淺析井下電子壓力計(jì)溫度性能

【摘要】介紹了壓力計(jì)溫度傳感器工作原理，分析溫度對(duì)于壓力計(jì)準(zhǔn)確度影響。本文通過實(shí)驗(yàn)，研究不同型號(hào)溫度傳感器內(nèi)置與外置的壓力計(jì)溫度示值與感溫情況，了解了壓力計(jì)的溫度性能。對(duì)于壓力計(jì)在試井工作中的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

前言

我國(guó)自20世紀(jì)80年代初引進(jìn)電子壓力計(jì)以來，僅僅二十幾年的時(shí)間，便以精度高、重量輕、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在全國(guó)各大油田得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，并以絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)壓倒了機(jī)械壓力計(jì)。井下壓力計(jì)除了能夠測(cè)量壓力參數(shù)之外，還具有溫度測(cè)量功能。然而，在目前試井現(xiàn)場(chǎng)使用及正常的檢定維修過程中，溫度僅僅是作為輔助參數(shù)，并沒有得到良好的利用。實(shí)際上在試井的實(shí)際操作過程中，氣井及洗井后試井等工作中，對(duì)于溫度數(shù)據(jù)的要求也是很嚴(yán)格的。壓力計(jì)的的溫度性能，感溫時(shí)間，誤差大小等問題都需要詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)來驗(yàn)證。

1、溫度傳感器工作原理

電子壓力計(jì)的主要部件都是由電子器件和電路組成的，多數(shù)壓力計(jì)還組合了溫度測(cè)試功能。其中溫度測(cè)試主要是由溫度傳感器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)放大電路放大，由單片機(jī)進(jìn)行處理運(yùn)算并存儲(chǔ)。溫度傳感器有很多種類，包括熱電偶、熱電阻、紅外溫度傳感器、模擬溫度傳感器等等，而我們常用的壓力計(jì)中溫度傳感器主要采用的是熱敏電阻材質(zhì)。一般壓力計(jì)溫度傳感器被焊接在電路板上，其所感應(yīng)的溫度必須經(jīng)過儀器外殼與外殼腔內(nèi)的空氣，使得溫度測(cè)量需要的感溫時(shí)間較長(zhǎng)。目前，六大隊(duì)使用的電子壓力計(jì)型號(hào)主要為：上海富大，大慶鑫宏陽(yáng)，三江航天，大慶九方。這些壓力計(jì)都具備溫度測(cè)試功能，耐溫有的達(dá)到125℃，而某些高精度耐溫可以高達(dá)150℃。一般壓力計(jì)溫度傳感器與壓力傳感器都內(nèi)置于儀器內(nèi)部，也有些壓力計(jì)溫度傳感器被設(shè)計(jì)可以直接與外部環(huán)境接觸，這樣降低了儀器的感溫時(shí)間。

2、溫度對(duì)于壓力計(jì)性能影響

電子壓力計(jì)的主要部件都是由電子器件和電路組成的，其壓力性能必然會(huì)受到溫度的影響。為了驗(yàn)證溫度對(duì)于壓力計(jì)性能的影響情況，我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：任意選取型號(hào)為三江航天，上海富大，大慶九方的壓力計(jì)各兩支，選取兩個(gè)溫度點(diǎn)20℃和50℃，選取5個(gè)壓力校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行鑒別力示值研究，在每個(gè)壓力點(diǎn)上逐次施加微小壓力，標(biāo)準(zhǔn)鑒別力由DTYJ-2000A型壓力計(jì)校檢裝置提供。分析通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)看出，溫度對(duì)于壓力計(jì)的鑒別力反應(yīng)還是很明顯的，溫度的升高其鑒別力稍有提高，表明其靈敏度上升。

3、壓力計(jì)的溫度示值檢測(cè)

為了分析不同型號(hào)，不同精度的壓力計(jì)在在各溫度點(diǎn)上的示值情況，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：分別選取了上海富大，大慶鑫宏陽(yáng)，三江航天，大慶九方4個(gè)廠家生產(chǎn)的壓力計(jì)，利用DTYJ-2000A型壓力計(jì)檢定裝置的恒溫箱，分別在50℃及80℃兩個(gè)溫度點(diǎn)下，進(jìn)行恒溫1個(gè)小時(shí)，觀察壓力計(jì)的溫度示值情況如下圖1。由于DTYJ-2000A型壓力計(jì)檢定裝置的恒溫箱加溫方式是空氣浴，儀器加溫速度不是很快，分析這些儀器在兩個(gè)溫度點(diǎn)的溫度示值可以看出，他們的誤差都在±2℃以內(nèi)。溫度傳感器外置的壓力計(jì)儀器示值誤差在±1℃以內(nèi)，溫度性能良好，但是通過儀器升溫曲線斜率即可看出這些儀器的加溫速度，還是可以明顯的看出來，溫度傳感器外置的壓力計(jì)儀器（型號(hào)為12031641，12031642，08P1125）加溫速度明顯要高于其他溫度計(jì)內(nèi)置儀器。即使同樣精度的內(nèi)置溫度傳感器的壓力計(jì)，其示溫表現(xiàn)也是不盡相同的?？梢钥闯鲭p通道壓力計(jì)，如上海富大（型號(hào)為2120917，3110970）和大慶馫宏陽(yáng)（型號(hào)為52C5C2，52AB12）他們的溫度示值雖然在溫度允許誤差范圍內(nèi)，但是溫度偏差較于其他型號(hào)壓力計(jì)還是要大一些。而且，升溫速度也慢了很多。分析原因，我認(rèn)為主要由于雙通道壓力計(jì)其限制大小造成其壓力計(jì)材質(zhì)與溫度傳感器的選擇有關(guān)。

4、壓力計(jì)的感溫性能檢測(cè)

鑒于空氣浴加熱傳溫速度較慢，無(wú)法更為準(zhǔn)確的測(cè)出壓力計(jì)儀器確切的感溫性能。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：分別選取了上海富大，大慶鑫宏陽(yáng)，三江航天，大慶九方4個(gè)廠家生產(chǎn)的壓力計(jì)，設(shè)置采樣時(shí)間后，一起投入到溫度達(dá)到80℃左右的水浴當(dāng)中，保持15min后起出觀察其感溫示值情況如圖2：分析上圖我們可以看出，幾乎所有的壓力計(jì)感溫時(shí)間都很短，在130S內(nèi)即可達(dá)到水浴溫度。將感溫段放大如圖，即可明顯看出各型號(hào)壓力計(jì)的感溫性能。我們通過在感溫瞬間，壓力計(jì)溫度上升示值的曲線的斜率，即可看出各個(gè)型號(hào)壓力計(jì)的感溫時(shí)間長(zhǎng)短。從圖中可以明顯的看出，溫度傳感器外置的壓力計(jì)（型號(hào)為12030641、12031642、08P1125）感溫速度明顯少于其他型號(hào)的壓力計(jì)，基本上在10S左右。而就算溫度傳感器同樣內(nèi)置于壓力計(jì)內(nèi)部，其感溫時(shí)間差距也很大。大慶九方壓力計(jì)感溫時(shí)間為40S左右明顯少于感溫時(shí)間為60S左右的三江航天壓力計(jì)，而大慶鑫宏陽(yáng)壓力計(jì)的感溫時(shí)間相比其他型號(hào)的電子壓力計(jì)感溫性能就要差一些了，大概需要100S左右才能到達(dá)水浴溫度。分析原因，我認(rèn)為是由于各廠家使用溫度傳感器的選擇、電路的設(shè)計(jì)加工以及軟件的編制等的不同都對(duì)誤差有影響。但是，但以上數(shù)據(jù)也只是選取了幾只壓力計(jì)的對(duì)比，并不能排除系統(tǒng)誤差的影響。

結(jié)論：1.溫度對(duì)于壓力計(jì)的性能影響還是很明顯的，溫度的升高其鑒別力稍有提高，表明其靈敏度上升。因此，對(duì)于新購(gòu)買或維修后的儀器做加溫校準(zhǔn)非常必要，以確保儀器測(cè)量準(zhǔn)確性。還應(yīng)該根據(jù)壓力計(jì)使用的具體情況，定期做溫度周期檢定。2.各型號(hào)壓力計(jì)在空氣浴給出的標(biāo)準(zhǔn)溫度內(nèi)示值情況還是比較準(zhǔn)確的，他們的誤差都在±2℃以內(nèi)。溫度傳感器外置的電子壓力計(jì)溫度示值要更準(zhǔn)確一些。而雙通道壓力計(jì)溫度示值相對(duì)于其他壓力計(jì)要差一些。建議今后在做氣井或洗井后測(cè)溫度梯度等對(duì)于溫度示值要求較大的試井作業(yè)時(shí)，應(yīng)盡量選擇溫度傳感器外置的壓力計(jì)，避免選擇溫度示值偏差過大的壓力計(jì)。3.各型號(hào)壓力計(jì)到達(dá)80℃的感溫時(shí)間基本都在130S之內(nèi)。溫度傳感器外置的電子壓力計(jì)感溫時(shí)間要少很多可以在10S左右達(dá)到水浴溫度，感溫性能明顯好于溫度傳感器內(nèi)置壓力計(jì)。而即使精度相同溫度傳感器同樣內(nèi)置于壓力計(jì)內(nèi)部，其感溫時(shí)間差距也很大。