石油钻井传感器选型

-.z.一：传感器选型压力传感器：JYB-KB-PAG-10压力变送器技术指标防爆类型防爆型量程10MPa输出信号4~20mA电流输出系统通用指标测量介质油、水、气体及其他与316不锈钢兼容介质防护等级IP65长期稳定性

≤±0.1%FS/年热力零点温漂

≤0.02%FS/℃

介质温度-20~85℃

电气连接接线端子环境温度-30~85℃

过程连接M20×1.5外螺纹响应时间

≤100mS迟滞性和可重复性

≤±0.1%FS精度

±0.5％FS非线性

≤±0.2%FS供电电源+24VDC取压方式;表压外壳类型：防护型铸铝外壳探头材质扩散硅过载压力2倍量程负载能力：电流型≤600Ω(不带显示);电压型

≥3KΩ工作原理;压力变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。

当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。压力变送器和绝对压力变送器的工作原理和差压变送器一样，所不同的是低压室压力是大气压或真空。

A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来判定输入压力值。微处理器控制变送器的工作。另外，它进展传感器线性化。重置测量范围。工程单位换算、阻尼、开方，，传感器微调等运算，以及诊断和数字通信。

本微处理器中有16字节程序的RAM，并有三个16位计数器，其中之一执行A/D转换。

D/A转换器把微处理器来的并经校正过的数字信号微调数据，这些数据可用变送器软件修改。数据贮存在EEPROM内，即使断电也保存完整。

数字通信线路为变送器提供一个与外部设备(如275型智能通信器或采用HART协议的控制系统)的连接接口。此线路检测叠加在4-20mA信号的数字信号，并通过回路传送所需信息。通信的类型为移频键控FSK技术并依据BeII202标准。温度传感器：直径为3mm、长为27cm的Pt100型传感器，根据0.10℃刻度的温度测试仪作为标定标准，利用软件来矫正其非线形失真，该产品实现对石油倾点温度信号的采集和标定。Pt100传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进展测温，其温度/阻值对应关系为(1)-200℃<t<0℃时，RPt100=100[1+At+Bt2+Ct3(t-100)](1)(2)0℃≤t≤850℃时，RPt100=100(1+At+Bt2)(2)式中，A=3.90802×10-3；B=-5.80×10-7；C=4.2735×10-12。另外，Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。测量范围-200℃~850℃

允许偏差值△℃

A级

±(0.15+0.002|t|)；B级

±(0.30+0.005|t|)热响应时间<30s最小置入深度热电阻的最小置入深度≥200mm允通电流

≤5mA(电流不能大于5mA，而电阻随温度变化，所以电压也要注意)三、根据倾点温度测试的国内外要求-温度每降2℃就要对油样的凝结情况进展检测，我们设计了测量过程(如图1)。2、电桥采集数据的电路图及原理Pt100电桥电路如图2所示。其中，R1、R2、R3、RPt100组成电桥，R1=R2=R3=R0。为了防止流过Pt100传感器的电流过大使其发热进而导致非线性失真增大，电桥电压不宜太高，一般要求Im<5mA，电桥电压Vbrg=1V。电桥输出压差为：VD=RPt100+R0−2R02(RPt100+R0)Vbrg=RPt100−R02RPt100+R0Vbrg(3)令RPt100−R0=∆R，则有VD=∆R2RPt1(4)由Pt100温度/阻值对应关系式可知，当温度较低时，Pt100的阻值变化量∆R相对于R0较小，则电桥输出压差为：VD=∆R4R0Vbrg即VD正比于Pt100传感器的阻值变化量∆R，也说明温度较低时，Pt100传感器的线性度良好；当温度较高时，∆R/R0的值较大，Pt100传感器的线性度变差，此时要用软件来较正。四、测量中的定量计算及误差分析1、运算放大器放大倍数确实定由传感器的温度和阻值关系式可知，当温度变化1℃时，Pt100的阻值变化约为0.38Ω，对应的电桥输出压差为：VD=∆R4R0Vbrg=0.001V假设采用8位A/D转换器，分辨率为0.0196V，则运算放大器的最小放大倍数应为20倍。假设测温的上限定为85℃

(倾点温度一般小于该温度)，Pt传感器在85℃时的理论阻值为132.8Ω，电桥电压为1V，则VD=0.08296V≈0.083V，即运放的最大放大倍数为60.3。综合上述，可限定运放的放大倍数应在20~60之间。2、误差分析(1)桥电压Vbrg=1V时波动产生的误差[2]从上面的分析可知，在*一温度时，Pt﹑R0不变，设电桥电压有∆Vbrg(mV)的变化，就会导致VD有∆VD=∆R+4R0∆VbrgmV的变化。在0℃时，∆R=5Ω，则∆VD=54×95∆Vbrg=0.013∆VmVPt100电桥将温度转为电压信号将电压信号扩大适当倍数A/D卡将电压信号转化为数字量将数字量转变为温度值，并进展修正将端口上的数字量读入计算机;假设令∆VD=1mV，则∆V=76mV，即0℃左右，电桥电压Vbrg有76mV波动，会引起1℃的温度误差；同理在85℃左右，电桥电压有10mV的波动，则会引起1℃的温度误差。可见电桥电压Vbrg=1V时的波动系数给对测温带来的误差是很大的，应将其电压波动限制在1mV的级别上。(2)运放非线性产生的误差由于运放的放大倍数应在20~60之间，可将放大倍数定为50；假设测温范围是0℃~85℃，则在0℃时，VD=13mV；在85℃时，VD=99.5mV，说明输入信号的范围在13mv~99.5mV之间变化。以平均值50作为放大倍数，此时输入信号为13mV，换算出来的输入电压信号值为12.48mV，∆VD=-0.52mV，将会引起约1.5℃的误差。由此可见运放的非线性将会带来大约1.5℃的误差，在实际测量中，提高运放线性度以及运放放大倍数均可以减少由运放带来的误差。(3)A/D转换器非线性带来的误差在实际应用中会发现，对同一模拟输入信号Vi，经A/D转换得出的数字量会有±1位的跳变，这是由A/D转换器的判断误差造成的。A/D转换器的一位跳变对应的电压值，即为该八位A/D转换器的分辨率，为0.0196V=19.6mV；折算到输入端对应的电压值为0.392mV，将会产生0.392℃的温度误差。(4)A/D转换器参考电压Vref带来的误差A/D转换器采用逐次逼近式转换器AD0809，其转换速度较慢，如果输入信号在转换过程中不断变化，则易发生错误，使用时应加采样保持器，且只对本次采样的信号进展转换，以确保转换信号的可靠性。另外，在比拟转换过程中，Vref的变化会对输出的二进制代码有影响：在模拟输入信号不变的情况下，Vref变大会导致输出的二进制代码变小；反之，则变大，从而导致了温度误差。五、考前须知与结论使用中应注意，由于热惰性会使热电阻阻值变化滞后，为消除误差，应尽可能地减少热电阻保护管外径，适当增加热电阻的插入深度使热电阻受热部位增加。要经常检查保护状况，发现氧化或变形应立即采取措施，并定期进展校验。热电阻应防止放置在炉旁或距加热体太近，应尽量安装在震动小的地方；同时为便于施工和维护。安装位置应尽可能保持垂直，但在有原油流动时则必须倾斜安装，接线盒出孔应向下。由上面的分析可得，为了提高温度测量的准确性，应使用1V电桥电源、A/D转换器的5V参考电源要稳定在1mV级；在价格允许的情况下，Pt100传感器、A/D转换器和运放的线性度要高。同时，利用软件矫正其误差，可以使测得温度的精度在±0.2℃质量流量计:艾默生罗斯蒙特2700-1700质量流量测量原理一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。Rosemount质量流量计依据牛顿第二定律：力=质量×加速度〔F=ma〕如图1所示，当质量为m的质点以速度V在对P轴作角速度ω旋转的管道内移动时，质点受两个分量的加速度及其力：〔1〕法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P轴；〔2〕切向角速度αt，即科里奥利加速度，其值等于2ωV，方向与αr垂直。由于复合运动，在质点的αt方向上作用着科里奥利力Fc=2ωVm，管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ωVm。当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度V流动时，任何一段长度Δ*的管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc：

ΔFc=2ωVρAΔ*〔1〕式中，A—管道的流通截面积。由于存在关系式：mq=ρVA所以：ΔFc=2ωqmΔ*〔2〕因此，直接或间接测量在旋转管中流动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。传感器内是U型流量管〔图2〕，在没有流体流经流量管时，流量管由安装在流量管端部的电磁驱动线圈驱动，其振幅小于1mm，频率约为80Hz，流体流入流量管时被强制承受流量管的上下垂直运动。在流量管向上振动的半个周期内，流体对抗管子向上运动而对流量管施加一个向下的力；反之，流出流量管的流体对流量管施加一个向上的力以对抗管子向下运动而使其垂直动量减少。这便导致流量管产生扭曲，在振动的另外半个周期，流量管向下振动，扭曲方向则相反，这一扭曲现象被称之为科里奥利(Coriolis)现象，即科氏力。根据牛顿第二定律，流量管扭曲量的大小完全与流经流量管的质量流量大小成正比，安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测流量管的振动。当没有流体流过流量管时，流量管不产生扭曲，两侧电磁信号检测器的检测信号是同相位的〔图3〕；当有流体流经流量管时，流量管产生扭曲，从而导致两个检测信号产生相位差，这一相位差的大小直接正比于流经流量管的质量流量。由于这种质量流量计主要依靠流量管的振动来进展流量测量，流量管的振动，以及流过管道的流体的冲力产生了科氏力，致使每个流管产生扭转，扭转量与振动周期内流过流管的质量流速成正比。由于一个流管的扭曲滞后于另一流管的扭曲，质量管上的传感器输出信号可通过电路比拟，来确定扭曲量。电路中由时间差检测器测量左右检测信号之间的滞后时间。这个"时间差〞ΔT经过数字量测量、处理、滤波以减少噪声，提高测量分辨率。时间差乘上流量标定系数来表示质量流量。由于温度影响流管钢性，科氏力产生的扭曲量也将受温度影响。被测量的流量不断由变送器调整，后者随时检测粘在流管外表上的铂电阻温度计输出。变送器用一个三相的电阻温度计电桥放大电路来测量传感器温度，放大器的输出电压转化成频率，并由计数器数字化后读入微处理器。密度测量原理：流量管的一端被固定，而另一端是自由的。这一构造可看做一重物悬挂在弹簧上构成的重物/弹簧系统，一旦被施以一运动，这一重物/弹簧系统将在它的谐振频率上振动，这一谐振频率与重物的质量有关。质量流量计的流量管是通过驱动线圈和反应电路在它的谐振频率上振动，振动管的谐振频率与振动管的构造、材料及质量有关。振动管的质量由两局部组成：振动管本身的质量和振动管中介质的质量。每一台传感器生产好后振动管本身的质量就确定了，振动管中介质的质量是介质密度与振动管体积的乘积，而振动管的体积对每种口径的传感器来说是固定的，因此振动频率直接与密度有相应的关系，则，对于确定构造和材料的传感器，介质的密度可以通过测量流量管的谐振频率获得。利用流量测量的一对信号检测器可获得代表谐振频率的信号，一个温度传感器的信号用于补偿温度变化而引起的流量管钢性的变化，振动周期的测量是通过测量流量管的振动周期和温度获得，介质密度的测量利用了密度与流量管振动周期的线性关系及标准的校定常数。科氏质量流量传感器振动管测量密度时，管道钢性、几何构造和流过流体质量共同决定了管道装置的固有频率，因而由测量的管道频率可推出流体密度。变送器用一个高频时钟来测量振动周期的时间，测量值经数字滤波，对于由操作温度导致管道钢性变化，进而引起固有频率的变化进展补偿后，用传感器密度标定系数来计算过程流体密度。四、信号特性:罗斯蒙特公司的变送器为模块化并带有微处理器功能，配合ASICS数字技术，可选择数字通信协议。它与传感器连接使用可获得高准确度的质量流量、密度、温度和体积流量信号，并将获得的信号转换为模拟量、频率等输出信号，还可使用275型HART协议通信手操器或AMS、Prolink软件对其组态、检查及通信。6、管道应力影响假设连接流量传感器管道中心未对准〔或不平行〕或管道温度改变，管道应力会形成压力、拉力、或剪切力作用到CMF测量管间的对准，引起检测探头的不对称性，导致零点变动。CMF安装好后必须调零以消除或减小这一影响。假设管道严重未对准，有可能无法调至零位。管道温度偏离安装时温度，管道产生的热膨胀〔或收缩〕力亦将作用到流量传感器。有些CMF设计在测量管进出口各有一个很重的分流器，可减小管道应力对测量管的影响。直形测量管CMF特别易受热膨胀力的影响，必要时可在管道装热膨胀隔离管件。七、实际应用1、异相流应用CMF在我厂主要产品如乙烯、丙烯和主要原料轻烃等的测量中使用可靠，但如果使用不当可导致计量超差甚至中断计量。在原料轻烃的测量中，由于轻烃介质中组分复杂，即含有固体颗粒，又含有气泡，属典型的异相流体，使用过程中经常出现故障，变送器显示的故障信息是SensorError、DensOverrng、Slugflow即传感器出错、密度超限、团状流，流量计中断计量，为了解决此问题，我们在流量计入口安装了过滤器，用来过滤固体颗粒，又将流量计出口阀门开度限位，以此提高入口压力，用来减少轻烃介质中的气泡含量，采取以上措施后流量计投用正常。八、结论质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域将得到更加广泛的应用，相信将在推动流量测量上显示出巨大的潜力。1质量流量计工作原理质量流量的测量方法可分为直接法和间接法两大类。直接法是直接检测与质量流量有函数关系的参变量以求得质量流量。其中包括动量法，振动加速法〔即CMF，科里奥利质量流量计〕，差压法，热学法。间接法又称推导法，它是用体积流量QV乘以流体密度ρ，求得质量流量QM，即QM=ρQV。推导式质量流量测量有两大类：①

体积流量计和密度流量计(测量气体时用温度计，压力计替代密度计)组合；

②

双流量计组合。科里奥利质量流量计，它是利用流体在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。2流量计的安装环境对其精度的影响科里奥利质量流量计对安装环境有一定的要求，首先要求现场无振动，否则需要采取一些方法来减少振动，如在流量计进出口处用软管相连以减少管道振动对其精度的影响。在安装时应尽量远离振源，否则应加避振装置以尽量减少振源对其测量精度的影响。安装中螺丝与管道的扭力也是造成流量计计量不准的问题之一，如安装过程中不采用软管与管道相连，而与管道法兰螺栓连接时，应注意尽量消除应力。

①

必须保证管线的同心度和法兰的平行度。应使接收法兰螺栓孔相互对准，螺栓能自然穿入螺孔。尽量防止扭曲应力，减少零点漂移。多个传感器串联安装时，应防止共振现象。为此，每台传感器的支撑应彼此独立，传器间相互距离在2m以上.②

仪表的专用电缆与动力线不要共线槽敷设，将穿线管接地。流量传感器应该可靠接地，接地电阻应小于4欧姆。如接地不好且电磁场和射频干扰较强时，流量计的数字显示会出现大幅度的跳动。③

流体的脉动会对科里奥利质量流量计带来影响，从而产生误差。

④

如发现零点漂移应再次调零，以免造成误计量。3科里奥利质量流量计的优缺点优点

①

直接测量真正质量流量，测量精度高。②

可测量液体范围广，包括高粘度的各种液体，含有固形物的浆液，含有少量均匀分布气体的液体，有足够密度的气体(压力较高的气体)。③

测量管的振幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件或活动件。

④

对迎流流速分布不敏感，因而无上下流直管段要求。⑤

测量值对流体粘度不敏感，流体密度对流量值的影响极微。

⑥

可作多参数测量，如同期测量密度。缺点

①

大局部型号的科里奥利质量流量计不能用于测量低密度介质，如低压气体，液体中含气量超过*一界限会显著影响测量值。②

对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影响，大局部型号的科里奥利质量流量传感器安装要求较高。③

压力损失较大，与容积式仪表相当，有些型号的科里奥利质量流量计甚至比容积式仪表大100%。④大局部型号的科里奥利质量流量计的重量和体积较大。1.质量流量计传感器安装位置的选择1〕安装位置应远离能引起管道机械振动的干扰源，如工艺管线上的泵等。如果传感器在同一管线上串联使用，应特别防止由于共振而产生的相互影响，传感器间的距离至少大于传感器外形尺寸宽度的三倍。2〕传感器的安装位置应注意工艺管线由于温度变化引起的伸缩和变形，特别不能安装在工艺管线的膨胀节附近。如果安装在膨胀节附近，由于管道伸缩会造成横向应力，使得传感器零点发生变化，影响测量准确度。3〕传感器的安装位置应远离工业电磁干扰源，如大功率电动机、变压器等，否则传感器中测量管的自谐振动会受到干扰，速度传感器检测出来的微弱信号有可能被淹没在电磁干扰的噪声中。传感器应远离变压器、电动机至少5米以上的距离。4〕传感器的安装位置应使管道内流体始终保证充满传感器测量管，且有一定憋压，这就要求安装位置应在管道的低端。2.质量流量计传感器安装方式的选择传感器的安装方式主要根据流体的相别及其工艺情况确定，有三种安装方式。1〕假设被测流体是液体，一般采用外壳朝下安装传感器，防止空气聚积在传感器振动管内，从而到达准确测量质量流量的目的2〕如果被测流体是气体，一般采用外壳朝上安装传感器，防止冷凝液聚积在传感器振动管内。3〕如果被测流体是液体、固体的混合浆液时，将传感器安装在垂直管道上，这可防止微粒聚积在传感器科氏力测量管内。此外，如果工艺管线需要用气体和蒸汽清扫，这种安装方式还可以便于清扫，但这种安装方式较前二种难于固定，且压损较大。3.安装过程中其它考前须知1〕传感器在安装到工艺管线上之前，应首先确认传感器的速度传感器线圈、驱动线圈的直流电阻以及铂电阻温度计的电阻值是否正常。2〕传感器安装法兰必须与管道法兰同轴连接，这样才能减小安装应力，保证测量精度。安装时应保证管道支撑物只支撑工艺管道，制止用传感器支撑工艺管道。应保证传感器外壳悬空，不与任何物体接触。3〕传感器安装在工艺管线上时应保证管道系统与传感器上游、下游侧各两个位置的稳固支撑物结实连接，所有螺纹连接处必须紧固，夹紧工艺管道有助于减弱潜在的振动干扰。4〕在安装过程中，应防止利用传感器外壳搬动传感器。5〕在传感器安装位置附近工艺管道线上的阀门或泵都需要有其自己的支撑物，不能用支撑传感器的支撑物来支撑阀门和泵。6〕在传感器的上游、下游应装上断流阀。7〕消除安装应力：在安装传感器时，为了消除安装应力，最有效的方法是先配管，将工艺管线及阀门与传感器整体预先安装好，然后吊装，再将其与工艺主管线相焊接。为了使消除应力的效果最好，应使传感器、断流阀与工艺主管线处于同一铅垂面内。4.减振1〕在安装传感器时，要选择好适宜的安装地点，除了要远离振动源外，为了消除振动对测量的影响，在安装中还要采用支撑杆结实支撑管道及阀门的方式。支撑杆的下端必须固定在稳固的根底上，上端与管道卡子相配合来支撑工艺管道线。切忌用传感器外壳来支撑传感器及管道线和阀门、泵等。2〕传感器安装后，其外壳应处于自由悬空状态。对安装方式1〕、2〕，支撑杆应以传感器为中心对称分布。对安装方式3〕，支撑物支点的选择要视具体情况而定。支撑杆的下端假设固定在地面，必须是水泥和钢筋地基，目的是为了稳固支撑，同时起到减振作用。地基越稳固，其减振性越好。体积流量计SBL型系列数显靶式流量计是在传统靶式流量计测量原理的根底上，充分利用其最优秀的特点，结合新型传感器技术和现代数字技术上研制、开发而成的全新型力感应靶式流量计，它既具有传统靶式、孔板、涡街等流量计无可动部件的特点，同时又具有与容积式流量计相媲美的测量准确度，加之其特有的抗干扰，抗杂质性能，轻便又可靠的特点，广泛使用于石油、化工、能源、食品、环保、水利等各个领域。从其使用后的效果上看，SBL型流量计具有极为广阔的适用性，即：・适用于各种管径，从Φ15～Φ2000mm至更大。・适用于上下温介质：从-196℃～+450℃。・适用于高压力工况：从0～42Mpa〔表压〕。特点：・能准确测量各种常温、高温、低温工况下的液体、气体、蒸汽，粘稠介质及各种流体介质的流量。・灵敏度极高，能测量超小流量，其可测量低流速为0.08m/s。・无可动部件，使用平安可靠。・计量准确，精度高，总量测量可达0.2%。・测量范围宽，最大测量范围可达1∶30。・重复性好，一般为0.1～0.08%，测量快速。・压力损失小，仅为标准孔板的1/2△P左右。・可采用干式标定方法，即法码挂重法。・可根据实际需要更换靶板来改变测量流量范围。・能在线直读示值，又能运传发信。・安装简单方便，极易维护。密度传感器;液位高度传感器;PY201液位传感器采用进口高精度感应芯体，选进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路，将被测量介质的液位压力转换成4～20mA、0～5VDC、0～10VDC、0.5～4.5VDC等标准电信号。采用全不锈钢构造，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性，产品的抗冲击能力、过载能力强、密封性能优异，可用于测量500米水位。主要适用于河流、地下水位、水库、水塔及容器等的液位测量与控制。

些类传感器通常也称为：水位传感器，水位变送器，投入式液位传感器、投入式液位变送器、液位传感器、液位变送器、地下水位传感器、地下水位变送器，水塔水位传感器，水塔水位和水压测控仪器。我司另有高端的无线液位传感器，GPRS压力传感器，产品主要参数：

被测介质：液体〔弱腐蚀性〕

压力类型：表压

量程：0～0.2M～0.5M～1M～3M～5M～10M～20M～50M～100M～200M～500M〔水位高/深度,最小量程为0.2米〕

输出：4～20mA〔二线制〕、0～5VDC、0～10VDC、0.5～4.5VDC〔