磁阻角度传感器在石油井径测井仪中应用.pdfVIP

石 油 仪 器 PETRoLEUM INSTRUMENIS 2012年 6月 · 开发设计 · 磁阻角度传感器在石油井径测井仪中的应用 陈国栋 宋滨滨 王建红 (中海油田服务股份有限公司油田技术事业部 河北 燕郊) 摘 要：文章讲述 了基于磁 阻效应的磁 阻角度传感器的-7-作原理。介绍了角度的相关计算方法以及磁 阻角度传感器在井 径测井仪中的应用。 关 键 词：磁 阻效应；传感器；角度 ；坡莫合金 中图法分类号：P631．81 文献标识码：B 文章编号：1004—9134(2012)03—0010—02 上式中Pe和Po分别为有磁场和无磁场时的电阻率 。 0 引 言 随着传感器技术的发展，角度传感器成为仪表测 量、工业 自动化、航空航海领域的一种重要传感器 。 基于磁阻效应的磁阻角度传感器以其体积小，功耗 低 ，测量精度高，抗干扰能力强 ，温度漂移小等优 点，在各个行业中得到了广泛的应用 。在石油测井行 业中，可以利用磁阻角度传感器作为井径测井仪的核 图I 磁阻效应原理 心传感器，采用非接触测量角度的方式来测量井径， 1．2 磁阻传感器的工作原理及测量方法 解决传统井径测井仪采用接触式机械测量臂带动滑动 磁阻传感器一般采用坡莫合金，其相对磁阻变化 电位器的测量方式所导致的高温特性差、测量精度 为 2％～ 3％。磁 阻传感器 的工作原理及典型的 低 、不易密封、在恶劣环境下作业时性能不稳定的问 (Magneto—Resistive)响应 曲线如图2所示 。 题 。本文突破了传统的设计思路 ，提出了一种基于磁 阻角度传感器的新型的井径测井仪。 1 磁阻传感器的工作原理 1．1 磁 阻效应 某些金属或半导体在磁场中阻抗发生变化的现象 叫磁阻效应 。对如图 1所示的半导体薄片施加恒定的 (a)磁阻传感器 的工作原理 (b)磁 阻响应 曲线 直流电流，。当薄片置于图示所示的磁场 中时，半导 图2 磁阻传感器工作原理及相应曲线 体 内的载流子将受到图示洛仑兹力 的作用而发生偏 转，导致m、 端产生电荷积聚，因而产生霍尔电场 。 当没有外加磁场时，磁阻传感器有一个 内部磁 此时，载流子将受到电场力 的作用，方向与洛仑兹 场 ，该磁场与传感器的几何形状 、材质和工艺等参数 力方向相反。如果某一速度的载流子所受到的电场力 相关。若此时给磁阻传感器施加一个外加磁场，则在 ． 和洛仑兹力 正好抵消，那么小于该速度的载流子 外部磁场和内部磁场的共同作用下，产生一个与电流 将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数 目 方 向之间夹角为 的内部磁化向量 。此时传感器的 将减少，使该方向的电阻增大 ，表现为磁阻效应 。通 阻值将发生变化，阻抗变化的函数关系如式 (2)所 常用电阻率的相对改变量来表示磁阻： 示 [1]= r ， B-- MR一 一P PO — — ()一p0 + in26一R0-t-ARsin (2) P Po 第一作者简介：陈国栋，男，1963年生，高级工程师，1986年毕业于