美國Quartzdyne傳感器用于石油勘探
Quartzdyne每年記錄數(shù)百萬個測試時間，以確保我們的井下電子設(shè)備的可靠性。我們將每個混合電路樣品的樣品測試至250°C。我們的測試結(jié)果每年都會提供。點(diǎn)擊這里下載報道。我們的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場測試使Quartzdyne壓力傳感器成為井下*監(jiān)測應(yīng)用的明顯選擇。Quartzdyne 壓力傳感器的長期穩(wěn)定性和可靠性非常適合智能完井和*性井下監(jiān)測。我們的石英壓力傳感器可提供的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化和增強(qiáng)恢復(fù)。Quartzdyne是*井下精密壓力測量的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。Quartzdyne生產(chǎn)用于世界上的生產(chǎn)  測井和壓力和溫度記憶工具的石英壓力傳感器。憑借我們在石英晶體技術(shù)方面的先進(jìn)專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)，我們能夠在油氣井常見的高溫高壓下提供zui小漂移的高質(zhì)量傳感器。諸如記憶工具，重復(fù)地層測試儀，生產(chǎn)測井工具以及有線/地質(zhì)測井工具等應(yīng)用都受益于這些測量儀提供的高靈敏度，高穩(wěn)定性，高分辨率和快速響應(yīng)時間。

Quartzdyne壓力傳感器用于許多與石油和天然氣鉆探相關(guān)的不同方面。MWD（隨鉆測量），PWD（隨鉆壓力），DST（鉆桿測試）和LWD（隨鉆測井）應(yīng)用都將受益于石英的高精度。我們傳感器的堅(jiān)固特性在zui苛刻的環(huán)境中提供了高可靠性。我們石英傳感器的長期穩(wěn)定性還通過減少校準(zhǔn)和服務(wù)的頻率來延長工具的正常運(yùn)行時間。Quartzdyne生產(chǎn)的傳感器主要用于監(jiān)測海底應(yīng)用。換能器是專門為這種環(huán)境開發(fā)的，蠟，沙子和水合物是一個問題。它采用隔膜替代波紋管隔離液，專門解決這些潛在污染物。海底傳感器繼續(xù)提供典型的石英壓力響應(yīng)，預(yù)計(jì)Quartzdyne會給您帶來預(yù)期的可靠性和耐用性。  

Quartzdyne DS系列傳感器在實(shí)驗(yàn)室中的主要用途是校準(zhǔn)其他井下傳感器和應(yīng)變計(jì)/壓阻式傳感器。
Quartzdyne DS系列傳感器被用作校準(zhǔn)過程傳感器的“內(nèi)部壓力標(biāo)準(zhǔn)”。它們也用于關(guān)鍵工藝參數(shù)的一些單點(diǎn)測量。
 兩個Quartzdyne傳感器可用于高穩(wěn)定性差壓測量。一個常見的應(yīng)用是在實(shí)驗(yàn)室滲透率測量中測量巖石樣品的壓降。有較低成本的差壓傳感器，它們更常用于測量滲透率，但很容易證明更測量的成本效益。（雖然大多數(shù)滲透率測量使用DS系列傳感器，但一些測試設(shè)計(jì)需要更高溫度傳感器。） 
必要時，DS系列傳感器可以通過本地認(rèn)證，以達(dá)到比Quartzdyne校準(zhǔn)更好的性能水平。部分裝置已通過英國NAMAS認(rèn)證，在 10％FS至90％FS的范圍內(nèi)達(dá)到0.01％的讀數(shù)。這些傳感器已通過認(rèn)證，可用作校準(zhǔn)（0.03％FS）自重測試儀的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。
DS傳感器可提供5,000 psi，10,000 psi，20,000和30,000 psi的變化。  這些單位交付兩組系數(shù)。范圍從-40c到85c，實(shí)驗(yàn)室范圍從0c到40c。

1.1介紹
本手冊記錄了石英頻率輸出壓力傳感器的電氣接口。所有石英壓力傳感器包含三個石英晶體傳感器元件。*個是敏感的。首先是暴露壓力，第二種反應(yīng)溫度，第三種對兩者的敏感性zui低。壓力或溫度。這些晶體被機(jī)械地安排以提供良好的熱耦合。的石英傳感元件提供高穩(wěn)定性和極細(xì)的傳感壓力分辨率。風(fēng)箱是用來保護(hù)的。來自工藝流體的壓力晶體。一個電路為石英敏感元件和。耐腐蝕、高強(qiáng)度的合金外殼為每一個元件提供機(jī)械支撐和保護(hù)。各種機(jī)械配置可供選擇。該電路由三個振蕩器、兩個混合器、緩沖電路和一個調(diào)節(jié)器組成。輸出是2低。頻率(10-100 kHz)傳感器輸出信號和高頻率(7.2 MHz)參考信號。傳感器必須
連接到頻率計(jì)數(shù)器和電源。高頻參考信號可用來計(jì)數(shù)。這兩個低頻信號使用的是“基于參照的”系數(shù)?；蛘?，用戶可以提供另一個。參考信號和使用“標(biāo)準(zhǔn)”系數(shù)。壓力是利用兩個低頻信號來計(jì)算的。*的校正系數(shù)的傳感器，和算法顯示在本手冊。溫度也可能從頻率計(jì)算。

1.2壓力傳感器設(shè)計(jì)
Quartzdyne厚度-剪切壓力技術(shù)的重要優(yōu)點(diǎn)是、長期穩(wěn)定，強(qiáng)度高，瞬態(tài)響應(yīng)快。壓力傳感器是一個石英諧振器，它改變頻率響應(yīng)施加的壓力。結(jié)晶石英是精密傳感器的理想材料，因?yàn)樗?有彈性。石英石石英壓力的設(shè)計(jì)。傳感器保留了單晶材料固有的可重復(fù)性能。石英壓力傳感器是一種厚壁、空心圓柱，具有封閉的末端。thickness-shear模式諧振器將空心圓柱的中心部分分開。外壁的流體壓力使其流體靜壓。石英氣缸，產(chǎn)生內(nèi)壓應(yīng)力在諧振器。諧振器的頻率發(fā)生變化。對內(nèi)部壓力的反應(yīng)。
1.3壓力測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論。
換能器是將壓力和溫度的物理參數(shù)轉(zhuǎn)換為物理參數(shù)的組件。輸出信號頻率。每個傳感器組件包括石英壓力傳感器，溫度傳感器。晶體(用于數(shù)字溫度補(bǔ)償)和精密參考晶體。振蕩器電路提供刺激。對石英元素，將其固有共振頻率轉(zhuǎn)換成電信號。參考水晶的頻率與兩個傳感器的頻率混合，使這些信號更容易計(jì)數(shù)和傳輸。它還提供了一個可在用戶的頻率計(jì)數(shù)器中使用的穩(wěn)定時間基的傳感器。對于一個完整的測量系統(tǒng)，客戶必須提供功率、頻率計(jì)數(shù)器、計(jì)算方法。來自測量頻率和提供系數(shù)的壓力，以及存儲或傳輸方法。數(shù)據(jù)。數(shù)字換能器可從Quartzdyne獲得，其中包括頻率計(jì)數(shù)器和系數(shù)。存儲。QCOM接口單元也可用來連接任何類型的傳感器到PC(圖3)。
1.4與石英傳感器的電氣連接。
用于石英頻率輸出壓力傳感器的幾種電氣連接選項(xiàng)?？吹綀D4為pin-out分配。在要求高可靠性的應(yīng)用中，焊接連接是。
連接器。5針1“通過，6針PEEK頭和7針密封頭設(shè)計(jì)。采用高熔點(diǎn)焊料直接焊接。在某些情況下，可以將安裝的連接器刪除2-4”電線，可以直接焊接到客戶的電路中。表1顯示了單位的標(biāo)準(zhǔn)線顏色。

美國Quartzdyne傳感器用于石油勘探
2性能
2.1波紋管和膜片
換能器可以安裝風(fēng)箱或隔膜，隔離和保護(hù)壓力晶體。被測液體。風(fēng)箱對壓力讀數(shù)的影響很小，但必須得到補(bǔ)償。校準(zhǔn)。對波紋管或隔膜的去除或物理損傷將改變壓力響應(yīng)。需要重新校準(zhǔn)傳感器。雖然風(fēng)箱是在真空中填滿油的，但它已經(jīng)被*地脫氣了，但它有可能是小的。氣體可能被困在風(fēng)箱內(nèi)。通常這種氣體會溶解在油中，沒有?？蓽y量的對壓力性能的影響。在環(huán)境壓力下，一些氣體可能會被驅(qū)動。由于解決方案暫時導(dǎo)致風(fēng)箱膨脹，導(dǎo)致壓力讀數(shù)高達(dá)10psi。環(huán)境的壓力。一旦施加壓力，該裝置將恢復(fù)正常壓力讀數(shù)。Quartzdyne有波紋管的壓力傳感器的精度僅超過200 psia。
2.2 ASIC啟動電路
石英諧振器表面的任何污染物或缺陷都會導(dǎo)致其阻抗增加。通常情況下,阻抗的增加將取決于晶體驅(qū)動器的水平，并且通常在較低的驅(qū)動器水平。這這種現(xiàn)象在業(yè)內(nèi)被稱為驅(qū)動級靈敏度(DLS)，它會導(dǎo)致晶體振蕩器無法啟動。當(dāng)電力供應(yīng)。我們盡一切努力確保石英表中包含的晶體壓力。換能器不存在這樣的缺陷，很有可能污染物會在反應(yīng)中移動。有經(jīng)驗(yàn)的。隨著ASIC振蕩器的引入我們的混合電路(2007年9月)，一個啟動特性被添加。該特性在啟動階段對晶體的驅(qū)動級別增加，以克服任何問題。有可能的DLS，然后在穩(wěn)定振蕩的情況下返回。這大大降低了機(jī)會。DLS晶體會導(dǎo)致場故障。在許多情況下，過量的驅(qū)動實(shí)際上會移動有問題的污染物。到一個不再影響性能的領(lǐng)域。一種可能的，但罕見的副作用是，如果晶體不能逐漸增加高阻抗，那就不是。與DLS相關(guān)的，它可能達(dá)到啟動特性反復(fù)參與和分離的一個點(diǎn)。這將是在壓力和/或溫度測量中被視為異常高的抖動。如果阻抗繼續(xù)。增加，抖動將停止，因?yàn)閱犹匦员３殖浞?，并且zui終振蕩器將平行線。NonASIC在這些癥狀出現(xiàn)之前，電路就已經(jīng)是平的了。
2.3頻率隨壓力和溫度變化。
在數(shù)據(jù)表上顯示了各種傳感器的額定壓力和溫度。各自的產(chǎn)品。圖5通過圖8描述了兩個輸出頻率的典型變化。具有壓力和溫度變化的QU20K傳感器的信號。圖5顯示了名義上的變化。溫度傳感器的頻率。所有的溫度傳感器都顯示出非常相似的靈敏度，但是頻率。25°C會有所不同從單位到單位。圖6顯示了隨變化的壓力信號頻率的變化。壓力和溫度。注意，溫度的變化會產(chǎn)生零和跨度的變化。圖6所示的數(shù)據(jù)重新繪制在圖7中，以進(jìn)行額外的檢查。在圖7中，壓力頻率。在各種壓力下，數(shù)據(jù)被繪制成與溫度的對比。這些數(shù)據(jù)也被至少標(biāo)準(zhǔn)化了。頻率使溫度靈敏度可以更清晰地觀察到。注意溫度敏感性。在環(huán)境壓力下為正，但在全尺寸壓力下為負(fù)，在較高時為零敏感點(diǎn)。溫度隨著壓力的增加而增加。壓力傳感器的設(shè)計(jì)是為了減少井下工作中的瞬時誤差。人們已經(jīng)注意到了。在壓力和溫度晶體之間提供良好的熱耦合。在瞬態(tài)條件下(溫度坡度，或大的壓力臺階)，一個小的溫差是可能的。圖8顯示了這個名稱。壓力傳感器的靈敏度，由于溫度的差異，可能發(fā)生在一個短暫的狀態(tài)。如果傳感器用于典型的井下壓力和溫度范圍，靈敏度在0到10之間。psi /C,瞬態(tài)錯誤會很小。反之，如果在的高溫下使用，或高壓-低溫，瞬態(tài)誤差將更加顯著。詳見我們的。暫態(tài)報告比較各種壓力傳感器配置的性能。

4校準(zhǔn)
4.1傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)
每個換能器的校準(zhǔn)過程中所演示的性能表現(xiàn)在換能器校準(zhǔn)圖中。提供每個傳感器。這張圖表顯示了每一個點(diǎn)與校準(zhǔn)方程的偏差。為換能器計(jì)算的系數(shù)。圖16顯示了Quartzdyne壓力的典型表現(xiàn)。傳感器。所有溫度下的殘留誤差小于0.01% (FS)。這包括任何錯誤。線性校正，重復(fù)性，滯后，和溫度誤差。注意，剩余誤差比較了。校正標(biāo)準(zhǔn)的傳感器;標(biāo)準(zhǔn)的誤差必須加到所顯示的殘差上。Quartzdyne校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)是一個無謂測試儀,是準(zhǔn)確的±0.01%的閱讀。
4.2可追溯性的校準(zhǔn)
石英壓力傳感器的校準(zhǔn)可以追溯到美國國家壓力標(biāo)準(zhǔn)。國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)，前身為國家標(biāo)準(zhǔn)局。(國家統(tǒng)計(jì)局)。
4.3校正中使用的校正的典型值。
達(dá)到我們的壓力校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)閱讀精度的0.01%要求所有的潛力。確定了校準(zhǔn)誤差的來源。在Quartzdyne校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中，大氣壓力參考。是一個Mensor 2104或DH儀器PG-7302-M數(shù)字壓力表。測量頭部的高度。在0.25英寸內(nèi)[6.35毫米]，向0.008 psia提供頭部壓力校正[0.570 mbar]。的壓力由我們的DH儀器50300-01和模型50000級基本(載重)壓力產(chǎn)生。標(biāo)準(zhǔn)包括局部重力校正，空氣浮力，壓力和溫度對橫截面的影響?；钊拿娣e。通過這些修正，壓力標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的壓力是準(zhǔn)確的。0.01%的閱讀。在我們的設(shè)備校準(zhǔn)中使用的典型值是“非標(biāo)準(zhǔn)”值，因?yàn)槲覀兊?251英尺。
4.4校準(zhǔn)所需的壓力控制。
石英壓力傳感器測量壓力。傳感器感知到的壓力。校準(zhǔn)是大氣壓力、壓頭和壓力產(chǎn)生的壓力之和。壓力源。標(biāo)定方程是溫度和壓力的多項(xiàng)式。方程的順序決定了。校準(zhǔn)所需的不同壓力和溫度。至少，至少還有一個數(shù)據(jù)。點(diǎn)是需要的，而不是每個變量的匹配順序。在壓力和溫度下有一些冗余。建議測量。例如，在我們的校準(zhǔn)中，我們通常在每一個上施加一個壓力序列。五、六溫度。三次訂購需要四次溫度，五次為四次。在每一個溫度，測量是在環(huán)境大氣壓下，在400 psia[27.6巴]，至少每一個。20%的范圍是*的。壓力通常應(yīng)用于序列中:環(huán)境，20%，60%，80%，100%，90%，70%，40%，400個psia。沒有必要遵循這個步驟，但是這個順序有幾個優(yōu)點(diǎn):
(1)提供了足夠大的不同壓力樣本(三階曲線擬合需要4個)
使用*的壓力，沒有過度重復(fù)。
(2)兩個低壓點(diǎn)顯示零返回。(這是我們的自動化基礎(chǔ)的zui低壓力。
壓力標(biāo)準(zhǔn)提供0.01%的閱讀精度為400 psia [27.6 bar];在較低的壓力下，誤差是一個常數(shù)。
0.02 psia酒吧[0.00138])。
(3)提供相同數(shù)量的遞增和遞減壓力數(shù)據(jù)點(diǎn);曲線擬合將被強(qiáng)制。
通過任何明顯的滯后回路的中心。
4.5校準(zhǔn)所需的溫度控制。
以上所述的增壓過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认掳凑蘸线m的順序進(jìn)行。溫度不需要測量(除非需要校準(zhǔn)溫度輸出)，但它必須是穩(wěn)定的。一個室溫度穩(wěn)定的建議至少0.25°C。監(jiān)測溫度傳感器晶體將。提供傳感器的熱穩(wěn)定性的指示;當(dāng)溫度傳感器穩(wěn)定時，就會有壓力校準(zhǔn)周期可能開始。注意,溫度敏感性不同約115赫茲/在-40°C到260°C在200°C Hz /°C。在換能器中，三種晶體的溫度盡可能一致是可取的。謹(jǐn)防熱梯度可以沿著傳感器的長度發(fā)展，因?yàn)檫@些可能會在校準(zhǔn)中造成重大錯誤。圖17顯示了可能發(fā)生在校準(zhǔn)烤箱或浴缸中的溫度梯度的可能來源。錯誤的將如圖8所示，在熱靈敏度高的區(qū)域zui明顯。至少有四種溫度是由th決定的。

5校準(zhǔn)系數(shù)文件
每個傳感器都提供了如下所示的多組系數(shù)。這些是用來計(jì)算壓力的。和測量頻率的溫度。每種類型的系數(shù)都適用于特定的頻率。計(jì)數(shù)器類型。重要的是要使用正確的系數(shù)。系數(shù)文件名是換能器的6位序列號，然后是5個文件擴(kuò)展名中的一個。系數(shù)的類型。對于實(shí)驗(yàn)室的傳感器，序列號可以被附加一個“L”表示減少。溫度范圍內(nèi)校準(zhǔn)(0 - 40°C相比-40 + 85°C)。“L”系數(shù)應(yīng)該稍微有點(diǎn)。較低溫度范圍內(nèi)的正常系數(shù)更好。
CFF標(biāo)準(zhǔn)壓力系數(shù)
鋼管標(biāo)準(zhǔn)溫度系數(shù)
CRF Reference-based壓力系數(shù)
CRT Reference-based溫度系數(shù)
HEX In-Hex數(shù)字系數(shù)用于QCOM。
標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)(CFF/CFT)只有在使用頻率計(jì)數(shù)器計(jì)算頻率時才使用。自己的時間。壓力和溫度計(jì)算的準(zhǔn)確性將取決于是否準(zhǔn)確。
在柜臺的時間。標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)的文件格式在第5.1節(jié)中描述。如果傳感器的內(nèi)部7.2 MHz參考頻率為，則應(yīng)使用基于引用的系數(shù)(CRF/CRT)。用作頻率計(jì)數(shù)的時間基，如第3.5節(jié)所述。使用Reference-based系數(shù)消除了提供校準(zhǔn)時間基礎(chǔ)的需要，從而提高了準(zhǔn)確度?；谝玫奈募袷?。系數(shù)與第5.1節(jié)所述的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)相同。這是文件的格式。選擇使用系列I(不再可用)。
當(dāng)使用一個頻率或數(shù)字的Quartzdyne QCOM接口時，需要十六進(jìn)制數(shù)字系數(shù)。傳感器。壓力和溫度的系數(shù)都包含在一個文件中，使用的是In-Hex文件格式。如第5.4至5.8節(jié)所述。這些系數(shù)被存儲在數(shù)字傳感器的EEPROM中。他們提供了與基于引用的系數(shù)相同。建議將十六進(jìn)制系數(shù)用于新的。盡可能的設(shè)計(jì)。

Quartzdyne數(shù)字轉(zhuǎn)換器系數(shù)文件使用英特爾十六進(jìn)制文件格式。這允許觀看使用標(biāo)準(zhǔn)工具的對象文件，使文件從一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲在這些文件中是存儲MSB的*個(大的Endian)。一些編程環(huán)境期望整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。在LSB*格式的點(diǎn)號，可能需要翻譯。In十六進(jìn)制對象文件記錄格式有一個四字段前綴，它定義了記錄的開始、字節(jié)數(shù)和負(fù)載。地址和記錄類型。接下來是實(shí)際數(shù)據(jù)和一個2字符的校驗(yàn)和。每個2字符對是一個。一個8位字節(jié)的十六進(jìn)制表示法，其中zui重要的是(4位)。校驗(yàn)和是2。對記錄(不包括起始字符)的前一個字節(jié)的和的表示。所有字節(jié)的和，包括校驗(yàn)和，將是00。記錄由行尾分隔符(CR/LF)分隔。記錄類型記錄類型00，數(shù)據(jù)記錄，是包含文件數(shù)據(jù)的記錄。數(shù)據(jù)記錄以冒號開頭。開始字符(“:”)后跟字節(jié)計(jì)數(shù)、*個字節(jié)的地址和記錄類型(“00”)。后,記錄類型是數(shù)據(jù)字節(jié)和校驗(yàn)和。以下是數(shù)據(jù)記錄的示例(包括空格)。為清晰起見，只在實(shí)際文件中不包含。記錄類型01，結(jié)束記錄，表示數(shù)據(jù)文件的結(jié)束。結(jié)束記錄以冒號開始字符開始。(“:”)后跟字節(jié)數(shù)(“00”)、地址(“0000”)、記錄類型(“01”)和校驗(yàn)和(“FF”)。
記錄類型02，擴(kuò)展段地址記錄，定義了位4到19的段基地址。它可以出現(xiàn)在對象文件中的任何地方，它會影響所有后續(xù)數(shù)據(jù)記錄的內(nèi)存地址。文件直到更改。擴(kuò)展段地址記錄以冒號開始字符(“:”)開頭，后面跟著。字節(jié)數(shù)(“02”)、地址(“0000”)和記錄類型(“02”)，接著是段4到19的段基。地址和兩個字符校驗(yàn)和。記錄類型02不用于Quartzdyne十六進(jìn)制系數(shù)文件。

Quartzdyne傳感器配件型號：美國Quartzdyne傳感器用于石油勘探
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PM25-030    
QM15-809    
QM15-839    
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