CN102323003A - 高精度自动液体压力计 - Google Patents

Abstract

高精度自动液体压力计，包括U型软管，U型软管的两端分别与试剂杯和试管连通，其特征在于：所述的试剂杯放置在纵移平台上，纵移平台与螺杆螺纹连接，螺杆与步进电机的工作端相连，在试管内设置有浮子，激光发生器设置在浮子的斜下方α角范围内，α的取值范围是：20度至70度，以试管的纵向中轴线为对称轴，与激光发生器角度对称地设置有半导体位置检测装置，在半导体位置检测装置与试管之间设置有聚光镜，且聚光镜的中心线与半导体位置检测装置的中心线重合，半导体位置检测装置通过差动增幅回路和A/D转换器与计算机连接，步进电机同样通过计算机控制。它具有结构简单，设计巧妙，能够实现高精度测量，并可以自动计算出压力值且精度较高等优点。

Description

高精度自动液体压力计

技术领域

本发明涉及一种压力计，特别是一种能够进行微压测量的，并可自动计算出压力值的的高精度自动液体压力计。

背景技术

微小压力的准确、自动测量在流体力学、测量学等领域里非常必要。如采用皮托管来测量微风速或小流量等流体测量领域。液体压力计是人类最早用于计量压力量值的仪器，它具有结构简单、使用方便、示值稳定、重复性好、确量准确度高等特点。液体压力计主要包括以下几种仪器类型：基准微压计、补偿式微压计、倾斜式微压计、液体压力计、杯型压力计、U型管压力计等，其工作介质主要为水、酒精、油或水银等液体介质。在这几种类型的液体压力计中，无论是采用补偿式原理或是利用其倾角和面积比测量压力，其基本测压原理都是U型压力计的工作原理，即利用液柱自重产生的压力与被测压力平衡的原理，通过测量液柱高度，再根据流体静态压力方程而得到被测压力。目前液柱高度是由计量标尺（一般为mm单位）来表示，通过测试人员读取标尺上的刻度来获得测量结果。因而极易产生人为误差。同时这种压力计不能输出电气信号，无法应用于自动控制系统当中。因此现在需要一种能够解决上述问题的新型微压压力计。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种结构简单，设计巧妙，能够实现高精度测量，并可以自动计算出压力值的高精度自动液体压力计。

本发明的技术解决方案是：一种高精度自动液体压力计，包括U型软管1，U型软管1的两端分别与试剂杯2和试管3连通，其特征在于：所述的试剂杯2放置在纵移平台4上，纵移平台4与螺杆5螺纹连接，螺杆5与步进电机6的工作端相连，在试管3内设置有浮子7，激光发生器8设置在浮子7的斜下方α角范围内，α的取值范围是：20度至70度，以试管3的纵向中轴线为对称轴，与激光发生器8角度对称地设置有半导体位置检测装置9，在半导体位置检测装置9与试管3之间设置有聚光镜10，且聚光镜10的中心线与半导体位置检测装置9的中心线重合，半导体位置检测装置9通过差动增幅回路和A/D转换器与计算机连接，步进电机6同样通过计算机控制。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

本发明实施例的高精度自动液体压力计，其结构简单，设计巧妙，能够实现微小压力值的自动测量和计算，并将计算结果直接显示在显示屏上，节省了测量人员的劳动量；更重要的是，它采用计算机自动化控制，能够最大程度地消除传统微压压力计需要人为读取测量度数可能产生的误差，有效地保证测量结果的准确性和真实性。并且这种液体压力计的成本低廉，适合于在工程、科研、教学领域中推广应用。因此可以说它具备了多种优点，其市场前景较为广阔。

附图说明

图1是本发明实施例的测量原理图。

图2是本发明实施例的结构示意图。

图3是本发明实施例的电路框图。

具体实施方式

下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。如图1、图2所示：

首先说明本液体压力计的测量原理：

当被测微小压差为⊿P时，如图1(a)所示，试管中的液面将从零点位置下降x的距离，试剂杯的液面将上升h的距离，这样液面差H为：

H = x + h　                          (1)

假设试管和试剂杯的截面积分别为a和A，则可得到下式：

h = a x／A 　                        (2)

为了简化，将试管和试剂杯中表面张力的影响忽略不计，则根据流体静态压力方程可得到：

⊿P= ρgH　                        (3)

（ρ为液体压力计内部的液体密度，g为重力加速度。）

然后，将试剂杯垂直提升L的距离（如图１(b)），使得试管的液面回到原来的零点位置，此时，即使试剂杯被提升，液面差仍保持H不变（根据帕斯卡原理）。 由于压力计内的液体总体一定，在忽略连接管的变形而造成的容积变化的情况下，根据图1可得到下式：

L = C +H－C = H　                  (4)

由此可得，为使试管的液面返回到原来的零点位置，试剂杯的移动距离L与压力计两侧管的液面差H相等。因此，式（3）可改写为：

⊿P = ρgＬ

也就是说，如果能够测量出使试管的液面返回到原来的零点位置时试剂杯的移动距离L，就可以通过计算得出微小压力⊿P的数值。

根据上述原理，来详细叙述本发明实施例高精度自动液体压力计的工作过程：

在未施加待测压力⊿P之前，激光发生器8发出的激光以斜向上α角度的方向射向位于试管3液面上的浮子7下端面，其中α的角度范围是20度至70度（如图2所示），在浮子7的照射点处会产生散乱光，这里的散乱光包括经浮子7反射后，通过试管3内一次折射和试管3管壁二次折射后的激光，这部分散乱光通过聚光镜10后照射在半导体位置检测装置9（简称PSD）上，此时PSD的输出值为浮子7的零点位置；

向试管3中施加压力⊿P，浮子7在压力的作用下向下位移，激光与浮子7的接触点发生变化，通过浮子7产生的散乱光经聚光后与PSD的接触位置也随之变化，PSD发出信号，通过差动增幅回路和A/D转换器将信号传输到计算机之中，计算机控制步进电机6工作，步进电机6带动螺杆5转动，螺纹连接在螺杆5上的纵移平台4则会发生相应的纵向位移，由于试剂杯2中的液面高度提升，因而试管3中的液面也相应的上升，并带动浮子7在纵向上移动，当浮子7恢复到零点位置时， PSD将检测到的这一信号发送给计算机，计算机控制步进电机6停止工作。

根据所采用的步进电机6每一步的转动角α，以及螺杆5精度β（mm∕转），可确定步进电机6每转动一步所对应试剂杯2的移动量，并由此计算出试剂杯2在竖直方向上的位移量，即L，计算机根据⊿P = ρgＬ，直接将⊿P的数值计算出来，并显示在显示器上。

这种高精度自动液体压力计可以实现自动测量，具有数据准确，减少人为误差等优点。

Claims (1)

1.一种高精度自动液体压力计，包括U型软管（1），U型软管（1）的两端分别与试剂杯（2）和试管（3）连通，其特征在于：所述的试剂杯（2）放置在纵移平台（4）上，纵移平台（4）与螺杆（5）螺纹连接，螺杆（5）与步进电机（6）的工作端相连，在试管（3）内设置有浮子（7），激光发生器（8）设置在浮子（7）的斜下方α角范围内，α的取值范围是：20度至70度，以试管（3）的纵向中轴线为对称轴，与激光发生器（8）角度对称地设置有半导体位置检测装置（9），在半导体位置检测装置（9）与试管（3）之间设置有聚光镜（10），且聚光镜（10）的中心线与半导体位置检测装置（9）的中心线重合，半导体位置检测装置（9）通过差动增幅回路和A/D转换器与计算机连接，步进电机（6）同样通过计算机控制。

Images