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霍尔开关在转盘扭矩测量中的应用

返回列表 来源:华芯霍尔元件 浏览:0 发布日期:2020-07-29 08:45:59【

在石油钻井作业中,转盘扭矩是指钻具上扭矩的大小,它可以反映井斜、卡钻等井下工况,也能反映钻头使用情况。在钻头使用后期,转盘扭矩可能会发生异常。另外,有时它还能反映地层变化。因此,准确测量转盘扭矩,对于安全,高效、快速地钻井十分重要。

目前比较广泛使用的测量方法有两种。一是利用过桥轮式机械液压传压装置。将扭矩信号转换为液体压力信号,然后传人固态压阻式传感器进行测量。主要用于链条驱动转盘的钻机,它是使用最广泛的方法;二是采用霍尔传感器,用于测量以直流电机驱动转盘的钻机,例如海上钻机和陆地上6000m以上钻机。

对于驱动转盘的他激式直流电机。当转盘转速一定时,应有

式中:Φ为由励磁绕组产生的主磁通量Wb;I为电枢电流A;Km为电机常数Nm/WbA;M为电机输出轴转矩Nm。

电机输出轴通过减速比为i的齿轮传动装置,带动转盘输出轴。考虑传动损失,设其机械效率为η,则:

式中:Mr为转盘扭矩。将式(1)代人式(2),整理得:

对于一定的电机和传动装置。且励磁电流恒定时,KM,φ,i及η均为常数,令

式(4)表明,以直流电机驱动的钻机驱动电机的电枢电流与转盘扭矩成正比。因此,可通过测量电机的电枢电流间接测量转盘扭矩。测量电枢电流有两种方法。一是采用分流电路直接测量电枢电流,这将在仪表电路中引人高电压,而且准确度也难以保证;另一种方法是霍尔效应法,其基本原理是:在载流导体的周围存在着磁场,且磁场强度与导体电流大小成正比。对于处于该磁场中的霍尔开关,当其激励电流恒定,且激励电流的方向与磁场强度的方向之间的夹角不为零时,则在霍尔开关平行于磁场强度方向激励电流方向的两侧面之间会产生电动势,该电动势的大小正比于载流导体中的电流的大小。

因此,可以用霍尔开关来测量大电流。当用瞿尔式传感器来测电枢电流时。传感器输出电压大小为:

式中:UH为霍尔电势;RH为传感器等效电阻;I为被测电流,即电枢电流A。

从上面可看出,利用霍尔式传感器测量大的直流电流时,传感器相当于一个电阻,但和被测电路无直接的电气联系,使用方便而又安全可靠。

以式(4)代人式(5)得

式中:K=aRH,为常数。该式表明,传感器的输出电压与转盘扭矩成正比。若电枢电流比较小,为了提高测量炅敏度,可以增加穿过传感器的电源线的匝数,如图1b所示。

在传感器上印有指明正电源线穿人面的标志(见图1)。穿线时,必须保证正电流流人带有标志的一面。穿过传感器的电源导线,应使用非磁性屏蔽的绝缘导线,因为霍尔开关测的是磁感应强度。

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