[发明专利]内外环嵌套式压扭传感器弹性体结构及感应元件密封方法

说明书

本发明提供了一种内外环嵌套式压扭传感器弹性体结构及感应元件密封方法，涉及感应设备和钻进设备技术领域，解决了传感器粘贴不便以及密封失效的问题。该结构包括嵌套外壳、胶筒、应变片、防水垫圈和异形紧固螺母，嵌套外壳沿轴线设置有导流口，嵌套外壳还具有安装槽，胶筒固定设置在安装槽内，应变片贴设在胶筒上，胶筒和安装槽的筒壁之间设置有连接层，防水垫圈压设在胶筒的端部并与安装槽的开口贴合，异形螺母装配在安装槽的开口位置。嵌套外壳可以和钻杆等设备连接，应变片配置在构建的应变场区域内，从而方便监测压力和扭矩，另外该弹性体结构还具有密封性好，提高监测部件的使用寿命，加工简单，安装方便等优点。

技术领域

本发明涉及感应设备和钻进设备技术领域，尤其是一种内外环嵌套式扭传感器弹性体结构及感应元件密封方法。

背景技术

传感器是一种将被测量的信息按一定规律转换为电信号或其他所需形式的信息输出的检测装置，能够满足信息的传输﹑处理、存储、显示、记录和控制等要求。在电阻应变式传感器设计制造领域，如何保证材料及构件的形变、应变得到实时的准确的测量，同时保证应变元件的密封是长期存在的难点和热点问题。

目前，在现场工程施工过程中，传感器参数的精确测量对高效、安全生产十分重要。压扭传感器是工业领域中测量受力部件压力和扭矩的常用工具。现有的压扭传感器在测量过程中，往往由于传感器内外部结构以及应变片布局方式，导致传感器的测量精度不佳，且传统的压扭传感器不具备防水、防高压功能，难以使得传感器适应更为复杂的工作环境。例如，在煤矿生产过程中，一般由钻孔外测量仪表测得数据推算近钻头处钻压、扭矩，但钻孔外钻杆和近钻头处钻杆受力差异性较大，导致推算结果的可信度低，且近钻头处传感器长时间处于钻孔内，受到钻孔内水和粉尘的影响，传感器测量元件和电路易发生损坏，极易引起事故发生；在石油钻井过程中，随着钻井深度的增加，实时测量钻进过程中钻井工程参数变化的传感器在内部泥浆外部石油的高压作用下极易发生损坏，导致测量元件浸透失效，给钻井生产的安全与效率带来很大影响；在深海取样作业中，海浪和洋流以及深海强水压对水下监测传感器的外形结构、密封技术及防水抗压性能要求很高。因此，要使得传感器测量钻压、扭矩的结果更为准确，更好地指导工程施工过程，传感器材料结构以及对测量感应元件的密封是传感器长时间稳定工作的前提。

由此可见，在复杂环境下压扭传感器的设计需要解决以下两个问题：第一，水、泥浆、或粉尘侵入传感器内部导致测量电路无法正常工作；第二，测量元件与测量电路需要放置在不同槽体内，槽体间需要开导线孔，而在部件内部加工导线孔困难，往往需要分别加工，然后再焊接到一起，工序繁琐不易于加工。为此，需要对现有的传感器的安装部件及密封方法做进一步的改进。

发明内容

为了解决复杂环境下传感器粘贴不便，以及密封失效导致的传感器无法工作的问题，本发明提供了一种内外环嵌套式压扭传感器弹性体结构及感应元件密封方法，具体的技术方案如下。

一种内外环嵌套式压扭传感器弹性体结构，其特征在于，包括嵌套外壳、胶筒、应变片、防水垫圈和异形紧固螺母，所述嵌套外壳沿轴线设置有导流口，嵌套外壳上还开设有安装槽，胶筒固定设置在安装槽内，应变片贴设在胶筒上；所述胶筒和安装槽的筒壁之间设置有连接层，防水垫圈压设在胶筒的端部并与安装槽的开口贴合，异形紧固螺母装配在安装槽的开口位置；所述嵌套外壳的两端设置有安装部。

优选的是，连接层为液态胶制作而成，所述安装槽的空间内形成应变场监测区域。

优选的是，安装槽的开口处设置有螺纹，异形紧固螺母和安装槽的螺纹相互配合，异形紧固螺母封堵安装槽的开口。

优选的是，应变片沿着胶筒360°展开并粘贴，应变片固定在应变场监测区域中。

优选的是，嵌套外壳为一体式结构，使用合金模具钢制作而成；嵌套外壳的制作具体是：合金模具钢进行球化退火，粗加工后进行应力退火；嵌套外壳最终的热处理在真空炉中进行，热真空度为10-8，淬火温度冷却时充入高纯度氮气，回火时进行两次充气冷却后，在进行一次随炉冷却。