氣動抗震壓力變送器主要是與石油機械產品———地面防噴器控制裝置、節流管匯控制箱配套使用。地面防噴器控制裝置用于在鉆油井、氣井時, 控制井口防噴器組及放噴閥的開啟和關閉, 以防止在鉆井、修井作業中發生井噴事故, 是油田確保安全作業不可缺少的重要裝置之一。變送器也可以用于節流管匯控制中, 它能夠將套管、立管中的泥漿壓力值轉換為低壓氣壓值, 以低壓氣壓表顯示高壓泥漿壓力值, 方便進行遠距離傳輸和控制。

變送器由活塞組件、調節閥組件、膜片組件及外殼等組成。其主要部件結構如圖1~圖3所示。

新型氣動抗震壓力變送器是基于力平衡原理而設計的, 即油壓 (或泥漿壓力值) 作用在活塞桿向上的力F油與輸出氣室氣壓作用在膜片組件向下的力F出相等, 即:

式中:P油為作用在活塞桿上的壓力, 單位MPa;S1為活塞桿的有效面積;P出為作用在膜片組件上的壓力, 單位MPa;S2為膜片組件的有效面積。

變送器為氣源驅動, 當氣源壓力P氣進入輸入氣室后, 若無測量壓力信號, 調節閥組件內的閥針關閉, 氣源壓力被封閉于輸入氣室, 此時輸出氣室與大氣相通, 壓力P出為零。當從活塞組件的密封墊處加入測量壓力信號P油后, 密封墊產生變形使活塞組件中的活塞桿推動膜片組件向上移動, 首先關閉放氣嘴, 使輸出氣室與大氣隔斷, 然后膜片組件繼續上移, 將調節閥內的閥針打開, 輸入氣室的氣壓流入輸出氣室中形成輸出氣壓P出, 該壓力對膜片組件產生向下的推力, 以克服活塞桿對膜片組件向上的推力, 直到分別作用在膜片組件上下的壓力與集中力達到平衡為止, 此時輸出氣室的壓力P出即為變送器的輸出壓力。

從式 (1) 可以看出, 當將活塞桿的面積選的較小 (S1比較小) , 膜片組件的面積選的較大 (S2較大) , 而公式必須兩邊相等時, 必須使P油>P出, 當S1和S2的面積固定時, 壓力變送就成線性關系, 從而能夠將管道中的油壓或套管、立管中的泥漿高壓力值 (一般為25 MPa, 40 MPa) 轉換為低壓氣壓值0.2MPa, 以低壓壓力表顯示高壓泥漿壓力值, 在系統中較低的壓力也方便進行遠距離傳輸和控制。具體的壓力轉化值對應關系見表1。另外, 在設計時, 還需要綜合考慮系統壓力損失和克服零部件自身重量引起的誤差影響, 因此, 在理論計算的基礎上, 對活塞桿及膜片組件的有效面積需要適當調整, 才能完全滿足要求。

變送器在系統中按圖4連接方式進行安裝。當把一定的氣源壓力接入變送器后, 輸入壓力信號檢查相應的輸出壓力, 當由于系統誤差的累積導致壓力變送后的壓力與表1中輸出標準值相差較大時, 變送器可以進行補償, 當輸出壓力低于標準值時, 順時針旋轉調節閥, 使輸出壓力增大, 反之, 則逆時針旋轉調節閥, 使輸出壓力減小, 從而可以進行系統誤差的補償。

該產品是QBY型氣動壓力變送器的替代產品, QBY型變送器是基于杠桿平衡原理而設計的, 當測量信號進入測量容室時, 壓力信號作用于膜片 (或波紋管、彈簧管) 時便產生一個測量力, 這個力使主杠桿繞支點膜片旋轉, 使噴嘴擋板的間隙變小, 導致放大器輸出壓力上升, 這個壓力進入反饋波紋管, 產生反饋力, 推動主杠桿向反方向轉動, 當反饋力矩和測量力矩相等時, 主杠桿就穩定在一個平衡位置上, 這時放大器就輸出與測量壓力成反比例的氣壓信號, 輸出信號為0.02~0.1 MPa。QBY型變送器相比該文產品測量范圍寬, 調整范圍大, 缺點是結構較為復雜, 不易調整, 穩定性差, 不耐震動。

由于套管與立管中的泥漿壓力波動較大, 且泥漿有一定的腐蝕性。新型壓力變送器的設計結構特殊, 具有精度高, 抗震性能好, 抗腐蝕性強, 安裝、調整方便, 工作時沒有氣量持續消耗, 且天然防爆等優點, 故也可用于其他惡劣環境下的壓力檢測, 可以實現把高壓的壓力值 (常用為25 MPa, 40 MPa) 變送成輸出信號為0~0.2 MPa的氣壓壓力值;缺點是調整范圍較窄, 只能通過微調變送器來糾正系統壓力誤差, 如果過度調整變送器必然使其處于非正常工作狀態。

新型氣動抗震壓力變送器現已廣泛地應用于國內各大石油機械廠生產的防噴器、節流管匯控制箱上, 經過現場的運行、測試, 性能穩定, 質量可靠, 完全滿足使用要求。特別是在石油機械產品防噴器、節流管匯中, 已完全替代原有的壓力變送器。