DE3000110A1 - Sonde zur temperatur- und druckmessungen, insbesondere fuer zwecke der geothermischen exploration - Google Patents

Sonde zur temperatur- und druckmessungen, insbesondere fuer zwecke der geothermischen exploration

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DE3000110A1 DE19803000110 DE3000110A DE3000110A1 DE 3000110 A1 DE3000110 A1 DE 3000110A1 DE 19803000110 DE19803000110 DE 19803000110 DE 3000110 A DE3000110 A DE 3000110A DE 3000110 A1 DE3000110 A1 DE 3000110A1
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Description

NACHQEREIOHT
CISE S.p.A., Mailand, Italien
Sonde zur Temperatur- und Druckmessungen, insbesondere für Zwecke der geothermischen Exploration
Die Erfindung betrifft eine Sonde für Temperatur- und Druckmessungen, insbesondere für Zwecke der geothermischen Exploration. Sie bezieht sich sowohl auf die elektrische Schaltung als auch auf die mechanische Ausbildung einer derartigen Sonde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Sonde so auszubilden, daß eine Messung der genannten Größen ohne Beeinflussung durch den elektrischen Widerstand der Signal- und/oder Speiseleiter möglich ist, wobei eine im Vergleich zu der Anzahl der gemessenen Si= gnale geringe Zahl von Leitern erforderlich sein soll«
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,
- daß eine elektrische Schaltung mit einem Temperaturfühler und einem Druckfühler vorgesehen ist,
- daß der Temperaturfühler und der Druckfühler in einem gleichstromgespeisten Stromkreis in Reihe geschaltet sind . ,
- und daß die Hauptanschlußpunkte des Temperaturfühlers
■ und des Druckfühlers sowie weitere Signalentnahmepunkte mit Leitern verbunden sind, über welche entsprechende Signalspannungen unter Verwendung eines Kabels mit mi= nimaler Leiterzahl fernübertragbar sind.
030030/064?
Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung sind zwei Leiter zur Spannungsmessung mit den Hauptanschlußpunkten des Temperaturfühlers und des Druckfühlers sowie zwei weitere Leiter mit den Enden der Brückendiagonale des als Widerstandsbrücke ausgebildeten Druckfühlers verbunden , wobei einer der mit einem der Hauptanschlußpunkte des Druckfühlers verbundenen Leiter und einer der mit einem der Hauptanschlußpunkte des mit jenem in Reihe geschalteten Temperaturfühlers verbundenen Leiter gemeinsam einen einzigen Leiter bilden.
Dementsprechend sind zusätzlich zu den beiden Speiseleitern nur fünf weitere Leiter zur Abnahme der Signalspannungen erforderlich.
Der Druckfühler kann als einfache Widerstandsbrücke ausgebildet sein, er kann jedoch auch zwei weitere Widerstände umfassen, die in Reihenschaltung in den Speisestromkreis eingefügt sind.
Um für den Druckfühler einen Speisestrom zu erhalten, der dem für die Druckmessung am besten geeigneten Wert entspricht, besteht der mit ihm in Reihe geschaltete Temperaturfühler vorzugsweise aus einer Mehrzahl parallelgeschalteter Widerstände, die jeweils von einem Strom durchflossen werden, der dem für die Temperaturmessung am besten geeigneten Wert entspricht.
Die Widerstände des Temperaturfühlers sind vorzugsweise Platinwiderstände.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert:
Fig. 1 zeigt die Schaltung der Sonde, Fig. 2 zeigt eine Schaltungsvariante des Druckfühlers, Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Montage des
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"V
Druckfühlers und des Temperaturfühlers.
Die in Fig. 1 dargestellte elektrische Schaltung beinhaltet einen Temperaturfühler 1 sowie einen Druckfühler 3« Sie dient sowohl zur Speisung als auch zur übertragung aller erforderlichen Informationen über ein Kabel, das nur sieben Leiter d, c2, c3, c4, c5> c6 und c7 besitzt,, wobei der die elektrischen Teile beinhaltende Tragkörper von der Schaltung isoliert ist, derart, daß er sich zur Isolationsprüfung einsetzen läßt. Die Messung kann auch kontinuierlich durch ein Datenerfassungssystem erfolgen.
Die Schaltung ist so ausgebildet, daß der elektrische Widerstand der Leiter keinen Einfluß auf die Messungen aus= übt.
Der Druckfühler 3 ist ein Dehnungsmesser und besteht aus vier Widerständen R1, R2, R3 und R4, die zu einer Brückenschaltung zusammengefaßt sind, sowie aus zwei weiteren Widerständen R5 und RS, die mit der Einspeisungsdiagonalen der Brückenschaltung in Reihe geschaltet sind.
In Fig. 2 ist ein ähnlicher Druckfühler ohne die Reihenwiderstände R5 und Ro dargestellt. Der Druckfühler ist im übrigen von herkömmlicher Bauart, wie sie beispielsweise für nukleartechnische Anwendungen entwickelt vairden. Die beiden dargestellten Ausführungsformen des Druckfühlers sind für unterschiedliche Belastbarkeiten entwikkelt. In der Schaltung gemäß Fig. 1 lassen sich beide Arten von Druckfühlern verwenden.
Die Anschlußpunkte des Druckfühlers sind mit Ap B5 C, D8 E und F bezeichnet.
Der Temperaturfühler 1 besteht aus vier Platinwiderständen Rp von jeweils 100 Ohm, die zueinander parallelgeschaltet und in gleichartigen Ummantelungen von nichtro-
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r 300Q11Q
stendem Stahl angeordnet sind. Die äußeren Oberflächen dieser Ummantelungen sind zur Verbesserung der Wärmeübertragung und dementsprechend zur Verringerung der thermischen Zeitkonstanten gerippt ausgebildet.
Die thermische Zeitkonstante der vier Widerstände, die gemeinsam den Temperaturfühler 1 bilden, liegt in der Größenordnung von 1 see.,(wobei die Bestimmung der Zeitkonstanten nach der Norm BS 1904:1964 Abschnitt 3.15 vorgenommen wurde).
Der Druckfühler 3 und der Temperaturfühler 1, die - wie erwähnt - elektrisch in Reihe geschaltet sind, werden über die beiden Leiter c1 und c7 mit einem Gleichstrom I gespeist. Die Speisespannung Vct des Druckfühlers 1 wird zwischen den beiden Leitern c1 und c5 gemessen. Die Spannung Vp an der zweiten Diagonalen der aus den Widerständen R1 bis R4 bestehenden Widerstandsbrücke, die zwischen den Leitern c3 und c4 gemessen wird, wird durch die Speisespannung Vct dividiert und ergibt damit ein für den herrschenden Druck kennzeichnendes Signal. Dieses Drucksignal Vp/Vct ist mit einem Fehler behaftet, der von der Temperatur abhängt, auf der sich der Druckwandler 3 befindet. Diese Temperatur ist- nach vorangehender Eichung aus dem Widerstandswert Vct/I des Druckfühlers 3 selbst bestimmbar.
Die Spannung Vt zwischen den Hauptanschlußpunkten des Temperaturfühlers wird über die Leiter c5 und c6 gemessen. Der Temperaturwert ist - nach vorangehender Eichung aus dem Widerstandswert Vt/I des Temperaturfühlers 1 ermittelbar. .
Die Werte der vorgenannten Größen sind in beliebiger Entfernung von dem Temperatur- bzw. Druckfühler ermittelbar. Falls die Sonde beispielsweise bei Bohrlöchern von beträchtlicher Tiefe Anwendung findet, können die genannten
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Werte an der Mündung der Bohrung gemessen werden»
Der Speisestrom I ist für beide Fühler gleich und hängt nicht von dem Widerstand der Leiter c1 und c7 ab. Die Spannungen Vp, Vet, Vt werden mit Instrumenten mit hohem Eingangswiderstand gemessen und werden daher eben= falls von den Leitungswiderständen nicht beeinflußt.
Zur Korrektur des Temperaturfehlers, mit dem das von dem Druckfühler 3 gelieferte Signal behaftet ist, läßt sich der von den Platinwiderständen Rp des Temperaturfühlers 1 gelieferte Temperaturwert nicht heranziehen; Während für die Platinwiderstände Rp eine niedrige thermische Zeitkonstante erwünscht ist, ist die thermische Zeitkonstante des Druckfühlers 3 unvermeidbar wesentlich größer, so daß die beiden Fühler 1 und 3 bei Temperaturänderungen keineswegs die gleiche Temperatur/aufweisen. *
Für Anwendungsfälle wie den oben erwähnten läßt sich der Druckfühler 3 durch eine geeignete Montage so ausbilden, daß sich seine Temperatur noch wesentlich langsamer ändert, seine thermische Zeitkonstante also noch größer wird. Dadurch wird sichergestellt, daß alle seine Teile - äußere Umhüllung, verformbare Membran und Dehnungsmesser - insgesamt stets die gleiche Temperatur aufweisen,, Auf diese Weise läßt sich der erwähnte Temperaturfehler wirkungsvoll korrigieren.
Zur Vergrößerung der thermischen Zeitkonstanten des Druckfühlers 3 und zur Gewährleistung einer möglichst gleichförmigen Temperatur aller seiner Teile ist der Druckfühler 3 derart in der Sonde montiert, daß er einen möglichst geringen thermischen Kontakt zu ihr besitzt. Diese Montage ist in Fig. 3 dargestellt; Der Druckfühler 3 ist von einer Röhre 23 mit vergleichsweise grosser Wandstärke umgeben. Diese Röhre 23 besteht aus einem Material von guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus
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ί-
3C0C'10
Kupfer oder Aluminium, und besitzt einen möglichst geringen thermischen Kontakt mit dem Sondenkörper 16 einerseits und dem Druckfühler 3 andererseits.
Die dargestellte Montageart führt zu einer thermischen Zeitkonstanten des Druckwandlers, die größer ist als eine Stunde.
Dieser Wert ist mehr als ausreichend, um sicher zu stellen, daß die Messung von Vt einen genauen Temperaturwert der Drucksonde 3 liefert, mit dessen Hilfe der dem Drucksignal Vp/Vct anhaftende Temperaturfehler korrigiert werden kann.
Der Temperaturfühler 1 ist - wie erwähnt - durch die Parallelschaltung von vier Widerständen Rp realisiert. Es ist somit möglich, ihn mit demselben Speisestrom I zu
Der
speisen wie den Druckfühler, zur Erzielung möglichst genauer Meßwerte erforderliche Strom ist nämlich etwa vier mal so groß wie der für einen der Platinwiderstände Rp zu-lässige Strom, bei dem dieser noch gute Meßgenauigkeit liefert.
In Fig. 3 ist die Montage der beiden Fühler in der Sonde dargestellt. Die vier Widerstände Rp des Temperaturfühlers 1 sind in einem von einer Kappe 10 begrenzten und geschützten Raum untergebracht. Diese Kappe 10 ist mit einer Vielzahl von Durchbrüchen versehen. Mit 12 ist ein Verbinder zur elektrischen Kontaktierung des Temperaturfühlers 1 bezeichnet. Der Verbinder 12 ist einem Anschlußstück 14 mechanisch gelagert, das in eine Ummantelung eingesetzt ist, die außerdem zur Aufnahme der Röhre 23 niit dem Druckfühler 3 dient. Letzterer ist mittels eines Verbinders 18 mit den Leitern des Kabels verbunden.
Der Außendruck erreicht den Druckfühler 3 über einen Durchgang 20, dessen äußere Mündung in geeigneter Weise durch einen ringförmigen Kragen 22 geschützt ist.
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Leerseite

Claims (5)

Patentansprüche
1. Sonde für Temperatur- und Druckmessungen, insbesondere für Zwecke der geothermischen Exploration, dadurch gekennzeichnet,
- daß eine elektrische Schaltung mit einem Temperaturfühler (1) und einem Druckfühler (3) vorgesehen ist,
- daß der Temperaturfühler (1) und der Druckfühler (3) in einem gleichstromgespeisten Stromkreis (über c1, c7) in Reihe geschaltet sind
- und daß die Hauptanschlußpunkte des Temperaturfühlers (1) und des Druckfühlers (3) sowie weitere Signalentnahmepunkte mit Leitern (c1 bis c7) verbunden sind,über welche entsprechende Signalspannungen unter Verwendung eines Kabels mit minimaler Leiterzahl (z.B. 7) fernübertragbar sind.
2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den als Widerstandsbrücke ausgebildeten Druckfühler (3) zwei Leiter (c2 und c6) zur Messung der Spannung zwischen den Hauptanschlußpunkten (A5 D) sowie zwei mit den Endpunkten der Diagonalen der Widerstandsbrücke verbundene Leiter (c3 und c4) angeschlossen sind und daß der mit einem (A) der Hauptanschlußpunkte (A, D) des Druckfühlers verbundene Leiter (c5) gleichzeitig einen der Signalleiter für den in Reihe geschalteten Temperaturfühler (1) bildet«
3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (1) eine Mehrzahl von Widerständen (Rp) umfaßt, die derart ^usammengeschaltet sind, daß die Summe der jeden von ihnen durchfließenden Ströme, die jeweils die für die Temperaturmessung am besten geeigneten Wert entsprechen, einen den Druckfühler (3) durchfließenden Strom ergibts der dem für die Druckmessung am besten geeigneten Wert entspricht
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/ BAD ORIGINAL
30001Ί
4. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (1) vier parallelgeschaltete Platinwiderstände (Rp) umfaßt.
5. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der .Druckfühler
(3) im Innern eines Hohlraumes angebracht ist, dessen Wandung (23) aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht und eine zur Gewährleistung einer gleichförmigen Innentemperatur hinreichend große Wandstärke besitzt, daß der Druckfühler (3) den geringstmöglichen Wärmekontakt mit den Wandungen (23) des Hohlraumes und mit dem Körper (16) der Sonde au£ weist und daß die Wandungen (23) des Hohlraumes den geringstmöglichen Wärmekontakt mit dem Körper (I6)der Sonde aufweisen.
030030/06*7
BAD ORIGINAL
DE19803000110 1979-01-08 1980-01-03 Sonde zur temperatur- und druckmessungen, insbesondere fuer zwecke der geothermischen exploration Withdrawn DE3000110A1 (de)

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