CN101788363A - 一种活塞式压力计的砝码自动加载系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种活塞式压力计，属于测量技术领域。一种活塞式压力计的砝码自动加载系统，包括砝码及液压传动机构、位移测量机构、单片机控制装置及计算机通讯操作系统。本发明的活塞式压力计的砝码自动加载系统将现有的砝码结构进行改造后，通过增加的位移测量装置将砝码上下的位移进行测量，并通过单片机控制技术通过将实际工作状态的位移量与标定的砝码位置进行比对，从而控制砝码上下的位移量，实现自动加载并自动调节的全自动控制，使活塞式压力计实现了从砝码加载到压力测量整体的全自动化，简化了测量工作，提高了精确度，延长了活塞的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种砝码加载系统，尤其涉及一种活塞式压力计的砝码自动加载系统。
背景技术
我国现在超高压国家基准实验室拥有两套自行研制的超高压基准活塞式压力计，分别为1500MPa和2500MPa可控间隙活塞式压力计，各需加载500kg和1000kg的砝码。每块砝码50kg左右，手工加载很困难，因此现在采用手控液压系统进行加载，国际上超高压活塞式压力计也基本采用这种方法进行加载。这种方法使用的砝码上都带有砝码吊挂连接机构，使所有砝码串联吊挂在一起，并层叠放置在液压活塞顶部的液压活塞顶盘上，工作原理是测量时将串联吊挂的砝码部分加载在压力计的活塞上，余下部分虽然在液压活塞顶盘上，但是没有加载在压力计上参与测量。具体如附图1所示，是现在采用的手控液压加载的示意图，图中最上面的砝码的上面是横梁吊挂螺钉，连接压力测试计，最下面的砝码下有液压活塞顶盘，顶盘下就是液压活塞；不测量时，每个砝码串联吊挂在一起，放置在液压活塞顶盘上，进行测量时，油泵带动液压活塞，使液压活塞顶盘跟着液压活塞上升或下降，将第一块砝码加载在横梁吊挂螺钉上，从而加载到压力计上，而下面的砝码和第一块砝码之间脱开，并未加载到压力计上，后面需要加载时，再将后续的砝码加载到前一块砝码上，从而加载到压力计上。这种液压加载砝码的方法解除了需要人工手动加载砝码的繁重的体力劳动，但是每次加载仍然还需要人工精确控制大砝码加载的位置和确定加载数量，且在测量过程中还需时时监控大砝码的位置并人为加以调整，操作繁琐，控制难度较大，给压力计的运行带来了一定的不确定性。
由于这种不确定性和手动的繁琐及人力的浪费，目前较高压力的活塞式压力计也开始试用一些简单的光电信号和逻辑电路控制等半自动砝码加载装置，但这种加载装置无法准确控制和长期保持砝码处于准确位置，也无法在测量中对砝码位置进行修正，因而无法真正实现砝码加载及全自动的智能化控制测量，且精确性也不能保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种活塞式压力计的砝码自动加载系统，解决现在砝码加载仍然需要手控液压加载而需要经常依赖人工调整从而控制难度大，测量状态不稳定的缺陷。
技术方案
一种活塞式压力计的砝码自动加载系统，包括带有吊挂连接机构的砝码和液压传动机构，所述砝码串联吊挂连接在一起，最上面的砝码吊在压力计的横梁吊挂螺钉上，最下面的砝码位于液压传动机构的液压活塞之上的液压活塞顶盘上，所述液压传动机构还包括油泵，
其特征是：所述液压活塞顶盘固定在液压活塞上，连接有位移测量装置，所述位移测量装置将液压活塞的上下位移量转换为电信号输出至控制装置，所述控制装置包括砝码块位置确定器，根据位移测量装置传送的信号确定液压活塞暂停运动后每个砝码块所处位置；砝码块标准位置记录器，记录着每个砝码块在工作状态和松脱状态的标准位置标定值；比较器，将砝码块位置与标准位置记录器的相关标定值进行比较；液压活塞运动控制器，根据比较器结果，计算并输出液压活塞运动方向及位移量信号给液压传动机构，控制液压活塞的运动。
所述控制装置还包括控制类型选择器，根据砝码块数量和砝码块标准位置记录器记录的标定值，将控制过程分解为每块砝码分步骤控制加载和所需砝码自动控制加载两种类型进行选择。
所述控制装置还包括通讯器，采用串行通讯与上位压力计工控计算机进行通讯，使上位计算机操控控制装置实现各项控制。
进一步，所述的砝码吊挂连接机构位于砝码中心，包括用于加载下一个砝码的下夹板，连接砝码顶的砝码吊挂螺钉底部的上夹板，上下夹板间使用连接螺钉固定，下夹板中间有孔，用于连接下一个砝码的砝码吊挂螺钉，所述砝码吊挂螺钉顶上加盖固定盖板。
进一步，所述的位移测量装置包括与液压活塞顶盘固定连接的水平支撑轴，所述水平支撑轴连接竖直方向的位移导杆，位移导杆的下部从液压活塞顶盘下固定高度的夹板中穿过，与夹板为滑动配合，编码器本体通过连接部件固定在所述夹板一侧，编码器的转动连接轴的旋转面紧靠在位移导杆的竖直方向的一个平面侧面上，所述平面侧面上装有竖直摩擦条，编码器的转动连接轴的旋转面上与竖直摩擦条对应的外圈上有花纹。
在所述位移导杆的平面侧面上的竖直摩擦条两侧有左右两条卡槽，所述编码器的转动连接轴的旋转面上有对应卡在卡槽内转动配合的凸圈。
在所述夹板上，位移导杆外圈安装有导向法兰。
所述编码器采用双向编码器。
有益效果
本发明的活塞式压力计的砝码自动加载系统将现有的砝码结构进行改造后，通过增加的位移测量装置将砝码上下的位移进行测量，并通过单片机控制技术通过将实际工作状态的位移量与标定的砝码位置进行比对，从而控制砝码上下的位移量，实现自动加载并自动调节的全自动控制，使活塞式压力计不仅摆脱了过去繁重的加载工作，还实现了从砝码加载到压力测量整体的全自动化，简化了测量工作，提高了精确度，延长了活塞的使用寿命。
附图说明
图1为本发明现有技术示意图。
图2为本发明系统组成示意图。
图3为本发明砝码机械结构示意图。
图4为本发明位移测量装置机械结构示意图。
图5为本发明控制装置的MCU电路连接示意图。
图6为本发明系统的机械结构示意图。
其中：1-横梁吊挂螺钉，2-砝码，3-液压活塞，4-液压活塞顶盘，5-上夹板，6-连接螺钉，7-下夹板，8-砝码吊挂螺钉，9-固定盖板，10-水平支撑轴，11-位移导杆，12-固定高度夹板，13-摩擦条，14-编码器本体，15-编码器的转动连接轴，16-连接部件，17-花纹，18-导向法兰，19-控制装置，20-工控计算机，21-油泵。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
在上述超高压活塞式压力计上研制成功了程控化的全自动砝码加载系统。
整个系统通过一个位移测量装置包括位移-角度的转换机构将砝码上下位移转换成角度变化，并采用编码器测量产生一个与砝码位置变化相对应的脉冲输出，采用MCS51单片机技术，将这个输出脉冲转换成砝码的实际位移量，根据程序要求驱动马达和电磁阀控制液压活塞的升降从而控制砝码的升降，使之到达实际所需的位置，并采用RS232通讯技术与基准压力计测控系统连接，这样就可以在基准压力计上直接控制实际加载的砝码数量，达到程控化的全自动砝码加载系统。
该系统可分为四个部分：砝码及液压传动机构、位移测量机构、单片机控制装置及计算机通讯操作系统。
砝码及液压传动机构包括现在带有吊挂连接机构的砝码和液压传动机构，所述砝码串联吊挂连接在一起，最上面的砝码吊在压力计的横梁吊挂螺钉上，最下面的砝码位于液压传动机构的液压活塞之上的液压活塞顶盘上，所述液压传动机构还包括油泵，所述的砝码吊挂连接机构位于砝码中心，包括用于加载下一个砝码的下夹板，连接砝码顶的砝码吊挂螺钉底部的上夹板，上下夹板间使用连接螺钉固定，下夹板中间有孔，用于连接下一个砝码的砝码吊挂螺钉，所述砝码吊挂螺钉顶上加盖固定盖板。
如附图3和图6中所示，图6中最上面的砝码的上面是横梁吊挂螺钉，连接压力测试计，最下面的砝码下有液压活塞顶盘，顶盘下就是液压活塞；与图3结合，不测量时，每个砝码套在上面砝码内的砝码吊挂螺钉的顶盖板与上面砝码的下夹板之间为脱开状态，最上面的砝码与横梁吊挂螺钉也是松脱的脱开状态，相当于砝码均为堆叠在液压活塞顶盘上，进行测量时，油泵带动液压活塞，使液压活塞顶盘跟着液压活塞下降，活塞顶盘上的砝码也随之下降，当下降达到约6毫米时，第一块砝码就吊在横梁吊挂螺钉上了，从而加载到压力计上，而下面砝码的砝码吊挂螺钉的顶盖板和第一块砝码的下夹板之间仍然保持脱开状态，之间大约有4～5毫米的间隙，因此下面的砝码并未挂在第一块砝码上，所以也就并未加载到压力计上，而且保证了压力计的测量有3～4毫米的工作区域。
在该系统的液压活塞顶盘侧连接有位移测量装置，将液压活塞的上下位移量转换为电信号输出至控制装置，所述的位移测量装置包括与液压活塞顶盘固定连接的水平支撑轴，所述水平支撑轴连接竖直方向的位移导杆，位移导杆的下部从液压活塞顶盘下固定高度的夹板中穿过，与夹板为滑动配合，编码器本体通过连接部件固定在所述夹板一侧，编码器的转动连接轴的旋转面紧靠在位移导杆的竖直方向的一个平面侧面上，所述平面侧面上装有竖直摩擦条，编码器的转动连接轴的旋转面上与竖直摩擦条对应的外圈上有花纹，在所述位移导杆的平面侧面上的竖直摩擦条两侧有左右两条卡槽，所述编码器的转动连接轴的旋转面上有对应卡在卡槽内转动配合的凸圈，在所述夹板上，位移导杆外圈安装有导向法兰，所述编码器采用双向编码器。
其测量原理是：当液压活塞带动液压活塞顶盘上下运动时，连接在液压活塞顶盘一侧的水平支撑轴和位移导杆会沿着固定在夹板上的导向法兰作上下运动，装配在夹板一侧的固定连接部件将编码器的本体固定，而编码器的转动连接轴紧靠于位移导杆的橡胶面的橡胶摩擦条上，当位移导杆上下运动时，编码器的转动连接轴因为编码器本体被固定不能移动而被导杆摩擦条带动产生转动，从而使编码器输出一个与上下位移相对应的脉冲计数信号，将该信号进行定义并计数，根据编码器输出的每个脉冲对应的位移量和计数的脉冲即可通过编程计算得到上下位移量。因为位移的方向可能使编码器双向旋转，所以选用双向编码器。
上述编码器的脉冲信号输出至控制装置进行计数，控制装置包括砝码块位置确定器，可根据位移测量装置传送的信号确定液压活塞暂停运动后每个砝码块所处位置；砝码块标准位置记录器，记录着每个砝码块在工作状态和松脱状态的标准位置标定值；比较器，将砝码块位置与标准位置记录器的相关标定值进行比较；液压活塞运动控制器，根据比较器结果，计算并输出液压活塞运动方向及位移量信号给液压传动机构的油泵站，控制液压活塞的运动。
所述控制装置还包括控制类型选择器，根据砝码块数量和砝码块标准位置记录器记录的标定值，将控制过程分解为每块砝码分步骤控制加载和所需砝码自动控制加载两种类型进行选择。
所述控制装置还包括通讯器，采用串行通讯与上位压力计工控计算机进行通讯，使上位计算机操控控制装置实现各项控制。
所述控制装置带有输入键盘和显示屏。
控制装置的MCU采用最常用的Atme189C52微处理器芯片，它具有32个I/O端口，3个定时/计数器，256byte RAM以及8K电擦写程序存储器。而本控制装置的RS232通讯、显示扫描、编码器脉冲的计数正好需要3个定时/计数器，整个程序大约需占6K多的容量，所以选用本芯片。附图5为MCU电路连接示意图，MCU可分别通过端口输出显示段码和显示位选等信号，以及油泵和电磁阀的控制信号输出等，可通过驱动马达和电磁阀控制油泵，中断端口通过光电耦合和编码器相连，可连接电平转换芯片，则不需±12V的电源即可对CPU的串行口输出进行电平转换，另连接可储存系统的设定参数的芯片。
采用MCS51汇编语言进行编程。整个控制装置可通过程序将加减砝码过程采用多种方式由计算机或操作面板进行控制，其操控模式还可以有手动控制模式、自动控制模式、单块控制模式和自动复位模式等，可以自动补偿由于油缸泄漏引起的砝码下降并拥有砝码欠载和过冲的测控双重保护功能。
活塞式压力计是一种古老而又经典的压力测量仪器，它具有其他压力计量器具所无法比拟的测量准确度和稳定性能，但在实际测量中，砝码加载一直困扰人们的一个最大问题，这项工作费时费力而且还容易损坏活塞。本发明使活塞式压力计不仅摆脱了过去繁重的加载工作，还实现了从砝码加载到压力测量整体的全自动化，简化了测量工作，提高了精确度，延长了活塞的使用寿命，本发明提供的技术方案，不但使超高压国家基准的运行水平有了质的飞跃，还为今后用于常压活塞式压力计提供了砝码自动加载的条件。
Claims (8)
1.一种活塞式压力计的砝码自动加载系统，包括带有吊挂连接机构的砝码和液压传动机构，所述砝码串联吊挂连接在一起，最上面的砝码吊在压力计的横梁吊挂螺钉上，最下面的砝码位于液压传动机构的液压活塞之上的液压活塞顶盘上，所述液压传动机构还包括油泵，
其特征是：所述液压活塞顶盘固定在液压活塞上，连接有位移测量装置，所述位移测量装置将液压活塞的上下位移量转换为电信号输出至控制装置，所述控制装置包括砝码块位置确定器，根据位移测量装置传送的信号确定液压活塞暂停运动后每个砝码块所处位置；砝码块标准位置记录器，记录着每个砝码块在工作状态和松脱状态的标准位置标定值；比较器，将砝码块位置与标准位置记录器的相关标定值进行比较；液压活塞运动控制器，根据比较器结果，计算并输出液压活塞运动方向及位移量信号给液压传动机构，控制液压活塞的运动。
2.如权利要求1所述的活塞式压力计的砝码自动加载系统，其特征是：所述控制装置还包括控制类型选择器，根据砝码块数量和砝码块标准位置记录器记录的标定值，将控制过程分解为每块砝码分步骤控制加载和所需砝码自动控制加载两种类型进行选择。
3.如权利要求1所述的活塞式压力计的砝码自动加载系统，其特征是：所述控制装置还包括通讯器，采用串行通讯与上位压力计工控计算机进行通讯，使上位计算机操控控制装置实现各项控制。
4.如权利要求1或2或3所述的活塞式压力计的砝码自动加载系统，其特征是：所述的砝码吊挂连接机构位于砝码中心，包括用于加载下一个砝码的下夹板，连接砝码顶的砝码吊挂螺钉底部的上夹板，上下夹板间使用连接螺钉固定，下夹板中间有孔，用于连接下一个砝码的砝码吊挂螺钉，所述砝码吊挂螺钉顶上加盖固定盖板。
5.如权利要求1或2或3所述的活塞式压力计的砝码自动加载系统，其特征是：所述的位移测量装置包括与液压活塞顶盘固定连接的水平支撑轴，所述水平支撑轴连接竖直方向的位移导杆，位移导杆的下部从液压活塞顶盘下固定高度的夹板中穿过，与夹板为滑动配合，编码器本体通过连接部件固定在所述夹板一侧，编码器的转动连接轴的旋转面紧靠在位移导杆的竖直方向的一个平面侧面上，所述平面侧面上装有竖直摩擦条，编码器的转动连接轴的旋转面上与竖直摩擦条对应的外圈上有花纹。
6.如权利要求5所述的活塞式压力计的砝码自动加载系统，其特征是：在所述位移导杆的平面侧面上的竖直摩擦条两侧有左右两条卡槽，所述编码器的转动连接轴的旋转面上有对应卡在卡槽内转动配合的凸圈。
7.如权利要求5所述的活塞式压力计的砝码自动加载系统，其特征是：在所述夹板上，位移导杆外圈安装有导向法兰。
8.如权利要求5所述的活塞式压力计的砝码自动加载系统，其特征是：所述编码器采用双向编码器。
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