专利名称：小直径高温高压流体差压式密度计的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量仪器。
目前，国内外测量高温高压流体密度的测量仪器主要有四种差压式、振动式、浮筒式和γ射线式。浮筒式是利用浸入液体中的物体所受的浮力与液体本身的密度成正比的原理制作的。再由测力系统把此力转换成电信号输出。例如美专利4，476，723这种密度计的主要缺点是具有可动浮筒部件过载能力差易损伤，并且它只能定点或准静态测量，对于流动的流体或需连续移动测量，精度不高，各种高低频振动和冲击等对其干扰较大。特别是用于石油抽油机井环空测试中，由于浮筒与仪器外壳或者与井壁的碰撞摩擦，会带来较大的干扰，甚至产生错误输出。振动式密度计是利用振动管横向自由振动频率随其内部充满不同的流体，而发生变化的原理制作的。其振动频率是液体密度的函数。其缺点是多在常压下工作，也可工作于高温高压环境，但制作工艺复杂。(参见Rev、Scl、Instrum V01.55 NO.4(1984)P.589～593)γ射线密度计是利用γ射线穿过被测物时，随着物质密度而改变其吸收程度的测量装置。它主要用于测量在导管中流动的液体密度。此种密度计价格昂贵，此外由于使用放射性同位素，须充分考虑对放射线污染的防护。差压式密度计是利用被测液体中垂直方向上相隔一定距离(h)的两点间的压强差(P2－P1)与被测液体的密度D成正比的原理测量的，即密度D＝(P2－P1)／h利用此原理制作的液体密度测量装置在1948年8月3日 首先获得加拿大专利(第450332)。这仅是差压式密度计的原型。根本不能用于高温、高压液体的密度测量。其传感器必须永久地固定装在装被测液体的槽壁上，并且其差压传感器是使用水银压力传感器。此装置体积大、苯重、不能移动，精度差。后来一些专利，如法国专利2251240，美国专利4136567以及日本公开特许昭53－6070又公布了一些改进型差压式密度计，但这些装置皆不适宜作为高温高压液体密度的测量。例如特开昭53－6070(与美国专利4136567内容相同)，在装置的体积和精度上有所改善，并使可测量的液体范围扩大。它不仅可以测量液体，还可以测量包含固体颗粒的悬浮液。上述的差压密度计皆使用具有挠性膜片的波纹管、波纹片等作为压力传感器，不适宜作为抽油机井环空密度测试。目前，油田使用的仅有美国希冷贝格公司生产的GMS－B型差压式密度计。它是在相距两英尺的地方，设置两支压敏元件，测量两点的压力差值。此压敏元件是波纹管，并以差动变压器作为传感器，变为电信号输出。由于美国GMS－B型差压密度计以波纹管为压敏元件，所以其体积甚大(为φ43mm)。大于我国抽油机井环空尺寸(要求＜φ25mm)，精度差(为±4％)，我国无法使用。该产品使用波纹管机械系统，若简单地减少尺寸以适应我国石油环空测试，不仅灵敏度要大幅度下降，并且线性度急剧变差，因为要求它具有高灵敏度，即要求它具有良好的弹性，还要求它保持很强的刚度，二者相互矛盾。此外，小型波纹管φ18mm以下加工也是极其困难的。并且由两支波纹管和差动变压器构成的机电系统，抗纵向、横向冲击能力较弱，易使系统失灵。波纹管在高压、低压下的反复物理变形，不仅会发生零点漂移，还会产生机械疲劳和损伤。此产品使用差动变压器作为差压传感器，它有很多缺点Ⅰ、为了获得良好的线性和较好的重复性，应该减少其容积和位移；可是为了得到较大的输出信号即高灵敏度和分辨率，差动变压器应该有较大的位移。两者矛盾，很难同时获得高输出和高精度。Ⅱ、因为存在机械滑动配合部分，因此，易磨损，很难保证长期稳定性。Ⅲ、差动变压器是一种位移传感器，这会导致两个波纹管在液体中发生一个相位移，从而引起时间延迟。总之，目前世界上还没有一种适合我国油田使用的高精度抽油机井环空测试密度计。
本发明的目的是提供一种体积小(仪器外径小于φ24mm)，分辨率高(＜0.001g／cm3)、精度高(优于0.3％)，抗振动和冲击(20g)，可对高温、高压液体进行连续测量的高输出一次仪表。特别是要满足我国和世界各国油田小直径抽油机井环空密度测试。
本实用新型包括导向器、过滤器、密度测量装置，被测液体的压强接受装置，过载保护装置、防振装置、电信号传输装置。导向器是引导仪器向下运动的部件。过滤器是由下过滤罩和上过滤罩构成，它们的作用是对被测液体过滤，防止泥沙、杂质等固体物质进入导压管。密度测量装置是由差压传感器、导压标准液及联通管组成。它的作用是把来自导压液的上、下端口的压强不失真地导向差压传感器的两端，由此压力传感器再转换成电信号。此压力传感器可以采用可变电容器件，应变计和压电的器件、压阻器件、声表面波器件、超声器件等。被测液体的压强接受装置，由下盘管和上盘管组成。它们的作用是接受两导压孔处的压强，并通过上、下导压系统使差压传感器接受这个压强差。上盘管和下盘管采用了同位盘管，可以改善仪器的精度。这是因为当此装置在油井不同深度的地方，即使承受不同高温、高压、导压液体积发生变化时，可使感压面的高度始终保持在同一数值。仪器的过载保护装置是由传感器包壳、弹性片、限位调节螺丝组成的。它的作用是当仪器受到突然的压力冲击时，弹性片向低压力方向弯曲，堵住了低压力端的限位螺丝的内孔，即堵住了低压力端导压液的道路，防止传感器遭到损坏。安全值的大小是由限位调节螺丝决定的。这种突然冲击的过载现象，通常是由仪器刚进入高压井的过程中或井下突然事件等所造成的。防振装置，它是由减振器和导压液组成的。当仪器在运输中或下井过程中受到撞冲或强烈振动时，保护差压传感器不会遭到损伤。电信号传输装置的作用是把来自差压传感器与密度成正比的信号进行模数转换。
本实用新型具有以下优点(1)用一支差压传感器取代了以往的两个压力传感器和一枚差动变压器，这不仅减轻重量减少体积，降低成本而且提高了输出，改善精度。(2)由于它是一种开启式结构，导压标准液可以与被测液直接接触，这就保证了由差压传感器决定的仪器灵敏度不被降低。(3)美国GMS－B型密度计或其它的差压式密度计，在井内垂直管上两点之间的压力差值是静液压头与磨阻压头之和，即(△P)/(△h) ＝( (△P)/(△h) )静液＋( (△P)/(△h) )磨阻而本发明的装置可以消除磨阻压头(仪器的误差项)的影响。因此，测量值只代表被测流体的密度值。(4)此装置可消除以往密度传感器中导压液的热膨胀系数对测量精度的影响。(5)此密度计测量的是上述h高度内液体的平均密度。如果使密度计移动，则可以测量点密度和线密度。也可以进行密度的连续测量。这是比其它密度计优越的。由于本装置具备上述优点，因此在大庆油田做油层部位环空测试实验中取得了成功，其测试曲线完全附合要求，解决了我国石油战线上的一个大难题。
以下结合附图
阐述一最佳实施例附图是本实用新型的装置剖面图。
其中1、导向器；2、下过滤罩；3、下同位盘管；4、下限位空心螺丝；5、弹性片；6、壳体；7、上导液管；8、标准导压液体；9、差压传感器；10、减振器；11、电路仓壳；12、下导液管；13、上限位空心螺丝；14、导液孔。小直径高温高压流体差压式密度计壳体6是园柱形或其他柱状，其两端呈锥型，一端为导向器1，在导向器上有上下导液孔14，下导液孔内的上方有一下过滤罩2，下同位盘管3位于下过滤罩内且一端为感压端另一端与下限位空心螺丝4相连接，此限位空心螺丝与弹性片5的位置在安装之前调定，其作用是当外界存一强压冲击时，充满在同位盘管及限位空心螺丝中的液体将弹性片顶起把上限位空心螺丝13的油路封住，即避免了强压冲击差压传感器9。弹性片5安装在下限位空心螺丝4与上限位空心螺丝13中间的铁饼型空间中，此铁饼形空间的两端分别接上导液管7和下导液管12。下导液管12与一个减振器10相连通，减振器10采用波纹管，减振器的另一个端接差压传感器9的一个面，传感器9的另一个面与上限位空心螺丝相连接，上同位盘管的另一端口为感压端，上同位盘管外有一个过滤罩，过滤罩上的石油是由密度计上端的四个导液孔透进的。此外，同位盘管除了可以是盘管式还可制成水平放置的有导压孔的平底容器。在使用时将此密度计放入石油中，石油便通过导液孔经过过滤罩过滤后与同位盘管的感压端接触，压力通过上下导液管中的标准导压液体8分别传递到差压传感器的两侧。差压传感器输出的信号通过本密度计的电气线路部分处理后通过电缆线在外接的仪表上显示出数值。
权利要求1.一种小直径高温高压流体差压式密度计，它包括一圆柱形或其它柱状壳体，壳体的两端呈锥形，一端为导向器，靠近导向器的壳体处开有导液孔，其特征在于导液孔内的上端是一过滤罩，过滤罩的上方安放一同位盘管，同位盘管的一端为感压端与被测液体相接触，另一端接通到一下限位空心螺丝，它还包括一弹性片，其弹性片被安放在上限位空心螺丝与下限位空心螺丝中间的铁饼型的空间中，铁饼型空间的两端分别与上导液管和下导液管相连接，下导液管的另一端连接一波纹管，波纹管又与差压传感器的一个面相接触，差压传感器的另外一面与上限位空心螺丝相连接，上导液管的另一端与另外一支安装在壳体另一端的同位盘管相接，此同位盘管也被一支过滤罩罩住，过滤罩的外面壳体上也开有导液孔。
2.如权利要求1所述的密度计，其特征在于导液管、限位空心螺丝、同位盘管中均充满标准导压液体。
3.如权利要求1、2所述的密度计，其特征在于同位盘管除了是盘管型的之外，还可制成水平放置带有导压孔的平底容器。
专利摘要一种小直径高温、高压流体差压式密度计，它包括一圆柱形或其它柱状壳体，壳体的两端呈圆锥型，圆锥型导向器的上方各有四个导液孔，在其上有上下过滤罩、上下同位盘管，上下限位空心螺丝、弹性片、差压传感器、导液管。上下同位盘管、限位空心螺丝及导液管中均充满标准导压液体。被测液体压力通过标准导压液体分别作用在差压传感器的两面，传感器输出的信号通过本实用新型的电路处理后变成频率信号，经电缆传输到外接的仪表上显示出。
文档编号G01N9/26GK2072686SQ9020843
公开日1991年3月6日 申请日期1990年6月6日 优先权日1990年6月6日
发明者张滨华, 张奇斌, 季朋义, 林江 申请人:机械电子工业部第四十九研究所