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美國Quartzdyne壓力傳感器高溫性能
最近更新時間：2018-3-9
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美國Quartzdyne壓力傳感器高溫性能
Quartzdyne壓力傳感器用于許多與石油和天然氣鉆探相關的不同方面。MWD（隨鉆測量），PWD（隨鉆壓力），DST（鉆桿測試）和LWD（隨鉆測井）應用都將受益于石英的高精度。我們傳感器的堅固特性在zui苛刻的環境中提供了高可靠性。我們石英傳感器的長期穩定性還通過減少校準和服務的頻率來延長工具的正常運行時間。Quartzdyne生產的傳感器主要用于監測海底應用。換能器是專門為這種環境開發的，蠟，沙子和水合物是一個問題。它采用隔膜替代波紋管隔離液，專門解決這些潛在污染物。海底傳感器繼續提供典型的石英壓力響應，預計Quartzdyne會給您帶來預期的可靠性和耐用性。
Quartzdyne DS系列傳感器在實驗室中的主要用途是校準其他井下傳感器和應變計/壓阻式傳感器。
Quartzdyne DS系列傳感器被用作校準過程傳感器的“內部壓力標準”。它們也用于關鍵工藝參數的一些單點測量。
兩個Quartzdyne傳感器可用于高穩定性差壓測量。一個常見的應用是在實驗室滲透率測量中測量巖石樣品的壓降。有較低成本的差壓傳感器，它們更常用于測量滲透率，但很容易證明更測量的成本效益。（雖然大多數滲透率測量使用DS系列傳感器，但一些測試設計需要更高溫度傳感器。）
必要時，DS系列傳感器可以通過本地認證，以達到比Quartzdyne校準更好的性能水平。部分裝置已通過英國NAMAS認證，在 10％FS至90％FS的范圍內達到0.01％的讀數。這些傳感器已通過認證，可用作校準（0.03％FS）自重測試儀的傳輸標準。
DS傳感器可提供5,000 psi，10,000 psi，20,000和30,000 psi的變化。 這些單位交付兩組系數。范圍從-40c到85c，實驗室范圍從0c到40c。
1.1介紹
本手冊記錄了石英頻率輸出壓力傳感器的電氣接口。所有石英壓力傳感器包含三個石英晶體傳感器元件。*個是敏感的。首先是暴露壓力，第二種反應溫度，第三種對兩者的敏感性zui低。壓力或溫度。這些晶體被機械地安排以提供良好的熱耦合。的石英傳感元件提供高穩定性和極細的傳感壓力分辨率。風箱是用來保護的。來自工藝流體的壓力晶體。一個電路為石英敏感元件和。耐腐蝕、高強度的合金外殼為每一個元件提供機械支撐和保護。各種機械配置可供選擇。該電路由三個振蕩器、兩個混合器、緩沖電路和一個調節器組成。輸出是2低。頻率(10-100 kHz)傳感器輸出信號和高頻率(7.2 MHz)參考信號。傳感器必須
連接到頻率計數器和電源。高頻參考信號可用來計數。這兩個低頻信號使用的是“基于參照的”系數。或者，用戶可以提供另一個。參考信號和使用“標準”系數。壓力是利用兩個低頻信號來計算的。*的校正系數的傳感器，和算法顯示在本手冊。溫度也可能從頻率計算。
1.2壓力傳感器設計
Quartzdyne厚度-剪切壓力技術的重要優點是、長期穩定，強度高，瞬態響應快。壓力傳感器是一個石英諧振器，它改變頻率響應施加的壓力。結晶石英是精密傳感器的理想材料，因為它*有彈性。石英石石英壓力的設計。傳感器保留了單晶材料固有的可重復性能。石英壓力傳感器是一種厚壁、空心圓柱，具有封閉的末端。thickness-shear模式諧振器將空心圓柱的中心部分分開。外壁的流體壓力使其流體靜壓。石英氣缸，產生內壓應力在諧振器。諧振器的頻率發生變化。對內部壓力的反應。
1.3壓力測量系統設計理論。
換能器是將壓力和溫度的物理參數轉換為物理參數的組件。輸出信號頻率。每個傳感器組件包括石英壓力傳感器，溫度傳感器。晶體(用于數字溫度補償)和精密參考晶體。振蕩器電路提供刺激。對石英元素，將其固有共振頻率轉換成電信號。參考水晶的頻率與兩個傳感器的頻率混合，使這些信號更容易計數和傳輸。它還提供了一個可在用戶的頻率計數器中使用的穩定時間基的傳感器。對于一個完整的測量系統，客戶必須提供功率、頻率計數器、計算方法。來自測量頻率和提供系數的壓力，以及存儲或傳輸方法。數據。數字換能器可從Quartzdyne獲得，其中包括頻率計數器和系數。存儲。QCOM接口單元也可用來連接任何類型的傳感器到PC(圖3)。
1.4與石英傳感器的電氣連接。
用于石英頻率輸出壓力傳感器的幾種電氣連接選項。看到圖4為pin-out分配。在要求高可靠性的應用中，焊接連接是。
連接器。5針1“通過，6針PEEK頭和7針密封頭設計。采用高熔點焊料直接焊接。在某些情況下，可以將安裝的連接器刪除2-4”電線，可以直接焊接到客戶的電路中。表1顯示了單位的標準線顏色。
美國Quartzdyne壓力傳感器高溫性能
2性能
2.1波紋管和膜片
換能器可以安裝風箱或隔膜，隔離和保護壓力晶體。被測液體。風箱對壓力讀數的影響很小，但必須得到補償。校準。對波紋管或隔膜的去除或物理損傷將改變壓力響應。需要重新校準傳感器。雖然風箱是在真空中填滿油的，但它已經被*地脫氣了，但它有可能是小的。氣體可能被困在風箱內。通常這種氣體會溶解在油中，沒有。可測量的對壓力性能的影響。在環境壓力下，一些氣體可能會被驅動。由于解決方案暫時導致風箱膨脹，導致壓力讀數高達10psi。環境的壓力。一旦施加壓力，該裝置將恢復正常壓力讀數。Quartzdyne有波紋管的壓力傳感器的精度僅超過200 psia。
2.2 ASIC啟動電路
石英諧振器表面的任何污染物或缺陷都會導致其阻抗增加。通常情況下,阻抗的增加將取決于晶體驅動器的水平，并且通常在較低的驅動器水平。這這種現象在業內被稱為驅動級靈敏度(DLS)，它會導致晶體振蕩器無法啟動。當電力供應。我們盡一切努力確保石英表中包含的晶體壓力。換能器不存在這樣的缺陷，很有可能污染物會在反應中移動。有經驗的。隨著ASIC振蕩器的引入我們的混合電路(2007年9月)，一個啟動特性被添加。該特性在啟動階段對晶體的驅動級別增加，以克服任何問題。有可能的DLS，然后在穩定振蕩的情況下返回。這大大降低了機會。DLS晶體會導致場故障。在許多情況下，過量的驅動實際上會移動有問題的污染物。到一個不再影響性能的領域。一種可能的，但罕見的副作用是，如果晶體不能逐漸增加高阻抗，那就不是。與DLS相關的，它可能達到啟動特性反復參與和分離的一個點。這將是在壓力和/或溫度測量中被視為異常高的抖動。如果阻抗繼續。增加，抖動將停止，因為啟動特性保持充分，并且zui終振蕩器將平行線。NonASIC在這些癥狀出現之前，電路就已經是平的了。
2.3頻率隨壓力和溫度變化。
在數據表上顯示了各種傳感器的額定壓力和溫度。各自的產品。圖5通過圖8描述了兩個輸出頻率的典型變化。具有壓力和溫度變化的QU20K傳感器的信號。圖5顯示了名義上的變化。溫度傳感器的頻率。所有的溫度傳感器都顯示出非常相似的靈敏度，但是頻率。25°C會有所不同從單位到單位。圖6顯示了隨變化的壓力信號頻率的變化。壓力和溫度。注意，溫度的變化會產生零和跨度的變化。圖6所示的數據重新繪制在圖7中，以進行額外的檢查。在圖7中，壓力頻率。在各種壓力下，數據被繪制成與溫度的對比。這些數據也被至少標準化了。頻率使溫度靈敏度可以更清晰地觀察到。注意溫度敏感性。在環境壓力下為正，但在全尺寸壓力下為負，在較高時為零敏感點。溫度隨著壓力的增加而增加。壓力傳感器的設計是為了減少井下工作中的瞬時誤差。人們已經注意到了。在壓力和溫度晶體之間提供良好的熱耦合。在瞬態條件下(溫度坡度，或大的壓力臺階)，一個小的溫差是可能的。圖8顯示了這個名稱。壓力傳感器的靈敏度，由于溫度的差異，可能發生在一個短暫的狀態。如果傳感器用于典型的井下壓力和溫度范圍，靈敏度在0到10之間。psi /C,瞬態錯誤會很小。反之，如果在的高溫下使用，或高壓-低溫，瞬態誤差將更加顯著。詳見我們的。暫態報告比較各種壓力傳感器配置的性能。