КАЛИБРОВОЧНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ СКВАЖИННЫХ ТЕРМОМЕТРОВ-МАНОМЕТРОВ Российский патент 2003 года по МПК G01K15/00 

Устройство относится к области метрологического обеспечения геофизической аппаратуры.

Известны поверочные установки типа "Топаз-lT" и "Топаз-lM" для поверки скважинных термометров и манометров соответственно (Дембицкий С.И. Оценка и контроль качества геофизических измерений в скважине., М., "Недра", 1991, с. 48-50). В указанных установках калибровка скважинного прибора "термометр-манометр" производится последовательно на обеих установках, причем калибровка канала измерения температуры производится в установке "Топаз-1T" при прогреве прибора в водяном термостате, а калибровка канала измерения давления производится в установке "Топаз-1М" без прогрева прибора.

Для калибровки канала температуры скважинного прибора в данной установке необходимо при каждом калибруемом значении температуры обеспечить поля температур в камере термостата с неравномерностью ниже требуемой погрешности калибровки скважинного термометра, а время выдержки перед проведением замера должно быть достаточным, чтобы в режиме "асимптотической конвекции" показатели эталонного термометра и скважинного термометра сравнялись с точностью, обеспечивающей заданную погрешность калибровки на данной установке. Соблюдение указанных условий требует медленного прогрева термостата с принудительным перемешиванием воды в последнем с помощью крыльчатки и с остановкой процесса прогрева по достижении каждой калибровочной точки.

Таким образом, суммарное время калибровки скважинного термометра становится столь большим, что производительность одной калибровочной установки недостаточна для обеспечения регулярных поверок всего парка скважинных термометров того или иного региона страны.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности калибровочной установки за счет обеспечения поверки одновременно нескольких приборов, а также упрощение конструкции с сохранением высокой точности прототипа.

Поставленная задача решается следующим образом.

В калибровочной установке, содержащей заполненную жидкостью термокамеру, управляемые нагреватели, крыльчатку, первый эталонный термометр, регулятор температуры, камеру высокого давления, грузопоршневой манометр и первый эталонный манометр, крыльчатка, камера высокого давления, грузопорщневой манометр и регулятор температуры исключаются. При этом дополнительно вводится n-е количество эталонных термометров, сумма которых с первым эталонным термометром (n+1) равна количеству одновременно калибруемых скважинных приборов, а постоянная времени прогрева эталонных термометров равна постоянной времени прогрева термодатчиков калибруемых скважинных приборов; вводится блок сопряжения эталонных термометров, эталонного манометра и соответствующих каналов калибруемых скважинных приборов с внешним компьютером; вводятся помпа высокого давления с электроприводом, трубки подачи высокого давления, каретка с направляющим желобом для заправки скважинных приборов в термокамеру и поворотная стойка для термокамеры с осью вращения, совпадающей с центром тяжести термокамеры в рабочем состоянии, обеспечивающая смещение последней из горизонтального положения в наклонное положение с фиксацией ее под заданным углом наклона. При этом корпус термокамеры выполнен из теплоизоляционного материала и снабжен направляющим желобом для перемещения каретки, эталонные термометры установлены в термокамере с возможностью размещения каждого из них в углублении корпуса калибруемых скважинных приборов в предельной близости к их термодатчикам, нагреватели жидкости размещены внутри термокамеры параллельно калибруемым скважинным приборам со смещением к направляющему желобу, а трубки подачи высокого давления одним концом через коллектор подключены к помпе высокого давления, а свободным концом - непосредственно к приемным окнам калибруемых скважинных приборов.

Предложенное техническое решение имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:
- выполнение корпуса термокамеры из теплоизоляционного материала позволяет отказаться от дополнительной теплоизоляции как у протипа, что упрощает конструкцию термокамеры;
- наличие n-го количества эталонных термометров обеспечивает возможность проведения качественной калибровки одновременно n-го количества скважинных приборов;
- размещение каждого из эталонных термометров в углублении корпуса соответствующего калибруемого скважинного прибора в непосредственной близости к термодатчикам, а также обеспечение условия равенства постоянной времени прогрева эталонных термометров и термодатчиков калибруемых скважинных приборов позволяют проводить калибровку скважинных приборов в переходном режиме во время кратковременного прекращения набора температуры по каналам температуры и давления, сокращая тем самым время калибровки с сохранением высокой метрологической точности;
- наличие помпы высокого давления с электроприводом, трубок подачи высокого давления и коллектора высокого давления позволяет подвести высокое давление непосредственно к калибруемым скважинным приборам и проводить калибровку каналов манометра по давлению и термометра скважинного прибора по температуре на переходных режимах в процессе непрерывного нагрева термокамеры, что значительно сокращает время, затрачиваемое на калибровку одного скважинного прибора;
- наличие блока сопряжения эталонных термометров, манометра и соответствующих каналов калибруемых скважинных приборов с компьютером обеспечивает возможность управления и контроля за процессом калибровки каждого из скважинных приборов в автоматическом режиме с формированием протоколов калибровки и сертификатов качества калибруемых скважинных приборов;
- наличие поворотной стойки с местом посадки загруженной термокамеры позволяет легко разворачивать термокамеру из горизонтально-загрузочного положения в наклонно-измерительное с фиксацией ее под определенным углом наклона, обеспечивающим интенсивное конвективное перемешивание нагреваемой жидкости без применения крыльчатки (как у прототипа);
- отсутствие крыльчатки для циркуляции жидкости упрощает конструкцию термокамеры, а отсутствие камеры высокого давления и совмещение двух установок в одной упрощает конструкцию калибровочной установки в целом.

- наличие каретки обеспечивает удобный монтаж калибруемых скважинных приборов вне корпуса термокамеры и легкую загрузку связки подготовленных скважинных приборов (общим весом до 100 кг) в термокамеру.

Предложенное техническое решение просто в реализации, не требует для изготовления специальных материалов и оборудования.

Заявителю не известны технические решения, содержащие сходные признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой калибровочной установки для поверки скважинных термометров-манометров.

На фиг. 2 показано размещение калибруемых скважинных приборов и нагревателей в термокамере (вид сверху - поперечный разрез).

На фиг. 3 показано взаимное расположение эталонного термометра в углублении корпуса скважинного прибора и калибруемого термодатчика.

Калибровочная установка для поверки скважинных термометров-манометров содержит термокамеру 1, электромагнитный клапан 2 наполнения термокамеры 1 холодной жидкостью и электромагнитный клапан 3 слива горячей жидкости из термокамеры 1, связанные с термокамерами 1 соответствующими трубками (на фиг. не показаны), автоматизированный блок давления 4 для подачи высокого давления в измерительные полости калибруемых скважинных приборов с расположенным там же эталонным манометром 5. Измерительные каналы термокамеры 1, автоматизированного блока давления 4 и эталонных манометров 5 связаны через блок сопряжения 6 с внешним компьютером 7. В полости термокамеры 1 параллельно ее продольной оси на подвижной каретке 8 размещены калибруемые скважинные приборы 9 (в данном случае показано размещение четырех скважинных приборов). Параллельно каждому из скважинных приборов 9 установлены дискретно включаемые нагреватели жидкости 10, установлены эталонные термометры 11 по количеству скважинных приборов 9. Каждый из скважинных приборов 9 развернут на каретке 8 таким образом, что соответствующий ему эталонный термометр 11 входит в углубление 12 корпуса геофизического прибора 9 с термодатчиком 13. Корпус термокамеры 1 снабжен датчиками 14 и 15 верхнего и нижнего уровня жидкости соответственно. Калибровочная установка для поверки скважинных термометров-манометров снабжена поворотной стойкой 16, обеспечивающей разворот термокамеры 1 из горизонтально-загрузочного положения в наклонно-рабочее положение с фиксацией под определенным углом наклона (на фиг.1 показано пунктиром).

Работа калибровочной установки для поверки скважинных термометров-манометров осуществляется в три этапа.

На первом этапе термокамера 1 фиксируется на поворотной стойке 16 в горизонтальном положении таким образом, что центр тяжести термокамеры 1 совпадает осью разворота поворотной стойки 16. Калибруемые скважинные приборы 9 фиксируются на подвижной каретке 8. Эталонные термометры 11 вводятся в углубления 12 корпусов геофизических скважинных приборов 9 с термодатчиками 13. К приемным окнам скважинных приборов 9 посредством трубок подачи высокого давления подключается магистраль высокого давления (помпа с коллектором), связанная с блоком давления 4. Подготовленный таким образом весь комплект калибруемых скважинных приборов 9 вводится на каретке 8 в термокамеру 1. Термокамера 1 закрывается и переводится в наклонно-рабочее положение с заданным углом наклона, обеспечивающим конвекцию нагреваемой в термокамере 1 жидкости. Включаются система подачи-слива жидкости (клапаны 2 и 3), блок сопряжения 6, дискретно включаемые нагреватели жидкости 10, компьютер 7.

На втором этапе по программе компьютера при подаче общей команды на проведение калибровки включается клапан 2 наполнения термокамеры 1 жидкостью. Наполнение термокамеры 1 жидкостью длится до поступления сигнала с датчика 13 верхнего уровня. Затем включаются нагреватели жидкости 10. Нагрев идет до заданной температуры (в данном случае до 95^oС). В процессе нагрева компьютер запрашивает параметры жидкости и при достижении реперных точек (например, 10^oС, 20^oС и т.д.) подает команды в блок сопряжения 6 на измерение температуры жидкости в термокамере 1 термодатчиками 13. Полученные данные от эталонных термометров 11 и термодатчиков 13 сопоставляются между собой. Аналогично на каждой из реперных точек компьютером 7 считываются значения измеренных давлений скважинными приборами 9. Для этого блоком давления 4 формируется ряд эталонных давлений (например, 50 кг/см, 100 кг/см,..., 250 кг/см). Эталонный манометр 5 измеряет создаваемое давление. Программа сравнивает показания эталонного манометра 5 с показаниями датчиков давления калибруемых скважинных приборов 9. По завершении этапа калибровки заданных параметров по команде компьютера 7 отключаются автоматические нагреватели 10, производится слив жидкости через клапан 3. По сигналу с датчика 15 нижнего уровня термокамера 1 вновь заполняется холодной жидкостью для охлаждения находящихся в ней скважинных приборов 9. При достаточном охлаждении скважинных приборов 9 подается звуковой сигнал о завершении второго этапа. В процессе второго этапа компьютером 7 производится обработка получаемой информации с автоматической выдачей протоколов калибровки и сертификации качества калибруемых скважинных приборов 8.

На третьем этапе по завершении процесса калибровки термокамеру 1 возвращают в исходное горизонтальное положение, отключают системы токоподвода, подвода жидкости и высокого давления, извлекают откалиброванные скважинные приборы 9, извлекают эталонные термометры 11, отключают трубки подвода давления от приемников давления.

Участие персонала, производящего работу на данной калибровочной установке, необходимо только на первом и третьем этапе.

Таким образом, предложенная калибровочная установка для поверки скважинных термометров-манометров позволяет производить с необходимой метрологической точностью калибровку канала "термометр" в динамическом режиме. Кроме того, предложенное техническое решение позволяет увеличить мощность дискретно включаемых нагревателей и дополнительно сократить время, затрачиваемое на нагрев жидкости и соответственно на проведение калибровки, а за счет совмещения во времени калибровки каналов "манометр"-"термометр" исключить из суммарного времени время, необходимое на проведение калибровки канала "манометр" у прототипа.

Заявленное техническое решение просто в изготовлении, не требует специальных материалов, оснастки и оборудования.

В настоящее время несколько установок, изготовленных с использованием данного технического решения, передано в эксплуатацию, каких-либо нареканий по их конструкции не поступало.

Изобретение предназначено для использования в области метрологического обеспечения геофизической аппаратуры. Калибровочная установка содержит заполненную жидкостью термокамеру, управляемые нагреватели, эталонные термометры и эталонный манометр. Установка позволяет осуществить одновременную калибровку нескольких геофизических приборов с совмещением по времени калибровки каналов "термометр - манометр". Технический результат - упрощение конструкции и повышение производительности калибровочной установки. 3 ил.

Калибровочная установка для поверки скважинных термометров-манометров, содержащая заполненную жидкостью термокамеру, управляемые нагреватели, первый эталонный термометр и эталонный манометр, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена эталонными термометрами, сумма которых с первым эталонным термометром (n + 1) равна количеству одновременно калибруемых скважинных приборов, а постоянная времени прогрева эталонных термометров равна постоянной времени прогрева термодатчиков калибруемых скважинных приборов, блоком сопряжения эталонных термометров, манометра и соответствующих каналов скважинных приборов с внешним компьютером, электрической помпой подачи высокого давления, трубками подачи высокого давления, кареткой с направляющим желобом и поворотной стойкой для термокамеры с осью вращения, совпадающей с центром тяжести термокамеры, обеспечивающей смещение последней из горизонтального положения в вертикальное и фиксацию ее при заданном угле наклона, при этом корпус термокамеры выполнен из теплоизоляционного материала с направляющим желобом для каретки, каждый из эталонных термометров установлен в углублении соответствующего корпуса калибруемого скважинного прибора в предельной близости к его термодатчику, нагреватели жидкости размещены в полости термокамеры параллельно калибруемым скважинным приборам со смещением к направляющему желобу, а трубки подачи высокого давления одним концом через коллектор подключены к помпе высокого давления, а свободным концом - непосредственно к приемным окнам калибруемых скважинных приборов.