Устройство для измерения крутящего момента на роторе буровой установки Советский патент 1991 года по МПК G01L3/10 

Изобретение относится к силоизмери- тельной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, в частности при проведении работ разведочного бурения скважин.

Цель изобретения - повышение точности измерения при дистанционных измерениях.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит электродвигатель 1, трансформаторы тока 2 и 3, регулируемый потенциометр 4, конденсатор интегрирующей цепи 5, регулируемый резистор интегрирующей цепи 6, излучающий диод 7 первого оптронз, фоторезистор 8 первого сптрона, автогенератор 9 регулируемый потенциометр 10 второй цепи измерения, ограничительное сопротивление 11 излучающий диод 12 второй цепи измерения, фоторезистор 13 второго оптрона, автогенератор второй цепи измерения 14, смеситель частоты 15.

В фазы питания электродвигателя 1, подключены первичные обмотки трансформато ров тока 2 и 3, вторичные обмотки которых подключены к регулируемым сопротивлениям 4 и 10 соответственно. Скользящий кон такт регулируемого потенциометра 4 подключен к интегрирующей цепи, состоя щей из конденсатора 5 и регулируемого ре зистора 6, который в свою очередь, подключен к излучающему диоду Г первого оптрона, а фоторезистор 8 этого оп-гр нл

О

о

о ю о

подключен ко времязадающей цепи автогенератора 9, выход которого подключен к первому входу смесителя частоты 15. Скользящий контакт регулируемого потенциометра 10 подключен к ограничительному сопротивлению 11, которое в свою очередь, подключено к излучающему диоду 12 второго оптрона, а его фоторезистор 13 включен во времязадающую цепь второго автогенератора 14, выход которого подключен ко второму входу смесителя частоты 15.

Устройство работает следующим образом.

При изменении крутящего момента на роторе буровой установки меняется ток потребления электродвигателя 1, что приводит к изменению напряжения на вторичных обмотках трансформаторов тока 2 и 3. Скачок напряжения на вторичных обмотках приводит почти к мгновенному изменению светового потока излучающего диода 12 второго оптрона и замедленному изменению светового потока излучающего диода 7 первого оптрона, вследствие наличия в цепи первого оптрона интегрирующих элементов конденсатора 3 и регулируемого резистора 6. Следовательно, текущее значение крутящего момента на роторе буровой установки по первому и второму каналу измерения будет пропорционально напряжению, приложенному к излучающим диодам

первого и второго оптронов: Mi KUoet/T,1; М2 KUo e t/T2,

(D (2)

где К - коэффициент пропорциональности;

Uo - постоянная составляющая напряжения на излучающих диодах пропорциональная среднему значению крутящего момента на роторе буровой установки М0;

Ti - постоянная времени первой цепи измерения с учетом постоянной времени первого оптрона;

Та - постоянная времени второй цепи с учетом постоянной времени второго оптрона.

Сопротивления фоторезисторов 8 и 13 оптронов соответственно определяются выражениями:

fi AU0e

t/T1.

-t/T2

(3)

fa-AUoe 1 .(4)

где А - коэффициент пропорциональности;

РФ1 - сопротивление фоторезистора 8 первого оптрона;

- сопротивление фогорезистора 13 второго оптрона;

С - емкость времязадающих цепей автогенераторов.

Частота генерируемых автоколебаний автогенераторов 9 и И равна

1

СНФ1

С A Do е

-t/T

в

-t/n

1

в

(5)

С д U0 е

-I/T2

-t/T2

0

где В

1

(6)

- коэффициент пропорциCAUoональности.

Частота на выходе сигнала смесителя частоты 15 соответственно будет равна;

5 f(t) f 1 - f2 b( - e t/6r),(7)

где Т - постоянная времени опорного канала измерения (например, Ti Т;)

6Т - постоянная времени второго канала измерения, взятая изусловия максималь0 ной чувствительности устройства в целом.

Соотношение постоянных времени первого и второго каналов измерения взятых в соотношении равном может быть достигнуто путем изменения сопротивления 6

5Согласно выражению (7) на выходе смесителя частоты 15 можно получить частотно- модулированный сигнал, глубина модуляции которого определяется динамической составляющей крутящего момента

0 на роторе буровой установки.

M(t) - B( - ).(8)

Согласно выражению 8 при t 0 в начальный момент времени динамическая составляющая крутящего момента M(t) 0, а

5 постоянная составляющая момента, пропорциональная Do, взаимно компенсируется с ростом текущего времени, после приложения нагрузки наблюдается уплотнение частотного спектра на выходе смеси0 теля частоты, достигающее максимума при Т6еп1 .

С дальнейшим увеличением текущего времени наблюдается спад значения частоты, пропорциональной динамическому мо5 менту. Глубина частотной модуляции определяется уровнем постоянной составляющей крутящего момента, пропорциональным начальному напряжению U°.

Таким образом, устройство можно ис0 пользовать для дистанционных измерений крутящего момента, полностью исключая при этом влияние потерь в линии связи на результат измерения вследствие частотного преобразования.

5 Формула изобретения

Устройство для измерения крутящего момента на роторе буровой установки, содержащее два трансформатора тока с первичными обмотками, подключенными к фазам питания электродвигателя и с нторич

ными обмотками, связанными с соответствующими регулируемыми потенциометрами, причем движок одного потенциометра подключен к первому излучающему диоду первого оптрона через интегрирующую цепь Q резистором, а движок другого потенциометра подключен ко второму излучающему диоду второго оптрона через ограничительное сопротивление, о т л и ч а0

ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения при дистанционных измерениях, в него введены два автогенератора, во время задающие цепи которых включены соответственно фоторезисторы первого и второго оптронов, смеситель частоты, связанный своими входами с выходами автогенераторов, а резистор интегрирующей цепи выполнен регулируемым.

Изобретение относится к силоизмери- тельной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности, в частности, при проведении работ разведочного бурения скважин. Цель изобретения - повышение точности измерения при дистанционных измерениях. При изменении крутящего момента на роторе буровой установки меняется ток потребления электродвигателя 1, что приводит к изменению напряжения на вторичных обмотках трансформаторов тока 2 и 3. Скачок напряжения на вторичных обмотках приводит к мгновенному изменению светового потока излучающего диода 12 второго оптрона и замедленному изменению светового потока излучающего диодэ 7 первого оптрона вследствие наличия в цепи первого оптрона интегрирующих элементов конденсатора 3 и регулируемого резистора 6 На выходе смесителя частоты 15 можно пол учить частотно-модулированмый сигнал, глубина модуляции которого определяется динамической составляющей крутящего мо мента на роторе буровой установки. 1 ил