专利名称：一种夹持式万向轴扭矩传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测量万向轴扭矩的传感器，尤其是指一种夹持式万向轴扭矩传感器，其通过实时测量石油钻井、修井过程中的万向传动轴从而得出转盘输出扭矩。
背景技术：
在石油钻井、修井过程中，随着地层深度的不断增加，钻头卡住的情况会使得钻杆转盘的扭矩突然增大，从而造成钻杆断裂。并且随着地层深度的不断增加，对钻头的破坏情况也会越来越严重，最终导致发生事故的危险性也相对增加。为了解决上述问题，能够及时反映在石油钻井、修井过程中的转盘扭矩就显得尤为重要。因此，根据现有的技术情况，当前急需一种能够及时准确的监测石油钻机转盘扭矩异常变化的仪器，并且便于调试、装卸和安全可靠，不影响钻井、修井的进度。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种夹持式万向轴扭矩传感器，能够通过及时准确的监测万向轴扭矩是否异常变化而判断得出钻机转盘扭矩是否异常变化，可有效防止钻杆断裂、钻头破坏等事故发生，并具有防水防盗防爆，连接紧固和装卸方便等优点。为实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种夹持式万向轴扭矩传感器， 其包含抱箍固定模块、传感器模块和变送器；所述的抱箍固定模块固定安装在万向轴上； 所述的传感器模块固定安装在抱箍固定模块上，包含通过电路连接的信号采集模块，控制电路模块和信号传输模块，监测采集万向轴数字扭矩信号并传输至变送器；所述的变送器与传感器模块通过无线连接，接收万向轴数字扭矩信号，并转换为模拟信号后传输至记录单元，判断得到钻机转盘扭矩是否异常变化。所述的抱箍固定模块包含分别抱紧万向轴的第一抱箍和第二抱箍，该第一抱箍和第二抱箍之间通过主连接杆和若干副连接杆连接。所述的第一抱箍和第二抱箍上分别间隔设置有若干板牙，当该第一抱箍和第二抱箍分别夹紧并抱住万向轴时，所述的板牙紧紧嵌入万向轴。所述的第一抱箍和第二抱箍均由两个半圆环组件构成，通过螺纹圆柱销和螺钉固定连接。所述的信号采集模块包含若干贴附设置在主连接杆两侧的应变片，所述应变片采集万向轴扭转后所产生的轴向位移变化信号，并传输至控制电路模块。所述的安装有应变片的主连接杆的外部还设置有套筒和0型密封圈。所述的控制电路模块包含一设置在第一抱箍或第二抱箍上的安装盒，以及设置在该安装盒内的控制电路和电源；所述的控制电路接收应变片采集到的万向轴扭转后所产生的轴向位移变化信号，并转换成万向轴数字扭矩信号；所述的电源向应变片和控制电路提供工作电源。所述的设置有控制电路和电源的安装盒的剩余空腔内灌注环氧树脂胶；所述安装盒的顶部固定设置密封垫；所述密封垫上设置安装盖。所述的控制电路模块还包含设置在安装盖上的电源开关和调零开关；所述电源开关与所述电池通过电路连接，该电源开关控制所述传感器模块的通电或断电；所述调零开关与控制电路通过电路连接，该调零开关通过控制电路将初始安装的应变片的轴向位移设定到相对零值。所述的信号传输模块是安装在安装盖上的天线，将控制电路转换后输出的万向轴数字扭矩信号通过无线传输至变送器。本实用新型所述的夹持式万向轴扭矩传感器，具有以下有益效果。1.本实用新型中的第一抱箍以及第二抱箍均由两个半圆环组件构成，通过螺纹圆柱销定位，并利用螺母固定使得两个半圆环组件构成一个整体抱箍，使得安装和拆卸非常方便，并且不影响钻井、修井的进度。2.本实用新型中的第一抱箍以及第二抱箍上均安装若干板牙，在夹紧抱住万向轴时，每个板牙均紧紧嵌入万向轴，从而可防止在万向轴正反转的过程中，抱箍固定模块以及固定安装在该抱箍固定模块上的传感器模块与万向轴之间发生松动，因此更加安全可靠。 本实用新型不仅可用于石油钻井现场，同时也可用于万向轴经常需要正反转的修井现场。3.本实用新型的应变片是贴附设置在主连接杆上的，并未直接贴附设置在万向轴上，因此无需将万向轴拆卸、运输后再安装，不影响钻井、修井的进度。4.本实用新型中放置电池和控制电路的安装盒内部空腔灌注了环氧树脂胶，因此具有防水防爆功能，更加安全可靠。5.本实用新型不仅可以实现万向轴扭矩的静态测量，同时也可以实现万向轴扭矩的动态测量。
图1为本实用新型中的夹持式万向轴扭矩传感器的变送器的示意图；图2为本实用新型中的夹持式万向轴扭矩传感器的传感器模块和抱箍固定模块的结构示意图；图3为沿图2中A-A线的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合图1 图3，详细说明本实用新型的一个优选的实施例。本实用新型所提供的夹持式万向轴扭矩传感器包含抱箍固定模块、传感器模块和变送器；其中，所述的抱箍固定模块固定安装在万向轴上，所述的传感器模块则固定安装在抱箍固定模块上，而所述的变送器则独立安装在传感器模块附近，并与该传感器模块通过无线连接，如图1所示。如图2所示，所述的抱箍固定模块包含分别用于抱紧万向轴的第一抱箍2和第二抱箍11，该第一抱箍2和第二抱箍11之间通过主连接杆5和若干副连接杆6连接成为一体。本实施例中，在两个抱箍之间设置2根副连接杆6。如图3所示，所述的第一抱箍2和第二抱箍11上分别间隔设置有若干板牙13，当该两个抱箍夹紧并抱住所述的万向轴时，每个抱箍上的板牙13紧紧嵌入万向轴，从而可防止在万向轴正反转的过程中，抱箍固定模块与万向轴之间发生松动。本实施例中，在每个抱箍上分别均勻间隔设置有3个板牙13。进一步，如图3所示，所述的第一抱箍2和第二抱箍11均由两个半圆环组件构成， 通过螺纹圆柱销12定位，并通过内六角螺钉固定使得所述的两个半圆环组件构成完整的抱箍。所述的传感器模块包含通过电路连接的信号采集模块，控制电路模块和信号传输模块。其中，如图2所示，所述的信号采集模块包含若干贴附设置在主连接杆5两侧的应变片4，用于采集万向轴扭转后所产生的轴向位移变化信号，并将该所述的轴向位移变化信号传输至控制电路模块。本实施例中，在主连接杆5的两侧共设置有4个型号为ZF2000的应变片4。进一步，在所述的安装有应变片4的主连接杆5的外部还设置有套筒18和0型密封圈3，从而实现对应变片4的防水密封。如图2和图3所示，所述的控制电路模块包含一设置在第一抱箍2或第二抱箍11 上的安装盒10，以及设置在该安装盒10内的控制电路14和电源17。本实施例中，安装盒 10是设置在第二抱箍11上的。其中，所述的控制电路14接收各个应变片4所采集到的万向轴扭转后所产生的轴向位移变化信号，并转换成可用的万向轴数字扭矩信号。所述的电源17为应变片4和控制电路14提供工作电源。在所述的设置有控制电路14和电源17的安装盒10的剩余空腔内灌注环氧树脂胶，同时在该安装盒10的顶部固定设置密封垫8，最后在该密封垫8上设置安装盖7，从而使得整个安装盒10具备防水、防爆和防污染的功能，对控制电路模块起到密封保护作用。进一步，所述的控制电路模块还包含设置在安装盖7上的电源开关16和调零开关 15。其中，所述电源开关16与所述电池17通过电路连接，该电源开关16用于控制电池17 的通电或断电，从而控制所述传感器模块(即应变片4和控制电路14)的通电或断电，使得在夹持式万向轴扭矩传感器的非工作时间段，可切断电源，节省电池17的能源，延长井下工作时间。所述调零开关15与控制电路14通过电路连接，该调零开关15通过控制电路14 对初始安装的应变片进行归零操作，即将应变片4的轴向位移设定到相对零值。所述的信号传输模块是安装在安装盖7上的天线9，其将控制电路14转换后输出的万向轴数字扭矩信号通过无线传输至变送器1。所述的变送器1接收由传感器模块所发送的万向轴数字扭矩信号，并将其转换为模拟信号后，传输至外部的专门记录单元进行分析等，根据采集到的万向轴扭矩信号判断得到钻机转盘扭矩是否异常变化。本实用新型所述的夹持式万向轴扭矩传感器，通过及时准确的监测万向轴扭矩是否异常变化而得出钻机转盘扭矩是否异常变化，具有以下有益效果。1.本实用新型中的第一抱箍以及第二抱箍均由两个半圆环组件构成，通过螺纹圆柱销定位，并利用螺母固定使得两个半圆环组件构成一个整体抱箍，使得安装和拆卸非常方便，并且不影响钻井、修井的进度。2.本实用新型中的第一抱箍以及第二抱箍上均安装若干板牙，在夹紧抱住万向轴时，每个板牙均紧紧嵌入万向轴，从而可防止在万向轴正反转的过程中，抱箍固定模块以及固定安装在该抱箍固定模块上的传感器模块与万向轴之间发生松动，因此更加安全可靠。
5本实用新型不仅可用于石油钻井现场，同时也可用于万向轴经常需要正反转的修井现场。3.本实用新型的应变片是贴附设置在主连接杆上的，并未直接贴附设置在万向轴上，因此无需将万向轴拆卸、运输后再安装，不影响钻井、修井的进度。4.本实用新型中放置电池和控制电路的安装盒内部空腔灌注了环氧树脂胶，因此具有防水防爆功能，更加安全可靠。5.本实用新型不仅可以实现万向轴扭矩的静态测量，同时也可以实现万向轴扭矩的动态测量。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.一种夹持式万向轴扭矩传感器，包含抱箍固定模块、传感器模块和变送器(1)；其特征在于所述的抱箍固定模块固定安装在万向轴上；所述的传感器模块固定安装在抱箍固定模块上，包含通过电路连接的信号采集模块， 控制电路模块和信号传输模块，监测采集万向轴数字扭矩信号并传输至变送器(1)；所述的变送器(1)与传感器模块通过无线连接，接收万向轴数字扭矩信号，并转换为模拟信号后传输至记录单元，判断得到钻机转盘扭矩是否异常变化。
2.如权利要求1所述的夹持式万向轴扭矩传感器，其特征在于，所述的抱箍固定模块包含分别抱紧万向轴的第一抱箍(2 )和第二抱箍(11)，该第一抱箍(2 )和第二抱箍(11)之间通过主连接杆(5 )和若干副连接杆(6 )连接。
3.如权利要求2所述的夹持式万向轴扭矩传感器，其特征在于，所述的第一抱箍(2)和第二抱箍(11)上分别间隔设置有若干板牙(13)，当该第一抱箍(2)和第二抱箍(11)分别夹紧并抱住万向轴时，所述的板牙(13)紧紧嵌入万向轴。
4.如权利要求3所述的夹持式万向轴扭矩传感器，其特征在于，所述的第一抱箍(2)和第二抱箍(11)均由两个半圆环组件构成，通过螺纹圆柱销(12)和螺钉固定连接。
5.如权利要求4所述的夹持式万向轴扭矩传感器，其特征在于，所述的信号采集模块包含若干贴附设置在主连接杆(5 )两侧的应变片(4 )，所述应变片(4 )采集万向轴扭转后所产生的轴向位移变化信号，并传输至控制电路模块。
6.如权利要求5所述的夹持式万向轴扭矩传感器，其特征在于，所述的安装有应变片 (4)的主连接杆(5)的外部还设置有套筒(18)和0型密封圈(3)。
7.如权利要求5所述的夹持式万向轴扭矩传感器，其特征在于，所述的控制电路模块包含一设置在第一抱箍(2)或第二抱箍(11)上的安装盒(10)，以及设置在该安装盒(10)内的控制电路(14)和电源(17)；所述的控制电路(14)接收应变片(4)采集到的万向轴扭转后所产生的轴向位移变化信号，并转换成万向轴数字扭矩信号；所述的电源(17 )向应变片(4 )和控制电路(14 )提供工作电源。
8.如权利要求7所述的夹持式万向轴扭矩传感器，其特征在于，所述的设置有控制电路(14)和电源(17)的安装盒(10)的剩余空腔内灌注环氧树脂胶；所述安装盒(10)的顶部固定设置密封垫(8 )；所述密封垫(8 )上设置安装盖(7 )。
9.如权利要求8所述的夹持式万向轴扭矩传感器，其特征在于，所述的控制电路模块还包含设置在安装盖(7)上的电源开关(16)和调零开关(15)；所述电源开关(16)与所述电池(17)通过电路连接，该电源开关(16)控制所述传感器模块的通电或断电；所述调零开关(15)与所述的控制电路(14)通过电路连接，该调零开关(15)通过控制电路(14)将初始安装的应变片(4)的轴向位移设定到相对零值。
10.如权利要求8所述的夹持式万向轴扭矩传感器，其特征在于，所述的信号传输模块是安装在安装盖(7)上的天线(9)，将控制电路(14)转换后输出的万向轴数字扭矩信号通过无线传输至变送器(1)。
专利摘要本实用新型公开了一种夹持式万向轴扭矩传感器，其包含抱箍固定模块、传感器模块和变送器；抱箍固定模块固定安装在万向轴上；传感器模块固定安装在抱箍固定模块上，包含通过电路连接的信号采集模块，控制电路模块和信号传输模块，监测采集万向轴数字扭矩信号并传输至变送器；变送器与传感器模块通过无线连接，接收万向轴数字扭矩信号，并转换为模拟信号后传输至记录单元，判断得到钻机转盘扭矩是否异常变化。本实用新型能够通过及时准确的监测万向轴扭矩是否异常变化而判断得出钻机转盘扭矩是否异常变化，可有效防止钻杆断裂、钻头破坏等事故发生，并具有防水防盗防爆，连接紧固和装卸方便等优点。
文档编号G01L3/00GK202255715SQ20112038675
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者毕东杰, 陈勇 申请人:上海神开石油化工装备股份有限公司, 上海神开石油设备有限公司