Термометрическая коса (термокоса)



Термометрическая коса (термокоса)
Термометрическая коса (термокоса)
G01K2213/00 - Измерение температуры; измерение количества тепла; термочувствительные элементы, не отнесенные к другим классам ( измерение температурных колебаний с целью компенсации их влияния на измерение других переменных величин или для компенсации ошибок в показаниях приборов для измерения температуры, см. G01D или подклассы, к которым отнесены эти переменные величины; радиационная пирометрия G01J; определение физических или химических свойств материалов с использованием тепловых средств G01N 25/00; составные термочувствительные элементы, например биметаллические G12B 1/02)

Владельцы патента RU 2660753:

Попов Юрий Александрович (RU)
Шувалов Игорь Викторович (RU)
Попов Сергей Юрьевич (RU)

Изобретение относится к области измерения температуры посредством термометрических электрических датчиков и предназначено для одновременного измерения и регистрации значений температуры грунтов в нескольких точках объекта в зависимости от его конструкции, в частности в термометрических скважинах любого типа в полевых условиях, проведения стационарных и лабораторных исследований температурного режима талых, мерзлых, охлажденных и промерзающих/оттаивающих грунтов, организации сети для мониторинга теплового режима грунтов с большим количеством точек наблюдения, в том числе в пожаро-, взрывоопасных и агрессивных средах. Предлагаемое устройство включает температурные датчики, которые подпаивают непосредственно к проводам гибкого кабеля, запрессовывают в расплавленный материал на основе полиэтиленовой композиции той же марки, что и оболочка кабеля, образуя, при этом, гибкую, герметичную, монолитную конструкцию, которая оснащена разъемом, в корпусе которого установлена электронная печатная плата, содержащая служебную информацию, включая поправочные коэффициенты на каждый температурный датчик. Технический результат - повышение точности измерения температурного режима скважин различного типа, повышение надежности устройства при работе в пожаро-, взрывоопасных и агрессивных средах, а также увеличение срока службы устройства и расширение диапазона его использования. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерения температуры посредством термометрических электрических датчиков и предназначено для одновременного измерения и регистрации значений температуры грунтов в нескольких точках объекта в зависимости от его конструкции, в частности в термометрических скважинах любого типа в полевых условиях, проведения стационарных и лабораторных исследований температурного режима талых, мерзлых, охлажденных и промерзающих/оттаивающих грунтов, организации сети для мониторинга теплового режима грунтов с большим количеством точек наблюдения, в том числе в пожаро-, взрывоопасных и агрессивных средах.

Температура является основной характеристикой процессов промерзания/оттаивания грунтов. От температурного режима грунтов зависят развитие и интенсивность проявления криогенных процессов, а также теплофизические и физико-механические свойства талых, мерзлых, охлажденных, промерзающих и оттаивающих грунтов, поэтому исследование температурного режима грунтов является основной задачей при инженерно-геологических изысканиях, при проектировании инженерных сооружений и фундаментов и оценке их устойчивости. Изменчивость температурного режима грунтов приходится учитывать при мониторинге и разработке мероприятий по охране окружающей среды в области развития многолетнемерзлых пород и глубокого сезонного промерзания талых грунтов. Кроме того, по неоднородности температурного поля грунтов судят о наличии движения подземных вод, нефти и газоконденсата, наличии продуктов радиоактивного распада, процессов окисления в горючих сланцах и углях. Также наличие температурного градиента в грунте является косвенным показателем тектонической активности.

Существуют различные переносные и стационарные термоизмерительные комплекты, содержащие электрические датчики и предназначенные для измерения температуры грунтов в заранее подготовленных и выстоянных термометрических скважинах.

Известно устройство для теплового каротажа скважин (RU 2314416 C2, МПК Е21В 47/06, G01K 7/20, опубликовано 10.01.2008 г., Бюл. №1), содержащее три одинаковых размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных датчика для измерения второй разности температуры, первый, второй и третий. Термочувствительные датчики идентичны и включают в себя по четыре одинаковых термочувствительных резистора, объединенных в термочувствительные мосты. Разность разбалансов термочувствительных мостов пропорциональна второй разности температуры, а сумма их разбалансов - первой разности; также все термочувствительные резисторы служат для измерения абсолютной температуры среды, в которой находится зонд. Первая разность температур зависит как от постоянного измерения температуры по стволу скважины, так и от ее локальных измерений. Вторая разность температур зависит только от локальных измерений температуры.

Недостатками устройства является узкая область применения, низкая точность измерения, избыточность оборудования, использование косвенных методов измерения одной зависимости от другой.

Известно устройство для мониторинга температур в протяженном объекте (RU 75692 U1, МПК Е21В 47/12, G01K 7/14, опубликовано 20.08.208 г., Бюл. №23), содержащее термоподвеску, состоящую из последовательно расположенных датчиков температуры, размещенных в защитном кожухе небольшого диаметра, управляющий микроконтроллер, преобразователь сигналов, энергонезависимое запоминающее устройство, часы реального времени, решающее устройство, блок задания начальных параметров, встроенный источник питания и интерфейс передачи данных, а также снабженное уплотнением, предназначенным для исключения попадания окружающего воздуха в скважину во время проведения измерений. Кожух выполнен в виде съемной полимерной толстостенной оболочки самонесущего кабеля.

Недостатком устройства является большое время термической реакции из-за наличия полимерной толстостенной оболочки, в которой расположена термоподвеска, а также низкая герметичность термоподвески при отсутствии полимерной толстостенной оболочки, которая приводит к отказу устройства в условиях повышенной пыли и влаги.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство (RU 2448335 C2, МПК Е21В 47/06, G01K 7/16, опубликовано 20.04.2012 г., Бюл. №11), предназначенное для одновременного измерения температуры в нескольких точках объекта, расположение которых определяется конструкцией объекта, и содержащее последовательно расположенные датчики температуры, соединенные между собой гибким кабелем, обеспечивающим электрическое соединение датчиков температуры, разъем для подключения устройства считывания, хранения, обработки и отображения данных. Каждый датчик температуры заключен в защитный корпус.

Недостатками устройства является недостаточная прочность на разрыв и сдавливание, потеря герметичности температурных датчиков во время эксплуатации, что ограничивает возможность применения устройства во взрыво-, пожароопасных и агрессивных средах, а также сложность конструкции за счет установки электронной печатной платы с поправочным коэффициентом в корпус каждого датчика и, соответственно, невозможность калибровки и поверки непосредственно в скважине. К недостаткам можно отнести и невозможность использования устройства с поливинилхлоридной или резиновой оболочкой кабеля в условиях Крайнего Севера из-за высокой температуры хрупкости вышеперечисленных полимерных оболочек.

Мониторинг температурного режима талых, мерзлых, охлажденных и промерзающих/оттаивающих грунтов требует применения способов отслеживания при помощи температурных измерений посредством термометрических приборов/устройств, которые должны быть адаптированными, надежными с точки зрения метрологии, выверенными с точки зрения пожаро- и взрывобезопасности и имеющими достаточную прочность на разрыв и сдавливание, чтобы обеспечивать автоматические и ручные измерения через заданные интервалы по длине и/или глубине всего объекта (в частности, термометрической скважины).

При всех методах измерения температуры при помощи электрических датчиков измерение температуры является относительным, поэтому во время установки и в течение всего периода эксплуатации электрического датчика возникает необходимость в температурной калибровке и поверке такого датчика. Действительно, такая калибровка и поверка позволяет проверить нормальную работу и/или оценить отклонение температурных показаний датчика.

С помощью настоящего изобретения достигается технический результат, состоящий в повышении точности измерения температурного режима скважин различного типа, в повышении надежности устройства при работе в пожаро-, взрывоопасных и агрессивных средах, а также в увеличении срока службы устройства и расширении диапазона его использования.

Для достижения заявленного технического результата в термометрической косе (термокосе) (далее по тексту - термокоса), содержащей последовательно расположенные датчики температуры, соединенные гибким кабелем, и оснащенной разъемом для подключения к переносному считывающему устройству - логгеру, согласно изобретению температурные датчики подпаивают непосредственно к проводам гибкого кабеля, запрессовывают с использованием пресс-формы в расплавленный материал на основе полиэтиленовой композиции той же марки, что и оболочка кабеля таким образом, что температурные датчики и кабель образуют гибкую монолитную конструкцию, оснащенную разъемом. Монолитность конструкции обеспечивает надежную герметичность устройства и, как следствие, высокую прочность, пожаро- и взрывобезопасность, а также - герметичность датчиков в течение всего срока эксплуатации термокосы.

В корпусе разъема установлена электронная печатная плата, содержащая служебную информацию, включающую порядковый номер термокосы, информацию о расположении датчиков по глубине скважины и поправочные коэффициенты на каждый температурный датчик. Размещение всей необходимой информации в разъеме, расположенном в верхней части термокосы, позволяет проводить поверку и калибровку термокосы непосредственно на месте эксплуатации, например в термометрической скважине.

В качестве гибкого кабеля может использоваться геофизический провод ГСП 0.5 (П274), сталемедные жилы которого имеют повышенную прочность на разрыв и сдавливание, что имеет значение при эксплуатации термокосы в условиях Крайнего Севера из-за образования ледяной пробки в устье скважины. Оболочка гибкого кабеля выполнена на основе полиэтиленовой композиции 153-10к, содержащей термо- и светостабилизаторы с температурой хрупкости не выше минус 70°C, что обеспечивает высокую надежность и долговечность герметизации устройства при использовании его в агрессивных средах и на особо опасных объектах нефтегазового комплекса, а также в условиях Крайнего Севера.

Чтобы исключить попадание окружающего воздуха в скважину, а, следовательно, искажения температурного поля скважины за счет конвекции, и для фиксации термокосы в скважине между разъемом и первым датчиком расположена резиновая или полимерная пробка.

В случае установки термокосы в протяженной скважине термокоса может быть намотана на катушку, выполненную из металла или пластика, расположенную на станине с тормозным устройством.

Для погружения термокосы в вертикальную скважину последний температурный датчик снабжен устройством для крепления утяжелителя.

Для установки термокосы в пологонаклонную скважину последний температурный датчик снабжен устройством для крепления троса.

Кроме того, заявленная термокоса может быть использована в качестве термощупа, то есть для измерения температуры в поверхностном слое грунта, для чего термокосу помещают в трубку круглого сечения, выполненную из нержавеющей стали, при этом один конец трубки заглушен и заострен, а другой - выполнен в виде ручки.

Сущность предлагаемого изобретения «Термометрическая коса (термокоса)» иллюстрируется чертежами, на которых одинаковые или сходные элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.

На фиг. 1 представлен вид термокосы сверху по настоящему изобретению.

На фиг. 2 показан датчик температуры и разъем в разрезе по фиг. 1.

Термометрическая коса (термокоса) содержит последовательно расположенные датчики температуры 1, соединенные гибким кабелем 2, и оснащена разъемом 3. Согласно изобретению температурные датчики 1 подпаивают непосредственно к проводам гибкого кабеля 2, запрессовывают с использованием пресс-формы в расплавленный материал на основе полиэтиленовой композиции той же марки, что и оболочка кабеля таким образом, что температурные датчики и кабель образуют гибкую, герметичную монолитную конструкцию. В верхней части термокосы размещен разъем 3 для подключения к устройству считывания информации (логгеру), в который установлена печатная плата 4 с электронными компонентами. На печатную плату 4 записана служебная информация, в том числе поправочные коэффициенты для всех датчиков температуры. В разъем 3 со стороны подключения к устройству считывания информации (логгеру) установлен резиновый уплотнитель для герметизации соединения, а в месте выхода кабеля 2 из разъема 3 установлен цанговый зажим с применением герметика. Последний датчик температуры 5 имеет форму, отличную от формы других датчиков, что позволяет прикрепить к нему устройство (не показано) для погружения/помещения термокосы в скважины любого типа. Между разъемом 3 и первым датчиком температуры 1 установлена резиновая пробка 6 для фиксации термокосы в скважине. Пробка 6 может быть выполнена и из полимерных материалов.

Форма поперечного сечения защитной оболочки датчика 7 круглая.

Термокоса осуществляет одновременное измерение и регистрацию температуры грунтов в нескольких точках объекта в зависимости от его конструкции, на различных расстояниях, с определенным шагом при помощи устройства считывания (логгера).

В качестве объекта могут выступать скважины любого типа в различных грунтах (талых, мерзлых, охлажденных, промерзающих/оттаивающих).

Термокоса по настоящему изобретению работает следующим образом.

Термокосу размещают в объекте, разъем 3 располагают в доступном для подключения к устройству считывания информации (логгеру) месте. Датчики температуры 1 измеряют температуру объекта, преобразуют измеренный сигнал в цифровой вид. Результаты измерения с датчиков температуры 1 и поправочные коэффициенты с электронной платы разъема поступают на устройство считывания информации (логгер), где происходит считывание и обработка полученных данных и передача их на индикатор устройства считывания и ПК при помощи соответствующей программы. Питание термокосы осуществляется от устройства считывания информации (логгера).

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает многозонное измерение температуры с возможностью калибровки и поверки на месте эксплуатации, в частности в термометрических скважинах любого типа - вертикальных и/или пологонаклонных, обладает повышенным сопротивлением на разрыв и сдавливание и сохраняет герметичность электрических температурных датчиков в течение всего срока эксплуатации. Кроме того, оно может быть использовано в качестве термощупа для измерения температуры поверхностного слоя грунта.

1. Термометрическая коса (термокоса), содержащая последовательно расположенные датчики температуры, соединенные гибким кабелем, и оснащенная разъемом для подключения к переносному считывающему устройству - логгеру, отличающаяся тем, что температурные датчики подпаяны непосредственно к проводам гибкого кабеля, запрессованы в расплавленный материал на основе полиэтиленовой композиции той же марки, что и оболочка кабеля, образуя гибкую герметичную монолитную конструкцию, которая оснащена разъемом, в корпусе которого установлена электронная печатная плата, содержащая служебную информацию, включая поправочные коэффициенты на каждый температурный датчик.

2. Термометрическая коса (термокоса) по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве гибкого кабеля может быть использован геофизический провод ГСП 0.5 (П274), заключенный в оболочку на основе полиэтиленовой композиции 153-10к, содержащей термо- и светостабилизаторы, с температурой хрупкости не выше минус 70°С.

3. Термометрическая коса (термокоса) по п. 1, отличающаяся тем, что для герметизации устья скважины и фиксации термометрической косы в скважине между разъемом и первым датчиком расположена резиновая пробка.

4. Термометрическая коса (термокоса) по п. 1, отличающаяся тем, что для герметизации устья скважины и фиксации термометрической косы в скважине между разъемом и первым датчиком расположена полимерная пробка.

5. Термометрическая коса (термокоса) по п. 1, отличающаяся тем, что для установки в протяженной скважине термометрическая коса намотана на катушку, выполненную из пластика, расположенную на станине с тормозным устройством.

6. Термометрическая коса (термокоса) по п. 1, отличающаяся тем, что для установки в протяженной скважине термометрическая коса намотана на катушку, выполненную из металла, расположенную на станине с тормозным устройством.

7. Термометрическая коса (термокоса) по п. 1, отличающаяся тем, что для установки термометрической косы в вертикальной скважине последний датчик температуры имеет устройство для крепления утяжелителя.

8. Термометрическая коса (термокоса) по п. 1, отличающаяся тем, что для установки термометрической косы в пологонаклонной скважине последний датчик температуры имеет устройство для крепления троса.

9. Термометрическая коса (термокоса) по п. 1, отличающаяся тем, что для измерения температуры в поверхностном слое грунта термометрическая коса помещена в трубку круглого сечения, выполненную из нержавеющей стали, при этом один конец трубки заглушен и заострен, а другой выполнен в виде ручки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидродинамики жидкостей, в частности к способам оценки эффективности гидродинамического сопротивления углеводородных жидкостей, и может быть использовано при создании гидродинамических стендов для изучения углеводородных жидкостей и испытания присадок к ним, снижающих гидродинамическое сопротивление.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике и построения систем автоматического регулирования температуры газов газотурбинного двигателя.
Изобретение относится к способам формирования температурной карты местности путем регистрации электромагнитного излучения, испущенного находящимися на местности объектами.

Изобретение относится к области термометрии и направлено на исследование различных теплозащитных и эрозионно стойких материалов, обеспечивающих защиту трубопроводов высокого давления, работающих на продуктах сгорания, имеющих высокую температуру от 1000°С.

Изобретение относится к области газовой динамики и может быть использовано для измерения поля температуры газового потока, движущегося с большой скоростью, в частности, в газотурбинных установках и в стендовых системах.

Изобретение относится к линиям электроснабжения. Определитель температуры провода контактной сети и воздушных линий электропередачи содержит датчик тока, датчик скорости ветра, датчик температуры окружающей среды, первый и второй функциональные преобразователи, блок вычисления перегрева, первый и второй сумматоры, источник стабилизированного напряжения, первый, второй, третий и четвертый задатчики постоянных параметров коэффициента теплоотдачи конвенцией, задатчик периметра провода, задатчик степени черноты поверхности провода и исполнительный орган, а также датчик направления ветра, датчик относительной влажности воздуха, первое, второе и третье программируемые многофункциональные средства, первый и второй переключатели с управляемым входом, первый, второй и третий пороговые элементы, первый и второй умножители, схему совпадения, задатчики массы, удельной теплоемкости, сопротивления единицы длины провода, задатчик температурного коэффициента сопротивления провода и блок масштабного коэффициента тока.

Изобретение относится к области технической физики, а именно к способам определения температуры торможения газового потока, и может быть использовано при длительном локальном измерение полной температуры набегающего потока в элементах газотурбинных двигателей, например в переходных каналах, на выходе из камеры сгорания, с числом Маха от 0.1 до 0.7 набегающего потока и температурой, превышающей 2000K.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры раскаленных газовых потоков, включая пламена.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры потока неоднородных, химически агрессивных и абразивосодержащих газов.

Держатель нанокалориметрического сенсора для измерения теплофизических параметров образца, а также структуры и свойств его поверхности дает возможность проведения экспериментов с одновременным использованием данных методов, что позволяет проводить in-situ исследования структуры и свойств поверхности, а также теплофизических свойств материалов различного типа с возможностью одновременного снятия базовой линии.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано в метеорологии для исследования вертикального распределения температуры почвы или грунта. Устройство содержит зонд в виде вертикальной цепочки цифровых температурных сенсоров, имеющих протокол связи 1-WIRE, соединенных между собой параллельно и имеющих уникальные логические номера; кабельный ввод, через который выходит кабель, соединяющий сенсоры с контроллером-логгером для считывания информации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в составе системы контроля состояния почвы на агрономическом объекте. Устройство для дистанционного контроля влажности и температуры почвы включает блок питания, блок обработки данных и подключенные к нему датчики параметров окружающей среды и передающий блок.

Группа изобретений относится к медицине. Устройство для индукции управляемой гипотермии головного мозга субъекта содержит два криоаппликатора, средство охлаждения хладоносителя, гидравлическую систему, средства регистрации температуры по меньшей мере одного участка тела субъекта и средство управления.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения температуры обмотки статора электрической вращающейся машины, охлаждаемой охлаждающим маслом.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в океанографии. Заявлен способ измерения температуры и показателей термической инерции оболочек контактного датчика температуры.

Группа изобретений предназначена для непрерывного измерения и регистрации температуры наружной поверхности трубопроводов с большой точностью и быстрой заменой датчиков температуры аттестованными датчиками, транспортирующих рабочие жидкие среды или сырье и другие различные текучие агенты.

Изобретение относится к области измерения температур, в частности, измерения температуры резания при точении. Исследование процессов резания предполагает измерение и фиксирование различных явлений, протекающих в технологической системе.
Изобретение относится к способам определения содержания (концентрации) воды в нефтесодержащих эмульсиях и отложениях, в отработанных нефтепродуктах и других нефтесодержащих отходах (нефтешламах), а также в почвах и грунтах с мест розлива нефтепродуктов или территорий с высоким уровнем загрязнения углеводородами по другой причине.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля ресурса электрической изоляции сухих силовых трансформаторов. Сигналы с датчика температуры наиболее нагретой точки трансформатора 5, датчика амплитуды вибрации 6 и блок-контакта 3 автоматического выключателя 1 поступают на входы контроллера 8.

Изобретение относится к способам определения температуры нагретой поверхности летательного аппарата (ЛА) и может быть использовано при исследованиях в области аэродинамики, баллистики и т.д.

Изобретения относятся к метрологии, в частности к средствам контроля формы и размеров подземных хранилищ газа. Звуколокатор содержит узел контроля высоты h положения звуколокатора и цилиндрический корпус, состоящий из трех последовательно установленных частей.

Изобретение относится к области измерения температуры посредством термометрических электрических датчиков и предназначено для одновременного измерения и регистрации значений температуры грунтов в нескольких точках объекта в зависимости от его конструкции, в частности в термометрических скважинах любого типа в полевых условиях, проведения стационарных и лабораторных исследований температурного режима талых, мерзлых, охлажденных и промерзающихоттаивающих грунтов, организации сети для мониторинга теплового режима грунтов с большим количеством точек наблюдения, в том числе в пожаро-, взрывоопасных и агрессивных средах. Предлагаемое устройство включает температурные датчики, которые подпаивают непосредственно к проводам гибкого кабеля, запрессовывают в расплавленный материал на основе полиэтиленовой композиции той же марки, что и оболочка кабеля, образуя, при этом, гибкую, герметичную, монолитную конструкцию, которая оснащена разъемом, в корпусе которого установлена электронная печатная плата, содержащая служебную информацию, включая поправочные коэффициенты на каждый температурный датчик. Технический результат - повышение точности измерения температурного режима скважин различного типа, повышение надежности устройства при работе в пожаро-, взрывоопасных и агрессивных средах, а также увеличение срока службы устройства и расширение диапазона его использования. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх