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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k10

(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K11

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