Плотномер для буровых растворов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ТОРСНОМУ СВИД ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРНО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(561 1. Авторское свидетельство СССРР 263478, кл. 6 01 М 9/02, 1970,2. Патент СЮ, 9 3566899,.кл. 73-452, опублик. 1974.3. Авторское свидетельство СССРР 489992, кл, 6 01 й 9/02, 1976(прототип ),(54)(57) ПЛОТНОМЕР ДЛЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, содержйщий корпус с входным;,и выходными штуцерами, подвижныевесочувствительные патрубки, соосносоединенные эластичными элементамимежду собой и штуцерами, соединенные тягой с плечом уравновешивающегорычага, противоположный конец которого снабжен грузоустанавливающимэлектромагнитным механизмом с калиброванными грузами, электромагниты которого соединены с выходом реверсивного счетчикаимпульсов, квходу которого через ключ подключенгенератор импульсов, а плечо рычагасоединено с аналоговым компенсационным преобразователем, элемент ИЛИ,подключенный к управляемой цепиключа, блок отображения информации,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью упрощения конструкции путем.,ЯО 1081468 А уменьшения количества калиброванных грузов, повышения точности и чувствительности за счет калиброванного взвешивания, дополнительно снабжен аналоговым электрическим преобразователем, нуль-органом с инвертором, элементом .сравнения с источником опорного напряжения, величина которого пропорциональна дискрету младшего разряда калиброванного груза, промежуточной и выходной буферной памятьй, согласующим элементом с сумматора, таймером, причем выход аналогового электрического преобразо. вателя подключен к входам промежуточной буферной памяти и согласующего элемента, выход которого через ЕФсумматор и выходную буферную память .подключен к входу блока отображения информации, а выход промежуточной буферной памяти подключен к входам С нуль-органа и элемента сравнения, к второму входу которого подключен Я источник опорного напряжения, величина которого, пропорциональна дискрету младшего разряда калиброванного груза, а их выходы соответственноподключены через инвертор к элементу ИЛИ и входу управления обратным счетом реверсивного счетчика импульсов, а также к второму входу ИЛИ и входу управления прямым счетом реверсивного счетчика, причем выход элемента ИЛИ подключен к цепям управления выходной буферной и про:межуточной памяти и через таймер к их вторым управляемым цепям записи,1081468 510 55 "60 65 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленностях для контроля удельного веса промывочных жидкостей при бурении нефтяных и газовых скважин.Известно устройство для измерения плотности промывочной жидкости, содержащее двуплечий рычаг, на одном конце которого укреплен поплавок, а другой соединен с системой регистрации перемещения поплавка, выполненной в виде двух вертикально расположенных сильфонов, помещенных в герметичные камеры, полости которых заполнены монометрической жидкостью и соединены между собой капиллярной трубкой, причем шток нижнего сильфона, помещенного в испытуемую среду, соединен с одним из концов рычага, а шток верхнего сильфона соединен с сильфоном, заполненным жидкостью и соединенным трубкой с испытуемой средой 13.Устройство не обеспечивает достаточной точности измерений.Известно также устройство для измерения плотности промывочной жидкости при бурении скважин, содержащее два поплавка, соединенных посредством чувствительного элемента, воспринимающего усилие, с которым один из поплавков, полностью погруженный в жидкость, действует на первый поплавок, находящийся на поверхности 2 3.Однако данное устройство обладает ограниченными метрологическими возможностями недостаточная надежность в работе и точностьза счет требуемого компромиса между величинами плавучей способности (Архимедовой силы) обоих поплавков и обеспечением постоянства объема поплавка, находящегося на поверхности бурового раствора и подверженного загрязнению за счет образования глинистой корки при высыхании раствора, попадающего на его поверхность.Наиболее близким техническим решением к изобретению является весовой плотномер жидких сред, содержащий плотномер для буровых растворов, содержащий корпус с входным и выходными штуцерами, подвижные весочувствительные патрубки, соосно соединенные эластичными элементами между собой и штуцерами, соединенныетягой с плечом уравновешивающегорычага, противоположный конец которого снабжен грузоустанавливающимэлектромагнитным механизмом с калиброванными грузами, электромагниты которого соединены с выходом реверсивного счетчика импульсов, к входукоторого через ключ подключен генератор импульсов, а плечо рычага соединено с аналоговым компенсационным преобразователем; элемент ИЛИ, под-. ключенный к управляемой цепи ключа, и блок отображения информации .33.Известное устройство не обеспечивает достаточной точности и чувствительности измерений.Целью изобретения является упрощение конструкции путем уменьшения количества калиброванных грузов, повышение чувствительности и точности измерений за счет калиброванноговзвешивания. Эта цель достигается тем, что плотномер для буровых растворов, содержащий корпус с входным и выходными штуцерами, подвижные весочувствительные патрубки, соосно соединенные эластичными элементами междусобой и штуцерами, соединенные тягой с плечом уравновешивающегорычага, противоположный конец которого снабжен грузоустанавливающимэлектромагнитным механизмом с калиброванными грузами, электромагнитыкоторого соединены с выходом реверсивного счетчика импульсов, к входукоторого через ключ подключен генератор импульсов, а плечо рычага соединено с аналоговым компенсационным 30 преобразователем, элемент ИЛИ, подключенный к управляемой цепи ключа, блок отображения информации, дополнительно снабжен аналоговым электрическим преобразователем, нуль-орга ном с инвертором, элементом сравнения с источником опорного напряже-.ния, величина которого пропорциональна дискрету младшего разряда калиброванного груза, промежуточной 40 и выходной буферной памятью, согласующим элементом с сумматором, тайме- ром причем выход аналогового электри-, ческого преобразователя подключен к входам промежуточной буферной памяти и,согласующего элемента, выход которого через сумматор и выходнуюбуферную память подключен к входу блока отображения информации, а выход промежуточной буферной памяти подключен к входам нуль-органа и элемента сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, величина которого пропорциональна дискрету младшегоразряда калиброванного груза, а их,выходы соответственноподключены через инвертор к элементу ИЛИ и входу управления обратным счетом реверсивного счетчика импульсов, а такжек второму входу ИЛИ и входу управления прямым счетом реверсивногосчетчика, причем выход элемента ИЛИподключен к цепям управления выходной буферной и промежуточной памятии через таймер - к их вторым управляемым цепям записи.101520 ны эластичного элемента 7 и соединенных с торцами подвижных весочувствительных патрубков 4 и 5 посредством кронштейнов 17 и 18 причем гибкие тяги 15 и 16 расположены посредине эластичного элемента 7.Конец подвижного весочувствитель" ного патрубка 4 посредством тяги 19 соединен с плечом уравновешивающего рычага 20, противоположный конец которого снабжен грузоустанавливающим электромагнитным механизмом 1, состоящим из калиброванных грузов 21-23, опирающихся на противоположный конец рычага 20 на расстоянии от его опоры качения фОф с коэффициентами. например 1, 2, 4 и 8, а иад калиброванными грузами смонтированы грузоустанавливающие ;электромагниты 24-26, обмотки которых подключены к выходным цепям реверсивного электронного счетчика 27 импульсов и входной цепи согласующего элемента 28, выход которого через сумматор 29 подключен к входным цепям выходной буферной памяти 30, к выходу которой подключен блок 31 отображения информации. С противоположным плечом уравновешивакицего рычага 20 также соединен аналоговый электрический преобразователь 11, например с силовой компенсацией, состоящей из электросилового элемента 32, датчика 33 рас" согласования, подключенного к входу усилителя 34. Выход аналогового электрического преобразователя 11 ( т.е. выход усилителя 34 ) подключен к входам промежуточной буферной памяти 35 и согласующего элемента 28.Выход промежуточной буферной памяти 35 подключен к входам нуль-ор" 25 30 З 5 40 55 45 50 60 На чертеже изображена принципиальная схема цифрового плотномерадля буровых растворов,Платномер содержит основание 1с входным 2 и выходным 3 штуцерами,подвижные весочувствительные патрубки 4 и 5, расположенные соосно с штуцерами и соедйненные герметично между собой и штуцрами 2 и 3 посредством эластичных элементов б"8, а концы подвижных весочувствительных патрубков 4 и 5, обращенные к входному и выходному штуцераМ 2и 3, кинематически соединены с ними подвижно посредством подвижных опор, выполненных, например, в виде кернов 9 и 10 и конусов 11 и 12, закрепленных посредством кронштейнов 13 и 14 на торцах штуцеров 2 и 3 и подвижных весочувствительных патрубках 4 и 5, противоположные торцы которых обращены навстречу друг другу и соединены между собой гибкими тягами 15 и 16, расположенными вертикально по обе сторогана 36 и элемент 37 сравнения, квторому входу которого подключенисточник 38 опорного напряжения,величина которого пропорциональнадискрету мпадшего разряда калиброванного груза 21. Выход нуль-органа36 через инвертор 39 подключен квходу элемента ИЛИ 40 и к цепи переключения реверсивного счетчика27 на обратный счет импульсов, авыход элемента 37 сравнения подключен к второй цеди элемента. ИЛИ 40и к цепи переключения реверсивногосчетчика на прямой счет импульсов.Выход элемента ИЛИ 40 подключенк цепям управления выходной буферной памяти 30 и промежуточной буФерной памяти 35 и к управляемойцепи ключа 41, через который к входу реверсивного электронного счетчика 27 подключен генератор 42импульсов, дополнительно выходэлемента ИЛИ 40 подключен к входутаймера 43, выход которого подключен к управляемым цепям выходнойбуферной памяти 30 и промежуточнойбуферной памяти 35. Таким образом,цифровой плотномер для буровыхрастворов состоит из двух весочувствительных патрубков 4 и 5, расположенных соосно и образующих двеконсоли, направленные подвижнымиконцами навстречу одна другой игерметично соединенные эластичнымэлементом и гибкими тягами 15 и16 образуя пряяоточную весочувствительную систему, в которой все герметизирующие эластичные элементы6-8 работают на изгиб, так как эластичные элементы при работе на изгиб имеют значительно меньшую жесткость по сравнению с тем, если быони работали на сдвиг,Такая весочувствительная системавзвешивается. автоматически дискретно посредством калиброванных грузов 21-23, а в пределах дискретамладшего разряда, определяемогогрузом 21, взвешивается аналоговымкомпенсационным преобразователем 11с последующим автоматическим согласованием и суммирование результатовизмерения с отображением, напримерв цифровой форме.Цифровой плотномер для буровыхрастворов работает следующим образом.Ю1При отсутствии измеряемой жидкости в полости подвижных весочувствительных патрубков 4 и 5 калиброванные грузы 21-23 притянуты к гру. зоустанавливающим электромагнитам24-26, и вся система 4,5, 7 и 20находится в состоянии равновесияотносительно опоры качения "0",При наличии измеряемой жидкости сплотностью в пределах младшегоразряда в полости подвижных весо 1081468чувствительных патрубков 4 и 5 последние начнут отклоняться от горизонтали, что приведет к появлению сигнала рассогласования на выходе датчика 33 под действием которого ана- логовый электрический преобраэова тель 11 своим силовым элементом 32 приведет систему в состояние равновесия, при этом на выходе преобразователя 11 сформируется электрический сигнал, пропорциональный весу измеряемой жидкости, находящейся в полости подвижных весочувствительных патрубков 4 и 5, а следовательно, и пропорциональный плотности. Этот. аналоговый сигнал через сумматор 29 и выходную буферную память 30, открытую фронтом сигнала с элемента ИЛИ 40, отобразится блоком 31 отображения, например в цифровой форме. Калиброванные грузы 21-23 при этом будут оставаться притянутыми к полюсам грузоустанавливающих электромагнитов 24-26.При повышении плотности измеряемой жидкости выше предела младшего разряда, определяемого калиброванным грузом 21, сигнал на входе элемента 37 сравнения превышает напряжение, присутствующее на его втором входе с источника 38 опорного напряжения, в результате чего30 на выходе элемента 37 сравнения сформируется сигнал, который откроет ключ 41 и на вход реверсивного счетчика 27 импульсов поступит импульс с генератора 42, который счет чик 27 запомнит и одновременно обеспечит обмотку газоустанавливающего электромагнита 24, в результате чего калиброванный груз 21 установится на плечо уравновешиваю щего рычага 20, а так как этот груз находится от точки качения "0" рычана 20 на расстоянии с коэффициентом, равном единице, то его вес разовьет уравновешивающий момент на рычаге 45 20, пропорциональный величине плотности, верхний предел которой определяется величиной опорного напряжения источника 38. Одновременно сигналом с элемента ИЛИ, его передним фронтом, закроется вход промежуточного буфера памяти 35 и следовательно зафиксируется выходной сигнал выходной буферной памяти 30, в результате чего блоком 31 отображенения будет продолжать отображаться событие, предшествующее моменту срабатывания элемента 37 сравнения, в результате чего блоком 31 отображения не будет отображаться переходный процесс, который возникает при 60 установке калиброванного груза 21 на плечо рычага 20. Этот переходный процесс заключается в том, что вес калиброванного груза 21 скомпенсирует часть веса жидкости, находящей ся в полости подвижных весочувствительных патрубков 4 и 5, и аналоговый электрический преобразовательизменит величину сигнала в сторону уменьшения до величины, равной той разности, которая превысила величину, развиваемую источником 38 опорного напряжения и которая пропорциональна величине приращения плотности. Через время, определяемое таймером 43 за промежуток, через который закончится,переходной процесс, сигналом с его выхода буферные элементы памяти 30 и 35 переключатся на режим записи новой информации, тогда на вход памяти 30 поступит сигнал с выхода сумматора 29, равный сумме сигналов с реверсивного счетчика 27 и пропорциональный весу груза 21 и с аналогового электрического преобразователя 11, пропорционыльный величине приращения плотности, Аналогично произойдет взвешивание, например при дальнейшем увеличении плотности, с установкой на плече рычага 20 других грузов 22 и 23 или их комбинаций с одновременным формированием пропорциональных сигналов на выходе реверсивного счетчика 27. И в каждом таком варианте результаты дискретного взвешивания грузами 21-23 и аналогового взвешивания между дискретами будут согласовываться по масштабу форме сигналов и коду в согласующем элементе 28 и после суммирования выдаваться на блок 31 отображения информациичерез выходную буферную память, которая совместно с промежуточной буферной памятью 35 обеспечивает удобство считывания информации, так как они хранят информацию на время считывания и совместно с таймером 43 обеспечивают устой чивость автоматического взвешивания. При снижении величины плотности жидкости до значения сигнала, равного нулю на выходе аналогового электрического преобразователя 11, срабатывает нуль-орган 36 и через инвертор 39 выдает сигнал на цепи обратного счетчика реверсивного счетчика 27 импульсов и одновременно через элемент ИЛИ 40 открывает ключ 41, через который на вход реверсивного счетчика 27 поступит импульс с генератора 42 импульсов, и счетчик уменьшит хранимоечисло импульсов, в результате чего комбинация грузов 21-23 на плече рычага 20 изменится на величину дискрета младшего разряда, что вызовет одновременно уменьшение величины на входе сумматора 29 и изменение величины на выходе аналогового преобра1081468 Составитель Техред О.Нец едактор В.Д ароши Заказ 1537/3 Тираж 823 Подпис ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,/5 ПП "Пате Фили Проектная,г Ужгород зователя И, и далее прохождениесигналов по всем цепям повторится,аналогично как при увеличении плотности, и блоком 31 отображения информации представляется новое значение плотности жидкости. лексеевКоррект