專利名稱：無線智能在線式粘度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鉆井液/泥漿流變性能的實時監(jiān)測儀器，尤其涉及一種在鉆井現(xiàn)場實時 隨鉆監(jiān)測鉆井液流變性的無線智能在線式粘度儀。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)場所使用的測量鉆井液(泥漿) 流變性能的儀器為傳統(tǒng)的機械六速粘度 儀，存在以下缺點1、儀器為實驗室類型儀器，測量樣品需要間隔固定時間人工撈取，不可能隨鉆實 時測量記錄泥漿的流變性能，需要工程師做大量現(xiàn)場工作；2、儀器為機械手工操作，換檔、讀數(shù)等都會因為操作人員的素質(zhì)差異而造成測量 結(jié)果的差異，造成數(shù)據(jù)的不規(guī)范；3、儀器的測量部件為扭力彈簧，需要經(jīng)常校正，否則儀器差異性會變大；4、機械儀器的數(shù)據(jù)歸檔整理等工作都需要人工后續(xù)完成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種無線智能在線式粘度儀，其可解 決傳統(tǒng)粘度儀的缺陷，替代目前廣泛使用的機械六速粘度儀，能夠在六檔API剪切率下實 時在線測量泥漿粘度，參數(shù)數(shù)據(jù)、回饋控制，可為泥漿工程師提供準確、穩(wěn)定、便利的實時 粘度數(shù)據(jù)，降低現(xiàn)場工程師的勞動強度。為達到上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種無線智能在線式粘度儀，它包括粘度采集機構(gòu)、測量模塊、控制模塊、無線數(shù) 據(jù)傳輸模塊、總線/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊及計算機系統(tǒng)模塊；所述控制模塊的傳輸端口分別接 測量模塊與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的端口 ；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的傳輸端口經(jīng)總線/以太網(wǎng) 轉(zhuǎn)換模塊與計算機系統(tǒng)模塊的傳輸端口相接；所述測量模塊測量接收粘度采集機構(gòu)的粘度 信息；所述控制模塊負責(zé)與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通訊，傳輸采集的測量參數(shù)以及完成對測量 模塊的自動控制；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊負責(zé)完成粘度儀無線數(shù)據(jù)通訊及命令傳輸。作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述粘度采集機構(gòu)包括步進電機、電機傳感片、游絲傳 感片、游絲及轉(zhuǎn)子；所述電機傳感片與步進電機的輸出軸固定相接；所述游絲上端與步進 電機的輸出軸固定相接，其下端與轉(zhuǎn)子固定相接；所述游絲傳感片與游絲的下端固定相接。本發(fā)明帶來的主要優(yōu)點及效果如下1、可以全天24小時不間斷實時隨鉆測量鉆井液的流變性能，相比傳統(tǒng)人工取樣 測量的儀器具有顯著進步；2、儀器數(shù)據(jù)采用數(shù)字化采集，軟件自動控制、計算儲存，準確，規(guī)范，易于查詢以及
管理；3、系統(tǒng)采用無線數(shù)據(jù)通訊，現(xiàn)場安裝方便，維護簡單；4、由于實時測量，使得一口井泥漿流變性能的完整記錄得以實現(xiàn)，對于現(xiàn)場工程師的工作具有重大意義； 附圖說 明下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。

圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為本發(fā)明粘度采集機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為步進電機；2為電機傳感片；3為游絲傳感片；4為轉(zhuǎn)子；5為鉆井液；6為游絲。
具體實施例方式參見圖1所示，一種無線智能在線式粘度儀，它包括粘度采集機構(gòu)、測量模塊、控 制模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、總線/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊及計算機系統(tǒng)模塊；所述控制模塊的傳 輸端口分別接測量模塊與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的端口 ；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的傳輸端口經(jīng) 總線/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊與計算機系統(tǒng)模塊的傳輸端口相接；所述測量模塊測量接收粘度采 集機構(gòu)的粘度信息；所述控制模塊負責(zé)與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通訊，傳輸采集的測量參數(shù)以 及完成對測量模塊的自動控制；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊負責(zé)完成粘度儀無線數(shù)據(jù)通訊及命 令傳輸。本發(fā)明所述粘度采集機構(gòu)包括步進電機1、電機傳感片2、游絲傳感片3、游絲6及 轉(zhuǎn)子4 ；所述電機傳感片2與步進電機1的輸出軸固定相接；所述游絲6上端與步進電機1 的輸出軸固定相接，其下端與轉(zhuǎn)子4固定相接；所述游絲傳感片3與游絲6的下端固定相 接。如圖1所示，儀器整體由兩部分構(gòu)成粘度儀部分和無線傳輸控制部分，兩部分相 互依存，構(gòu)成有機的整體。粘度儀部分主要由專業(yè)的粘度儀測量模塊以及控制模塊構(gòu)成， 測量模塊實現(xiàn)鉆井液粘度的測量，控制模塊則負責(zé)與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通訊，傳輸采集的 測量參數(shù)以及完成對測量模塊的自動控制。無線數(shù)據(jù)傳輸模塊負責(zé)完成粘度儀無線數(shù)據(jù)通 訊、命令傳輸?shù)?，并通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)完成無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)的連接。如圖2所示，步進電機1以穩(wěn)定的速度旋轉(zhuǎn)帶動電機傳感片2，再通過游絲6和轉(zhuǎn) 軸帶動轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)，如果轉(zhuǎn)子4未受液體的阻力，則游絲傳感片3與步進電機1的電機傳感 片2在同一位置。反之，如果轉(zhuǎn)子4受到液體的粘滯阻力，則游絲6產(chǎn)生扭力與粘滯阻力抗 衡，最后達到平衡，這時分別通過光電傳感器并由16位微電腦處理器進行數(shù)據(jù)處理，計算 出液體粘度值，進而傳輸給下位機軟件系統(tǒng)，計算鉆井液的流變參數(shù)。基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)CAN(ControIler Area Network)意義為控制器局域網(wǎng)，最早是德國博世(BOSCH) 公司為高級汽車應(yīng)用而開發(fā)，目前已經(jīng)成為國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線，被廣泛應(yīng)用于 各種領(lǐng)域。CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)是由CAN節(jié)點(CAN NODE)組成的多主機網(wǎng)絡(luò)，它使用普通雙絞線 作為傳輸介質(zhì)，采用直線拓樸結(jié)構(gòu)，單條網(wǎng)絡(luò)線路至少可連接110個節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)總長度最大 可達10公里(使用標準CAN收發(fā)器PCA82C250/251芯片)。在CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)收發(fā)、 硬件檢錯均由CAN節(jié)點硬件完成，大大增強了 CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)的抗電磁干擾能力，即由硬件來 保證CAN-Bus網(wǎng)絡(luò)運行的可靠性。
本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集由隔爆型防爆盒總成、安全柵母板、安全柵測量模塊三個部分 組成。 (a)隔爆型防爆盒總成由專業(yè)防爆殼體生產(chǎn)廠家制造，防爆合格證編號及防爆參 數(shù)如下防爆等級ExdIIBT6機箱材料炭鋼保護等級IP65(b)安全柵母板，是一個水平安裝在增安防爆殼體底部的總線板，厚度2. Omm,單 面印制電路板，實現(xiàn)CAN總線、供電、傳感器接口的功能，共計有10個插槽，允許最大插入10 個本安防爆隔離柵。每個隔離柵供電、CAN總線對應(yīng)的防爆保護電路都是獨立的，防爆熔斷 器等保護元件分成獨立的10組裝配在該電路板上。這樣的設(shè)計可以確保每一個防爆單元 電路的獨立性，當(dāng)一個產(chǎn)品故障時，其它測量模塊節(jié)點不受影響。(c)安全柵測量模塊，是本產(chǎn)品的應(yīng)用功能模塊，屬于檢測端隔離式安全柵，作用 如下(a)為現(xiàn)場兩路兩線制傳感器或者三線制傳感器提供隔離電源，同時限制危險能量 從本安端子竄入到危險場所，兩路隔離柵電路獨立；(b)對傳感器信號采集處理后，轉(zhuǎn)換為 隔離的CAN總線信號輸出，遠端總線設(shè)備也可以通過CAN總線對測量模塊節(jié)點維護。該模 塊的其它特點如下非本安端供電、非本安端CAN總線信號接口、本安端傳感器供電及信號接口三個 單元電路完全隔離。本安端傳感器本安保護電路設(shè)計在該模塊上。這樣確保了，插在母板總線上的本 安電路是各自完全獨立的。這樣的防爆系統(tǒng)設(shè)計，為用戶的集成使用提供了極大的方便，用戶只需在遠端安 全區(qū)的機房配置CAN總線接口設(shè)備即可搭建數(shù)字化總線測量系統(tǒng)，不用再考慮復(fù)雜的防爆 隔離柵環(huán)節(jié)，將大大降低系統(tǒng)搭建、維護成本?；跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線傳輸控制系統(tǒng)功能強、低功耗、應(yīng)用簡單的IEEE 802. 15. 4/ZigBee協(xié)議的誕生為無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)及大量基于微控制的應(yīng)用提供了互聯(lián)互通的國際標準，也為石油鉆探儀器儀表行業(yè)的無 線監(jiān)控發(fā)展提供了一個契機。近兩年無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，大量無線設(shè)備誕生。目前普遍使用的無線網(wǎng) 絡(luò)標準如下表示
權(quán)利要求
1.一種無線智能在線式粘度儀，其特征在于，包括粘度采集機構(gòu)、測量模塊、控制模塊、 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、總線/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊及計算機系統(tǒng)模塊；所述控制模塊的傳輸端口 分別接測量模塊與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的端口 ；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的傳輸端口經(jīng)總線/ 以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊與計算機系統(tǒng)模塊的傳輸端口相接；所述測量模塊測量接收粘度采集機構(gòu) 的粘度信息；所述控制模塊負責(zé)與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通訊，傳輸采集的測量參數(shù)以及完成 對測量模塊的自動控制；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊負責(zé)完成粘度儀無線數(shù)據(jù)通訊及命令傳 輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線智能在線式粘度儀，其特征在于所述粘度采集機構(gòu)包 括步進電機(1)、電機傳感片O)、游絲傳感片(3)、游絲(6)及轉(zhuǎn)子；所述電機傳感片 (2)與步進電機(1)的輸出軸固定相接；所述游絲(6)上端與步進電機(1)的輸出軸固定 相接，其下端與轉(zhuǎn)子固定相接；所述游絲傳感片( 與游絲(6)的下端固定相接。
全文摘要
本發(fā)明屬鉆井液/泥漿流變性能的實時監(jiān)測儀器，尤其涉及一種在鉆井現(xiàn)場實時隨鉆監(jiān)測鉆井液流變性的無線智能在線式粘度儀，包括粘度采集機構(gòu)、測量模塊、控制模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、總線/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊及計算機系統(tǒng)模塊；所述控制模塊的傳輸端口分別接測量模塊與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的端口；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的傳輸端口經(jīng)總線/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊與計算機系統(tǒng)模塊的傳輸端口相接。本發(fā)明可解決傳統(tǒng)粘度儀的缺陷，替代目前廣泛使用的機械六速粘度儀，能夠在六檔API剪切率下實時在線測量泥漿粘度，參數(shù)數(shù)據(jù)、回饋控制，可為泥漿工程師提供準確、穩(wěn)定、便利的實時粘度數(shù)據(jù)，降低現(xiàn)場工程師的勞動強度。
文檔編號G01N11/14GK102141498SQ20101059336
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者劉緒全, 宋元森, 左京杰, 張明芳, 李長際 申請人:中國石油集團長城鉆探工程有限公司