CN108982002A - 一种温度补偿式石英晶体压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种温度补偿式石英晶体压力传感器，包括传感器，温度压力感应件，其是所述传感器包括能相互联接的传感器上体、传感器中体、传感器下体，传感器上体与传感器中体的一端相连接处端部内腔构成传感上空腔，传感器中体另一端与传感器下体一端相连接其连接处端部内腔则构成传感下空腔；所述传感上空腔和传感下空腔相连通;本发明采用上述装置结构实现了参考晶体对压力传感器可以进行实时温度补偿，消除了温度稳定期间温度对压力传感器的影响，使之成为真正的具有温度补偿的石英晶体压力传感器。且生产结构简单，制造成本低。

Description

一种温度补偿式石英晶体压力传感器

技术领域：

本发明涉及一种石油开采行业用的压力传感器，特别是石油井井下用的一种温度补偿式石英晶体压力传感器。

背景技术：

传感器是工业控制系统中的重要部件，而石英晶体压力传感器则是一种一体化传感器。在石油开采过程中，要求对油藏开采过程中的压力波动要有一较精确的记录和描述，石英晶体压力传感器即可满足上述要求。当石英晶体与适当的电子线路连接时，就会发生振荡。这种振荡的频率相当稳定，晶体受力时会使其振荡频率随之变化，石英晶体压力计的传感器就是根据这一原理制成的。压力传感晶体，即感压晶体工作时同时受到井下压力和温度的作用，它控制一个石英晶体振荡器，压力引起的振荡频率变化大约是 -0.21 Hz/kPa，这说明当压力增大时，振荡频率减小。石英晶体对温度变化十分敏感，改变晶体的温度同样也会改变其振荡频率。为了补偿感压晶体温度变化引起的振荡频率的变化，通常情况下在压力计体内设置另一晶体即如参考晶体。参考晶体感受不到压力，仅通过压力计外壳受到井温的作用，它控制一个振荡器，产生的振荡频率比感压晶体的振荡频率髙出大约7 kHz。参考晶体与感压晶体具有相同的温变率，但不随施加于压力传感器上的压力而变化，因此，参考晶体的振荡频率仅随温度而变化。两块晶体采用同一晶体切割，具有相同的温变率，这就使作用于压力晶体的压力效应能够通过简单的电路处理减掉温度效应来确定。但由于两块晶体安装结构不同，压力计测量时需要一个温度稳定期，以便压力晶体和参考晶体处于相同的温度条件下，以期得到较高的准确度。

现有石英晶体压力传感器敏感元件即如感压晶体，由于工作需要，游离于温度补偿晶体，即参考晶体和信号处理电路模块之外独立安装，由于感压晶体与参考晶体不同腔的结构设计，感压晶体在压力计壳体外，参考晶体在压力计壳体内，工作时，二者存在温度差，而且这个温度差是随时间缓慢变化的，当压力计静止不动时，达到温度平衡所需时间较长。当进行油井的压力剖面测试时，由于压力计一直在井筒内连续移动，感压晶体和参考晶体的温度实时变化，根本无法达到所需平衡时间，这就直接影响传感器测量的准确度，采用上述的这种石英晶体压力传感器温度补偿作用效果欠佳。从而在对油井的压力进行测量时精度与准确度不足，产生一定的误差。达不到高精度要求。

因此，需要如何来提供一种温度补偿式石英晶体压力传感装置，由于感压晶体与温度感应元件的参考晶体不能同腔设计，使得参考晶体不能实时有效的对压力传感器进行实时的温度补偿，从而消除温度稳定期间温度对压力传感器的影响，使之成为真正的具有温度补偿的石英晶体压力传感器。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种温度补偿式石英晶体压力传感（装置，包括传感）器，包括温度压力感应件，采用感压晶体与参考晶体同腔结构设计，从而实现了参考晶体对压力传感器可以进行实时温度补偿，消除了温度稳定期间温度对压力传感器的影响，为真正的具有温度补偿的石英晶体压力传感器。实现了石英晶体压力传感器自身不具备温度补偿功能。

本发明公开一种温度补偿式石英晶体压力传感器，包括传感器，温度压力感应件，其是所述传感器包括能相互联接的传感器上体、传感器中体、传感器下体，传感器上体与传感器中体的一端相连接处端部内腔构成传感上空腔，传感器中体另一端与传感器下体一端相连接其连接处端部内腔则构成传感下空腔；所述传感上空腔和传感下空腔相连通；所述温度压力感应件包括温度感应件和压力感应件，所述温度感应件和压力感应件分别设于传感器中体两端，并位于传感器的同一空腔内；所述温度感应件为参考晶体，所述压力感应件为感压晶体。

优选的，是所述参考晶体设于传感器中体上与传感器上体相连接端部并位于传感上空腔内，所述感压晶体设于传感器中体上与传感器下体相连接端部并位于传感下空腔内。

优选的，是所述参考晶体和感压晶体为同一晶型切割体，控制其温变特性一致；同时控制参考晶体和感压晶体的谐振频率差为5-9kHz。

进一步的，是所述感压晶体与传感器下体端采用锥度连接结构。

进一步的，是所述参考晶体与传感器上体端结合处采用平直连接结构。

优选的，是所述感压晶体上设有二力敏感应爪，感压晶体通过二力敏感应爪成锥度结构和传感器下体相连接；

所述参考晶体上设四温度感应爪，参考晶体经四温度感应爪采用平直方式连接于传感器上体。

进一步的，是所述感压晶体上设有的二力敏感应爪和参考晶体上设的四温度感应爪沿传感器的轴向方向相错位的分别设于感压晶体及参考晶体的周圈上。

优选的，是所述感压晶体和传感器中体之间及感压晶体和传感器下体之间分别各设有一绝缘层；而参考晶体和传感器中体之间及参考晶体和传感器上体之间亦分别各设有一绝缘层。

所述传感器上体还设有引出端，所引出端通过引出绝缘套设于传感器上体内。

本发明采用上述结构装置的有益效果：

本发明公开的一种温度补偿式石英晶体压力传感装置，包括传感器，温度压力感应件，其特征是所述温度压力感应件包括温度感应件和压力感应件，所述温度感应件和压力感应件设于传感器的同一空腔内。

由于采用感压晶体与参考晶体同腔结构设计，克服了由于感压晶体与参考晶体不同腔的结构设计，现有的传感器其感压晶体在压力计壳体外，参考晶体在压力计壳体内，工作时，二者存在温度差，而且这个温度差是随时间缓慢变化的，当压力计静止不动时，达到温度平衡所需时间较长。当油井进行压力剖面测试时，由于压力计一直在井筒内连续移动，感压晶体和参考晶体的温度实时变化，而根本无法达到所需平衡，从而直接影响传感器测量的准确度的问题，使得这种石英晶体压力传感器自身不具备温度补偿作用。本发明采用上述装置结构实现了参考晶体对压力传感器可以进行实时温度补偿，消除了温度稳定期间温度对压力传感器的影响，使之成为真正的具有温度补偿的石英晶体压力传感器。且生产结构简单，制造成本低。

附图说明：

图1，为本发明温度补偿式石英晶体压力传感器完整结构示意图，

图2，为图1各部件拆开示意图；

图3，为图1中参考晶体5沿A-A向剖示图；

图4，为图1中感压晶体9沿B-B向剖示图；

图中，1、引出端，2、引出绝缘套，3、传感器上体，4、参考晶体上绝缘垫，5、参考晶体，501、温度感应一爪，502、温度感应二爪，503、温度感应三爪，504、温度感应四爪，6、参考晶体中绝缘片，7、传感器中体，8、感压晶体中绝缘片，9、感压晶体，901、压力感应一爪，902、压力感应二爪，10、感压晶体下绝缘片，11、传感器下体，12、传感下空腔，13、传感上空腔，14、传感中通管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明中的技术方案作进一步的详细说明。

本发明公开的一种温度补偿式石英晶体压力传感器，包括传感器，温度压力感应件，所述温度压力感应件包括温度感应件和压力感应件，所述温度感应件和压力感应件设于传感器的同一空腔内；所述温度感应件为参考晶体，所述压力感应件为感压晶体。

具体的本发明所述传感器包括能相互联接的传感器上体、传感器中体、传感器下体，传感器上体与传感器中体的一端相连接处端部内腔构成传感上空腔，传感器中体另一端与传感器下体一端相连接其连接处端部内腔则构成传感下空腔；所述传感上空腔和传感下空腔相连通；所述温度感应件和压力感应件分别设于传感器中体两端，并位于传感器的同一空腔内。

如图1所示，本发明一种温度补偿式石英晶体压力传感装置完整的结构示意平面简图，本发明所述的传感器或叫传感器壳体包括能相互联接的传感器上体3、传感器中体7及传感器下体11，传感器上体3和传感器中体7的一端相连接后于其连接的端部于传感器上体3和传感器中体7的内腔形成一传感上空腔13，而传感器中体7的另一端和传感器下体11相连接处的端部位于传感器中体7和传感器下体11的内腔同样构成一传感下空腔12，于传感器中体7上和传感器上体3相联接的端部嵌入了参考晶体5，并位于传感上空腔13内，而传感器中体7另一端上和传感器下体11相联接的端部嵌入了感压晶体9，则位于传感下空腔12内，传感上空腔13和传感下空腔12通过传感中通管14相连通，这样就实现了参考晶体5和感压晶体9的同腔设计安装。为提高石英晶体温度补偿的精确性，控制参考晶体5和感压晶体9的两个晶体是从同一块晶体上切割下来的，以使其温变特性一致，同时控制两晶体其谐振频率差5-9kHz，一般控制在7 kHz。

如图4 B-B剖示图所示，压力感应件感压晶体9上沿周圈相对应的设有二力敏感应爪901、902，感压晶体9和传感器下体11的安装结构采用两爪方式连接，传感器下体11的力敏点即在二力敏感应爪901、902与感压晶体9接触的位置；压力感应件感压晶体9与传感器下体11结合处采用锥度连接方式，以保证传感器外壳受力时，设于传感下空腔12内的感压晶体9能充分感受到，同时，也能感受到传感器外壳上的温度；如图3的A-A剖示图所示，温度感应件为参考晶体5安装结构A-A采用对称四爪方式；于参考晶体5的周圈上相对称的设有四温度感应爪501、502、503、504，并且所述参考晶体5上的四温度感应爪501、502、503、504与感压晶体9上设有二力敏感应爪901、902沿轴向方向相错位设置，即所谓参考晶体上的四温度感应爪与晶体接触时避开其力敏点即二力敏感应爪901、902；感应器中体7上的参考晶体5与传感器上体3的联接结合处采用平直连接，在传感器外壳与参考晶体5上的固定四温度感应爪501、502、503、504之间留有空隙，在传感器外壳受力时保证该力不能传递到参考晶体5上，但能感受传感器外壳的温度；至此，传感器的感压晶体9和参考晶体5处在相同的温度环境中，参考晶体5又是采用的是不受力结构，彻底消除了压力计的温度稳定期。

1、如图2所示，传感器上体3与传感器中体7的一端连接时设于传感器中体7上的参考晶体5两侧分别设有参考晶体上绝缘垫4与参考晶体中绝缘片6用于保护；而传感器中体7与传感器下体11之间的感应晶体9之间设有感应晶体中绝缘垫片8和感应晶体下绝缘片10用于感压晶体9；传感器上体3上的引出端1用于传递传感器的信号；绝缘套引出2用于引出端1与传感器上体3之间的绝缘。本发明温度补偿式石英晶体传感器，采用上述结构使用于压力测量的感压晶体9与温度测试的参考晶体5实现了同腔的设计。参考晶体5对压力传感器可以进行实时温度补偿，消除了温度稳定期间温度对压力传感器的影响，使之成为真正的具有温度补偿的石英晶体压力传感器。

本发明中未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.根据权利要求1 所述的一种温度补偿式石英晶体压力传感器，其特征是所述传感器包括能相互联接的传感器上体、传感器中体、传感器下体，传感器上体与传感器中体的一端相连接处端部内腔构成传感上空腔，传感器中体另一端与传感器下体一端相连接其连接处端部内腔则构成传感下空腔；所述传感上空腔和传感下空腔相连通；所述温度感应件和压力感应件分别设于传感器中体两端，并位于传感器的同一空腔内；所述温度感应件为参考晶体，所述压力感应件为感压晶体。

2.根据权利要求1 所述的一种温度补偿式石英晶体压力传感器，其特征是：所述参考晶体设于传感器中体上与传感器上体相连接端部并位于传感上空腔内，所述感压晶体设于传感器中体上位于与传感器下体相连接端部并位于传感下空腔内。

3.根据权利要求1所述的一种温度补偿式石英晶体压力传感器，其特征是所述参考晶体和感压晶体为同一晶型切割体，控制其温变特性一致；同时控制参考晶体和感压晶体的谐振频率差为5-9kHz。

4.根据权利要求1 所述的一种温度补偿式石英晶体压力传感器，其特征是所述感压晶体与传感器下体端采用锥度连接结构。

5.根据权利要求1 所述的一种温度补偿式石英晶体压力传感器，其特征是所述参考晶体与传感器上体端结合处采用平直连接结构。

6.根据权利要求1或2所述的一种温度补偿式石英晶体压力传感器，其特征是所述感压晶体上设有二力敏感应爪，感压晶体通过二力敏感应爪成锥度结构和传感器下体相连接；

所述参考晶体上设四温度感应爪，参考晶体经四温度感应爪采用平直方式连接于传感器上体。

7.根据权利要求6 所述的一种温度补偿式石英晶体压力传感器，其特征是所述感压晶体上设有的二力敏感应爪和参考晶体上设的四温度感应爪沿传感器的轴向方向相错位的分别设于感压晶体及参考晶体的周圈上。

8.根据权利要求1 所述的一种温度补偿式石英晶体压力传感器，其特征是所述感压晶体和传感器中体之间及感压晶体和传感器下体之间分别各设有一绝缘层；而参考晶体和传感器中体之间及参考晶体和传感器上体之间亦分别各设有一绝缘层。

9.根据权利要求1所述的一种温度补偿式石英晶体压力传感器，其特征是所述传感器上体还设有引出端，所引出端通过引出绝缘套设于传感器上体内。