[發明專利]內外環嵌套式壓扭傳感器彈性體結構及感應元件密封方法

有效

• 申請號: 202011546655.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112832747B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 趙志剛;趙同彬;鄭雅華;邢明錄;尹延春;趙晨
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

本發明提供了一種內外環嵌套式壓扭傳感器彈性體結構及感應元件密封方法，涉及感應設備和鉆進設備技術領域，解決了傳感器粘貼不便以及密封失效的問題。該結構包括嵌套外殼、膠筒、應變片、防水墊圈和異形緊固螺母，嵌套外殼沿軸線設置有導流口，嵌套外殼還具有安裝槽，膠筒固定設置在安裝槽內，應變片貼設在膠筒上，膠筒和安裝槽的筒壁之間設置有連接層，防水墊圈壓設在膠筒的端部并與安裝槽的開口貼合，異形螺母裝配在安裝槽的開口位置。嵌套外殼可以和鉆桿等設備連接，應變片配置在構建的應變場區域內，從而方便監測壓力和扭矩，另外該彈性體結構還具有密封性好，提高監測部件的使用壽命，加工簡單，安裝方便等優點。

技術領域

本發明涉及感應設備和鉆進設備技術領域，尤其是一種內外環嵌套式扭傳感器彈性體結構及感應元件密封方法。

背景技術

傳感器是一種將被測量的信息按一定規律轉換為電信號或其他所需形式的信息輸出的檢測裝置，能夠滿足信息的傳輸﹑處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。在電阻應變式傳感器設計制造領域，如何保證材料及構件的形變、應變得到實時的準確的測量，同時保證應變元件的密封是長期存在的難點和熱點問題。

目前，在現場工程施工過程中，傳感器參數的精確測量對高效、安全生產十分重要。壓扭傳感器是工業領域中測量受力部件壓力和扭矩的常用工具。現有的壓扭傳感器在測量過程中，往往由于傳感器內外部結構以及應變片布局方式，導致傳感器的測量精度不佳，且傳統的壓扭傳感器不具備防水、防高壓功能，難以使得傳感器適應更為復雜的工作環境。例如，在煤礦生產過程中，一般由鉆孔外測量儀表測得數據推算近鉆頭處鉆壓、扭矩，但鉆孔外鉆桿和近鉆頭處鉆桿受力差異性較大，導致推算結果的可信度低，且近鉆頭處傳感器長時間處于鉆孔內，受到鉆孔內水和粉塵的影響，傳感器測量元件和電路易發生損壞，極易引起事故發生；在石油鉆井過程中，隨著鉆井深度的增加，實時測量鉆進過程中鉆井工程參數變化的傳感器在內部泥漿外部石油的高壓作用下極易發生損壞，導致測量元件浸透失效，給鉆井生產的安全與效率帶來很大影響；在深海取樣作業中，海浪和洋流以及深海強水壓對水下監測傳感器的外形結構、密封技術及防水抗壓性能要求很高。因此，要使得傳感器測量鉆壓、扭矩的結果更為準確，更好地指導工程施工過程，傳感器材料結構以及對測量感應元件的密封是傳感器長時間穩定工作的前提。

由此可見，在復雜環境下壓扭傳感器的設計需要解決以下兩個問題：第一，水、泥漿、或粉塵侵入傳感器內部導致測量電路無法正常工作；第二，測量元件與測量電路需要放置在不同槽體內，槽體間需要開導線孔，而在部件內部加工導線孔困難，往往需要分別加工，然后再焊接到一起，工序繁瑣不易于加工。為此，需要對現有的傳感器的安裝部件及密封方法做進一步的改進。

發明內容

為了解決復雜環境下傳感器粘貼不便，以及密封失效導致的傳感器無法工作的問題，本發明提供了一種內外環嵌套式壓扭傳感器彈性體結構及感應元件密封方法，具體的技術方案如下。

一種內外環嵌套式壓扭傳感器彈性體結構，其特征在于，包括嵌套外殼、膠筒、應變片、防水墊圈和異形緊固螺母，所述嵌套外殼沿軸線設置有導流口，嵌套外殼上還開設有安裝槽，膠筒固定設置在安裝槽內，應變片貼設在膠筒上；所述膠筒和安裝槽的筒壁之間設置有連接層，防水墊圈壓設在膠筒的端部并與安裝槽的開口貼合，異形緊固螺母裝配在安裝槽的開口位置；所述嵌套外殼的兩端設置有安裝部。

優選的是，連接層為液態膠制作而成，所述安裝槽的空間內形成應變場監測區域。

優選的是，安裝槽的開口處設置有螺紋，異形緊固螺母和安裝槽的螺紋相互配合，異形緊固螺母封堵安裝槽的開口。

優選的是，應變片沿著膠筒360°展開并粘貼，應變片固定在應變場監測區域中。

優選的是，嵌套外殼為一體式結構，使用合金模具鋼制作而成；嵌套外殼的制作具體是：合金模具鋼進行球化退火，粗加工后進行應力退火；嵌套外殼最終的熱處理在真空爐中進行，熱真空度為10-8，淬火溫度冷卻時充入高純度氮氣，回火時進行兩次充氣冷卻后，在進行一次隨爐冷卻。