[发明专利]井下石英谐振式压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及压力传感器领域，特别是指一种用于石油开采领域里油井压力测量的井下石英谐振式压力传感器。

背景技术

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力传感器的种类繁多且应用领域极广，但是，能用于油田井下压力测量的传感器屈指可数。由于油井的压力大、温度高、井液侵蚀严重，工况环境恶劣，对测压传感器的要求较为苛刻。通常，国内多为应变式压力传感器，国外的有电容式和石英谐振式等几种。对于应变式、电容式压力传感器因其价格低廉，使用方便而被广泛采用，但其存在蠕变、滞后、温漂和电路复杂等诸多因素，使其测量精度一般在0.1％左右，不能满足诸如干扰试井、脉冲试井及探边测试等高精度测试的要求。对于这类高精度的油井测试，通常采用石英谐振式压力传感器来完成。

石英谐振式压力传感器采用石英晶体谐振器作为力敏元件。当被测参量发生变化时，它的固有振动频率随之改变，基于压电效应的激励和测量方法就可以获得与被测参量成一定关系的频率信号。这种传感器所采用的谐振器是用厚度切变振动模式BT切型石英晶体制作的。谐振器制成包括圆片形振子和受力机构的整体式结构。振子呈双凸形，受力机构为环绕圆片的圆筒形。振子和圆筒由同一块石英晶体整体加工而成，振子两侧上各有一对沿筒壁(由内腔延伸到外壁)覆盖的镀膜电极。为减少滞后误差，圆筒的端盖也采用与圆筒晶格连续同一块石英晶体加工，为提高振子的品质因数，圆筒和端盖严格密封，其内部空腔被抽成真空。石英圆筒能有效地传递周围的压力。当电极上加以激励电压时，利用逆压电效应使振子振动，同时电极上又出现交变电荷，通过与外电路相连的电极来补充这种电和机械等幅振荡所需的能量。当石英振子受静态压力作用时，振动频率发生变化，并且与所加压力成线性关系。在此过程中石英的厚度切变模量随压力的变化起了主要作用。其主要优点是精度高达0.025％以上，而且滞后和重复性均小、频率稳定性极佳。但它的结构复杂、加工困难、成本也高。由于振子的电极部分暴露在测试环境中，当圆筒围压的介质含有电解质成分时，会使传感器的输出幅值降低，严重时会导致不工作。为了抑制这种情况发生，通常将传感器用带有传压孔金属筒保护起来，采用毛细管充填纯净硅油来隔离井液，这给现场使用带来诸多不便。

对已有的石英谐振式压力传感器进行改造非常困难，为解决上述问题，确有必要另辟蹊径，设计一款新型的井下石英谐振式压力传感器，以克服其存在的技术缺陷。

发明内容

本发明提供一种井下石英谐振式压力传感器，其所要解决的主要技术问题是：传统的石英谐振式压力传感器结构复杂、加工困难、成本高，且振子的电极部分暴露在测试环境中，当圆筒围压的介质含有电解质成分时，会使传感器的输出幅值降低，严重时会导致不工作；而将传感器用带有传压孔金属筒保护起来，并采用毛细管充填纯净硅油来隔离井液的方式抑制传感器输出幅值降低，又会给现场使用带来诸多不便。

针对现有技术的不足，本发明提供一种井下石英谐振式压力传感器，其包括筒状的壳体、设置在所述壳体中的石英晶体谐振器以及支架，所述石英晶体谐振器嵌设于所述支架中，所述支架固定安装在所述壳体中；

所述壳体的一端中心部位预设有螺钉穿孔，所述螺钉穿孔中螺纹连接的插设有一用于调节预紧力的微调螺钉，所述微调螺钉与所述螺钉穿孔之间密封连接，所述壳体的另一端开设有压力检测窗，所述压力检测窗中密封的安装有弹性金属膜片，所述弹性金属膜片上对应于所述壳体中一侧的中心部位设有一凸柱；

所述石英晶体谐振器为具有五次泛音厚度切变振动模式的呈开口圆环片状4.992MHz石英晶体谐振器，所述石英晶体谐振器的切型为AT切型，所述石英晶体谐振器上焊接有一对电极引出端，所述一对电极引出端密封的穿过所述壳体上开设所述螺钉穿孔一端的侧壁；

所述支架上分别对应所述微调螺钉及凸柱的两侧均开设有插孔，所述微调螺钉与凸柱上相互对应的一端均分别穿过所述插孔插入所述支架中，所述呈开口圆环片状的石英晶体谐振器的力敏点位于外圆环面上，且所述石英晶体谐振器的力敏点分别与所述微调螺钉以及凸柱上相互对应的端面接触。

优选于：所述壳体上开设所述螺钉穿孔一端的侧壁中密封的插设有一真空导管，所述真空导管对应在所述壳体外的一端密封，所述壳体中的真空度为6×10^-1Pa。