[发明专利]一种抽油杆力学参数测量装置

摘要

本发明属于计量测试技术领域，涉及一种井下抽油杆受力状况测量装置；它由长接头舱、短接头、双环密封件、应力集中滤波件和微电测量控制系统组成，长接头舱密封槽内套双环密封件，其空腔内安放微电测量控制系统，长接头舱外壁导线孔附近圆周方向绕贴应变片，构成测量轴向力和弯矩的桥式电路，应力集中滤波件与长接头舱套接，其鼓型部位内壁贴耐高温应变片，构成径向力桥式测量电路；本发明装置结构简单主要技术指标优良，最大耐压：40MPa，径向压力测量范围为：4N～100KN，轴向力为：35N～1200KN，扭矩为：50N·M～400KN·M，能在低于130℃、振动频率小于1000HZ及大振幅的条件下稳定工作。

主权项

一种井下抽油杆受力测量装置，包含长接头舱[301]、短接头[305]、密封环[302]、应力集中滤波件[303]和微电测量控制系统[304]，其特征在于：（1）一个长接头舱[301]，外形类似于连接抽油杆的接箍，外部形状为具有台阶的圆筒形，包含内螺纹[30101]、导线孔[30102]、电气元件安装腔[30104]、梯形密封槽[30105]、内螺纹[30106]和装卡槽[30107]，其内部为微电测量控制系统[304]；应变片贴于导线孔附近区域，该区域没有径向力的干扰，只受轴向力与扭矩的作用，四组应变片组成测量桥路，应变片的栅长与长接头舱[301]的外径相适应；电气元件安装腔[30104]的内壁涂有绝缘隔热层，内部放置微电测量控制系统[304]；径向力桥式测量电路[30409]和轴向力与扭矩测量桥式电路[304010]的引线通过导线孔引至微电测量控制系统[304]；在梯形密封槽[30105]内装有密封环[302]，每槽一个共两个，用于同应力集中滤波件[303]配合形成挤压密封，使油管内的多组态腐蚀性混合物无法渗入腔内，保持内部测量环境的相对稳定；（2）一个短接头[305]，包含一段内螺纹[30503]、贯通外螺纹[30501]、梯形密封槽[30502]和装卡槽[30504]。内螺纹[30503]位于短接头[305]的大端，用于连接抽油杆，连接时用扳手卡住装卡槽[30504]进行旋入；外螺纹[30501]同内螺纹[30503]相配合，用于连接长接头舱[301]，形成测量部分的主体；在梯形密封槽[30502]内装有密封环[302]，每槽一个共两个，用于同应力集中滤波件[303]配合形成挤压密封，使油管1内的多组态腐蚀性混合物无法渗入应力集中腔[30302]内；（3）一个应力集中滤波件[303]为薄壁件，材料弹簧钢，局部特征是两端分别加工有左限位凸台[30301]和右限位凸台[30305]，中部有应力集中腔[30302]；应力集中腔[30302]的中间部位为凸起的纺锤状，该区域的外表面更易于与油管的内表面相接触，使压力尽量集中在该部位，形成局部应力集中区域；应力集中滤波件[303]套于长接头舱[301]的外部，形成间隙配合，应力集中滤波件[303]有轴向移动和轴向回转两个自由度，具有机械滤除轴向力和扭矩而只承受径向力的滤波功能，使抽油杆所承受的轴向力和扭矩无法传递至应力集中滤波件；通过在长接头舱[301]密封槽内安装环形密封件[302]，使应力集中滤波件[303]在突出部位的内部形成密闭空腔，密闭空腔内壁为径向力敏感区域，在应力集中腔的内壁贴有多组耐高温电阻应变片，构成桥式测量电路[30409]，感知应力集中滤波件[303]突出部位受力的变化，桥路的组数于应力集中滤波件[303]突出部位最大内径的大小相适应；在应力集中腔[30302]的内表面涂有隔热层；（4）一套微电测量控制系统[304]，包含FPGA控制器[30401]、大容量蓄电池[30403]、大容量FLASH存储器[30404]、信号调理电路[30408]、电源控制电路[30408]、A/D转换[30407]、径向力测量桥式电路[30409]和轴向力与扭矩测量桥式电路[304010]。