Скважинные датчики давления с основной приведенной погрешностью ±0,03%

В результате проведенных изменений:

• в технологии сборки датчиков;
• материалов;
• регрессионной функции.

Мы добились существенного увеличения точности и повышения надежности скважинных датчиков давления и температуры.

Рис. 1 Цифровой датчик давления и температуры кварцевый ПДТК-60,0-0,06-125-МЦ-32-Ц4

На рисунке 1 показан внешний вид внутрискважинного кварцевого пьезорезонансного датчика давления.

На данный момент мы можем подтвердить возможность изготовления датчиков ПДТК-Р-П-Т-МС-(22; 30; 31; 32; 50)-Ах со следующими характеристиками:

• верхний предел рабочих давлений, МПа: 40,0; 60,0; 80,0; 100,0;
• диапазон рабочих температур, 0С от 20 до 150 0С;
• кратковременный (до 48 часов) нагрев до 210 0С для моделей МС-: 22; 31; 32 и до 180 0С для МС-30 и МС-50 (если установлена электроника с соответствующей ПДТК-60,0-0,06-125-МЦ-32-Ц4
  предельной рабочей температурой);
• основная приведенная погрешность Ɣ = ±0,03% ВПИ;
• дрейф нуля за год (расчетное значение) не более 0,08% ВП;
• разрешающая способность 0,00015 % ВПИ.
• наименьший диаметр 15 мм. (возможна разработка датчика с габаритным диаметром 13 мм.)

На рисунках 2(а) и 2(б) приведены результаты калибровки датчиков с цифровым выходным сигналом. Калибровка проводилась с помощью эталонного манометра ± 0,01%.

При калибровке были заданы точки температур и давления как участвовавшие при градуировке, так и промежуточные. Также, производилась переустановка датчиков на метрологическом стенде.

По результатам проверки адекватности регрессионной функции можно сделать вывод, что погрешность датчиков без учета дополнительной долговременной погрешности (дрейфа нуля) не более 0,016 % ВПИ, что с запасом подтверждает заявленную основную погрешность ±0,03% ВПИ.

Рис. 2 (а) воспроизводимость показаний датчика

Рис. 2(б) воспроизводимость показаний датчика

Так как основную долговременную погрешность вносит резонатор кварцевый манометрический абсолютного давления (РКМА-Р-ОС), нами было проведено предварительное сравнение стабильности РКМА-Р-ОС-21 и новой модели резонатора РКМА-Р-ОС-28.

Резонаторы сразу после сборки помещались в печь с установленной температурой 150 0С, при Р=0,1МПа. Раз в неделю производился контрольный замер частоты (F) и динамического сопротивления (Rk) РКМА в нормальных климатических условиях (НКУ).
На рисунках 4 и 5 показано смещение частоты резонаторов ОС-21 и ОС-28 от начального значения, при воздействии повышенной температуры в течение 154 дней.

Рис. 4

Рис. 5

Так как контрольные измерения проводились при НКУ, без приведения к фиксированному значению атмосферного давления и температуры, при этом средняя чувствительность резонаторов по давлению (- 0,13) ppm/мм.рт.ст. и по температуре (-1,5 ppm/°С), то по полученным данным можно сделать вывод, что на результаты измерений оказывают влияние нестабильность температуры окружающей среды и изменение атмосферного давления.

На данном этапе целью эксперимента является выявление качественного отличия дрейфа нуля между разными моделями РКМА-Р-ОС. Но за счет большого количества измерений можно судить о характере и о величине дрейфа.

Предварительные испытания датчиков предыдущей конструкции при длительном воздействии (от 1 до 1,7 лет) повышенной температуры +180 °С и при давлении 50 МПа показали средний дрейф нуля 0,12% ВПИ за год.

Для точного определения долговременной погрешности датчика, которая является суммой долговременных погрешностей вносимых: РКМА; термочувствительным резонатором; опорным резонатором; электроникой и сильфоном нам требуется проведение испытаний обновленных датчиков на длительное воздействие предельных рабочих температур и рабочих давлений, при этом контрольные измерения необходимо проводить с фиксацией атмосферного давления и температуры окружающей среды с погрешностью не более ± 5 мм.рт.ст. и ± 0,3 °С соответственно.

Ориентировочно достоверные результаты таких испытаний будут получены в начале 2019 г.

Мы рассчитываем на подтверждение долговременной стабильности при Т=150 ⁰С и Р= 60 МПа лучше чем 0,08% за год.