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美国Quartzdyne传感器用于石油勘探
Quartzdyne每年记录数百万个测试时间，以确保我们的井下电子设备的可靠性。我们将每个混合电路样品的样品测试至250°C。我们的测试结果每年都会提供。点击这里下载报道。我们的实验室和现场测试使Quartzdyne压力传感器成为井下*监测应用的明显选择。Quartzdyne 压力传感器的长期稳定性和可靠性非常适合智能完井和*性井下监测。我们的石英压力传感器可提供的数据，从而实现生产优化和增强恢复。Quartzdyne是*井下精密压力测量的事实标准。Quartzdyne生产用于世界上的生产  测井和压力和温度记忆工具的石英压力传感器。凭借我们在石英晶体技术方面的先进专业知识和经验，我们能够在油气井常见的高温高压下提供zui小漂移的高质量传感器。诸如记忆工具，重复地层测试仪，生产测井工具以及有线/地质测井工具等应用都受益于这些测量仪提供的高灵敏度，高稳定性，高分辨率和快速响应时间。

Quartzdyne压力传感器用于许多与石油和天然气钻探相关的不同方面。MWD（随钻测量），PWD（随钻压力），DST（钻杆测试）和LWD（随钻测井）应用都将受益于石英的高精度。我们传感器的坚固特性在zui苛刻的环境中提供了高可靠性。我们石英传感器的长期稳定性还通过减少校准和服务的频率来延长工具的正常运行时间。Quartzdyne生产的传感器主要用于监测海底应用。换能器是专门为这种环境开发的，蜡，沙子和水合物是一个问题。它采用隔膜替代波纹管隔离液，专门解决这些潜在污染物。海底传感器继续提供典型的石英压力响应，预计Quartzdyne会给您带来预期的可靠性和耐用性。  

Quartzdyne DS系列传感器在实验室中的主要用途是校准其他井下传感器和应变计/压阻式传感器。
Quartzdyne DS系列传感器被用作校准过程传感器的“内部压力标准”。它们也用于关键工艺参数的一些单点测量。
 两个Quartzdyne传感器可用于高稳定性差压测量。一个常见的应用是在实验室渗透率测量中测量岩石样品的压降。有较低成本的差压传感器，它们更常用于测量渗透率，但很容易证明更测量的成本效益。（虽然大多数渗透率测量使用DS系列传感器，但一些测试设计需要更高温度传感器。） 
必要时，DS系列传感器可以通过本地认证，以达到比Quartzdyne校准更好的性能水平。部分装置已通过英国NAMAS认证，在 10％FS至90％FS的范围内达到0.01％的读数。这些传感器已通过认证，可用作校准（0.03％FS）自重测试仪的传输标准。
DS传感器可提供5,000 psi，10,000 psi，20,000和30,000 psi的变化。  这些单位交付两组系数。范围从-40c到85c，实验室范围从0c到40c。

1.1介绍
本手册记录了石英频率输出压力传感器的电气接口。所有石英压力传感器包含三个石英晶体传感器元件。*个是敏感的。首先是暴露压力，第二种反应温度，第三种对两者的敏感性zui低。压力或温度。这些晶体被机械地安排以提供良好的热耦合。的石英传感元件提供高稳定性和极细的传感压力分辨率。风箱是用来保护的。来自工艺流体的压力晶体。一个电路为石英敏感元件和。耐腐蚀、高强度的合金外壳为每一个元件提供机械支撑和保护。各种机械配置可供选择。该电路由三个振荡器、两个混合器、缓冲电路和一个调节器组成。输出是2低。频率(10-100 kHz)传感器输出信号和高频率(7.2 MHz)参考信号。传感器必须
连接到频率计数器和电源。高频参考信号可用来计数。这两个低频信号使用的是“基于参照的”系数。或者，用户可以提供另一个。参考信号和使用“标准”系数。压力是利用两个低频信号来计算的。*的校正系数的传感器，和算法显示在本手册。温度也可能从频率计算。

1.2压力传感器设计
Quartzdyne厚度-剪切压力技术的重要优点是、长期稳定，强度高，瞬态响应快。压力传感器是一个石英谐振器，它改变频率响应施加的压力。结晶石英是精密传感器的理想材料，因为它*有弹性。石英石石英压力的设计。传感器保留了单晶材料固有的可重复性能。石英压力传感器是一种厚壁、空心圆柱，具有封闭的末端。thickness-shear模式谐振器将空心圆柱的中心部分分开。外壁的流体压力使其流体静压。石英气缸，产生内压应力在谐振器。谐振器的频率发生变化。对内部压力的反应。
1.3压力测量系统设计理论。
换能器是将压力和温度的物理参数转换为物理参数的组件。输出信号频率。每个传感器组件包括石英压力传感器，温度传感器。晶体(用于数字温度补偿)和精密参考晶体。振荡器电路提供刺激。对石英元素，将其固有共振频率转换成电信号。参考水晶的频率与两个传感器的频率混合，使这些信号更容易计数和传输。它还提供了一个可在用户的频率计数器中使用的稳定时间基的传感器。对于一个完整的测量系统，客户必须提供功率、频率计数器、计算方法。来自测量频率和提供系数的压力，以及存储或传输方法。数据。数字换能器可从Quartzdyne获得，其中包括频率计数器和系数。存储。QCOM接口单元也可用来连接任何类型的传感器到PC(图3)。
1.4与石英传感器的电气连接。
用于石英频率输出压力传感器的几种电气连接选项。看到图4为pin-out分配。在要求高可靠性的应用中，焊接连接是。
连接器。5针1“通过，6针PEEK头和7针密封头设计。采用高熔点焊料直接焊接。在某些情况下，可以将安装的连接器删除2-4”电线，可以直接焊接到客户的电路中。表1显示了单位的标准线颜色。

美国Quartzdyne传感器用于石油勘探
2性能
2.1波纹管和膜片
换能器可以安装风箱或隔膜，隔离和保护压力晶体。被测液体。风箱对压力读数的影响很小，但必须得到补偿。校准。对波纹管或隔膜的去除或物理损伤将改变压力响应。需要重新校准传感器。虽然风箱是在真空中填满油的，但它已经被*地脱气了，但它有可能是小的。气体可能被困在风箱内。通常这种气体会溶解在油中，没有。可测量的对压力性能的影响。在环境压力下，一些气体可能会被驱动。由于解决方案暂时导致风箱膨胀，导致压力读数高达10psi。环境的压力。一旦施加压力，该装置将恢复正常压力读数。Quartzdyne有波纹管的压力传感器的精度仅超过200 psia。
2.2 ASIC启动电路
石英谐振器表面的任何污染物或缺陷都会导致其阻抗增加。通常情况下,阻抗的增加将取决于晶体驱动器的水平，并且通常在较低的驱动器水平。这这种现象在业内被称为驱动级灵敏度(DLS)，它会导致晶体振荡器无法启动。当电力供应。我们尽一切努力确保石英表中包含的晶体压力。换能器不存在这样的缺陷，很有可能污染物会在反应中移动。有经验的。随着ASIC振荡器的引入我们的混合电路(2007年9月)，一个启动特性被添加。该特性在启动阶段对晶体的驱动级别增加，以克服任何问题。有可能的DLS，然后在稳定振荡的情况下返回。这大大降低了机会。DLS晶体会导致场故障。在许多情况下，过量的驱动实际上会移动有问题的污染物。到一个不再影响性能的领域。一种可能的，但罕见的副作用是，如果晶体不能逐渐增加高阻抗，那就不是。与DLS相关的，它可能达到启动特性反复参与和分离的一个点。这将是在压力和/或温度测量中被视为异常高的抖动。如果阻抗继续。增加，抖动将停止，因为启动特性保持充分，并且zui终振荡器将平行线。NonASIC在这些症状出现之前，电路就已经是平的了。
2.3频率随压力和温度变化。
在数据表上显示了各种传感器的额定压力和温度。各自的产品。图5通过图8描述了两个输出频率的典型变化。具有压力和温度变化的QU20K传感器的信号。图5显示了名义上的变化。温度传感器的频率。所有的温度传感器都显示出非常相似的灵敏度，但是频率。25°C会有所不同从单位到单位。图6显示了随变化的压力信号频率的变化。压力和温度。注意，温度的变化会产生零和跨度的变化。图6所示的数据重新绘制在图7中，以进行额外的检查。在图7中，压力频率。在各种压力下，数据被绘制成与温度的对比。这些数据也被至少标准化了。频率使温度灵敏度可以更清晰地观察到。注意温度敏感性。在环境压力下为正，但在全尺寸压力下为负，在较高时为零敏感点。温度随着压力的增加而增加。压力传感器的设计是为了减少井下工作中的瞬时误差。人们已经注意到了。在压力和温度晶体之间提供良好的热耦合。在瞬态条件下(温度坡度，或大的压力台阶)，一个小的温差是可能的。图8显示了这个名称。压力传感器的灵敏度，由于温度的差异，可能发生在一个短暂的状态。如果传感器用于典型的井下压力和温度范围，灵敏度在0到10之间。psi /C,瞬态错误会很小。反之，如果在的高温下使用，或高压-低温，瞬态误差将更加显著。详见我们的。暂态报告比较各种压力传感器配置的性能。

4校准
4.1传感器标定数据
每个换能器的校准过程中所演示的性能表现在换能器校准图中。提供每个传感器。这张图表显示了每一个点与校准方程的偏差。为换能器计算的系数。图16显示了Quartzdyne压力的典型表现。传感器。所有温度下的残留误差小于0.01% (FS)。这包括任何错误。线性校正，重复性，滞后，和温度误差。注意，剩余误差比较了。校正标准的传感器;标准的误差必须加到所显示的残差上。Quartzdyne校准标准是一个无谓测试仪,是准确的±0.01%的阅读。
4.2可追溯性的校准
石英压力传感器的校准可以追溯到美国国家压力标准。国家标准与技术研究所(NIST)，前身为国家标准局。(国家统计局)。
4.3校正中使用的校正的典型值。
达到我们的压力校准标准阅读精度的0.01%要求所有的潜力。确定了校准误差的来源。在Quartzdyne校准实验室中，大气压力参考。是一个Mensor 2104或DH仪器PG-7302-M数字压力表。测量头部的高度。在0.25英寸内[6.35毫米]，向0.008 psia提供头部压力校正[0.570 mbar]。的压力由我们的DH仪器50300-01和模型50000级基本(载重)压力产生。标准包括局部重力校正，空气浮力，压力和温度对横截面的影响。活塞的面积。通过这些修正，压力标准产生的压力是准确的。0.01%的阅读。在我们的设备校准中使用的典型值是“非标准”值，因为我们的4251英尺。
4.4校准所需的压力控制。
石英压力传感器测量压力。传感器感知到的压力。校准是大气压力、压头和压力产生的压力之和。压力源。标定方程是温度和压力的多项式。方程的顺序决定了。校准所需的不同压力和温度。至少，至少还有一个数据。点是需要的，而不是每个变量的匹配顺序。在压力和温度下有一些冗余。建议测量。例如，在我们的校准中，我们通常在每一个上施加一个压力序列。五、六温度。三次订购需要四次温度，五次为四次。在每一个温度，测量是在环境大气压下，在400 psia[27.6巴]，至少每一个。20%的范围是*的。压力通常应用于序列中:环境，20%，60%，80%，100%，90%，70%，40%，400个psia。没有必要遵循这个步骤，但是这个顺序有几个优点:
(1)提供了足够大的不同压力样本(三阶曲线拟合需要4个)
使用*的压力，没有过度重复。
(2)两个低压点显示零返回。(这是我们的自动化基础的zui低压力。
压力标准提供0.01%的阅读精度为400 psia [27.6 bar];在较低的压力下，误差是一个常数。
0.02 psia酒吧[0.00138])。
(3)提供相同数量的递增和递减压力数据点;曲线拟合将被强制。
通过任何明显的滞后回路的中心。
4.5校准所需的温度控制。
以上所述的增压过程必须在适当的温度下按照合适的顺序进行。温度不需要测量(除非需要校准温度输出)，但它必须是稳定的。一个室温度稳定的建议至少0.25°C。监测温度传感器晶体将。提供传感器的热稳定性的指示;当温度传感器稳定时，就会有压力校准周期可能开始。注意,温度敏感性不同约115赫兹/在-40°C到260°C在200°C Hz /°C。在换能器中，三种晶体的温度尽可能一致是可取的。谨防热梯度可以沿着传感器的长度发展，因为这些可能会在校准中造成重大错误。图17显示了可能发生在校准烤箱或浴缸中的温度梯度的可能来源。错误的将如图8所示，在热灵敏度高的区域zui明显。至少有四种温度是由th决定的。

5校准系数文件
每个传感器都提供了如下所示的多组系数。这些是用来计算压力的。和测量频率的温度。每种类型的系数都适用于特定的频率。计数器类型。重要的是要使用正确的系数。系数文件名是换能器的6位序列号，然后是5个文件扩展名中的一个。系数的类型。对于实验室的传感器，序列号可以被附加一个“L”表示减少。温度范围内校准(0 - 40°C相比-40 + 85°C)。“L”系数应该稍微有点。较低温度范围内的正常系数更好。
CFF标准压力系数
钢管标准温度系数
CRF Reference-based压力系数
CRT Reference-based温度系数
HEX In-Hex数字系数用于QCOM。
标准系数(CFF/CFT)只有在使用频率计数器计算频率时才使用。自己的时间。压力和温度计算的准确性将取决于是否准确。
在柜台的时间。标准系数的文件格式在第5.1节中描述。如果传感器的内部7.2 MHz参考频率为，则应使用基于引用的系数(CRF/CRT)。用作频率计数的时间基，如第3.5节所述。使用Reference-based系数消除了提供校准时间基础的需要，从而提高了准确度。基于引用的文件格式。系数与第5.1节所述的标准系数相同。这是文件的格式。选择使用系列I(不再可用)。
当使用一个频率或数字的Quartzdyne QCOM接口时，需要十六进制数字系数。传感器。压力和温度的系数都包含在一个文件中，使用的是In-Hex文件格式。如第5.4至5.8节所述。这些系数被存储在数字传感器的EEPROM中。他们提供了与基于引用的系数相同。建议将十六进制系数用于新的。尽可能的设计。

Quartzdyne数字转换器系数文件使用英特尔十六进制文件格式。这允许观看使用标准工具的对象文件，使文件从一个计算机系统转移到另一个计算机系统。二进制数据存储在这些文件中是存储MSB的*个(大的Endian)。一些编程环境期望整数和浮点数。在LSB*格式的点号，可能需要翻译。In十六进制对象文件记录格式有一个四字段前缀，它定义了记录的开始、字节数和负载。地址和记录类型。接下来是实际数据和一个2字符的校验和。每个2字符对是一个。一个8位字节的十六进制表示法，其中zui重要的是(4位)。校验和是2。对记录(不包括起始字符)的前一个字节的和的表示。所有字节的和，包括校验和，将是00。记录由行尾分隔符(CR/LF)分隔。记录类型记录类型00，数据记录，是包含文件数据的记录。数据记录以冒号开头。开始字符(“:”)后跟字节计数、*个字节的地址和记录类型(“00”)。后,记录类型是数据字节和校验和。以下是数据记录的示例(包括空格)。为清晰起见，只在实际文件中不包含。记录类型01，结束记录，表示数据文件的结束。结束记录以冒号开始字符开始。(“:”)后跟字节数(“00”)、地址(“0000”)、记录类型(“01”)和校验和(“FF”)。
记录类型02，扩展段地址记录，定义了位4到19的段基地址。它可以出现在对象文件中的任何地方，它会影响所有后续数据记录的内存地址。文件直到更改。扩展段地址记录以冒号开始字符(“:”)开头，后面跟着。字节数(“02”)、地址(“0000”)和记录类型(“02”)，接着是段4到19的段基。地址和两个字符校验和。记录类型02不用于Quartzdyne十六进制系数文件。

Quartzdyne传感器配件型号：美国Quartzdyne传感器用于石油勘探
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