[发明专利]基于壳体电容变化的嵌入式压力测量仪

说明书

一.技术领域

本发明公开的基于壳体电容变化的嵌入式压力测量仪属压力测量仪器领域，具体涉及一种用于内腔压力测试的压力测量仪，这是一种利用壳体电容变化测量压力的测量仪器。

二.背景技术

在众多的运输方式中，内腔运输因其可靠性高，运输成本较低，已成为与铁路、公路、航空、水运并驾齐驱的五大运输行业之一，而高效、可靠的内腔中流体压力的测量在内腔泄漏检测与定位中处于十分重要的地位，它不仅为高浓度粘稠物料的远距离内腔输送系统的设计提供试验数据，并为建立相关理论奠定基础，同时还是石油、天然气开采的重要条件，也是安全生产的重要保障。因此，对内腔压力检测技术的研究，是一个具有实际意义的工作。

内腔流体压力的测量对这种压力测量仪有如下要求：1.能够在具有高浓度、高粘性、高磨损性等物理特性的被运输物料中工作。2.某些特定环境，如油田现场，多处于野外，因此需在无人值守的情况下进行测量，即要求压力测量仪能够将测试的数据存储下来，事后回放。这不仅要求压力测量仪数据存储容量大，同时功耗要小。3.由于压力内腔输送的流体可能具有有毒性、燃爆性和腐蚀性，且又有高温、高压、低温等特殊操作条件，要求压力测量仪具有耐高压、密封性好、耐腐蚀的特点。总之，内腔流体压力测量的环境恶劣，不仅要求压力测量仪耐腐蚀、适应高低温工作环境、同时要求压力测量仪具有高精度、高可靠性、低功耗的特点。目前，用来测量内腔压力的方法主要有液柱式压力测试方法、弹性式压力检测方法、电气式压力检测方法和活塞式压力检测方法；按照与被测介质是否接触，可以分为接触式测量和非接触式测量方法。

接触式测量方法，例如电容应变式流体压力传感器，从电容传感器的结构出发，利用应变膜片制作电容传感器的电极，设计了一种电容传感器。电容应变式流体压力传感器的结构是：电极为圆形极板，半径为R，在被测流体压力P的作用下，敏感膜片产生弯曲变形，压力P作用于膜片产生变形，通过导杆带动可动极板产生位移，改变了电容的大小，电容的变化量ΔC与压力P成线性关系。通过检测电容的变化量来判断其所受压力。测量时，通常情况下需要在被测对象开一个孔，通过引压管将被测介质引入压力检测仪表的敏感元件处。因此，引压系统的性能和可靠性左右着整个测量系统的性能，如引压管受堵将引起测压不正确；引压管太长使测压系统的动态性能变差等。在压力容器上开孔引压的方法产生的另一个问题是由于开孔使压力容器的强度大大降低，主要表现在：(1)开孔破坏了容器原有的应力分布并引起应力集中；(2)接管处容器壳体与接管形成结构不连续应力；(3)壳体与接管连接的拐角处因不等截面过渡(即小圆角)而引起应力集中。而应力集中是产生裂纹的主要原因之一，实践证明，压力容器的泄漏和爆炸事故绝大多数起源于裂纹或其它缺陷的扩展。此外，不管任何系统在使用过程中，如果要求临时增加一个检测点，都非常的不方便。而本发明采用将压力测量仪固定在内腔中，利用其存储设备进行存储数据的方式，解决了上述问题。

非接触式测量方法，例如超声波石油内腔压力测量即在内腔外壁夹装超声波换能器，利用超声波进行内腔压力的测量。当流体介质受到的压力增高时，其密度增加，同时弹性模量也增加。这样，当压力变化时会引起介质的两个物理特性发生变化，它们都会对通过其中的超声波速度产生影响。同时产生影响的还有外界温度。通过测量超声波在内腔内传播时间的变化来推导出超声波在内腔内的速度变化，从而确定石油内腔内部压力的变化情况。它存在不足的问题是：(1)测量数据必须经过标准压力表的校正从而提高测量精度，数据处理比较复杂，且是难点。(2)测试电路功耗大、可靠性差、精度低。而本发明利用其大容量存储电路将数据存储后，将其数据读出来，运用相关数据处理软件即可处理数据。即嵌入式电子压力测量仪数据处理简单，功耗低，精度较高。

三.发明内容

本发明的目的是：向社会提供这种基于壳体电容变化的嵌入式压力测量仪，该测量仪解决了无损内腔压力和高浓度、高粘性、高磨损性运输物料，及无人值守情况下的流体压力测量难题。

本发明的技术方案是这样的：这种基于壳体电容变化的嵌入式压力测量仪，技术特点在于：所述的基于壳体电容变化的嵌入式压力测量仪是基于由壳体形成的板电容器构成的嵌入式压力测量仪。所谓嵌入式就是该测量仪可嵌入无损被测量压力器具的内腔中，及在无人值守情况下，镶嵌于高浓度、高粘性、高磨损性运输物料的流体内进行压力测量。乃是本发明技术方案的一大特点。