3. Задание.

3.1. Описание сгдк.

Аппаратура работает следующим образом.

Измеряемый параметр сенсорами (В1…В5) и нормирующими преобразователями 1 (DA1, DA6, DD1, C2, R9…R11, VD1) скважинного прибора преобразуется в электрический сигнал.

Коммутатор 3 (DD3) направляет его на частотный модулятор 4 (DA3, DA4, DA5, DD1.2, DD2.2, DD4.2), который передает ЧМ-сигнал через усилитель VT10 в линию связи – центральную жилу кабеля ЦЖК.

В наземном регистраторе происходит измерение периода ЧМ-сигнала. После измерения регистратор вырабатывает управляющий импульс, который поступает в ЦЖК. Получив управляющий импульс, управляемый переключатель 2 (VT6, DD4.1) переключает коммутатор, и происходит измерение следующего параметра.

В конце каждого цикла измерений для синхронизации коммутатор DD3 выдает на вход модулятора нулевое напряжение, и скважинный прибор формирует сигнал высокой частоты, период которого находится вне рабочего диапазона изменения ЧМ-сигнала.

3.2. Сенсоры и нормирующие преобразователи (усилители, делители, выпрямители).

Каналы Т, ТА, ТМ (термометр, термоанемометр, термометр манометра). Сенсорами каналов являются кремниевые диоды типа КД521А, через которые протекает постоянный ток 20 мкА. Выходным сигналом такого сенсора является падение напряжения на диоде, обратно пропорциональное измеряемой температуре.

Канал М (манометр). Сенсором канала (В4) является мостовой тензопреобразователь В4, на одну из диагоналей которого (2-4) подается стабилизированное напряжение U₀. Выходным сигналом тензопреобразователя является разность напряжений на другой диагонали моста (1-3), пропорциональная измеряемому давлению. Эта разность затем усиливается дифференциальным усилителем DA1.

Канал ЛМ (локатор муфт). Сенсором канала (В1) является магниточувствительный элемент (катушка) помещенный в дифференциальную магнитную систему. Выходным сигналом такого датчика является изменение напряжения на выходе катушки при изменении магнитных свойств контролируемого объекта. Этот переменный сигнал через диод VD1 заряжает конденсатор С8, который с большой постоянной времени разряжается через резистор R8, затягивая импульс ЛМ во времени.

Канал пФ (влагомер). Сенсором канала (В5)является цилиндрический измерительный конденсатор, сквозь который протекает исследуемый флюид. Выходным параметром такого датчика является изменение емкости конденсатора за счет изменения диэлектрической проницаемости флюида. В приборе происходит измерение этой емкости с помощью емкостного делителя «С2-сенсор», питающегося переменным током (коротким импульсом Т0) с ключом фиксации нуля на ключе DD1.1.

3.3. Отдельные блоки прибора.

Частотный модулятор

Частотный модулятор включает в себя входной усилитель, генератор пилообразного напряжения, компаратор, таймер (ждущий мультивибратор), формирователь меандра (счетчик).

Входной усилитель сигналов сенсоров построен по классической схеме неинвертирующего усилителя (DA4). Его коэффициент усиления равен К_ус = 1 + R33/R31.

Генератор пилообразного напряжения построен по схеме интегратора (DA3, R29) с принудительным разрядом интегрирующего конденсатора С22.

На первый вход компаратора DA5 поступает линейно изменяющееся напряжение от генератора «пилы». На второй вход компаратора поступает выходное напряжение усилителя. В момент, когда напряжения на входах компаратора уравниваются, компаратор «опрокидывается». Получаемый фронт напряжения запускает ждущий мультивибратор DD2.2, который вырабатывает короткий (2-4 мкс) импульс.

Этот импульс поступает на ключ DD1.2, который разряжает интегрирующий конденсатор С22, на емкостной делитель и ключ влагомера, на вход счетчика DD4.2.

При этом напряжение на выходе генератора «пилы» DA3/6 резко изменяется, становясь равным опорному напряжению U_0, на входах компаратора вновь создается большая разность напряжений, и компаратор возвращается в исходное состояние.

Затем цикл повторяется. Период повторения цикла пропорционален напряжению на выходе усилителя, т.е. величине сигнала сенсора.

Выходные импульсы ЧМ-модулятора поступают на делитель DD4.2., где преобразуются в последовательность прямоугольных импульсов. С помощью ключевого усилителя VТ10 эти импульсы направляются в линию связи ЦЖК для передачи на наземный регистратор.

Коммутатор.

На вход частотного модулятора сигнал поступает с мультиплексора DD3. Управляется DD3 двоичным кодом А0…А2, который вырабатывается двоичным счетчиком DD4.

Счетчик переключается импульсом 2-4 мс, который вырабатывается пороговым усилителем на транзисторе VT2.

Пороговый усилитель работает следующим образом.

На эмиттере транзистора напряжение равно напряжению питания схемы электрического прибора (+U = 12 В). Через резистор R22 база транзистора подключена к центральной жиле кабеля (ЦЖК). К базе же подключен диод VD6, который ограничивает напряжение на базе на уровне 0,6 В относительно напряжения на эмиттере транзистора. Транзистор при этом закрыт, и на его коллекторе напряжение равно нулю.

Когда на ЦЖК появляется отрицательный импульс, то на резисторе R24 (вывод CBL) напряжение резко падает, становясь меньше, чем напряжение +U. Транзистор быстро открывается и на коллекторе появляется напряжение, близкое к +U. Этот получаемый импульс и приводит к изменению двоичного кода А0…А3, который, управляя мультиплексором, переключает нормализованные сигналы с преобразователей сенсоров.

Стабилизатор положительного питания схемы.

Стабилизатор построен по классической схеме последовательного стабилизатора на DA2 и транзисторе VT1 и опорном стабилитроне VD3.

Формирователь отрицательного напряжения.

Для обеспечения питания операционных усилителей двуполярным напряжением установлен умножитель напряжения VD9, VD10, С14, С15 и стабилизатор DA8.

Защита по цепи питания прибора

Напряжение питание прибора снимается с ЦЖК через фильтр R7, C5. Диод VD2 служит для защиты электрической схемы от напряжения отрицательной полярности.

Рис. 3. Плата преобразователя в натуральную величину

Выводы

В проведенной лабораторной работе мы исследовали электронную схему скважинного прибора и проследили прохождение отдельных измеряемых параметров по схеме. Изученная схема состоит из сенсоров, нормализаторов, коммутатора, частотного модулятор и стабилизатора, сигналы между которыми передаются по центральной жиле кабеля. В свою очередь данные функциональные модули построены с использованием исследованных в предыдущих лабораторных работах электронных элементов и схем.