数字式粘滞系数测定仪

摘要

钻井液在钻井中起到润滑、冷却等作用，是钻井的血液。随时了解钻井液的状况，及时进行处理，有利于实现安全优质的钻井作业。现场评价高密度钻井液润滑性的仪器主要是粘滞系数测定仪。粘滞系数测定仪的工作原理是物体在斜面上受重力、支持力和摩擦力的作用做匀速运动时，物体和斜面之间的摩擦系数和斜面的倾角正切值成正比。测量出物体匀速滑动时斜面的倾角，就可以得到物体和斜面之间的摩擦系数值。然而目前使用的粘滞系数测定仪是通过手工测角、查表得出滤饼的粘滞系数，存在系统误差大，自动化程度低等问题。本文针对以上问题在测量方法、确定滑块开始滑动时间和显示技术等三方面对粘滞系数测定仪进行改进，研制了一台新型的数字式粘滞系数测定仪。 论文的前两章介绍了选题背景、意义以及粘滞系数测定的基本原理。从目前评价钻井液润滑性能评价的方法和各种技术的优势及不足等方面综述了国内外发展现状，并且介绍了仪器设计中所应用的原理。论文的第三至五章是论文的主体——作者完成的主要工作，包括:粘滞系数测定仪的光电检测设计、系统电路设计与实现、系统软件实现和测试。 第三章是粘滞系数测定仪的光电检测设计。在角度的测定和滑块的运动状态监测两个方面应用光电耦合器。首先在角度的测定方面，采用槽式光电耦合器进行角度的累计测定，阐述光耦的计数方式和分辨率的计算;在滑块的运动状态监测方面，采用对射式光电耦合器，对射式光耦接收到平行光照射时，单片机控制电机停转。主动轮的齿数10，从动轮的齿数120，码盘的齿数60，计算得到光耦测角的分辨率达到0.5°。 第四章是系统的电路设计及实现。选用ATmega16L单片机作为主控制芯片，槽式光电耦合器用于计数电路;对射式光电耦合器，用于监测滑块的状态;并采用LCD进行数字化显示。实现了自动测定、直接显示粘滞系数的功能。简化了操作，提高了自动化水平。 第五章是系统软件实现和测试。针对硬件设计，编制相关软件，并对粘滞系数测定仪进行测试。结果显示，改进后的粘滞系数测定仪，继承了原有的测试功能，增加了光电角度测量及滑块运动状态检测，使仪器的自动化水平大为提高。对数据进行对比分析，改进后的结果相对误差小于0.5％。此外，为尽量减小测量误差，进行了最大静置时间的测定。不同的滤饼材料，具有不同的最大静置时间。在测定同一类钻井液的粘滞系数时，只要先测出最大静止时间，随后的的测定直接做最大静置时间即可。 第六章论文工作总结，同时提出了进一步的工作设想和展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 研究进展

1．3 本文主要内容和安排

2 粘滞系数测定的基本原理

2．1 摩擦系数

2．1．1 钻井作业中的摩擦与润滑

2．1．2 摩擦系数的测定

2．2 粘滞系数测定中的光电检测

2．2．1 光电元件

2．2．2 光电耦合器的分类

2．2．3 光电耦合器的典型应用

本章小结

3 粘滞系数测定仪的光电检测设计

3．1 角度的测定

3．2 滑块运动状态监测

本章小结

4 系统电路设计与实现

4．1 总体框架图

4．2 电路设计

4．2．1 主控制器

4．2．2 液晶显示

4．3．3 数据采集

4．2．4 电动机的驱动控制模块

本章小结

5 系统软件实现与测试

5．1 系统软件流程

5．2 软件模块设计

5．2．1 初始化及主循环程序

5．2．2 LCD显示程序

5．2．3 键盘扫描程序

5．2．4 数据采集程序

5．2．5 故障处理程序

5．3 系统测试分析

5．3．1 主要技术指标

5．3．2 使用方法

5．3．3 测试

本章小结

6 总结展望

6．1 本文工作总结

6．2 工作展望

参考文献

附录

致谢

个人简历