区别。线绕电阻式温度传感器的精度高,但响应特性差;热敏电阻式温度传感器灵敏度高,响应特性较好,但线性差,适应温度较低;热偶电阻式温度传感器的精度高,测量温度范围宽,但需要配合放大器和冷端处理一起使用。 已实用化的产品有非接触式红外温度传感器(通用型0℃~500℃,精度1%,响应时间500ms;高温型300℃~1600℃,精度0.5%,响应时间100ms)等。 3.家用电器中的温度传感器。 温度传感器广泛应用于家用电器(微波炉、空调、油烟机、吹风机、烤面包机、电磁炉、炒锅、暖风机冰箱、冷柜、热水器、饮水机、洗碗机、消毒柜、洗衣机、烘干机以及中低温干燥箱、恒温箱等场合的温度测量与控制等)、医用/家用体温计,便携式非接触红外温度测温仪等等许多方面。

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