[发明专利]高压硫化氢环境用电阻应变式载荷传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种载荷传感器，特别涉及一种高压硫化氢环境用电阻应变式载荷传感器。

背景技术

随着对油气资源需求的逐渐增大，酸性油气田的开发数量逐年增多。在整个开发过程中不得不面临硫化氢腐蚀的威胁。硫化氢不仅可以作为酸性介质造成金属的腐蚀或穿孔，而且硫化氢可以使与金属反应时产生的氢保持原子状态，氢原子侵入到金属内部会导致设备发生氢致开裂、应力腐蚀开裂等多种形式的氢损伤，这大大降低了材料的服役性能，严重威胁到酸性油气田的安全生产。

因此在硫化氢环境下材料的应力应变测量就必不可少。其中，电阻应变片测量是运用最广泛的测量方法。但是在硫化氢环境下，普通的电阻应变片会由于硫化氢腐蚀断裂或由于氢的侵入造成电阻率发生变化，从而导致应变片失效或产生很大的零点漂移。因此，硫化氢会严重的影响到应变片的适应性、准确性和稳定性。这就导致普通应变片不适合于高压硫化氢环境下的应力应变测量，需要开发一种高压硫化氢环境下专用应变片。

目前，我国在传感器方面的研究还处在比较落后的阶段，尤其是高精度的压力传感器。在航空航天、石油化工等领域需要的高精度、高稳定性的压力传感器长期依靠进口。这严重影响到我国的生产需要、阻碍自主技术创新。

不过，我国由于高含硫化氢油气田的开发（以普光气田为代表）在高压硫化氢油气田开发方面的技术已处于世界较高水平。并且具备了完善的高含硫化氢油气生产开发能力。然而，我国在高压硫化氢环境中的安全保障方面仍然需要进一步加强：缺乏高压硫化氢环境中材料/整机耐久性检测装备和技术，不具有对高压硫化氢环境中的材料进行直接安全检测的能力。因此，为了保障高压硫化氢环境中材料的使用寿命和安全可靠地运行，必须要加强在高压硫化氢系统安全保障方面的技术研究。其中，高压硫化氢环境下应力应变测量是实现安全检测的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种专门用于高压硫化氢环境下测量材料应力应变的载荷传感器，以克服现有载荷传感器在高压硫化氢环境下自身腐蚀损坏及氢氢侵入产生较大零点漂移和蠕变的不足，保证了测量结果的准确性和稳定性，延长了传感器的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高压硫化氢环境用电阻应变式载荷传感器，包括传感器上壳、传感器下壳及弹性体，弹性体分别与传感器上壳、传感器下壳螺纹连接，弹性体中部均布有箔式应变片，箔式应变片与弹性体粘接，箔式应变片包括敏感栅、基底、覆盖层和引出线，敏感栅由胶黏剂粘在基底和覆盖层之间，引出线连接敏感栅，敏感栅的制作材料为铁基合金，敏感栅表面设有一层氢穿透阻隔薄膜，所述铁基合金按质量百分比计各元素的组成为：铬15-25%，镍2-7%，钼2-6%，铝1-6%，铁余量。

作为优选，所述敏感栅的厚度为5μm-20μm。

作为优选，所述氢穿透阻隔薄膜由铁过渡层和铝锌合金层组成，氢穿透阻隔薄膜加工时先采用磁控溅射技术在敏感栅表面沉积一层厚度为10-100nm金属铁形成铁过渡层，接着再沉积一层厚度为10-100nm的铝锌合金形成铝锌合金层。

作为优选，所述铝锌合金按质量百分比计各元素的组成为：锌5%-30%，铝余量。

作为优选，磁控溅射技术加工参数为：抽真空至6.7×10^-3 Pa，加热至300 ℃，400 V高压下Ar离子清洗后，60V电压下先沉积形成铁过渡层，然后沉积形成铝薄层。采用这样的参数，加工效果好。

作为优选，所述阻隔薄膜表面还采用等离子体氧化技术加工有一层厚度为1nm-10nm的氧化铝保护层。

作为优选，等离子体氧化技术加工参数为：使用的射频源频率为10-15MHz，射频源功率为2W/cm²，气源为氩气和氧气的按照5-10：1的体积比混合而成的混合气体，气体流量为49sccm ，反应室气压为1×10⁴-8×10⁴Pa，敏感栅温度控制为250℃，氧化时间为0. 5-2. 5h。采用这样的参数，加工效果好。

作为优选，传感器上壳、传感器下壳及弹性体的材料均采用C-276哈氏合金。由于高压硫化氢环境下腐蚀现象严重，因此，传感器上壳、传感器下壳及弹性体的材料均采用C-276哈氏合金，可以显著耐硫化氢腐蚀。