钻井浆液粘度测定专用恒温控制系统论文和设计

全文摘要

本实用新型涉及恒温测控技术，特别是钻井浆液粘度测定专用恒温控制系统，在水浴锅内设置有测试容器，铜镍导线的热端与铁导线的热端绞合成呈双绞线状的温度测量端，在温度测量端上固定涂覆有焊锡导电固定套，在焊锡导电固定套上固定涂覆有AB胶防水绝缘套，电加热棒固装在水浴锅内壁上，热电式感应探头在测试容器内固装于测试容器内周壁上，在测试容器内部固装有数字旋转粘度计，计算机有线电连接数据采集器，数字式温控器的微控制器有线电连接数据采集器，铜镍导线的冷端与铁导线的冷端有线电连接微控制器，数字式温控器的电源输出端电连接电加热棒。本实用新型结构简单、成本低廉、适应性强，可比较稳定控制并实时监测钻井浆液的实际温度。

主设计要求

1.一种钻井浆液粘度测定专用恒温控制系统，包括用于盛装水且总体呈方盒状的方盒状的水浴锅，用于盛装钻井浆液且总体呈圆筒状且顶端设置有敞口的测试容器和数字旋转粘度计；其特征在于：还包括计算机、数据采集器、数字式温控器和电加热棒；数字式温控器内部设置有微控制器且外部设置有电源输入端和电源输出端；当钻井浆液粘度测定专用恒温控制系统处于工作状态时，在锅口朝上的水浴锅内设置有敞口朝上的测试容器，热电偶包括第一绝缘塑料包裹层、铜镍导线、第二塑料绝缘包裹层、铁导线、由焊锡构成的焊锡导电固定套和由AB胶构成的AB胶防水绝缘套，铜镍导线除自身热端与冷端以外的剩余部分全部由第一绝缘塑料包裹层包覆，铜镍导线的冷端与热端均裸露在第一绝缘塑料包裹层之外，铜镍导线被第一绝缘塑料包裹层包覆的部分和第一绝缘塑料包裹层组成铜镍绝缘漆包线，铁导线除自身热端与冷端以外的剩余部分全部由第二绝缘塑料包裹层包覆，铁导线的冷端与热端均裸露在第二绝缘塑料包裹层之外，铁导线被第二绝缘塑料包裹层包覆的部分和第二绝缘塑料包裹层组成铁绝缘漆包线，铜镍绝缘漆包线与铜镍绝缘漆包线组配成绝缘热电导线，铜镍导线的热端与铁导线的热端以围绕彼此沿螺旋线延伸的方式相互缠绕与接触而在绝缘热电导线的前端绞合成呈双绞线状的温度测量端，在温度测量端上固定涂覆有包覆温度测量端且使铜镍导线的热端与铁导线的热端相互电连接的焊锡导电固定套，在焊锡导电固定套上固定涂覆有包覆焊锡导电固定套的AB胶防水绝缘套，温度测量端、焊锡导电固定套与AB胶防水绝缘共同构成热电式感应探头，电加热棒固装在水浴锅内壁上，测试容器周壁整体为实芯且内设有穿线孔道，穿线孔道向上经测试容器的实芯周壁贯通至测试容器顶端环绕敞口的环形端面而形成进线孔口，穿线孔道向下经测试容器的实芯周壁贯通至测试容器内周壁而形成出线孔口，测试容器外界通过贯穿测试容器的实芯周壁的穿线孔道连通测试容器内部，绝缘热电导线经进线孔口、穿线孔道及出线孔口穿过测试容器的实芯周壁，绝缘热电导线的前端相应设置有的热电式感应探头在测试容器里固装于测试容器内周壁上且热电式感应探头的AB胶防水绝缘套与出线孔口静密封固定配合，在测试容器内部悬空竖立固装有数字旋转粘度计，数字旋转粘度计自身设有的转子置于数字旋转粘度计本体的下端且不接触但靠近测试容器底部的内壁，计算机以和数据采集器相互通信的模式通过第一数据线有线电连接数据采集器，数字式温控器的微控制器以单向通信数据采集器的模式通过第二数据线有线电连接数据采集器，铜镍导线的冷端与铁导线的冷端以将彼此之间的热电动势差形成的弱电信号单向发送给微控制器的模式有线电连接数字式温控器的微控制器，数字式温控器的电源输出端以通过电力输送线给电加热棒供电的模式电连接电加热棒。

设计方案

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及恒温测控技术，特别是钻井浆液粘度测定专用恒温控制系统。

背景技术

目前，在对钻井浆液（包括水泥浆、泥浆、两种浆液的混合浆）性能的研究中，发现温度对其粘度影响显著，故保证粘度计工作时，浆液温度稳定至关重要。常见的保温方式有水浴和恒温室，前者通过加热棒加热水，从而为浆液提供高热量，实验发现，水浴设备显示的是水浴锅中水的温度，与钻井液的温差不可忽略，且不易控制；后者占用资源多（包括空间、能源等），且温控量程小（由人的正常生理承受能力决定）。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钻井浆液粘度测定专用恒温控制系统，该系统结构简单、成本低廉、适应性强，克服水浴温度不能直接较为精确反映钻井浆液实际温度的不足，可比较稳定控制并实时监测钻井浆液的实际温度，测得数据可自动保存。

本实用新型的目的是这样实现的：一种钻井浆液粘度测定专用恒温控制系统，包括用于盛装水且总体呈方盒状的方盒状的水浴锅，用于盛装钻井浆液且总体呈圆筒状且顶端设置有敞口的测试容器和数字旋转粘度计；还包括计算机、数据采集器、数字式温控器和电加热棒；数字式温控器内部设置有微控制器且其外部设置有电源输入端和电源输出端；当钻井浆液粘度测定专用恒温控制系统处于工作状态时，在锅口朝上的水浴锅内设置有敞口朝上的测试容器，热电偶包括第一绝缘塑料包裹层、铜镍导线、第二塑料绝缘包裹层、铁导线、由焊锡构成的焊锡导电固定套和由AB胶构成的AB胶防水绝缘套，铜镍导线除自身热端与冷端以外的剩余部分全部由第一绝缘塑料包裹层包覆，铜镍导线的冷端与热端均裸露在第一绝缘塑料包裹层之外，铜镍导线被第一绝缘塑料包裹层包覆的部分和第一绝缘塑料包裹层组成铜镍绝缘漆包线，铁导线除自身热端与冷端以外的剩余部分全部由第二绝缘塑料包裹层包覆，铁导线的冷端与热端均裸露在第二绝缘塑料包裹层之外，铁导线被第二绝缘塑料包裹层包覆的部分和第二绝缘塑料包裹层组成铁绝缘漆包线，铜镍绝缘漆包线与铜镍绝缘漆包线组配成绝缘热电导线，铜镍导线的热端与铁导线的热端以围绕彼此沿螺旋线延伸的方式相互缠绕与接触而在绝缘热电导线的前端绞合成呈双绞线状的温度测量端，在温度测量端上固定涂覆有包覆温度测量端且使铜镍导线的热端与铁导线的热端相互电连接的焊锡导电固定套，在焊锡导电固定套上固定涂覆有包覆焊锡导电固定套的AB胶防水绝缘套，温度测量端、焊锡导电固定套与AB胶防水绝缘共同构成热电式感应探头，电加热棒固装在水浴锅内壁上，测试容器周壁整体为实芯且内设有穿线孔道，穿线孔道向上经测试容器的实芯周壁贯通至测试容器顶端环绕敞口的环形端面而形成进线孔口，穿线孔道向下经测试容器的实芯周壁贯通至测试容器内周壁而形成出线孔口，测试容器外界通过贯穿测试容器的实芯周壁的穿线孔道连通测试容器内部，绝缘热电导线经进线孔口、穿线孔道及出线孔口穿过测试容器的实芯周壁，绝缘热电导线的前端相应设置有的热电式感应探头在测试容器里固装于测试容器内周壁上且热电式感应探头的AB胶防水绝缘套与出线孔口静密封固定配合，在测试容器内部悬空竖立固装有数字旋转粘度计，数字旋转粘度计自身设有的转子置于数字旋转粘度计本体的下端且不接触但靠近测试容器底部的内壁，计算机以和数据采集器相互通信的模式通过第一数据线有线电连接数据采集器，数字式温控器的微控制器以单向通信数据采集器的模式通过第二数据线有线电连接数据采集器，铜镍导线的冷端与铁导线的冷端以将彼此之间的热电动势差形成的弱电信号单向发送给微控制器的模式有线电连接数字式温控器的微控制器，数字式温控器的电源输出端以通过电力输送线给电加热棒供电的模式电连接电加热棒。

本实用新型包括数字旋转粘度计、测试容器、数据采集器、数字式温控器、计算机、水浴锅、电加热棒。本实用新型使用原理为：①往内壁固装有热电式感应探头的测试容器中倒入事先已在养护箱中被养护至数字式温控器设定的目标时间的待测钻井浆液；②在距目标时间30分钟之时提前向水浴锅中（在水浴锅内自身壳壁与测试容器之间的空间）加水，使水完全淹住电加热棒；③通过操控数字式温控器设定启动电加热棒通过水加热待测钻井浆液至数字式温控器设定的目标温度；④当数字式温控器的微控制器通过其热电式感应探头侦测到浆液温度达到目标温度时，人工运行数字旋转粘度计，对浆液粘度进行测定。在本实用新型使用过程中，数据采集器实时高频次采集数字式温控器微控制器通过热电式感应探头有线反馈的实际电信号测量数值，并将包括目标温度数值在内的实际电信号测量数值有线转发给计算机存储。

本实用新型的有益效果是：该恒温控制系统结构简单、方便实用、成本较低、适应性强，解决水浴温度与测试过程中浆液实际温度不同的问题，当浆液实际温度低\/高于目标温度，数字式温控器自动打开\/关闭电加热棒，从而稳定较为精确地控制并实时监测钻井浆液的实际温度，设定的理论目标温度和测定的实际目标温度差值为1℃以内，测得数据可穿至计算机自动保存。

附图说明

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的俯视剖视结构示意图；

图2是图1中的A-A向平视剖视结构图；

图3是图1中的B-B向平视剖视结构图；

图4是热电式感应探头立体结构示意图。

图中，1为待测钻井浆液，2为数字旋转粘度计（由美国博勒飞(BROOKFIELD)公司生产，型号：DV-Ⅱ+Pro），3为测试容器，4为数据采集器(由美国赛默飞世尔科技公司(ThermoFisher Scientific)生产，型号：Datataker DT80G)，5为第一数据线，6为热电式感应探头，7为计算机，8为数字式温控器（由中国浙江欣拓新能源有限公司生产，型号: XT-SM8），9为电加热棒（水浴控制设备），10为水浴锅，11为焊锡导电固定套，12为AB胶防水绝缘套，13为绝缘热电导线，14为水。

具体实施方式

一种钻井浆液粘度测定专用恒温控制系统，如图1至图4所示，包括用于盛装水1且总体呈方盒状的水浴锅10，用于盛装钻井浆液且总体呈圆筒状且顶端设置有敞口的测试容器3和数字旋转粘度计2；还包括计算机7、数据采集器4、数字式温控器8和电加热棒9；数字式温控器8内部设置有微控制器（单片机）且外部设置有电源输入端（连接单相交流电电源且接入220V交流电电源的电源输入插头）和电源输出端（连接负载电加热棒9且输出1.5kw给负载的电源输出插孔）；当钻井浆液粘度测定专用恒温控制系统处于工作状态时，在锅口朝上的水浴锅10内设置有敞口朝上的测试容器3，热电偶包括第一绝缘塑料包裹层、铜镍导线、第二塑料绝缘包裹层、铁导线、由焊锡构成的焊锡导电固定套11和由AB胶构成的AB胶防水绝缘套12，铜镍导线除自身热端与冷端以外的剩余部分全部由第一绝缘塑料包裹层包覆，铜镍导线的冷端与热端均裸露在第一绝缘塑料包裹层之外，铜镍导线被第一绝缘塑料包裹层包覆的部分和第一绝缘塑料包裹层组成铜镍绝缘漆包线，铁导线除自身热端与冷端以外的剩余部分全部由第二绝缘塑料包裹层包覆，铁导线的冷端与热端均裸露在第二绝缘塑料包裹层之外，铁导线被第二绝缘塑料包裹层包覆的部分和第二绝缘塑料包裹层组成铁绝缘漆包线，铜镍绝缘漆包线与铜镍绝缘漆包线组配成绝缘热电导线13，铜镍导线的热端与铁导线的热端以围绕彼此沿螺旋线延伸的方式相互缠绕与接触而在绝缘热电导线13的前端绞合成呈双绞线状（麻花状）的温度测量端，在温度测量端上固定涂覆有包覆温度测量端且使铜镍导线的热端与铁导线的热端相互电连接的焊锡导电固定套11，在焊锡导电固定套11上固定涂覆有包覆焊锡导电固定套11的AB胶防水绝缘套12，温度测量端、焊锡导电固定套11与AB胶防水绝缘共同构成热电式感应探头6，电加热棒9固装在水浴锅10内壁上，测试容器3周壁整体为实芯且内设有穿线孔道，穿线孔道向上经测试容器3的实芯周壁贯通至测试容器3顶端环绕敞口的环形端面而形成进线孔口，穿线孔道向下经测试容器3的实芯周壁贯通至测试容器3内周壁而形成出线孔口，测试容器3外界通过贯穿测试容器3的实芯周壁的穿线孔道连通测试容器3内部，绝缘热电导线13经进线孔口、穿线孔道及出线孔口穿过测试容器3的实芯周壁，绝缘热电导线13的前端相应设置有的热电式感应探头6在测试容器3里固装于测试容器3内周壁上且热电式感应探头6的AB胶防水绝缘套12与出线孔口静密封固定配合，在测试容器3内部悬空竖立固装有数字旋转粘度计2，数字旋转粘度计2自身设有的转子置于数字旋转粘度计2本体的下端且不接触但靠近测试容器3底部的内壁，计算机7以和数据采集器4相互通信的模式通过第一数据线5有线电连接数据采集器4，数字式温控器8的微控制器以单向通信数据采集器4的模式通过第二数据线有线电连接数据采集器4，铜镍导线的冷端与铁导线的冷端以将彼此之间的热电动势差形成的弱电信号单向发送给微控制器的模式有线电连接数字式温控器8的微控制器，数字式温控器8的电源输出端以通过电力输送线给电加热棒9供电的模式电连接电加热棒9。

如图2所示，测试容器3置于盛有水14的水浴锅10中，测试容器3中装有待测钻井浆液1，测试容器3高度大于水14的深度且待测钻井浆液1的深度小于水14的深度，数字旋转粘度计3的转子按使用要求没入待测钻井浆液1中。

如图3所示，测试容器3中盛有待测钻井浆液1，热电式感应探头6紧贴测试容器3内壁固定，绝缘热电导线13从测试容器3的周壁内开设有的穿线孔道穿过。

如图4所示，热电式感应探头6的制作：把数字式温控器8所用的热电偶线（包括金色（铜镍合金金属线）和银色（铁）金属线）各自的一端表面剥去长5mm的塑料皮，将剥去塑料皮的金色（铜镍合金金属线）和银色（铁）金属线拧成麻花状，用焊锡均匀地抹薄薄一层于剥去塑料皮的金色（铜镍合金金属线）和银色（铁）金属线裸露表面上以使其形成焊锡导电固定套11，最后，用AB胶12包裹住焊锡导电固定套11以使其形成热电式感应探头6。因此，本实用新型所用的热电式感应探头6具有防水、价廉、制作方便等特点。

设计图

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主设计要求

设计方案

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