CN104949791B - 一种平衡式气体压力测压方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种平衡式气体压力测压方法与装置，在竖直主管道侧壁上连接三个泄压管道和一个支路管道，竖直主管道顶部连接气体压力发生装置；每个泄压管道上均设有一个管道阀门，每个管道阀门均连接一个步进电机；支路管道同轴连接玻璃管左端，玻璃管右端连接待测气体进压口，玻璃管中间部分管道内有一个小球，CCD图像传感器对小球的位置进行拍摄，控制器将此图片信息与预先处理的小球位于玻璃管正中心线处的图片信息进行比较，从下至上依序地控制相应的步进电机带动相应的管道阀门进行泄压；将压力发生器产生的气压减去步进电机作用后泄出的总体压力值得到待测气压值；能提供较大范围的标准气压，增大气压检测范围，提高气压检测的分辨率。

Description

一种平衡式气体压力测压方法与装置

技术领域

本发明涉及气体压力检测领域，特别是一种气体压力检测仪器仪表，能够提高大范围气体压力的检测分辨率。

背景技术

压力是工业生产中的重要参数。在生产过程中，压力会直接影响产品的质量和生产效率。如果高压容器的压力超过额定值时，就会对生产人员和设备造成安全隐患。 目前，用来测量气体压力的工业自动化测量仪表按工作原理可分为液柱式、弹性式、负荷式和电测式等类型，特点分别如下：液压式压力测量仪是以 一定高度的液柱所产生的压力，与被测压力相平衡的原理测量压力的，这种测量仪表的灵敏度较高，但存在量程受液柱高度限制、测压范围小、读数不方便等问题，且测量结果常需要进行温度和重力加速度等方面的修正；弹性式压力测量仪表是利用各种不同形状的弹性元件，在压力下产生变形的原理制成的压力测量仪表，在使用弹性式压力测量仪表时，仪表活动部件之间存在摩擦，产生误差；负荷式压力测量仪表是直接按压力的定义制作的，常见的有活塞式压力计、浮球式压力计和钟罩式压力计，这类压力计虽然测量误差很小，但结构复杂，成本较高；电测式压力测量仪表是利用金属或半导体的物理特性，直接将压力转换为电压、 电流信号或频率信号输出，或是通过电阻应变片等将弹性体的形变转换为电压、电流信号输出，但输出信号小，造成测压的范围较小。总之，现有的这些气体压力测量仪表要么测压范围小，要么测量范围较大时灵敏度却不高，即测量分辨率不高，有些压力测量仪表虽然分辨率较高，但不适用于大范围的压力检测，结构又复杂。

发明内容

本发明为克服上述现有气体压力测量仪表的不足，利用零位平衡原理，提出一种较大范围和较高分辨率的平衡式气体压力测压方法与装置，在提高压力检测范围的同时也提高检测分辨率。

本发明所提出的一种平衡式气体压力测压装置采用的技术方案是：包括竖直主管道，在竖直主管道侧壁上连接与竖直主管道相垂直且内腔均与竖直主管道相通的1号泄压管道、2号泄压管道、3号泄压管道这三个泄压管道和一个支路管道，三个泄压管道从上至下等距布置且内径依次增大，竖直主管道顶部连接气体压力发生器、底部直接连通3号泄压管道；每个泄压管道上均设有一个管道阀门，每个管道阀门均连接一个步进电机；所述支路管道同轴连接玻璃管左端，玻璃管右端连接待测气体进压口，玻璃管水平放置且两端比中间部分细，玻璃管中间部分管道内有一个小球，小球外径与玻璃管中间部管道内径相等且小球可左右运动；在玻璃管正上方设有CCD图像传感器，所述气体压力发生器、CCD图像传感器以及三个所述步进电机均与控制器相接。

本发明所提出的平衡式气体压力测压装置的气体压力测压方法采用的技术方案是包括以下步骤：

A、打开气体压力发生器产生气体，气体经竖直主管道、支路管道从玻璃管左端通入，待测气体经进压口从玻璃管右端通入；

B、CCD图像传感器对小球的位置进行拍摄，并将图片传送至控制器，控制器将此图片信息与预先处理的小球位于玻璃管正中心线处的图片信息进行比较，根据小球球心所在位置的不同，从下至上依序地控制相应的步进电机带动相应的管道阀门进行泄压，直至小球位于正中心线处时停止泄压；

C、将压力发生器产生的气压减去步进电机作用后泄出的总体压力值，得到待测气压值。

进一步地，步骤C中，步进电机作用后泄出的总体压力值的求取方法是：

1）通过标定装置获知步进电机转动度数与泄压管道泄压量的关系，所述标定装置包括控制器、气体压力发生器、竖直主管道、三个测压管道、三个气体压力表、三个泄压管道及每个泄压管道上对应的一个管道阀门和一个步进电机，每个测压管道均连接一个气体压力表；竖直主管道顶端与气体压力发生器相通，竖直主管道侧壁上由最底部向上等距地布置有三个泄压管道和分别与三个泄压管道处于同一高度的一一对应的三个测压管道，每个测压管道和对应的泄压管道的内、外径均相同；

2）打开气体压力发生器产生气压，打开三个气体压力表中的其一个气体压力表，显示测量值，只驱动与该气体压力表对应的一个步进电机运转1圈360°，此时测量出第一个气压值，将所述测量值减去第一个气压值则得到该步进电机转动1圈对应的泄压管道的泄压量_；再驱动该步进电机再运转1圈并测量出第二个气压值，将所述测量值减去第二个气压值则得到该步进电机转动2圈对应的泄压管道的泄压量，如此重复得到该步进电机转动n圈对应的气压变化值，这样就获得n个气压变化值样本数据，n大于30；

3）分别将三个步进电机转动n圈对应的气压变化值样本数据用于BP网络训练，分别由训练好的BP神经网络模型得到1号步进电机、2号步进电机、3号步进电机的转动度数与对应的1号泄压管道、2号泄压管道、3号泄压管道的泄压量变化关系分别是：，分别是三个步进电机的转动度数；

4）将变化关系式保存在控制器中，控制器根据1号步进电机、2号步进电机、3号步进电机的转动度数和对应的泄压量变化关系式计算出步进电机作用后泄出的总体压力值是：。

进一步，步骤B包括以下步骤，

1）CCD图像传感器对小球位置进行拍摄后，将拍摄的小球正中心线所在像素点b列与预先处理的小球位于玻璃管正中心线所在像素点a列进行比较，得到两个像素点之间的像素点个数；

2）若，则气体压力产生器产生的气压值就是待测气体的气压值，否则，驱动3 号步进电机转动1圈；

3）CCD 图像传感器对小球位置进行拍摄，检测小球正中心线所在像素点b1列，计算出；若，再驱动 3 号步进电机转动1圈，若，则执行步骤C，若，驱动3号步进电机反向转动1圈；

4）驱动2号步进电机正向转动1圈，CCD 图像传感器对小球位置进行拍摄，检测小球正中心线所在像素点b2列，计算出，若，则再驱动2号步进电机正向转动1圈，若，则执行步骤C，若，则驱动2号步进电机反向转动1圈；

5）驱动1号步进电机4正向转动1圈，CCD 图像传感器对小球位置进行拍摄，检测小球正中心线所在像素点b3列，计算出，若，再驱动1号步进电机正向转动1圈，否则执行步骤C。

本发明与已有方法和装置相比，具有如下优点：

1、本发明采用气体压力发生装置能提供较大范围的标准气压，从而能够增大气压检测范围。

2、本发明基于零位式平衡测量原理，采用步进电机带动三种不同通量的调节阀门进行泄压，实现对标准气压粗调、中调、微调 三种不同调节，进而提高气压检测的分辨率。

3、本发明利用CCD图像传感器拍摄小球处于玻璃管中的照片，并结合图像处理技术判断小球是否位于玻璃管中心线处，CPU控制电机调节泄压阀门，从而实现气压的非接触式测量。

4、本发明根据步进电机带动阀门旋转角度与泄压量两者之间存在的关系，利用人工神经网络技术进行数据拟合，得出两者之间的函数模型，继而可以根据该函数模型计算出不同阀门旋转角度的泄压量，实现待测气体压力值的精确测量。

附图说明

图1为本发明平衡式气体压力测压装置的整体结构示意图；

图2为图1中管道阀门的内部结构放大图；

图3为图1所示气体压力测压装置的电气结构框图；

图4为本发明气体压力测压装置在测压之前对气压粗调、中调、微调的标定装置示意图；

图5为图1所示本发明气体压力测压方法的流程图；

附图中各部件的序号和名称：1、控制器；2、气体压力发生器；3、水平支架；4、1号步进电机；5、1号步进电机转轴；6、1号管道阀门；7、1号泄压管道；8、1号管道水平支撑架；9、2号步进电机；10、2号步进电机转轴；11、2号管道阀门；12、2号泄压管道；13、2号管道水平支撑架；14、3号步进电机；15、3号步进电机转轴；16、3号管道阀门；17、3号泄压管道；18、水平底座；19、加固三角支架；20、竖直支架；21、抱箍的螺栓和螺母；22、抱箍；23、压力发生装置的气压管道；24、连接法兰；25、竖直主管道；26、支路管道；27、管道连接法兰；28、CCD图像传感器固定支架；29、 CCD图像传感器；30、透明玻璃管；31、小球；32、U形支撑架；33、待测气体进压口；34、圆柱形支撑架；35、固定水平底座的螺栓孔；36、固定圆柱形支撑架的螺丝；37、管道外壁；38、管道内壁；39、阀门阀芯。

具体实施方式

参见图1，为本发明平衡式气体压力测压装置的整体结构，包括由控制器1、气体压力发生器2、三个步进电机、CCD图像传感器、管道、平衡指示装置和支架等。

支架由水平底座18、水平支架3和竖直支架20组成，水平底座18和水平支架3相平行且均垂直于与竖直支架20，最底部是水平底座18，水平底座18固定连接竖直支架20的底部，竖直支架20的顶端固定连接水平支架3。加固三角支架19焊接在水平支架3与竖直支架20之间，主要起支撑水平支架3的作用，以保证整个装置的稳定性。在水平底座18的四角处均设有固定水平底座的螺栓孔35。

在最底部水平底座18和上部的水平支架3之间设置一个竖直主管道25，竖直主管道25位于竖直支架20的右侧，与竖直支架20相平行。在竖直主管道25的侧壁上设有三个泄压管道和一个支路管道26，可将三个泄压管道、一个支路管道26与竖直主管道25设计成一个整体。三个泄压管道和一个支路管道26均与竖直主管道25相垂直（即平行于水平底座18），并且内腔均与竖直主管道25相通。三个泄压管道的内径从上至下依次增大。三个泄压管道分别是从上至下等距布置的1号泄压管道7、2号泄压管道12和3号泄压管道7。三个泄压管道均穿过竖直支架20上的相应的孔后向竖直支架20的左侧延伸出去。

在水平支架3上放置控制器1和气体压力发生器2，气体压力发生器2的作用是可通过设置产生一定的气压。气体压力发生器2底部固定连接气压管道23，气压管道23与竖直主管道25的顶部入口处通过连接法兰24以及螺丝连接为一体，使气体压力发生器2直接连通于竖直主管道25的顶部入口。竖直主管道25的底部出口处直接连通于3号泄压管道7。

最下部的3号泄压管道7置放在水平底座18上，3号泄压管道7的底部由水平底座18支撑，1号泄压管道7和2号泄压管道12的底部各由固定连接于竖直支架20的管道水平支撑架支撑。1号泄压管道7的底部支撑有管道水平支撑架8，2号泄压管道12的底部由管道水平支撑架13支撑。管道水平支撑架8、13与竖直支架20的材料相同，管道水平支撑架8、13均与竖直支架20直接焊接在一起。

每个泄压管道上均安装一个管道阀门，每个管道阀门均连接一个步进电机，由步进电机带动管道阀门旋转以控制泄压管道的泄压量。具体是：1号泄压管道7上安装1号管道阀门6，1号步进电机4经1号步进电机转轴5连接1号管道阀门6，1号步进电机转轴5与1号管道阀门6的顶部直接焊接，1号泄压管道7的泄压量由1号管道阀门6控制。2号泄压管道12上安装2号管道阀门11，2号步进电机9经2号步进电机转轴10连接2号管道阀门11，1号步进电机转轴10与2号管道阀门11的顶部直接焊接，2号泄压管道12的泄压量由2号管道阀门11控制。3号泄压管道17上安装3号管道阀门16，3号步进电机14经3号步进电机转轴15连接3号管道阀门16，3号步进电机转轴15与3号管道阀门16的顶部直接焊接，3号泄压管道17的泄压量由3号管道阀门16控制。

支路管道26位于竖直主管道25右侧，支路管道26的左端连接竖直主管道25的右侧壁并且支路管道26与竖直主管道25相通，支路管道26的右端通过管道连接法兰27与平衡指示装置连接，平衡指示装置位于支路管道26的正右侧。

平衡指示装置主要包括玻璃管30、小球31、U形支撑架32和圆柱形支撑架34。玻璃管30水平放置，是中间较粗两端较细的中空的透明管，玻璃管30左端与支路管道26之间通过管道连接法兰27和螺丝进行同轴连接，右端连接待测气体进压口33，待测气体可从右端通入玻璃管30中。玻璃管30的中间部分较粗管道内有一个小球31，小球31的外径与玻璃管30中间部分较粗管道的内径相等。由于玻璃管30的两端比中间部分细一些，可以保证小球31只在玻璃管30的中间部分较粗管道内部左右运动。玻璃管30的内壁与小球31的外表面都打磨光滑，小球31可以在玻璃管30内进行无摩擦运动。玻璃管30的两端置于两个开口向上的U形支撑架32上，U形支撑架32的底部水平底座18固定焊接圆柱形支撑架34，圆柱形支撑架34底部利用螺丝36固定在水平底座18上，U形支撑架32与圆柱形支撑架34为相同的钢铁材质。

在玻璃管30的正上方设置CCD图像传感器29，CCD图像传感器29固定连接CCD图像传感器固定支架28，CCD图像传感器固定支架28由不易变形的钢铁材质制成，其上端与水平支架3直接焊接，通过CCD图像传感器固定支架28将CCD图像传感器29固定连接上方的水平支架3。

在竖直主管道25上直接焊接三个抱箍21，三个抱箍21分别位于三个泄压管道的上方，每个抱箍21均通过螺栓及螺母22固定连接竖直支架20，将竖直主管道25固定住。

参见图2，管道阀门内部结构图。步进电机转轴与管道阀门顶部直接连接，步进电机启动时，步进电机转轴带动管道阀门的阀芯39转动。管道阀门的外壁37 与管道阀门的内壁38之间为管道厚度。根据管道使用的条件、管道组成和管道应力分析等方面，查询《压力管道规范 工业管道》进行设计和选择。

参见图3的电气结构框图，气体压力发生器2、CCD图像传感器29以及三个步进电机均与控制器1相接，控制器1包括CPU、电机驱动电路、图像采集电路、电机驱动电源等。 1号步进电机4、2号步进电机9、3号步进电机14这三个步进电机端均经电机驱动电路连接CPU，电机驱动电路连接电机驱动电源，CPU经图像采集电路连接CCD图像传感器29，CPU还经不同的端口分别连接控制电路电源模块、气体压力发生器2。

本发明在测压之前，首先要获知步进电机转动度数与泄压管道泄压量的关系，并将步进电机转动度数与泄压管道泄压量的变化关系保存在控制器1中。要获知这一变化关系，必须通过一特定的气压粗调、中调、微调的标定装置来实现。参见图4所示的用于气压粗调、中调、微调的标定装置示意图。标定装置包括控制器1、气体压力发生器2、竖直主管道25、三个测压管道、三个气体压力表、三个泄压管道以及每个泄压管道上对应安装的一个管道阀门和控制对应管道阀门的一个步进电机，每个测压管道均连接一个气体压力表，气体压力表用于检测对应测压管道即对应泄压管道的气压值；竖直主管道25顶端连接气体压力发生器2，两者相通，竖直主管道25侧壁上由最底部向上等距地布置有三个泄压管道和分别与三个泄压管道处于同一高度的一一对应的三个测压管道，每个测压管道和与其对应的泄压管道的管道内径、外径均相同。具体是：在竖直主管道25的右侧壁等距分布与竖直主管道25连接且连通的1号测压管道、2号测压管道和3号测压管道，在竖直主管道25的左侧壁等距分布与竖直主管道25连接且连通的1号泄压管道7、2号泄压管道12和3号泄压管道17。1号测压管道与1号泄压管道7的管道内径、外径规格相同，两者处于同一高度；2号测压管道与2号泄压管道12的内径、外径规格相同，两者处于同一高度；3号测压管道与3号泄压管道17的管道内径、外径规格相同，两者处于同一高度。1号气体压力表的接头与1号测压管道进行螺纹连接；2号气体压力表的接头与2号测压管道进行螺纹连接；3号气体压力表的接头与3号测压管道进行螺纹连接。

气体压力表测量气压准确，容易获得，比较方便地用于确定步进电机转动度数与管道泄压量关系。在确定步进电机转动度数与泄压管道泄压量关系时，控制器1只控制该步进电机转动，其余两个步进电机处于关闭状态，其余两个步进电机对应的两个管道阀门也处于闭合状态。打开气体压力发生装置2产生一个气压，打开三个气体压力表中的一个气体压力表，显示测量值，只驱动与该气体压力表对应的一个步进电机运转1圈360°，此时测量出第一个气压值，将所述测量值减去第一个气压值则得到该步进电机转动1圈对应的泄压管道的泄压量_；再驱动该步进电机再运转1圈并测量出第二个气压值，将所述测量值减去第二个气压值则得到该步进电机转动2圈对应的泄压管道的泄压量，如此重复得到该步进电机转动n圈对应的气压变化值，这样就获得针对每个步进电机转动n圈对应的n个气压变化值样本数据，n大于30。具体是：在确定1号步进电机4转动度数与1号泄压管道7泄压量关系时，控制器1只控制1号步进电机4转动，其余两个步进电机（2号步进电机9和3号步进电机14）处于关闭状态，2号管道阀门11和3号管道阀门16处于闭合状态，无气体从2号泄压管道12和3号泄压管道17中泄出。同时，只打开1号气体压力表进行测量（2号气体压力表和3号气体压力表关闭），气体压力发生器2产生的气压值必须在1号气体压力表量程范围之内，否则会造成1号气体压力表的损坏，此为标定气压微调部分。在确定2号步进电机9转动度数与2号泄压管道12泄压量关系时，控制器1只控制2号步进电机9转动，其余两个步进电机（1号步进电机4和3号步进电机14）处于关闭状态，1号管道阀门6和3号管道阀门16处于闭合状态，无气体从1号泄压管道7和3号泄压管道17中泄出。同时，只打开2号气体压力表进行测量（1号气体压力表和3号气体压力表关闭），此时气体压力发生器2产生的气压值必须在2号气体压力表量程范围之内，此为标定气压中调部分。在确定3号步进电机14转动度数与3号泄压管道17泄压量关系时，控制器1只控制3号步进电机14转动，其余两个步进电机（1号步进电机4和2号步进电机9）处于关闭状态，1号管道阀门6和2号管道阀门11处于闭合状态，无气体从1号泄压管道7和2号泄压管道12中泄出。同时，只打开3号气体压力表进行测量（1号气体压力表和2号气体压力表关闭），此时气体压力发生器2产生的气压值必须在3号气体压力表量程范围之内，此为标定气压粗调部分。

本发明的气压标定如下：本发明中的三个步进电机的转动度数都为，步进电机必须以脉冲信号为驱动信号才可以运转，每一个脉冲驱动步进电机转动一步 （即转动度数为），转动1圈 360°，需要（）个脉冲完成。

以1号步进电机4为例，具体处理步骤如下：气体压力发生器2产生一个的已知气压值（气压值在1号气体压力表的量程范围之内），只打开1号气体压力表，记下1号气体压力表显示的测量值，CPU控制电机驱动电路，驱动1号步进电机4运转1圈（转动角度为360°），则此时1号气体压力表显示的气压值，就是1号步进电机4转动1圈对应1号泄压管道7的泄压量，CPU再控制电机驱动电路，驱动1号步进电机4运转1圈，记下此时1号气体压力表显示的气压值，则1号步进电机4转动2圈（转动角度为 720°）对应1号泄压管道7的泄压量，重复上述步骤，可得到1号步进电机4转动n圈（转动度数为）时，n大于30，与之相对应的气压变化值，这样就获得足够多的n个气压变化值样本数据。然后，选取部分实验数据作为泛化样本数据，其他的数据作为训练样本数据，并设置误差目标值及学习因子用于BP网络训练，得到训练后的权值和阈值。根据得到的参数，判断泛化的结果是否达到系统的误差要求，若是达到系统误差要求，则保存好相应的BP网络模型，若是没有达到系统误差要求，则修改学习因子后再次训练网络，直到符合系统误差的要求为止。通过训练好的BP神经网络模型，便可得到1号步进电机4转动度数与1号泄压管道7泄压量变化的关系，即。参见上述同样的步骤，可得到2号步进电机9转动度数与2号泄压管道12泄压量变化的关系，即，3号步进电机14转动度数与3号泄压管道17泄压量变化的关系，即。将步进电机转动度数与泄压管道泄压量的变化关系保存在控制器1中。

参见图5，本发明平衡式气体压力测压装置测压时，是基于零位式平衡测量原理，零位式测量法是指：测量时用被测量与标准量相比较，用指零仪表指示被测量与标准量相等（平衡），从而获得被测量。本发明在测量时用被测气压与标准气压相比较，用平衡指示装置指示被测气压与标准气压相等（平衡），标准气压与待测气压达到平衡时，标准气压的值就是待测气压的值。将气体压力发生器2打开，气体压力发生器2产生的气体经竖直主管道25、支路管道26从玻璃管30左端通入，待测气体经待测气体进压口33从玻璃管30右端通入，CCD图像传感器29会对小球31的位置进行拍摄，并通过图像采集电路将图片传送至控制器1。控制器1预先处理了小球31位于玻璃管30正中心线处的图片信息，将即时采集的图片信息与预先处理的小球31位于玻璃管30正中心线处的图片信息进行比较，根据小球31球心所在位置的不同，控制器1控制电机驱动电路，从下至上依序地控制相应的步进电机带动相应的管道阀门进行泄压，一定时间间隔后，重复上述步骤，直至小球31位于正中心线处。CPU根据压力发生器2产生的气压以及步进电机作用后泄出的气压得出待测气压值。具体测压过程如下：

1．初始化CPU。

2．CCD图像传感器29拍摄小球31的球心位于玻璃管30正中心线处的照片作为标准图片，以RGB格式存储在控制器1的CPU中。控制器1对标准图片进行相关处理，包括图片滤波、边缘检测、分割、黑白化和去噪处理，检测小球31中心所在像素点的位置，将该像素点所在列记为 a 列。需要说明的是：CCD图像传感器29采集到图片的像素分辨率为，即在水平方向上，每英寸上的像素数是m，在垂直方向上，每英寸上的像素数是n。将图片上的像素点从上到下分为n行，从左到右分为m列。

3．启动气体压力发生器2，同时气体压力发生器2产生的压力值输入控制器1中，等待1分钟，将待测气体从待测气体进压口33通入。

4． CCD图像传感器29对小球31位置进行拍摄，并将采集到的图像信息传送至CPU，进行处理，包括图片滤波、边缘检测、分割、黑白化和去噪处理，检测小球31正中心线所在像素点的位置，将该像素点所在列记为b列。将小球21球心所在列序号b与a进行比较，计算出，表示两个像素点之间的像素点个数。

5．若，则气体压力产生器2产生的气压值就是待测气体的气压值，直接执行步骤19，否则，执行步骤 6，进行泄压。

6．CPU 控制电机驱动电路，驱动 3 号步进电机14转动1圈（ 360°）。

7．CCD 图像传感器29对小球31位置进行拍摄，对图像进行处理后，检测小球31正中心线所在像素点的位置，该像素点所在列记为 b1列，计算出。

8. 若，说明需要继续进行泄压操作，执行步骤 6，驱动 3 号步进电机14再转动1圈，否则执行步骤 9。

9．若，则完成待测气压值的测量，直接执行步骤 19，否则，， 说明3号泄压管道17的泄压量过大。

10．CPU控制电机驱动电路，驱动3号步进电机14反向转动1圈（360°）。

11．CPU控制电机驱动电路，驱动2号步进电机9正向转动1圈（360°）。

12． CCD 图像传感器29对小球31位置进行拍摄，图像进行处理后，检测小球31正中心线所在像素点的位置，该像素点所在列记为b2列，计算出.

13．若， 说明需要继续进行泄压操作，执行步骤11，驱动2号步进电机9正向转动1圈。

14. 若，则完成待测气压值的测量，直接执行步骤19，否则，,说明2号泄压管道12的泄压量过大。

15．CPU 控制电机驱动电路，驱动2号步进电机9反向转动1圈（ 360°）。

16．CPU 控制电机驱动电路，驱动1号步进电机4正向转动1圈（ 360°）。

17．CCD 图像传感器29对小球31位置进行拍摄，图像进行处理后，检测小球31正中心线所在像素点的位置，该像素点所在列记为b3列，计算出。

18．若，说明需要继续进行泄压操作，执行步骤 16，驱动1号步进电机4正向转动1圈，否则执行步骤19。

19．将3个步进电机4、9、14的转动度数传送至CPU，根据1号步进电机4转动度数与1号泄压管道7泄压量变化关系、2号步进电机9转动度数与2号泄压管道12泄压量变化关系以及3号步进电机14转动度数与3号泄压管道17泄压量变化关系，可得到3个步进电机4、9、14的总体泄压压力值是，则可获得待测气压值就是气体压力发生器2产生的气压值P减去泄去的总体压力值，即。

Claims (7)

1.一种平衡式气体压力测压装置，其特征是：包括竖直主管道（25），在竖直主管道（25）侧壁上连接与竖直主管道（25）相垂直且内腔均与竖直主管道（25）相通的1号泄压管道（7）、2号泄压管道（12）、3号泄压管道（17）这三个泄压管道和一个支路管道（26），三个泄压管道从上至下等距布置且内径依次增大，竖直主管道（25）顶部连接气体压力发生器（2）、底部直接连通3号泄压管道（17）；每个泄压管道上均设有一个管道阀门，每个管道阀门均连接一个步进电机；所述支路管道（26）同轴连接玻璃管（30）左端，玻璃管（30）右端连接待测气体进压口（33），玻璃管（30）水平放置且两端比中间部分细，玻璃管（30）中间部分管道内有一个小球（31），小球（31）外径与玻璃管（30）中间部管道内径相等且小球（31）可左右运动；在玻璃管（30）正上方设有CCD图像传感器（29），所述气体压力发生器（2）、CCD图像传感器（29）以及三个所述步进电机均与控制器（1）相接。

2.根据权利要求1所述平衡式气体压力测压装置，其特征是：竖直主管道（25）设置在最底部的水平底座（18）和上部的水平支架（3）之间，水平底座（18）和水平支架（3）相平行且之间连接垂直的竖直支架（20），竖直主管道（25）位于竖直支架（20）右侧且与竖直支架（20）相平行，三个泄压管道均穿过竖直支架（20）上的相应孔后向竖直支架（20）左侧延伸；CCD图像传感器（29）固定连接CCD图像传感器固定支架（28），CCD图像传感器固定支架（28）上端与水平支架（3）固接；控制器（1）和气体压力发生器（2）放置在水平支架（3）上。

3.根据权利要求2所述平衡式气体压力测压装置，其特征是：竖直主管道（25）的底部出口处直接连通于最下部的3号泄压管道（17），3号泄压管道（17）置放在水平底座（18）上，1号泄压管道（7）和2号泄压管道（12）的底部各由固定连接于竖直支架（20）的管道水平支撑架支撑。

4.根据权利要求1所述平衡式气体压力测压装置，其特征是：玻璃管（30）的两端置于两个开口向上的U形支撑架（32）上，U形支撑架（32）底部经圆柱形支撑架（34）固定连接水平底座（18）。

5.一种如权利要求1所述平衡式气体压力测压装置的气体压力测压方法，其特征是包括以下步骤：

A、打开气体压力发生器（2）产生气体，气体经竖直主管道（25）、支路管道（26）从玻璃管（30）左端通入，待测气体经进压口（33）从玻璃管（30）右端通入；

B、CCD图像传感器（29）对小球（31）的位置进行拍摄，并将图片传送至控制器（1），控制器（1）将此图片信息与预先处理的小球（31）位于玻璃管（30）正中心线处的图片信息进行比较，根据小球（31）球心所在位置的不同，从下至上依序地控制相应的步进电机带动相应的管道阀门进行泄压，直至小球（31）位于正中心线处时停止泄压；

C、将气体压力发生器（2）产生的气压减去步进电机作用后泄出的总体压力值，得到待测气压值。

6.根据权利要求5所述气体压力测压方法，其特征是：步骤C中，步进电机作用后泄出的总体压力值的求取方法是：

1）通过标定装置获知步进电机转动度数与泄压管道泄压量的关系，所述标定装置包括控制器（1）、气体压力发生器（2）、竖直主管道（25）、三个测压管道、三个气体压力表、三个泄压管道及每个泄压管道上对应的一个管道阀门和一个步进电机，每个测压管道均连接一个气体压力表；竖直主管道（25）顶端与气体压力发生器（2）相通，竖直主管道（25）侧壁上由最底部向上等距地布置有三个泄压管道和分别与三个泄压管道处于同一高度的一一对应的三个测压管道，每个测压管道和对应的泄压管道的内、外径均相同；

2）打开气体压力发生器（2）产生气压，打开三个气体压力表中的一个气体压力表，显示测量值，只驱动与该气体压力表对应的一个步进电机运转1圈360°，此时测量出第一个气压值，将所述测量值减去第一个气压值则得到该步进电机转动1圈对应的泄压管道的泄压量_；再驱动该步进电机再运转1圈并测量出第二个气压值，将所述测量值减去第二个气压值则得到该步进电机转动2圈对应的泄压管道的泄压量，如此重复得到该步进电机转动n圈对应的气压变化值，这样就获得n个气压变化值样本数据，n大于30；

3）分别将三个步进电机转动n圈对应的气压变化值样本数据用于BP网络训练，分别由训练好的BP神经网络模型得到1号步进电机（4）、2号步进电机（9）、3号步进电机（14）的转动度数与对应的1号泄压管道（7）、2号泄压管道（12）、3号泄压管道（17）的泄压量变化关系分别是：， 分别是三个步进电机的转动度数；

4）将变化关系式保存在控制器（1）中，控制器（1）根据1号步进电机（4）、2号步进电机（9）、3号步进电机（14）的转动度数和对应的泄压量变化关系式计算出步进电机作用后泄出的总体压力值是：。

7.根据权利要求5所述气体压力测压方法，其特征是：步骤B包括以下步骤，

1）CCD图像传感器（29）对小球（31）位置进行拍摄后，将拍摄的小球（31）正中心线所在像素点b列与预先处理的小球（31）位于玻璃管（30）正中心线所在像素点a列进行比较，得到两个像素点之间的像素点个数；

2）若，则气体压力发生器（2）产生的气压值就是待测气体的气压值，否则，驱动 3号步进电机（14）转动1圈；

3）CCD 图像传感器（29）对小球（31）位置进行拍摄，检测小球（31）正中心线所在像素点b1列，计算出；若，再驱动 3 号步进电机（14）转动1圈，若，则执行步骤C，若，驱动3号步进电机（14）反向转动1圈；

4）驱动2号步进电机（9）正向转动1圈，CCD 图像传感器（29）对小球（31）位置进行拍摄，检测小球（31）正中心线所在像素点b2列，计算出，若，则再驱动2号步进电机（9）正向转动1圈，若，则执行步骤C，若，则驱动2号步进电机（9）反向转动1圈；

5）驱动1号步进电机（4）正向转动1圈，CCD 图像传感器（29）对小球（31）位置进行拍摄，检测小球（31）正中心线所在像素点b3列，计算出，若，再驱动1号步进电机（4）正向转动1圈，否则执行步骤C。