Архив метки: который

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА И КАМНЯ

Добавить комментарий

Свойства цементного раствора зависят от многих факторов, таких как химико-минеральный состав, качество и количество наполнителей, водоце-ментное отношение, количество и природа химических наполнителей, ре­жим перемешивания, температура, давление и др.

Основные свойства цементного раствора применительно к скважинам следующие: водосодержание, подвижность (растекаемость), плотность, по­казатель фильтрации, динамическое сопротивление сдвигу, структурная вязкость, седиментационная устойчивость, время загустевания, сроки схва­тывания и некоторые другие. К свойствам цементного камня следует отне­сти механическую прочность, проницаемость, объемные изменения, корро­зионную устойчивость в агрессивных средах и модуль упругости.

Свойства цементных растворов и камня могут быть изменены введе­нием наполнителей, активных добавок или обработкой химическими реа­гентами.

Водосодержание. Водосодержание характеризуется водоцементным отношением, т.е. отношением массы воды к массе твердого тампонажного Читать далее →

8.6.1. БЛОК ДРОССЕЛИРОВАНИЯ

Добавить комментарий

Состоит из смонтированных на транспортной раме двух или трех регу­лируемых дросселей, один или два из которых — с гидравлическим управлением (кроме манифольдов по схемам 1-5, в которых оба дросселя имеют ручное управление), задвижек с ручным управлением, крестовин, тройников, гасителей потока, монтажных узлов, датчиков давления, манометров показывающих с разделителями сред (предохранителей манометра от засорения).

5.3. Косвенные методы, основанные на изменении физических свойств измеряемой среды

Добавить комментарий

Для определения давления находят также применение методы, ос­нованные на зависимости от давления различных физических свойств жидкостей и газов и протекающих в них процессах. При этом были использованы результаты исследований влияния давления на плотность и вязкость, диэлектрическую проницаемость, скорость распространения ультразвука, теплопроводность и другие свойства измеряемой среды.

В области высоких и средних давлений указанные методы широкого распространения не получили в связи с их относительной сложностью и трудоемкостью по сравнению с другими методами (применение манга­нинового манометра сопротивления в области высоких давлений, пря­мые методы измерений в области средних давлений).

В области вакуумных измерений указанные методы применяются практически повсеместно. Зависимость теплопроводности разреженно­го газа от давления используется в тепловых" и термопарных маномет­рах; зависимость тока положительных ионов от измеряемого давле­ния — в ионизационных манометрах. Используется также зависимость от давления вязкости газа, кинетической энергии молекул, концентра­ции молекул и пр.

К контрольному вопросу № 9

Вы правильно ответили на вопрос. Метод косвенного из­мерения давления путем предварительного сжатия газа не зави­сит от манометра, которым измеряется давление сжатого газа.

Наибольшее распространение в вакуумной технике (около 70 %) получили термопарные и ионизационные манометры.

Термопарный манометр (рис. 54, а) так же, как и тепловой, основан на зависимости теплопроводности разреженного газа от давления. Мано­метр содержит стеклянную или металлическую колбу 3, в которой поме­щены нагреватель 1 и впаянная в него термопара 2. Нагреватель питается от источника переменного тока, и его температура, а следовательно, и температура термопары, определяется теплоотдачей в окружающий раз­реженный газ. Чем меньше давление газа, тем меньше его теплопровод­ность и тем больше температура, а следовательно, ЭДС на выходе термо­пары, которая и является мерой измеряемого давления. Шкала прибора 4 для измерения ЭДС градуируется, как правило, в единицах давления. Данный принцип наиболее эффективен при давлениях от 0,1 до 100 Па. При давлениях, меньших 0,1 Па, все большая доля тепла передается излу­чением, а при давлениях, больших 100 Па, увеличение теплопроводности газа резко замедляется. В обоих случаях существенно уменьшается чув­ствительность прибора. Погрешность измерений составляет 10—30 %. На градуировочную характеристику существенно влияет состав газа. Поэтому для уточнения показаний термопарного манометра необходима индивидуальная градуировка.

5.3. Косвенные методы, основанные на изменении физических свойств измеряемой среды

Принцип действия ио­низационного манометра основан на зависимости от давления тока положитель­ных ионов, образованных в результате ионизации раз­реженного газа. Ионизация газа осуществляется элект­ронами, ускоряемыми электрическим или магнит­ным полями, а также по­средством излучения ра­диоизотопов. При одном и том же количестве электро­нов, пролетающих через газ, или постоянной мощ­ности излучения степень ионизации газа пропорцио­нальна концентрации его молекул, т. е. измеряемо­му давлению.

Рис. 54. Термопарный манометр

В простейшем случае наиболее употребим иони­зационный манометр с го­рячим   катодом   (рис.  54,

б), содержащий стеклянную колбу 2, в которую впаяны анод 1 и катод 3. Благодаря разогреву катода источником постоянного тока 4, его по­верхность испускает электроны, которые разгоняются напряжением £/а
между катодом и анодом -и ионизируют находящийся между ними газ. Сила тока положительных ионов, измеряемая гальванометром 5, является мерой измеряемого давления

5.3. Косвенные методы, основанные на изменении физических свойств измеряемой средыгде к — постоянная, зависящая от конструкции прибора и состава газа. Для увеличения степени ионизации между катодом и анодом поме­щена сетка, на которую подается напряжение, сообщающее дополнитель­ное ускорение потоку электронов. Манометры этого типа охватывают диапазон от 10~7
до 1 Па, дополняя диапазон измерений термопарного манометра. Погрешности измерений составляют также 10—30 %.

Контрольный вопрос № 10

Зависят ли показания термопарного вакуумметра от физи­ческих свойств газов, давление которых необходимо измерить? Если „да" — см. с. 125, если „нет" — см. с. 127.

5.2. Косвенные методы, основанные на фазовых переходах

Добавить комментарий

Известно, что любое вещество в зависимости от давления и темпера­туры может находиться в различных агрегатных состояниях (твердой, жидкой и газообразной фазах). Типовая диаграмма состояний в коорди­натах р и Т представлена на рис. 52. Кривыми линиями изображены гра­ницы между различными фазами (кривые равновесия фаз), соответству­ющие давлениям и температурам, при которых из одной фазы в другую переходит одинаковое число молекул. При этом кривая СК выражает

5.2. Косвенные методы, основанные на фазовых переходах

К

Рис. 52. Типовая диаграмма состояний

зависимость от температуры давления насыщенного пара над жидкостью; кривая АС — давления насыщенного пара над твердым телом, кривая ВС — температуры плавления от давления. Например, при давлении р\ и температуре Т1 будет наблюдаться равновесие твердой 1 и газообраз­ной 2 фаз. Если при той же температуре Тг давление понизить, то начнет­ся переход твердой фазы в газообразную. Этот процесс называется возгон­кой или сублимацией („сублимаре" — возносить). Аналогично на грани­це ВС происходит плавление твердой фазы (кристаллизация жидкой фа­зы 5), а на границе СК — кипение жидкой фазы (конденсация газообраз­ной фазы). Необходимо отметить также две особые точки. Тройная точ­ка С, находящаяся на пересечении всех трех кривых равновесия фаз, ха­рактеризует состояние вещества, когда находятся в равновесии одновре­менно твердая, жидкая и газообразная фазы. Критическая точка А" соот­ветствует критической температуре Тк и критическому давлению рк, при которых теряется всякое различие между жидкостью и ее паром, а граница между ними исчезает.

Указанные выше кривые равновесия фаз и тройная точка использу­ются в косвенных методах определения давления по результатам изме­рения температуры в равновесных точках (в области температурных измерений, наоборот, температура определяется по результатам измере­ния давления).

Диаграмма состояний дает наглядное представление о выборе того или иного фазового перехода в зависимости от определяемого давления. Кривая плавления ВС немного отклоняется от вертикали к оси абсцисс, т. е. температура плавления имеет небольшую чувствительность к давле­нию. Так, температура плавления льда изменяется на 1 К при изменении давления на 13 МПа (следует отметить, что в отличие от большинства веществ температура плавления льда понижается при повышении давле­ния — штриховая линия СВ на рис. 52). Поэтому кривые плавления ис­пользуются в косвенных методах определения высоких и сверхвысо­ких давлений. Процесс сублимации (кривая Л С) происходит, как прави­ло, при низких температурах и давлениях, что позволяет его использо­вать при определении давления в области вакуумных измерений. И, на­конец, фазовый переход жидкость—пар (кривая СК) наиболее удобен для области средних давлений. Помимо указанного, при выборе того или иного фазового перехода необходимо учитывать физические свой­ства применяемого вещества.

В области измерения высоких и сверхвысоких давлений его значение воспроизводится по кривой плавления ртути, полузмпирическое уравне­ние которой получают по результатам исследований сравнением с эталон­ным поршневым манометром. Это позволяет построить непрерывную шкалу давлений, по которой градуируются средства измерений высоких и сверхвысоких давлений низшей точности.

К контрольному вопросу № 9

Вы ответили неверно. В жидкостном манометре измеряе­мое давление определяется высотой столба жидкости. В ком­прессионном манометре измеряемое давление предварительно многократно увеличивается в отношении объема сосуда к объе­му капилляра (закон Бойля-Мариотта), что в основном н опре­деляет принцип действия прибора.

Прочтите более внимательно разд. 2.3.

В нашей стране (НПО „ВНИИФТРИ") разработана шкала давлений, основанная на кривой плавления ртути (КПР-83), которая охватывает диапазон давлений от 100 до 4000 МПа. Погрешность воспроизведения давления 0,05 % в диапазоне от 100 до 1500 МПа; 0,5 % — до 2500 МПа и 1%-до 4000 МПа.

Полученная точность полностью удовлетворяет в настоящее время потребности науки и техники. Значение шкалы передано группе образцо­вых манганиновых манометров сопротивления, погрешность которых составляет ±0,5 % при давлении до 2,5 ГПа и ±2 % при давлениях до 4 ГПа. В перспективе этот метод позволит создать эталон — свидетель го­сударственного эталона высоких давлений нашей страны.

В области средних давлений, где успешно применяются высокоточ­ные средства измерений, основанные на прямых методах, использование косвенных методов нецелесообразно. Однако представляет интерес по­лучивший распространение в первой половине нашего века простой спо­соб измерения атмосферного давления, основанный на фазовых перехо­дах „жидкость—пар" (кривая СК на рис. 52), который легко может быть продемонстрирован в любой, даже школьной, лаборатории.

Прибор — гипсотермометр (рис. 53) состоит из термометра 1, сосу­да с дистиллированной водой 2 и нагревателя 3. При кипячении воды в

5.2. Косвенные методы, основанные на фазовых переходах

сосуде давление насыщенных паров над ее поверхностью благодаря отверстиям на наружной стенке горловины вырав­нивается с давлением окружающего воз­духа. Взаимосвязь между давлением и температурой на кривой парообразова­ния наиболее полно отображается уни­версальным уравнением проф. М.К. Жо-ховского, которое охватывает весь про­цесс фазовых переходов жидкость—пар от тройной точки .до критической точки (см. рис. 52). Указанное уравнение при­менимо также для описания процессов плавления и сублимации. В узком диапа­зоне давлений (975—1025 гПа), в преде­лах которого находится атмосферное давление на равнинных местностях, для упрощенных расчетов применяют прос­тую формулу, принимая прямую пропор­циональность температуры кипения атмо­сферному давлению. Упрощенная форму­ла имеет вид

p=Po+k(t-to),          (5.10)

///7//////.

где t — температура кипения воды; t0 = = 100°С; ро = Ю13 гПа (760 мм рт.ст.); к = 35,5 гПа/°С (26,7 мм
рт.ст./°С).

Рис. 53. Гипсотермометр

Из формулы (5.10) следует, что по­грешность измерения температуры At = = 0,01°С приводит к погрешности изме­рения давления Ар = 0,4 гПа (0,3 мм рт.ст.). Это примерно соответству­ет точности ртутных барометров. Однако, учитывая приближенность уравнения (5.10), гипсотермометр необходимо проградуировать по об­разцовому барометру соответствующей точности (Ар < 0,1 мм рт.ст.). Следует также отметить, что в данном случае равновесие фаз в строгом понимании отсутствует, так как пары воды непрерывно рассеиваются в окружающее пространство.

4.6. Перспективы развития деформационных манометров

Добавить комментарий

По принципу действия деформационные манометры требуют для своей градуировки применения методов и средств, основанных на абсо­лютных методах воспроизведения давления. Повышение их точности, в принципе, ограничено точностью применяемых при градуировке жид­костных и поршневых эталонов, которая характеризуется погрешностя­ми порядка 1 • 10~5 — 5 • 10~5. Это позволило уже в настоящее время создать образцовые деформационные манометры, погрешности которых не превышают 2,5 • 10~4 -5 • 10~4
(0,025-0,05 %). Дальнейшее повы­шение точности деформационных манометров в связи с их недостаточно высокой долговременной стабильностью возможно лишь при условии периодической корректировки показаний в процессе эксплуатации, что может быть достигнуто как путем периодического сравнения показаний деформационного манометра с показаниями точного и стабильного пор­шневого манометра, так и другими способами. Например, фирмой „Druck Ltd" (Англия), для этих целей разработан цифровой манометр типа DPJ501, в котором аналоговые выходные сигналы полупроводни­кового датчика давления автоматически корректируются вибрационно-частотным датчиком давления типаNT3080фирмы „Solartron" (Англия). При этом погрешность измерения не превышает 0,015 %.

Одно из важнейших направлений развития точных деформационных манометров — разработка портативных образцовых переносных мано­метров, пригодных для контроля рабочих средств измерений на месте их эксплуатации. Так, на основе полупроводниковых датчиков давления и современной электроники фирмой „Druck Ltd" разработан переносной образцовый манометр типа DPJ600 класса точности 0,1, модификации которого предназначены для измерения избыточного давления в диапазо­нах от 0-7,5 кВ до 0-7 МПа; абсолютного давления от 0-35 кПа до 0-3,5 МПа и разности давлений от 0—7,5 до 0—1000 кПа. Погрешность, вы­зываемая совместным влиянием нелинейности, гистерезиса и воспроиз­водимости, не превышает ±0,1 % для диапазонов до 3,5 МПа и ±0,2 % для диапазонов до 7 МПа. Дискретность цифрового отсчета 5 • 10~5 (0,005 %). Температурный коэффициент чувствительности не превышает 0,02 %/°С. Габаритные размеры ЗО5Х180Х110 мм, масса 4 кг.

Переносной манометр содержит переключатели единиц измерений и диапазонов измерений, ручной насос, регулятор объема, корректор ну­ля и штуцер для подключения измеряемого давления. Питание прибора осуществляется от батареек напряжением 12 В или от внешнего источни­ка питания.

Однако, основное назначение деформационных манометров состоит в удовлетворении потребностей различных отраслей промышленности в измерении давления, так как в каждой отрасли существуют свои тре­бования к условиям эксплуатации, формам представления информации, точности и надежности, необходимым габаритным размерам и массе, стоимости приборов и пр.

Все это требует совершенствования различных параметров и свойств деформационных манометров, специфика которых определяется их на­значением и принципом действия.

К контрольному вопросу № 8

Вы правильно ответили на вопрос. Несмотря на сведение к минимуму нелинейности УЧЭ, необходимо принимать во внима­ние нелинейность цепи обратной связи и в первую очередь — не­линейность силового электромагнита.

Выпускаемые десятками миллионов штук общепромышленные стре­лочные деформационные манометры с механическим преобразованием давления, требования к точности которых относительно невысоки (6р > > 1 %), в конструктивном отношении радикальной модернизации не тре­буют. Основная задача состоит в повышении качества изготовления с целью достижения долговечности и надежности и, в первую очередь, улучшении таких метрологических характеристик деформационных манометров, как нелинейность и вариация показаний. Необходимо так­же дальнейшее совершенствование материалов УЧЭ с целью понижения их чувствительности к изменениям температуры.

Деформационные манометры, основанные на электрических мето­дах преобразования (индуктивные, емкостные и др.), обеспечивая доста­точно высокую точность, нуждаются в совершенствовании методов защи­ты их электрических цепей от воздействия внешних электрических и магнитных полей, особенно при необходимости размещения на расстоя­нии УЧЭ и электроники.

Дальнейшее развитие получают металлические и полупроводниковые тензорезистивные деформационные манометры.

Фирмой „Statham Instr" (США) разработаны тонкопленочные ме­таллические резистивные датчики Р1000, способные без регулировки стабильно работать в условиях бурения в море в течение более 5 лет. Технология изготовления тензорезистора основана на напылении в ваку­уме металлической пленки на керамическую подложку, предварительно нанесенную на мембрану из нержавеющей стали. Датчик защищен от воз­действия внешней среды двойным корпусом, приваренным к основанию.

Технология изготовления кремниевых полупроводниковых тензо-датчиков в настоящее время отработана достаточно хорошо и ее совер­шенствование будет продолжаться по мере развития микроэлектроники. Однако при температуре выше 200е
С полупроводниковый кремний те­ряет свою тензочувствительность, превращаясь в обычный проводник, что не допускает их применение в условиях высоких температур (внутри работающих автомобильных и реактивнйгс двигателей, в буровых уста­новках глубокого бурения и пр.). Весьма перспективна для этих целей замена кремния на карбид кремния (карборунд). В настоящее время уже созданы транзисторы из карбида кремния на подложке из его окис­лов, нанесенной на металлическую мембрану. Полупроводниковые свой­ства такого тензорезистора при температуре 650 С аналогичны свойст­вам обычного кремниевого тензорезистора при температуре 20°С.

В настоящее время проводятся также разра тки полупроводнико­вых тензорезисторов, предназначенных для работы в условиях низких температур (сверхпроводящие магнитные системы термоядерных уста­новок, криогенные накопители энергии;" реактивные двигатели на сжи­женном водороде и пр.) в диапазоне от 2 до 100 К (от —271 до — 173° С). В этих условиях чистые полупроводники превращаются в диэлектрики. Введение в кремний примесей позволяет сохранить тензочувствитель-ность, хотя она существенно снижается. В нашей стране разработан дат­чик такого типа. Основанный на структуре КНС датчик „Криос ДА" наи­более перспективен в диапазоне давлений от 0,1 до 10 МПа. Основная по­грешность 1 %, дополнительная погрешность не превышает 2 % в диапазо­не 4—77 К и 4 % — в диапазоне температур 77—300 К.

К контрольному вопросу № 8

Вы ошиблись. Силовая компенсация позволяет существен­но уменьшить нелинейность УЧЭ. Однако при этом не устраняет­ся нелинейность цепи обратной связи, величина которой доходит до 50 % предела основной допускаемой погрешности.

Вам следует еще раз просмотреть разд. 4.3.

В связи с широким внедрением ЭВМ в системы контроля, регулиро­вания и управления производственными и технологическими процессами наметилась тенденция разработки совместных с ними миниатюрных мик­ропроцессорных аналого-цифровых преобразователей, встроенных в по­лупроводниковые датчики (например, датчик ST-3000 с погрешностью 0,1 %, разработанный американской фирмой „Honeuwell". Однако указанное не исключает дальнейшее развитие современных относитель­но дешевых полупроводниковых датчиков.