CN103714728B - 仿真压力表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿真压力表，采用压力表壳与磁电式指针表头相结合方式，接受0‑5V DC标准工业直流电压信号大小变化并通过磁电式指针表头改变指针相应偏转角度来显示压力值大小的仿真压力表。其外形结构、安装形式、显示方式、读数方法上与真实压力表相一致。在生产实训装置应用中，不需要通以实际被测介质流体（气体或液体），只需要输入0‑5V DC直流电压信号就能模拟显示被测压力值的大小，不会产生泄漏现象，对安装要求不高，消除了安全隐患，具有检测灵活方便，可靠性高和稳定性好，使用寿命长的特点。在生产实训装置中应用，可以降低生产成本、降低使用维护费用，具有广泛的市场前景与应用价值。

Description

仿真压力表

技术领域

本发明涉及教育演示用具技术领域，特别涉及一种教学用的仿真压力表。

背景技术

压力表是以弹性元件为敏感元件，测量并指示高于或低于环境压力的仪表。压力表通过表内的敏感元件（波登管、膜盒、波纹管）的弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。在工业过程控制与技术测量过程中，由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性，机械式压力表的应用几乎遍及所有的工业流程和科研领域。

然而，在生产实训的过程中，比如说工厂化流程级石油化工生产实训装置是石油化工等流程生产企业用来提高学生或员工的认知能力、操作能力的大型生产实训装置。由于大型生产实训装置实际上是无真实物料或只是替代物料，装置内的设备和管道是无压力或微低压的，由于普通压力表是通过压力表内的敏感元件（波登管、膜盒、波纹管）受压发生弹性形变，再由表内机芯的转换机构将此弹性形变放大并传导至指针，带动指针转动来显示所受压力的大小。如果压力表内的敏感元件没有感受到被测介质（气体或液体介质）的压力时，敏感元件就不会发生弹性形变，从而，就无法通过压力表内机芯的转换机构将压力变化传导至指针，因此，就不能按照操作步骤实时显示生产实训装置中设备或管道内压力的大小。

如果采用真实的压力表测量显示压力，那么就必须生产实训装置内通入流体（气体或液体），以便形成与所测量显示压力大小相对应的真实的压力，这就造成生产实训装置的制造成本高、投资大；安装要求高，维护保养困难；操作要求高，复杂，培训使用费用高，易发生泄漏，安全隐患多，极大影响实训教与学等。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种仿真压力表。本发明通过以下技术方案实现：

一种仿真压力表，用以模拟测量管道内部压力，包括：

压力表刻度盘，压力表刻度盘的中心开有一孔；

磁电式指针表头，磁电式指针表头的一部分穿过孔，露在压力表刻度盘外；

其中，磁电式指针表头接收直流电压信号，并根据直流电压信号偏转相应角度，以仿真机械式压力表的显示方式。

较佳的，还包括：

表壳，为圆柱形中空结构，压力表刻度盘以及磁电式指针表头设置在表壳内；

表蒙，覆盖压力表刻度盘；

管接头，一端连接表壳，另一端连接被测管道；

两引出线，连接磁电式指针表头，分别作为输入端和输出端；

量程电阻，连接作为输入端的引出线上。

较佳的，压力表刻度盘与表蒙之间设置有一衬圈。

较佳的，表壳包括一表壳盖，连接在表壳外侧。

较佳的，表壳盖为一带折边的圆环。

较佳的，磁电式指针表头包括：

动圈，包括非磁性框以及缠绕在非磁性框上的线圈，非磁性框上设置有转轴，两引出线分别连接在线圈的两端；

两螺旋弹簧，分别连接转轴的两端；

磁铁，包括N极和S极，分别对应设置在动圈的两侧，与转轴平行；

指针，一端连接转轴，另一端穿过孔，露在压力表刻度盘外。

较佳的，非磁性框为铝框。

较佳的，压力表刻度盘的量程的角度为0~270度。

本发明采用了磁电式指针表头代替了真实压力表所采用的机械式指针结构，免去了使用真实物料，从而有效降低了教学成本，且安装形式、显示形式、外形结构与真实压力表相同；同时还具有维护保养简单、无安全隐患的优势。

附图说明

图1所示的是本发明的正视图

图2所示的是本发明的内部结构示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

请参考图1和图2，本实施实例的仿真压力表，主要构成包括表壳1、表壳盖2、压力表刻度盘3、磁电式指针表头4、指针11、管接头5、管接头螺母6、衬圈9、玻璃表蒙10。

为了实现真实仿真效果，表壳1直接采用普通压力表表壳，该表壳呈圆柱形，中空结构，带一表壳盖。表壳盖结构为带折边的圆环。

在表壳1下方的圆孔处用管接头螺母6将管接头5安装在表壳1上，通过管接头5就可以将仿真压力表安装在被测压力的设备或管道上。

用螺钉、螺母将磁电式指针表头4固定在表壳1内的底部上。指针表头4是一个包括指针11、线圈及其二个线圈引出线连接点的成套组件。

用一根细导线作为信号输入线引出线（+），所述细导线一端作为信号输入线引出线（+），所述导线另外一端串联连接一只量程电阻7，所述量程电阻7另外一端连接所述磁电式指针表头4的所述线圈的引出线连接点。用另外一根细导线作为信号输入线引出线（-），所述细导线一端作为信号输入线引出线（-），所述导线另外一端连接所述磁电式指针表头4的所述线圈的另外一个引出线连接点。

将压力表刻度盘3安装固定在表壳1上。安装时，将指针表头4的指针11穿出压力表刻度盘3的中心圆孔，让指针表头4的指针11露在压力表刻度盘3的外面。磁电式指针表头4的指针11起始偏转角度为零，指针表头4的指针11指在压力表刻度盘3的上限压力刻度值处。压力表刻度盘3的量程的角度为270度。

在压力表刻度盘3上放置衬圈9；

在衬圈9上放置玻璃表蒙10；

将表壳盖3罩在表壳1上，并用螺钉固定。

在细导线的两端加入0-5V DC标准工业直流电压后，通过量程电阻7将电压信号转换成磁电式指针表头4中的动圈12可以接受的微安级（uＡ级）直流电流信号，磁电式指针表头4是个组件，主要磁铁14、动圈12、螺旋弹簧15、指针11组成。动圈12是一个绕在铝框上的线圈，两侧分别是磁铁14的N极和S极，铝框的转轴13上装有两个螺旋弹簧15和一个指针11。当电流流过所述线圈，所述动圈12在所述磁铁的磁场中受到磁力矩作用发生偏转，固定在所述动圈12上的指针11随之产生偏转。固定在所述线圈上下两端的螺旋弹簧因所述线圈转动产生扭转力矩，该扭转力矩方向与磁力矩方向相反，阻止线圈转动。当螺旋弹簧扭转力矩与线圈受到的磁力矩大小相等时，所述线圈就停止转动。所述线圈带动指针11改变相应偏转角度，所述指针在压力表刻度盘3上显示出与之相对应的压力值的大小。

采用铝框是因为：1、铝轻(密度小)，铝做骨架转动惯量小。2、框架，对线圈起支撑作，使整个动圈成为一较坚固的整体。如果用铁或其他磁性金属，就会导致干扰指针的正确性。所以必须用非磁性材料，铝是较佳的选择，但本发明不做限制。

0-5V电压输入信号Vi经过量程电阻7后，转换成微安级电流I流过磁电式指针表头的动圈。流过电流I的动圈在磁场中受到磁力矩M1作用发生偏转，固定在动圈上的指针随之产生偏转，偏转角度同为θ。固定在动圈上下两端的螺旋弹簧因动圈转动产生扭转力矩M2，该扭转力矩M2的方向与磁力矩M1的方向相反，阻止动圈转动。

当螺旋弹簧扭转力矩M2与动圈受到的磁力矩M1的大小相等时，动圈就停止转动。此时，动圈的偏转角度θ就是指针偏转角度θ。该偏转角度θ与流过动圈的电流I大小成正比例关系。

假设，磁场的感应强度大小为B，动圈框长为L、宽为d、匝数为n，当动圈流过电流I时，产生的磁力矩为M1=F*d。

因为F=nBIL

所以M1=nBILd

当线圈转过角度θ（指针偏转角也为θ）时，螺旋弹簧产生阻碍线圈发生偏转的扭转力矩M2=kθ（k为螺旋弹簧系数）

当指针停止转动时，M1和M2大小相等，方向相反。即指针停转时，M1=M2。

nBILd=kθ

θ=nBILd/k=(nBLd/k)*I...................(1)

又假设电压输入信号大小为Vi，量程电阻7为Rs，动圈电阻为r，流过动圈的电流I与Vi的关系式为

Vi=I*(Rs+r)

整理得I=Vi/(Rs+r)带入式子（1）

θ=(nBLd/k)*I=(nBLd/k)*Vi/(Rs+r)

θ={(nBLd)/k(Rs+r)}*Vi........................（2）

由上式可知，指针偏转角度θ与电压输入信号Vi大小成正比例关系。

比如说：5V电压输入信号(Vi=5V)经过量程电阻7后，转换成微安级电流I流过磁电式指针表头的动圈。流过电流I的动圈在磁场中受到磁力矩M1作用带动指针产生偏转，偏转角度为θ=270度。螺旋弹簧因动圈转动产生扭转力矩M2阻止动圈转动。当M2与M1大小相等时，动圈就停止转动。此时，指针偏转角度θ=270度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种仿真压力表，用以模拟测量管道内部压力，其特征在于，包括：

压力表刻度盘，所述压力表刻度盘的中心开有一孔；

磁电式指针表头，所述磁电式指针表头的一部分穿过所述孔，露在所述压力表刻度盘外；

两引出线，连接所述磁电式指针表头，分别作为输入端和输出端；

量程电阻，连接作为输入端的所述引出线；其中，所述磁电式指针表头接收直流电压信号，并根据所述直流电压信号偏转相应角度，以仿真机械式压力表的显示方式；

所述磁电式指针表头包括：

动圈，包括非磁性框以及缠绕在所述非磁性框上的线圈，所述非磁性框上设置有转轴，所述两引出线分别连接在所述线圈的两端；

两螺旋弹簧，分别连接所述转轴的两端；

磁铁，包括N极和S极，分别对应设置在所述动圈的两侧，与所述转轴平行；

指针，一端连接所述转轴，另一端穿过所述孔，露在所述压力表刻度盘外；

所述磁电式指针表头偏转角度与所述直流电压信号满足关系：

θ＝{(nBLd)/k(Rs+r)}*Vi，所述θ为偏转角度、Vi为直流电压信号、B为磁场的感应强度大小、L为动圈框长、d为宽、n为匝数、k为螺旋弹簧系数、Rs为量程电阻、r为动圈电阻；

所述压力表刻度盘的量程的角度为0～270度。

2.根据权利要求1所述的仿真压力表，其特征在于，还包括：

表壳，为圆柱形中空结构，所述压力表刻度盘以及所述磁电式指针表头设置在所述表壳内；

表蒙，覆盖所述压力表刻度盘；

管接头，一端连接所述表壳，另一端连接被测管道；

两引出线，连接所述磁电式指针表头。

3.根据权利要求2所述的仿真压力表，其特征在于，所述压力表刻度盘与所述表蒙之间设置有一衬圈。

4.根据权利要求2所述的仿真压力表，其特征在于，所述表壳包括一表壳盖，连接在所述表壳外侧。

5.根据权利要求4所述的仿真压力表，其特征在于，所述表壳盖为一带折边的圆环。

6.根据权利要求5所述的仿真压力表，其特征在于，所述非磁性框为铝框。