井下石英諧振式壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及壓力傳感器領域，特別是指一種用于石油開采領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】
[0002]壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。壓力傳感器的種類繁多且應用領域極廣，但是，能用于油田井下壓力測量的傳感器屈指可數。由于油井的壓力大、溫度高、井液侵蝕嚴重，工況環境惡劣，對測壓傳感器的要求較為苛刻。通常，國內多為應變式壓力傳感器，國外的有電容式和石英諧振式等幾種。對于應變式、電容式壓力傳感器因其價格低廉，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。當被測參量發生變化時，它的固有振動頻率隨之改變，基于壓電效應的激勵和測量方法就可以獲得與被測參量成一定關系的頻率信號。這種傳感器所采用的諧振器是用厚度切變振動模式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構的整體式結構。振子呈雙凸形，受力機構為環繞圓片的圓筒形。振子和圓筒由同一塊石英晶體整體加工而成，振子兩側上各有一對沿筒壁(由內腔延伸到外壁)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同一塊石英晶體加工，為提高振子的品質因數，圓筒和端蓋嚴格密封，其內部空腔被抽成真空。石英圓筒能有效地傳遞周圍的壓力。當電極上加以激勵電壓時，利用逆壓電效應使振子振動，同時電極上又出現交變電荷，通過與外電路相連的電極來補充這種電和機械等幅振蕩所需的能量。當石英振子受靜態壓力作用時，振動頻率發生變化，并且與所加壓力成線性關系。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。其主要優點是精度高達0.025%以上，而且滯后和重復性均小、頻率穩定性極佳。但它的結構復雜、加工困難、成本也高。由于振子的電極部分暴露在測試環境中，當圓筒圍壓的介質含有電解質成分時，會使傳感器的輸出幅值降低，嚴重時會導致不工作。為了抑制這種情況發生，通常將傳感器用帶有傳壓孔金屬筒保護起來，采用毛細管充填純凈硅油來隔離井液，這給現場使用帶來諸多不便。
[0004]對已有的石英諧振式壓力傳感器進行改造非常困難，為解決上述問題，確有必要另辟蹊徑，設計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缺陷。
【發明內容】
[0005]本發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問題是:傳統的石英諧振式壓力傳感器結構復雜、加工困難、成本高，且振子的電極部分暴露在測試環境中，當圓筒圍壓的介質含有電解質成分時，會使傳感器的輸出幅值降低，嚴重時會導致不工作；而將傳感器用帶有傳壓孔金屬筒保護起來，并采用毛細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，又會給現場使用帶來諸多不便。
[0006]針對現有技術的不足，本發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設有螺釘穿孔，所述螺釘穿孔中螺紋連接的插設有一用于調節預緊力的微調螺釘，所述微調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應于所述殼體中一側的中心部位設有一凸柱；
所述石英晶體諧振器為具有五次泛音厚度切變振動模式的呈開口圓環片狀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電極引出端，所述一對電極引出端密封的穿過所述殼體上開設所述螺釘穿孔一端的側壁；
所述支架上分別對應所述微調螺釘及凸柱的兩側均開設有插孔，所述微調螺釘與凸柱上相互對應的一端均分別穿過所述插孔插入所述支架中，所述呈開口圓環片狀的石英晶體諧振器的力敏點位于外圓環面上，且所述石英晶體諧振器的力敏點分別與所述微調螺釘以及凸柱上相互對應的端面接觸。
[0007]優選于:所述殼體上開設所述螺釘穿孔一端的側壁中密封的插設有一真空導管，所述真空導管對應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]優選于:所述支架中對應所述呈開口圓環片狀的石英晶體諧振器的軸向一端凸設有兩個卡鍵，所述兩個卡鍵分別抵卡在所述呈開口圓環片狀的石英晶體諧振器的軸向一端的端面兩側，且所述兩個卡鍵分別對應所述殼體的徑向方向，所述支架中對應所述呈開口圓環片狀的石英晶體諧振器的軸向另一端設置有一環形墊片，所述石英晶體諧振器嵌設在所述兩個卡鍵與所述環形墊片之間。
[0009]優選于:所述呈開口圓環片狀的石英晶體諧振器上分別與所述微調螺釘以及凸柱接觸的部位設有受力平面。
[0010]優選于:所述呈開口圓環片狀的石英晶體諧振器的外表面上鍍有黃金膜。
[0011]優選于:所述螺釘穿孔的孔肩上開設有沉孔，所述微調螺釘的釘頭沉入所述沉孔中，所述釘頭的外軸面上開設有環狀嵌槽，所述環狀嵌槽中嵌設有O型密封圈，所述O型密封圈密封墊設于所述釘頭的外軸面與所述沉孔的內孔壁之間。
[0012]優選于: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應所述殼體外的一側開設有環狀溝槽。
[0013]優選于: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置有外螺紋段。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
1、本發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，與整體結構的石英晶體壓力傳感器相比，其結構簡單，成本及其低廉，頻率穩定高，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，當外界壓力作用于彈性金屬膜片時，轉換成彈性金屬膜片的中心沿力的方向向一側位移，彈性金屬膜片聯動凸柱軸向運動，作用到諧振器的力敏點上，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現壓力到力的轉換，同時具有隔離不同介質的作用，能夠有效的隔離了井液對傳感器的侵蝕，現場使用及其方便；
3、殼體內部呈真空度為6X101Pa的真空狀態，進而能夠減少石英晶體諧振器的振動阻尼，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為本發明的設有微調螺釘一端的端面示意圖。
[0016]圖2為沿圖1中A-A的剖視結構示意圖。
[0017]圖3為沿圖1中B-B的剖視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下將結合附圖1至3以及較佳實施例對本發明提出的一種井下石英諧振式壓力傳感器作更為詳細說明。
[0019]實施例一:
本發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的一端中心部位預設有螺釘穿孔，所述螺釘穿孔中螺紋連接的插設有一用于調節預緊力的微調螺釘11，所述微調螺釘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上對應于所述殼體I中一側的中心部位設有一凸柱41 ；所述石英晶體諧振器2為具有五次泛音厚度切變振動模式的呈開口圓環片狀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°的厚度切變振動模式，所述石英晶體諧振器2上焊接有一對電極引出端21，所述一對電極引出端21密封的穿過所述殼體I上開設所述螺釘穿孔一端的側壁；所述支架3上分別對應所述微調螺釘11及凸柱41的兩側均開設有插孔，所述微調螺釘11與凸柱41上相互對應的一端均分別穿過所述插孔插入所述支架3中，所述呈開口圓環片狀的石英晶體諧振器2的力敏點位于外圓環面上