综合录井仪传感器的一般特性

综合录井仪传感器的一般特性

默认分类 2009-06-12 20:46 阅读26 评论0

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概述：

录井仪所检测的钻井工程参数、泥浆参数和有害气体参数都是通过传感器把物理量和化学量转变成标准电信号，然后传送到录井仪接口电路上，由计算机处理后，通过显示器完成检测、显示。

录井仪所用的传感器种类繁多，以传感器输出信号的类型可分为：模拟量传感器和数字量传感器两大类。

模拟量传感器包括：大钩负荷传感器、立压传感器、套管压力传感器、转盘扭矩传感器、出口流量传感器、泥浆温度传感器、泥浆电导传感器、泥浆密度传感器、池体积传感器、碳酸盐传感器、硫化氢传感器等十一种。

数字量传感器包括：绞车传感器、转盘转速传感器、泥浆泵冲传感器等三种。

钻井现场属于一类爆炸危险场所，环境恶劣，全天候施工。因此录井仪所配的传感器必须满足上述情况。钻井施工环境和地区及钻机类型差异很大，所以，对录井用传感器的要求更加特殊。

目前录井行业的技术在飞速发展，特别是各种不同类型录井仪的引进，所使用传感器的类型、种类更是多种多样。从总体看基本要求相似，其共性为本质安全型（工作电流和回路电流在短路或其他情况下，所造成的火花不能点燃可燃气体或爆炸，这种电路的电器设备称本质安全电路）。

传感器的一般特性：

传感器所测量的量（物理量、化学量及生物量）经常会发生各种各样的变动，例如：在测量某一液压的压力时，压力值在一段时间内可能很稳定，而在另一段时间内则可能有缓慢起伏，或者呈周期性的脉冲变化，甚至出现突变的尖峰压力。传感器主要通过两个基本特性—静态特性和动态特性来反映被测量的这种变动性。

所谓静态特性是指当被测量的各个值处于稳定状态（静态测量下）时，传感器的输出值与输入值之间关系的数学表达式、曲线或数表。当传感器制成后，可用实际特性反映传感器在当时使用条件下实际具有的静态特性。借实验方法确定传感器静态特性的过程称为静态校准，校准时获得的静态特性称为校准特性。当校准使用的仪器设备有足够高的精度时，工程上常将校准曲线作为传感器的实际特性看待。多数情况下，可根据校准数据来合理地选择理论特性。取线性特性作为理论特性的传感器称为线性传感器。

测量是人类认识和改造客观世界的一种必不可少的重要手段。然而，传感器的实际输出值不可能分毫不差地反映被测量的真值，总存在着一定的误差。因此，需要先扼要讲清楚有关测量和误差的基本概念及定义。

1．测量值从测量器上直接反映或经过必要的计算所得到的量值。

2．测量范围在允许误差范围内，测量装置测量被测量值的范围，测量范围的最高、最低值分别称为―上限值‖和―下限值‖。

3．量程测量范围上下限的代数差。

4．真值被测的量客观存在的真实数值，量的真值是一个理想概念。常用与之接近的实际值来代替真值。

5．绝对误差在当时使用条件下的实际特性（测量值M）与理论特性（真实值T）之间的偏差，即△=M–T。

6．相对误差绝对误差与被测量的量的真值之比，一般用百分数表示。

7．系统误差数值固定或按一定规律变化的误差。系统误差是有规律的，原则上可以修正或消除。

8．随机误差这是由某些随机变化因素如机构的摩擦、元件的噪声等引起的误差，它指的是传感器在任一次测量中的输出值与实际特性间的误差。

9．不确定度这是一个描述尚未确定的误差特征的量，即表示被测量值不能被确定的数值范围，可有系统不确定度，随机不确定度及总不确定度。

10．密度反映随机误差大小的程度，表示多次重复测量时测得数值的分散程度。

11．准确度反映系统误差大小的程度，表示测量结果与被测量真值之间的偏离程度。

12．精确度反映系统误差和随机误差合成大小的程度，即测量的精密度与准确度的综合反映。

传感器的静态特性：

任何实际传感器的输出与输入关系不会完全符合所要求的线性或非线性的关系，衡量传感器静态特性的重要指标有：线性度、迟滞、重复性、和灵敏度等。

1．线性度通常，为了标定和数据处理的方便，要求传感器的输出—输入关系呈线性，并能准确无误地反映被测量的真值。但实际上只有在理想情况下才能有线性的静态特性。

2．重复性

重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次重复测量时输出值（所得校准曲线）的一致程度，是反映传感器精密度的一个指标。

3．极差值

所谓极差是指某一测量点校准数据的最大值与最小值之差，由极差计算标准偏差S

4．迟滞

迟滞表明传感器在正（输入量增大）、反（输入量减小）行程期间输出－—输入曲线不重合的程度，也就是说，对应于同一大小的输入信号，传感器正、反行程的输出信号大小不相等。迟滞是传感器的一个性能指标，它反映了传感器的机械部分和结构材料方面不可避免的弱点，如轴承摩擦，灰尘积塞，间隙不适当，螺钉松动，元件磨蚀或碎裂，以及材料的内摩擦。迟滞大小一般由实验确定，用整个测量范围内的最大迟滞值（△yH）max与理论满量程输出值之比的百分数来表示

5．灵敏度

线性传感器的校准曲线的斜率就是其静态灵敏度，非线性传感器的灵敏度则会随输入量而变化。

6．阈值、分辨率和死区

当一只传感器的输入，从零开始极缓慢的增加，只有在达到了某一最小值后才测的出输出变化，这个最小值就称为传感器的阈值。在规定阈值时，最先可测得的那个输出变化往往难以确切，因此，为了改进阈值数据测定的重复性，最好给出变化规定一个确定的数据，在该输出变化值下的相应输入就称为阈值。