仪表现场校准系统的制作方法

本实用新型涉及油田领域，具体说是一种油田仪表现场校准系统，特别是一种油田的指重表/拉力表现场校准系统。

背景技术：

指重表／拉力表是指示并记录钻具悬重和钻压变化的一种仪器，主要应用于石油、地质勘探中的钻机、修井机的钻机或者修井机作业的过程中。目前，对指重表／拉力表进行计量校准的方式主要有实验室校准和现场校准两种方式，但是现场校准方式尚未得到应用。

指重表／拉力表的实验室校准主要是将指重表／拉力表拆卸后在实验室中通过试验机加载荷的方式完成，该方式存在以下不足：仪表拆卸安装繁琐及搬运不便，送检周期长影响正常生产；实验室是对指重表／拉力表的液压传感器和指示装置分别校准，进而影响组装后整体准确性。

同时，油田使用的传统的校准方式是通过起吊大吨位标准砝码进行加载荷，再与被检仪表显示值进行比对，传统的校准方式存在以下不足：砝码数量大、运输人员投入大、对现场条件要求高、安装操作不便、校准耗时长，并且需要停止钻井／修井作业影响生产。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种仪表现场校准系统，以解决所述仪表实验室校准和所述传统校准方式的问题。

本实用新型提供一种仪表现场校准系统，包括被校准仪表、张力测量传感单元、测量数据处理与结果显示单元。

被校准仪表；

所述张力测量传感单元，安装在钢丝绳上，用来测量钢丝绳拉力，并将拉力数据发送到测量数据处理与结果显示单元；

所述测量数据处理与结果显示单元，与所述张力测量传感单元连接，接收所述张力测量传感单元发送的拉力数据，并将所述拉力数据换算成标准载荷值，并显示测量数据的处理结果；

所述万能试验机，与所述钢丝绳连接，用于模拟现场载荷情况；

所述被校准仪表还包括：

仪表传感检测装置，与钢丝绳固定在井架上不可移动的一端连接，来检测与所述张力测量传感单元相同的拉力；

仪表显示装置，与仪表传感检测装置连接，用于显示所述仪表传感检测装置检测到的拉力数据。

所述张力测量传感单元，包括：

测力传感装置，安装在与所述被校准仪表串接的钢丝绳上，用来测量钢丝绳的张力；

夹具，用来将所述测力传感装置固定在钢丝绳上；

通讯装置，与所述测力传感装置和测量数据处理与结果显示单元分别连接，用来将所述测力传感装置检测到的拉力数据发送到所述测量数据处理与结果显示单元；

优选地，所述测力传感装置为旁压式测力传感器，安装在与被校准仪表串接的钢丝绳上，用来测量钢丝绳的张力，测量范围0～300kN，准确度0.5级；所述旁压式测力传感器为晶体张力传感器或者应变电阻传感器；

优选地，所述夹具包括固定件和紧固螺丝，用来将所述测力传感装置固定在钢丝绳上，所述固定件上有孔，所述紧固螺丝通过所述固定件上的孔将所述测力传感装置固定在钢丝绳上；钢丝直径与所述紧固螺丝的螺纹长度配套使用；在不同直径的钢丝绳下，所述紧固螺丝旋紧后，所述固定件下表面与所述测力传感装置上表面间距为22cm，24cm，26cm中的一种距离；

优选地，所述通讯装置以有线或无线方式发送测量数据。

所述测量数据处理与结果显示单元，包括：

通讯装置，用来接收所述张力测量传感单元的通讯装置发送的拉力数据；

优选地，所述通讯装置以有线或无线方式接收测量数据；

数据拟合标定模块，利用所述张力测量传感单元测量的拉力数据计算出标准载荷值，所述标准载荷值用于现场校准；

测量数据处理结果显示装置，用于显示数据拟合标定模块计算出的所述标准载荷值。

所述的拟合标定模块，包括：

标定数据库，用于将所述张力测量传感单元的拉力数据与试验机标准值进行数据拟合后得到的标定公式；

标定公式，将所述张力测量传感单元测量的拉力数据换算成标准载荷值，所述标准载荷值用于现场校准。

其中，所述标定数据库为所述张力测量传感单元安装在不同直径的钢丝绳上，利用万能试验机通过对不同直径的钢丝绳模拟现场受力情况，记录所述张力测量传感单元的拉力数据，形成不同直径和不同试验机标准值下的0～300kN标定数据库；

所述试验机标准值为万能试验机的力值。

本实用新型具有如下有益效果：

由于采取所述仪表现场校准系统，不需要将仪表拆卸后通过试验机加载荷的方式在实验室进行仪表校准，解决被校准仪表拆卸安装繁琐、搬运不便，送检周期长影响正常生产的问题。同时通过本实用新型，不需要将被校准仪表中的装置分开校准，可以解决组装后整体准确性的问题。另外，本实用新型使用所述万能试验机来模拟现场载荷情况，不需要起吊大吨位标准砝码进行加载荷，可以解决传统校准方式通过起吊大吨位标准砝码进行加载荷的砝码数量大、运输人员投入大、对现场条件要求高、安装操作不便、校准耗时长，需要停止钻井／修井作业影响生产的问题。

附图说明

通过以下参考附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本实用新型的系统框图；

图2是本实用新型实施例的示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是值得说明的是，本实用新型并不限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本实用新型。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本实用新型的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本实用新型的系统框图。如图1所示，仪表现场校准系统包括被校准仪表1、张力测量传感单元2、测量数据处理与结果显示单元3和万能试验机4，其中，万能试验机4通过一条钢丝绳与被校准仪表1和张力测量传感单元2连接，利用万能试验机4拉紧钢丝绳模拟现场载荷情况。

被校准仪表1为现场需要被校准的仪表，包括仪表传感检测装置11和仪表显示装置12；其中，仪表传感检测装置11与仪表显示装置12连接，仪表传感检测装置11与张力测量传感单元2串联地安装在钢丝绳上，用来检测与张力测量传感单元2相同的拉力；通过仪表显示装置12对仪表传感检测装置11检测到的拉力数据进行显示，以满足信息的显示和记录要求。张力测量传感单元2，安装在钢丝绳上，用以测量钢丝绳拉力，将测量的拉力数据发送到测量数据处理与结果显示单元3。测量数据处理与结果显示单元3，与张力测量传感单元2连接，接收测量的数据，并对数据进行拟合和标定，并显示测量数据处理结果。

进一步地，张力测量传感单元2中的测力传感装置21用夹具安装在与被校准仪表串接的钢丝绳上，用来测量钢丝绳的张力；测力传感装置21为一种适用于钢丝绳张力的测量与控制的压力传感器，利用通讯装置22来发送测力传感装置21检测的拉力数据，其中，通讯装置22以有线或者无线方式发送测量数据。

进一步地，测量数据处理与结果显示单元3利用通讯装置31来接收通讯装置22发送的拉力数据；数据拟合标定模块32利用通讯装置31来接收到的拉力数据计算出标准载荷值，所述标准载荷值用于现场校准，并通过测量数据处理结果显示装置33显示数据处理结果。其中，通讯装置31以有线或无线方式接收测量数据。通讯装置22和通讯装置31可以基于ZigBee、蓝牙(Bluetooth)、红外(IrDA)、无线局域网802.11(Wi-Fi)或2.4G无线通讯协议中的一种或多种通讯方式。

其中，拟合标定模块32利用标定数据库，将所述张力测量传感单元2的测量数据与试验机标准值进行数据拟合后得到的标定公式，所述标定公式将所述张力测量传感单元2的测量数据换算成标准载荷值；测力传感装置21安装在不同直径的钢丝绳上，利用万能试验机4通过对不同直径的钢丝绳模拟现场受力情况，记录所述测力传感装置21的拉力数据，形成不同直径和不同试验机标准值下的（0～300）kN所述标定数据库，万能试验机4的力值为试验机标准值。

进一步地，在同一个校准点的情况下，利用误差计算公式对被校准仪表的仪表显示装置12显示的数据和测量数据处理结果显示装置33显示的数据（也即，标准载荷值）计算显示值误差，取各个校准点的最大所述显示值误差与被校准仪表最大允许误差比较。所述最大所述显示值误差大于被校准仪表最大允许误差，认为所校准仪表精度不满足要求，所校准仪表不可以使用；所述最大所述显示值误差小于被校准仪表最大允许误差，认为所校准仪表精度满足要求，所校准仪表可以使用，完成仪表的现场校准。

其中，被校准仪表最大允许误差为被校准仪表的量程乘以本身准确度等级；

其中，所述误差计算公式为：

上述误差公式中，R_i为第 i个校准点的显示值误差；f_i为第 i个校准点的被校准仪表的仪表显示装置12所显示的数据；F_i为第 i个校准点的标准载荷值；F为被校准仪表的满量程力值。在数学上， 最大所述显示值误差可表述为max{R_i∣i≥1}，优选地，i∈[6,12]。所述校准点用来确定是否继续增加载荷量的标示，达到校准点后不增加载荷量。

校准点确定是以空载情况下所述测量数据处理与结果显示单元的显示结果为初始校准点，并以所述被校准仪表的最大量程划分其他校准点；并按所述误差计算公式计算各校准点所述显示值误差，然后通过比较所述显示值误差的大小，得到最大所述显示值误差。

图2是本实用新型实施例的现场仪表校准系统的示意图，以油田的指重表/拉力表现场校准系统为例；如图2所示，油田的指重表/拉力表现场校准系统由张力测量传感单元B、测量数据处理与处理结果显示单元C、被校准仪表D和万能试验机E组成，其中万能试验机E通过一条钢丝绳与被校准仪表D和张力测量传感单元B连接，利用万能试验机E拉紧钢丝绳模拟现场载荷情况。

其中，张力测量传感单元B包括紧固螺丝B11、固定件B12、无线通讯装置B13和旁压式测力传感器B14；测量数据处理与处理结果显示单元C包括无线通讯装置C11、数据拟合标定模块C12和测量数据处理结果显示装置C13；被校准仪表D包括仪表液压传感器D11和仪表显示装置D12。

为了更清晰说明本实用新型的特征，下面将图2结合图1进一步说明，图2中的紧固螺丝B11、固定件B12和旁压式测力传感器B14共同组成图1中测力传感装置21，旁压式测力传感器B14的测量范围为0～300kN，准确度0.5级。

在本实施例，如图2所示，利用紧固螺丝B11和固定件B12组成的夹具将旁压式测力传感器B14串接到钢丝绳的死绳端（钢丝绳固定在井架上不可移动的一端）上，旁压式测力传感器B14的精度高于仪表液压传感器D11的精度。当井架负载变化时，钢丝绳受力发生形变，导致旁压式测力传感器B14测量到拉力数据，所述拉力数据通过无线通讯装置B13传输到无线通讯装置C11；测量数据处理与处理结果显示装置C对无线通讯装置C11接收到的拉力数据进行数据拟合与标定，完成标准载荷值的计算。仪表液压传感器D11连接在钢丝绳上，当井架负载变化时，钢丝绳受力发生形变时，仪表液压传感器D11测量到与旁压式测力传感器B14相同的拉力，通过仪表显示装置D12显示仪表液压传感器D11测量的拉力数据。

其中，通讯装置B13和通讯装置C11可以基于ZigBee、蓝牙(Bluetooth)、红外(IrDA)、无线局域网802.11(Wi-Fi)或2.4G无线通讯协议中的一种或多种通讯方式。

基于上述，在同一个校准点的情况下，利用误差计算公式对被校准仪表的仪表显示装置12显示的数据和测量数据处理结果显示装置33显示的数据（也即，标准载荷值）计算显示值误差，取各个校准点的最大所述显示值误差与被校准仪表最大允许误差比较。所述最大所述显示值误差大于被校准仪表最大允许误差，认为所校准仪表精度不满足要求，所校准仪表不可以使用；所述最大所述显示值误差小于被校准仪表最大允许误差，认为所校准仪表精度满足要求，所校准仪表可以使用，完成仪表的现场校准。

其中，被校准仪表最大允许误差为被校准仪表的量程乘以本身准确度等级；

其中，所述误差计算公式为：

上述误差公式中，R_i为第i个校准点的显示值误差；f_i为第 i个校准点的被校准仪表的仪表显示装置12所显示的数据；F_i为第 i个校准点的标准载荷值；F为被校准仪表的满量程力值。在数学上， 最大所述显示值误差可表述为max{R_i∣i≥1}，优选地，i∈[6,12]。所述校准点用来确定是否继续增加载荷量的标示，达到校准点后不增加载荷量。

其中，校准点确定，以空载情况下所述测量数据处理与结果显示单元的显示结果为初始校准点，并以所述被校准仪表的最大量程划分其他校准点，优选地，除起始点外确定以指重表/拉力表的最大量程的25%、50%、75%为所述其他校准点；例如，选取所述起始点、指重表/拉力表的最大量程的25%、50%、75%作为校准点，重复进行2次测量，通过所述误差计算公式得到8组显示值误差。

进一步地，所述夹具与旁压式测力传感器B14需要保证在紧固螺丝B11旋紧后固定件B12下表面与旁压式测力传感器B14上表面存在间距，在对不同直径钢丝绳进行测力时使用对应的一对紧固螺丝进行安装（也即，不同直径的钢丝绳对用相应的紧固螺丝），保证测量过程中受力角度不变，增加测量准确性；所述固定件B12下表面与旁压式测力传感器B14上表面间距为22cm、24cm或者26cm中的一种距离。

另外，由于旁压式测力传感器B14测量的拉力数据为钢丝绳实际受力的侧向分力，需要通过模拟现场受力方式进行标定，将分力通过标定公式换算为标准载荷值才能进行现场校准，因此，需要测量数据处理与处理结果显示装置C将所述侧向分力通过所述标定公式换算为标准载荷值。

具体地说，拟合标定模块C12利用张力测量传感单元B测量的拉力数据计算出标准载荷值。

进一步地，利用万能试验机E拉紧钢丝绳模拟现场载荷情况，利用旁压式测力传感器B14测量的数据建立不同直径钢丝绳和不同试验机标准值对应的标定数据库；在标定数据库中，通过测量数据处理结果显示装置C13与试验机标准值进行数据拟合计算获得标定公式，其中，验机标准值为万能试验机E拉紧钢丝绳的实际力的大小。利用标定公式，将所述张力测量传感单元B的测量数据换算成用于现场校准的标准载荷值。

以上所述实施例仅为表达本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。