井下石英諧振式壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓力傳感器領(lǐng)域，特別是指一種用于石油開采領(lǐng)域里油井壓力測量的井下石英諧振式壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。壓力傳感器的種類繁多且應(yīng)用領(lǐng)域極廣，但是，能用于油田井下壓力測量的傳感器屈指可數(shù)。由于油井的壓力大、溫度高、井液侵蝕嚴(yán)重，工況環(huán)境惡劣，對(duì)測壓傳感器的要求較為苛刻。通常，國內(nèi)多為應(yīng)變式壓力傳感器，國外的有電容式和石英諧振式等幾種。對(duì)于應(yīng)變式、電容式壓力傳感器因其價(jià)格低廉，使用方便而被廣泛采用，但其存在蠕變、滯后、溫漂和電路復(fù)雜等諸多因素，使其測量精度一般在0.1%左右，不能滿足諸如干擾試井、脈沖試井及探邊測試等高精度測試的要求。對(duì)于這類高精度的油井測試，通常采用石英諧振式壓力傳感器來完成。
[0003]石英諧振式壓力傳感器采用石英晶體諧振器作為力敏元件。當(dāng)被測參量發(fā)生變化時(shí)，它的固有振動(dòng)頻率隨之改變，基于壓電效應(yīng)的激勵(lì)和測量方法就可以獲得與被測參量成一定關(guān)系的頻率信號(hào)。這種傳感器所采用的諧振器是用厚度切變振動(dòng)模式BT切型石英晶體制作的。諧振器制成包括圓片形振子和受力機(jī)構(gòu)的整體式結(jié)構(gòu)。振子呈雙凸形，受力機(jī)構(gòu)為環(huán)繞圓片的圓筒形。振子和圓筒由同一塊石英晶體整體加工而成，振子兩側(cè)上各有一對(duì)沿筒壁(由內(nèi)腔延伸到外壁)覆蓋的鍍膜電極。為減少滯后誤差，圓筒的端蓋也采用與圓筒晶格連續(xù)同一塊石英晶體加工，為提高振子的品質(zhì)因數(shù)，圓筒和端蓋嚴(yán)格密封，其內(nèi)部空腔被抽成真空。石英圓筒能有效地傳遞周圍的壓力。當(dāng)電極上加以激勵(lì)電壓時(shí)，利用逆壓電效應(yīng)使振子振動(dòng)，同時(shí)電極上又出現(xiàn)交變電荷，通過與外電路相連的電極來補(bǔ)充這種電和機(jī)械等幅振蕩所需的能量。當(dāng)石英振子受靜態(tài)壓力作用時(shí)，振動(dòng)頻率發(fā)生變化，并且與所加壓力成線性關(guān)系。在此過程中石英的厚度切變模量隨壓力的變化起了主要作用。其主要優(yōu)點(diǎn)是精度高達(dá)0.025%以上，而且滯后和重復(fù)性均小、頻率穩(wěn)定性極佳。但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工困難、成本也高。由于振子的電極部分暴露在測試環(huán)境中，當(dāng)圓筒圍壓的介質(zhì)含有電解質(zhì)成分時(shí)，會(huì)使傳感器的輸出幅值降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致不工作。為了抑制這種情況發(fā)生，通常將傳感器用帶有傳壓孔金屬筒保護(hù)起來，采用毛細(xì)管充填純凈硅油來隔離井液，這給現(xiàn)場使用帶來諸多不便。
[0004]對(duì)已有的石英諧振式壓力傳感器進(jìn)行改造非常困難，為解決上述問題，確有必要另辟蹊徑，設(shè)計(jì)一款新型的井下石英諧振式壓力傳感器，以克服其存在的技術(shù)缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種井下石英諧振式壓力傳感器，其所要解決的主要技術(shù)問題是:傳統(tǒng)的石英諧振式壓力傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工困難、成本高，且振子的電極部分暴露在測試環(huán)境中，當(dāng)圓筒圍壓的介質(zhì)含有電解質(zhì)成分時(shí)，會(huì)使傳感器的輸出幅值降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致不工作；而將傳感器用帶有傳壓孔金屬筒保護(hù)起來，并采用毛細(xì)管充填純凈硅油來隔離井液的方式抑制傳感器輸出幅值降低，又會(huì)給現(xiàn)場使用帶來諸多不便。
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種井下石英諧振式壓力傳感器，其包括筒狀的殼體、設(shè)置在所述殼體中的石英晶體諧振器以及支架，所述石英晶體諧振器嵌設(shè)于所述支架中，所述支架固定安裝在所述殼體中；
所述殼體的一端中心部位預(yù)設(shè)有螺釘穿孔，所述螺釘穿孔中螺紋連接的插設(shè)有一用于調(diào)節(jié)預(yù)緊力的微調(diào)螺釘，所述微調(diào)螺釘與所述螺釘穿孔之間密封連接，所述殼體的另一端開設(shè)有壓力檢測窗，所述壓力檢測窗中密封的安裝有彈性金屬膜片，所述彈性金屬膜片上對(duì)應(yīng)于所述殼體中一側(cè)的中心部位設(shè)有一凸柱；
所述石英晶體諧振器為具有五次泛音厚度切變振動(dòng)模式的呈開口圓環(huán)片狀4.992MHz石英晶體諧振器，所述石英晶體諧振器的切型為AT切型，所述石英晶體諧振器上焊接有一對(duì)電極引出端，所述一對(duì)電極引出端密封的穿過所述殼體上開設(shè)所述螺釘穿孔一端的側(cè)壁；
所述支架上分別對(duì)應(yīng)所述微調(diào)螺釘及凸柱的兩側(cè)均開設(shè)有插孔，所述微調(diào)螺釘與凸柱上相互對(duì)應(yīng)的一端均分別穿過所述插孔插入所述支架中，所述呈開口圓環(huán)片狀的石英晶體諧振器的力敏點(diǎn)位于外圓環(huán)面上，且所述石英晶體諧振器的力敏點(diǎn)分別與所述微調(diào)螺釘以及凸柱上相互對(duì)應(yīng)的端面接觸。
[0007]優(yōu)選于:所述殼體上開設(shè)所述螺釘穿孔一端的側(cè)壁中密封的插設(shè)有一真空導(dǎo)管，所述真空導(dǎo)管對(duì)應(yīng)在所述殼體外的一端密封，所述殼體中的真空度為6X 10 1Pa0
[0008]優(yōu)選于:所述支架中對(duì)應(yīng)所述呈開口圓環(huán)片狀的石英晶體諧振器的軸向一端凸設(shè)有兩個(gè)卡鍵，所述兩個(gè)卡鍵分別抵卡在所述呈開口圓環(huán)片狀的石英晶體諧振器的軸向一端的端面兩側(cè)，且所述兩個(gè)卡鍵分別對(duì)應(yīng)所述殼體的徑向方向，所述支架中對(duì)應(yīng)所述呈開口圓環(huán)片狀的石英晶體諧振器的軸向另一端設(shè)置有一環(huán)形墊片，所述石英晶體諧振器嵌設(shè)在所述兩個(gè)卡鍵與所述環(huán)形墊片之間。
[0009]優(yōu)選于:所述呈開口圓環(huán)片狀的石英晶體諧振器上分別與所述微調(diào)螺釘以及凸柱接觸的部位設(shè)有受力平面。
[0010]優(yōu)選于:所述呈開口圓環(huán)片狀的石英晶體諧振器的外表面上鍍有黃金膜。
[0011]優(yōu)選于:所述螺釘穿孔的孔肩上開設(shè)有沉孔，所述微調(diào)螺釘?shù)尼旑^沉入所述沉孔中，所述釘頭的外軸面上開設(shè)有環(huán)狀嵌槽，所述環(huán)狀嵌槽中嵌設(shè)有O型密封圈，所述O型密封圈密封墊設(shè)于所述釘頭的外軸面與所述沉孔的內(nèi)孔壁之間。
[0012]優(yōu)選于:所述彈性金屬膜片的外邊緣密封的焊接在所述殼體的壓力檢測窗中，所述彈性金屬膜片上對(duì)應(yīng)所述殼體外的一側(cè)開設(shè)有環(huán)狀溝槽。
[0013]優(yōu)選于:所述殼體呈圓筒狀，所述殼體上位于兩端的外軸面上分別設(shè)置有外螺紋段。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明采用單片石英晶體諧振器和彈性金屬膜片為作為壓力敏感元件，與整體結(jié)構(gòu)的石英晶體壓力傳感器相比，其結(jié)構(gòu)簡單，成本及其低廉，頻率穩(wěn)定高，并保持了較高的測壓精度(0.05% ); 2、以彈性金屬膜片為壓力敏感元件，當(dāng)外界壓力作用于彈性金屬膜片時(shí)，轉(zhuǎn)換成彈性金屬膜片的中心沿力的方向向一側(cè)位移，彈性金屬膜片聯(lián)動(dòng)凸柱軸向運(yùn)動(dòng)，作用到諧振器的力敏點(diǎn)上，諧振器的頻率隨作用力變化而變化，利用諧振器的頻率變化來檢測被測壓力的大小，采用彈性金屬膜片實(shí)現(xiàn)壓力到力的轉(zhuǎn)換，同時(shí)具有隔離不同介質(zhì)的作用，能夠有效的隔離了井液對(duì)傳感器的侵蝕，現(xiàn)場使用及其方便；
3、殼體內(nèi)部呈真空度為6X101Pa的真空狀態(tài)，進(jìn)而能夠減少石英晶體諧振器的振動(dòng)阻尼，使石英晶體諧振器更容易起振，能夠有效的確保測壓精度。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的設(shè)有微調(diào)螺釘一端的端面示意圖。
[0016]圖2為沿圖1中A-A的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為沿圖1中B-B的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下將結(jié)合附圖1至3以及較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的一種井下石英諧振式壓力傳感器作更為詳細(xì)說明。
[0019]實(shí)施例一:
本發(fā)明提供一種井下石英諧振式壓力傳感器，其包括筒狀的殼體1、設(shè)置在所述殼體I中的石英晶體諧振器2以及支架3，所述石英晶體諧振器2嵌設(shè)于所述支架3中，所述支架3固定安裝在所述殼體I中；所述殼體I的一端中心部位預(yù)設(shè)有螺釘穿孔，所述螺釘穿孔中螺紋連接的插設(shè)有一用于調(diào)節(jié)預(yù)緊力的微調(diào)螺釘11，所述微調(diào)螺釘11與所述螺釘穿孔之間密封連接，所述殼體I的另一端開設(shè)有壓力檢測窗，所述壓力檢測窗中密封的安裝有彈性金屬膜片4，所述彈性金屬膜片4上對(duì)應(yīng)于所述殼體I中一側(cè)的中心部位設(shè)有一凸柱41 ；所述石英晶體諧振器2為具有五次泛音厚度切變振動(dòng)模式的呈開口圓環(huán)片狀4.992MHz石英晶體諧振器，所述石英晶體諧振器2的切型為AT切型，即切型為(YXL)35°的厚度切變振動(dòng)模式，所述石英晶體諧振器2上焊接有一對(duì)電極引出端21，所述一對(duì)電極引出端21密封的穿過所述殼體I上開設(shè)所述螺釘穿孔一端的側(cè)壁；所述支架3上分別對(duì)應(yīng)所述微調(diào)螺釘11及凸柱41的兩側(cè)均開設(shè)有插孔，所述微調(diào)螺釘11與凸柱41上相互對(duì)應(yīng)的一端均分別穿過所述插孔插入所述支架3中，所述呈開口圓環(huán)片狀的石英晶體諧振器2的力敏點(diǎn)位于外圓環(huán)面上