一、钻井与录井仪表的发展历史 1
概述 1
二、钻(录)井仪器仪表测量的参数 3
三、钻(录)井仪器仪表的基本结构及特点 6
(一) 传感器 6
(二) 信号处理器 7
(三) 显示记录装置 7
(四) 报警器 8
第一篇 测量技术基础 10
第一章 常用弹性敏感元件 10
1.1 弹性元件的基本特性及误差 10
一、弹性特性的表示 10
(一) 刚度k 10
(二) 弹性后效现象 11
四、弹性敏感元件的误差 11
三、固有振动频率 11
(一) 弹性滞后现象 11
二、弹性滞后和弹性后效现象 11
(二) 灵敏度K 11
1.2 测力弹性体的形式及受力后的变形 12
一、悬臂梁式测力传感器 13
(一) 等截面梁 13
(二) 变截面(等强度)梁 13
二、等截面薄板 14
三、弹性体的位移量输出 15
(一) 等截面悬臂梁自由端挠度 15
(二) 等强度悬臂梁自由端挠度 15
(三) 等截面薄板的中心点挠度 15
1.3 测压弹性体的形式及其在压力作用下的变形 15
一、弹簧管 16
二、波纹管 17
(一) 膜片、膜盒及其用途 20
(二) 波纹膜片 20
三、膜片及膜盒 20
(三) 金属膜盒 21
(四) 平膜片(等截面薄板) 22
第二章 电阻应变片及其应用 24
2.1 电阻应变片的原理和结构 24
2.2 电阻丝应变片的主要特性 26
一、应变片灵敏度与横向效应 26
二、应变片的温度特性及温度补偿 27
三、电阻应变片的频响特性 28
2.3 电阻应变式测力传感器 29
一、应变式测力传感器的结构 29
(一) 具有柱状弹性体的应变式测力传感器 29
(二) 具有悬臂梁式弹性体的应变式测力传感器 30
二、应变测量桥路输出特性 30
(一) 单臂为应变电阻的电桥 30
(二) 双应变片电桥 31
一、概述 32
(三) 四应变片电桥 32
2.4 固态压阻式传感器 32
二、固态压阻式压力传感器的结构 33
第三章 霍尔元件及其应用 35
3.1 霍尔效应和霍尔元件 35
3.2 霍尔元件的特性参数 37
一、输入电阻与输出电阻 37
二、额定激励电流和最大允许激励电流 37
三、不等位电势与不等位电阻 38
四、灵敏度与最大磁感应强度灵敏度 38
五、霍尔电势温度系数 38
六、交流不等位电势与寄生直流电势 38
3.3 霍尔元件使用中存在的问题及解决办法 38
一、霍尔元件的串联联接 39
二、霍尔元件的温度补偿 39
(一) 采用恒流源及分流电阻的温度补偿 39
(二) 采用热敏元件的温度补偿 40
三、霍尔元件不等位电势的补偿 41
3.4 霍尔元件的应用 42
一、霍尔式微压、压力传感器 42
(一) 微位移的测量 42
(二) 霍尔式微压和压力传感器 43
二、霍尔式大电流测量传感器 44
三、霍尔式位移--脉冲转换装置 45
第四章 光电传感器 48
4.1 概述 48
4.2 内光电效应光电元件 48
一、光敏电阻 48
(一) 工作原理 48
(二) 光敏电阻的特性与参数 49
二、光敏晶体管 51
(一) 光敏晶体管的结构和工作原理 51
(二) 光敏晶体管的基本特性 52
一、硅光电池的基本工作原理 53
4.3 光生伏特效应与光电池 53
二、光电池的基本特性 54
(一) 光电池的频谱特性 54
(二) 光电池的光照特性 54
(三) 光电池的转换效率 54
(四) 光电池的频率特性 55
(五) 光电池的温度特性 55
一、热电阻 56
(一) 铂电阻 56
5.1 热电阻式传感器 56
第五章 测温传感器 56
(二) 铜电阻 57
二、热敏电阻 57
(一) 热敏电阻的主要特性 58
(二) 热敏电阻的主要参数 59
三、热电阻式传感器及其应用 59
(一) 热电阻温度计 60
(二) 热电阻在气体成分分析中的应用 61
一、热电势效应 66
(一) 两种导体的接触电势 66
5.2 热电偶 66
(二) 单一导体的温差电势 67
二、热电偶材料 68
三、热电偶结构 70
(一) 普通工业用热电偶 70
(二) 铠装式(套管式)热电偶 70
(三) 快速响应薄膜热电偶 71
四、热电偶的冷端温度问题 71
(一) 将冷端温度保持为0℃ 71
(二) 计算修正法 71
(三) 电桥补偿法 72
(四) 补偿导线法 73
6.1 电感式传感器 74
一、变隙式电感传感器 74
第六章 电感式传感器 74
二、螺管式电感传感器 77
6.2 差动变压器 79
一、工作原理与结构 79
(一) 变隙式差动变压器 80
(二) 螺管式差动变压器 82
(三) 零点残余电压 84
(二) 温度变化的影响 84
(一) 激励电源的幅值和频率影响 84
二、差动变压器的误差分析 84
三、测量线路 86
(一) 差动相敏检波电路 86
(二) 差动整流电路 87
6.3 电感式传感器的应用 87
一、BYM型自感式压力传感器 87
二、微压力变送器 88
7.2 交流测速发电机的结构和工作原理 89
7.1 测速发电机的种类 89
第七章 测速发电机 89
7.3 直流测速发电机的原理 91
7.4 无刷直流测速发电机的原理 93
第八章 同位素量测 95
8.1 同位素的基本知识 95
一、放射性同位素 95
二、放射性核的衰变种类及其性质 95
(一) α衰变 95
(二) β衰变 95
(三) γ衰变 96
8.2 射线和物质的相互作用 98
一、带电粒子和物质的相互作用 98
二、γ光子和物质的相互作用 99
(一) 光电效应 99
(二) 康普敦效应 99
8.3 γ射线在物质中的减弱 100
(三) 电子对效应 100
8.4 同位素检测的基本原理 102
一、电离室 102
二、闪烁计数器 103
(一) 碘化钠晶体闪烁体 104
(二) 光电倍增管 104
三、盖革计数管 106
8.5 放射性的防护 107
一、节流元件 109
(一) 气阻 109
第九章 气动仪表基础 109
9.1 气动仪表的基本元件 109
(二) 节流育室 110
(三) 节流通室 112
二、气动放大器 113
(一) 喷嘴挡板型放大器 113
(二) 功率放大器 114
一、平面四连杆机构 116
9.2 气动仪表的传动机构 116
二、曲柄--滑块机构 117
三、曲柄滑块机构与四连杆机构组成的复合传动机构 117
四、空间四连杆机构 118
9.3 气动差压变送器 118
一、结构和原理 118
二、受力分析 119
(一) 自由状态的受力分析 119
(二) 工作状态的受力分析 120
9.4 气动指示记录仪原理 122
一、三针记录调节仪的测量机构 122
(一) 工作原理 125
(二) 传递函数 126
(三) 一些具体考虑 127
二、小表指示仪的工作原理 127
三、QXZ气动色带指示仪 128
(一) 结构和工作原理 128
(二) 测量机构的传递函数 130
(三) 小结 131
9.5 电/气转换器 132
一、用途 132
二、基本工作原理 132
(一) 电/气转换器的基本结构及工作原理 132
(二) 系统传递函数 132
(三) 结论 134
三、有正、负两个反馈波纹管的电/气转换器 135
四、双杠杆结构的电/气转换器 136
五、用环形喷嘴挡板的电/气转换器 138
9.6 气/电转换器 140
第二篇 井场参数的测量 141
第十章 工程参数测量 141
10.1 钻压的测量 141
一、和死绳固定器配套安装的传感器 142
10.2 进尺、井深、钻速的测量 144
二、死绳膜片 144
一、基本概念 145
二、测量信号的取得 145
三、机械式进尺记录机构 147
四、自动机--电组合记录装置 147
五、光学编码器 148
六、钻速的测量和记录装置 149
七、具有升沉补偿装置的半潜式钻井平台的进尺测量 153
10.3 转盘扭矩的测量 156
一、过桥轮式机械--液压传感器 156
(三) 液缸受力分析 156
(一) 链条张力与转盘扭矩之间的关系 157
(二) 链条对过桥轮的压力 158
二、电扭矩传感器 160
10.4 转盘转速、泵速和泵冲次的测量 162
一、测速发电机式传感器 162
二、气动传感器 163
三、接近开关式传感器 164
四、磁电式转速传感器 166
五、泵冲数的累计 169
10.5 进、出口泥浆流量的直接测量 169
一、气动靶式流量计 170
二、电磁流量计 171
(一) 电磁流量计工作原理 172
(二) 电磁流量传感器的结构 172
(三) 电磁流量传感器中的干扰及其它必须解决的问题 173
(四) 转换器原理 178
三、档板流量计 180
10.6 泵压传感器及其它有关装置 181
10.7 泥浆比重(密度)的测量 184
一、基于阿基米德原理的泥浆比重传感器 184
(一) 传感器原理和结构 184
(二) 力--电转换元件 186
二、泥浆比重的同位素检测 187
(三) 球体自重影响的消除方法 187
三、定液位筒式比重传感器 189
10.8 泥浆液位和体积的测量 190
一、浮球杠杆机构 190
二、磁力驱动机构 192
三、带轮传动机构 192
四、地面泥浆总体积及其变化量的计算 193
五、在半潜式钻井平台上液位传感器的安装 193
10.9 泥浆温度的测量 195
第十一章 气测参数测量 196
11.1 泥浆电导率的测量 196
一、电导率定义 196
二、电导率的温度系数 196
三、电导率测量方法 197
(一) 有电极测量法 197
(二) 无电极测量法 198
11.2 硫化氢浓度的测量 199
11.3 天然气浓度的测量 200
一、燃烧式传感器 200
二、氢火焰电离检测器 200
11.4 气相色谱分析的基本原理 203
一、概述 203
二、气体组分的分离原理 203
(一) 分离过程 203
(二) 色谱图的参数 204
(三) 操作条件对色谱柱分离效能的影响 205
11.5 红外气体分析仪的基本原理 206
一、利用红外线进行气体组分分析的基本原理 206
二、红外气体分析仪的种类及其工作原理 207
(一) 电容微音器式红外分析仪的基本工作原理 207
(二) 采用半导体光电检测器的红外分析仪的基本工作原理 209
11.6 泥岩密度计及其使用 210
11.7 测压式碳酸盐测定仪 213