CN110118629A - 一种核电站大气压力测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电站大气压力测量装置，包括：中空腔体，中空腔体中设有的称重传感器；紧固在中空腔体顶部的安装腔体，安装腔体中装设有活塞组件；分别固连在活塞组件的一活塞和称重传感器之间的耦合组件；以及紧固在安装腔体顶部的活塞缸压盖，活塞缸压盖上设有与安装腔体相连通的引压孔，称重传感器称取活塞和耦合组件的第一重量，对中空腔体进行抽真空，称重传感器称取大气压力作用在活塞上所产生推力，及活塞和耦合组件重量之向下合力的第二重量，根据存储的活塞的面积、第一重量和第二重量获取作用在活塞上的大气压力。实施本发明的核电站大气压力测量装置，能够实现高精度大气压力的测量。
Description
技术领域
本发明涉及核电测量领域，尤其涉及一种核电站大气压力测量装置。
背景技术
随着电子技术的发展，传感器技术得到了迅速发展，一系列的大气压力传感器纷纷出现，如：空盒气压计、谐振式气压传感器、电容式气压传感器等，这些传感器具有体积小、质量轻、便携带等特点，同时该些测量装置也有精度不够高、稳定性差、易老化等弱点，需要频繁的周期校准。
现有技术中，称重传感器的发展却有不凡的表现，它在稳定性、准确度等方面均比大气压力传感器优势明显，但也因测量装置的结构设计不够合理，仍存在测量准确度和稳定性不够高的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种核电站大气压力测量装置，能够实现高精度大气压力的测量。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种核电站大气压力测量装置，包括：中空腔体，中空腔体中设有的称重传感器；紧固在中空腔体顶部的安装腔体，安装腔体中装设有活塞组件；分别固连在活塞组件的一活塞和称重传感器之间的耦合组件；以及紧固在安装腔体顶部的活塞缸压盖，活塞缸压盖上设有与安装腔体相连通的引压孔，其中：中空腔体的中心轴线、称重传感器的中心轴线、安装腔体的中心轴线、活塞组件的中心轴线、活塞缸压盖的中心轴线以及引压孔的中心轴线同轴；称重传感器称取活塞和耦合组件的第一重量，对中空腔体进行抽真空，称重传感器称取大气压力作用在活塞上所产生推力，及活塞和耦合组件重量之向下合力的第二重量，根据存储的活塞的面积、第一重量和第二重量获取作用在活塞上的大气压力。
其中，还包括：用以存储活塞的面积、分别读取和记录第一重量和第二重量的微处理组件，微处理组件设在中空腔体外部，微处理组件与称重传感器相连。
其中，活塞组件还包括：活塞缸，活塞缸紧固在活塞缸压盖和安装腔体之间，活塞自由浮动在活塞缸内。
其中，活塞的上方与下方所形成的大气大力差在活塞和活塞缸之间隙中形成润滑气体薄膜，以降低活塞和活塞缸结合面之间的摩擦力。
其中，活塞和活塞缸结合面之间的间隙小于0.5um。
其中，活塞缸由硬质合金材料制成，活塞缸内、外圆柱面同轴度公差不大于0.01mm，内圆柱面直线度不大于0.2um，粗糙度不大于0.02um；活塞由低密度、高硬度陶瓷材料制成，活塞圆柱面直线度不大于0.1um，粗糙度不大于0.02um。
其中，活塞缸相对于安装腔体的位置可进行微调，以使活塞缸的内圆柱面和称重传感器的承重平面的中心轴线同轴。
其中，称重传感器的称重平面的中心设有开孔，开孔的底部设有第一定位锥面。
其中，耦合组件包括：金属杆和钢珠，金属杆的一端设为平面，金属杆的另一端设有第二定位锥面，其中：第一定位锥面和第二定位锥面中分别放置有钢珠，金属杆具有平面的一端插入开孔中并抵压在第一定位锥面中的钢珠上，金属杆另一端第二定位锥面中的钢珠抵压在活塞上。
其中，中空腔体的一侧设有用以与真空泵相连的真空接口；中空腔体的另一侧设有密封过线插座；中空腔体由无磁金属材料制成。
其中，安装腔体与中空腔体的中空腔体盖之间、安装腔体与活塞缸之间分别设有用以放置密封圈的O型圈槽。
其中，还包括：设在中空腔体底部的底板，底板上设有用以对底板进行调平的水平泡；底板的四角分别安装可手动调节的调平脚。
本发明所提供的核电站大气压力测量装置，具有如下有益效果：中空腔体的中心轴线、称重传感器的中心轴线、安装腔体的中心轴线、活塞组件的中心轴线、活塞缸压盖的中心轴线以及引压孔的中心轴线同轴；称重传感器称取活塞和耦合组件的第一重量，对中空腔体进行抽真空，称重传感器称取大气压力作用在活塞上所产生推力，及活塞和耦合组件重量之向下合力的第二重量，根据存储的活塞的面积、第一重量和第二重量获取作用在活塞上的大气压力，能够实现高精度大气压力的测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例核电站大气压力测量装置的外部结构示意图。
图2是本发明实施例核电站大气压力测量装置的俯视结构示意图。
图3是本发明实施例核电站大气压力测量装置如图2所示A-A方向的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合参见图1-图3所示，为本发明核电站大气压力测量装置的实施例一。
本实施例中的核电站大气压力测量装置，包括：中空腔体1，中空腔体1中设有的称重传感器2；紧固在中空腔体1顶部的安装腔体3，安装腔体3中装设有活塞组件4；分别固连在活塞组件4的一活塞41和称重传感器2之间的耦合组件5；以及紧固在安装腔体3顶部的活塞缸压盖6，活塞缸压盖6上设有与安装腔体3相连通的引压孔61，其中：中空腔体3的中心轴线、称重传感器2的中心轴线、安装腔体3的中心轴线、活塞组件4的中心轴线、活塞缸压盖6的中心轴线以及引压孔61的中心轴线同轴，该同轴的中心轴线为O；称重传感器5称取活塞41和耦合组件5的第一重量，对中空腔体1进行抽真空，称重传感器5称取大气压力作用在活塞41上所产生推力，及活塞41和耦合组件5重量之向下合力的第二重量，根据存储的活塞41的面积、第一重量和第二重量获取作用在活塞41上的大气压力。
真空腔体1为一长方体箱体，由真空腔体本体11、丁晴橡胶密封垫12、真空腔体盖13组成，真空腔体本体11和真空腔体盖13为无磁金属材料，本实施例中为时效处理的铝合金材料，丁氰橡胶密封垫12平铺在真空腔体本体11上，真空腔体盖13放置在丁氰橡胶密封垫12上并通过内六角螺钉将丁晴橡胶密封垫12压紧在真空腔体本体11和真空腔体盖13之间。
进一步的，中空腔体1的一侧设有用以与真空泵相连的真空接口111；中空腔体1的另一侧设有密封过线插座112；中空腔体1由无磁金属材料制成。实施时，密封过线插座112用于将真空腔体1内安装的称重传感器2的电连接导线引出真空腔体1，并与微处理组件7连接，真空接口111用于连接真空泵并对真空腔体1进行抽真空，真空腔体盖13的中部开设有与安装腔体3相连通的圆孔。
称重传感器2位于中空腔体1中并由螺钉固定在真空腔体本体11的底面上。进一步的，称重传感器2的称重顶面的中心设有开孔21，开孔21的底部设有用以装配耦合组件5的钢珠51的第一定位锥面211。
优选的，第一定位锥面211的角度为90°，设在开孔21的底部。
优选的，还包括：设在中空腔体1底部的底板8，底板8上设有用以对底板进行调平的水平泡81；底板8的四角分别安装可手动调节的调平脚82。具体实施时，通过调节底板8上的四个调平脚82称重传感器2的承重面与重力方向垂直，然后将底板8上的水平泡81调平。如此，只要水平泡81显示在水平状态，称重传感器2的承重面也就处于水平状态。
具体实施时，底板8为刚性材料制成的长方形板材，一般选择经稳定处理的铝板，厚度一般大于8mm，铝板的四角各安装一个可手动调节的调平脚82，一个水平泡81安装在底板8的边沿，方便调节可调平底板8的水平。
称重传感器2承重平面的水平与底板8上的水平泡81关联，连接活塞4和称重传感器2的耦合机构5放置在精密称重传感器承重平面的中心位置。
安装腔体3紧固在中空腔体1的顶部。具体实施时，安装腔体3和活塞缸压盖6为回转体，安装腔体3活塞缸压盖6为无磁金属材料。
安装腔体3与中空腔体1的中空腔体盖13之间、安装腔体3与活塞缸42之间分别设有用以放置密封圈的O型圈槽31。O型圈槽31用于放置密封的O-型圈，安装腔体3的内圆柱面垂直支撑在活塞缸42上，活塞缸压盖6由内六角螺钉紧固在安装腔体3上，活塞缸压盖6的顶部引压孔61用以连通大气，活塞组件4装配在安装腔体3内，并可前、后、左、右微调活塞缸42相对于真空腔体1的位置，也就是说，活塞缸42相对于安装腔体3的位置可进行微调，用以调节活塞缸42的内圆柱面与称重传感器2的承重平面的中心轴线同轴。
活塞组件4包括活塞缸42和活塞41，活塞缸42紧固在活塞缸压盖6和安装腔体3之间，活塞41自由浮动在活塞缸42内。活塞缸42选用硬质合金材料制成，活塞41选用低密度、高硬度的陶瓷材料制成。活塞缸42内、外圆柱面同轴度公差不大于0.01mm，内圆柱面直线度不大于0.2um，粗糙度不大于0.02um，活塞41的圆柱面直线度不大于0.1um，粗糙度不大于0.02um，活塞41和活塞缸42之间的间隙不大于0.5um，活塞41自由的浮动在活塞缸42内，活塞缸42安装并压紧在安装腔体3中，活塞缸42与安装腔体3之间的配合为间隙配合且配合间隙极小。
优选的，活塞41的上方与下方所形成的大气大力差在活塞41和活塞缸42之间隙中形成润滑气体薄膜，以降低活塞41和活塞缸42结合面之间的摩擦力。
如此设置的作用是：活塞41和活塞缸42的结合面为粗糙度小于0.02um的超级镜面，它们之间的摩擦力相对于大气压力作用在活塞41上端形成的向下的力而言极小，并且活塞41的上方与下方形成的大气大力差在小于0.5um的纳米级活塞41和活塞缸42间隙中形成动态的润滑气体薄膜，进一步降低活塞41和活塞缸42结合面之间的摩擦，使活塞41与活塞缸42之间的摩擦力Fr可忽略不计。
进一步的，耦合组件5包括：金属杆51和钢珠52，金属杆51的一端设为平面，金属杆52的另一端设有第二定位锥面511，其中：第一定位锥面211和第二定位锥面511中分别放置有钢珠52，金属杆51具有平面的一端插入开孔21中并抵压在第一定位锥面211中的钢珠52上，金属杆51另一端第二定位锥面511中的钢珠52抵压在活塞41上，其浮动抵压在活塞缸42的活塞41上。
具体实施时，金属杆51的长度不小于50mm，金属杆51下端为平面，上端为第二定位锥面511的角度为90°。
进一步的，还包括：用以存储活塞41的面积、分别读取和记录第一重量和第二重量的微处理组件7，微处理组件7设在真空腔体1/安装腔体3的外部，微处理组件7与称重传感器2相连。
本实施例中的核电站大气压力测量装置，基于称重传感器测量准确度远优于大气压力传感器的现实，将对大气压力的测量转化为对重力的测量，由称重传感器精密测量出大气压力转化的重力值，据此重力值解算出高精度的大气压力，从而实现高精度大气压力测量。
上述结构的核电站大气压力测量装置在具体实施时，中空腔体3的中心轴线、称重传感器2的中心轴线、安装腔体3的中心轴线、活塞组件4的中心轴线、活塞缸压盖6的中心轴线以及引压孔61的中心轴线同轴，该同轴的中心轴线为O，已知面积为A的活塞41自由的浮动在活塞缸42中，活塞41下端通过耦合机构5与高精度的称重传感器2连接，真空腔体通过真空接口与真空泵连接，可真空泵抽成真空。
当真空腔体通大气压力时，称重传感器5称取活塞41和耦合组件5的第一重量f1：
f1＝Wtare
当用真空泵对真空腔体1抽真空后，称重传感器5称取大气压力P作用在活塞41上所产生推力P×A，及活塞41和耦合组件5重量之向下合力Wtare的第二重量f2：
f2＝P×A+Wtare
上面两式相减有：
f2-f1＝P×A
即：
上式中活塞的面积A为定值并可事先测得，因此，根据称重传感器2测得的重量值f2以及f1，经电缆线和密封过线插座传送到真空腔体外的微处理组件7的处理，就可实时计算出大气压力值P。
由于活塞41和活塞缸42的结合面为粗糙度小于0.02um的超级镜面，它们之间的摩擦力相对于大气压力作用在活塞41上端形成的向下的力极小，并且活塞41上方与下方形成的大气大力差在小于0.5um的纳米级活塞41和活塞缸42间隙中形成动态的润滑气体薄膜，进一步降低活塞41和活塞缸42结合面之间的摩擦力，实现高精度大气压力测量。
实施本发明的核电站大气压力测量装置，具有如下有益效果：中空腔体的中心轴线、称重传感器的中心轴线、安装腔体的中心轴线、活塞组件的中心轴线、活塞缸压盖的中心轴线以及引压孔的中心轴线同轴；称重传感器称取活塞和耦合组件的第一重量，对中空腔体进行抽真空，称重传感器称取大气压力作用在活塞上所产生推力，及活塞和耦合组件重量之向下合力的第二重量，根据存储的活塞的面积、第一重量和第二重量获取作用在活塞上的大气压力，能够实现高精度大气压力的测量。
Claims (12)
1.一种核电站大气压力测量装置，其特征在于，包括：
中空腔体，所述中空腔体中设有的称重传感器；
紧固在所述中空腔体顶部的安装腔体，所述安装腔体中装设有活塞组件；
分别固连在所述活塞组件的一活塞和所述称重传感器之间的耦合组件；以及
紧固在所述安装腔体顶部的活塞缸压盖，所述活塞缸压盖上设有与所述安装腔体相连通的引压孔，其中：
所述中空腔体的中心轴线、所述称重传感器的中心轴线、所述安装腔体的中心轴线、所述活塞组件的中心轴线、所述活塞缸压盖的中心轴线以及所述引压孔的中心轴线同轴；
所述称重传感器称取所述活塞和耦合组件的第一重量，对所述中空腔体进行抽真空，所述称重传感器称取大气压力作用在所述活塞上所产生推力，及所述活塞和耦合组件重量之向下合力的第二重量，根据存储的所述活塞的面积、所述第一重量和所述第二重量获取作用在所述活塞上的大气压力。
2.如权利要求1所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，还包括：用以存储所述活塞的面积、分别读取和记录所述第一重量和所述第二重量的微处理组件，所述微处理组件设在所述中空腔体外部，所述微处理组件与所述称重传感器相连。
3.如权利要求1或2所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，所述活塞组件还包括：活塞缸，所述活塞缸紧固在所述活塞缸压盖和所述安装腔体之间，所述活塞自由浮动在所述活塞缸内。
4.如权利要求3所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，所述活塞的上方与下方所形成的大气大力差在所述活塞和所述活塞缸之间隙中形成润滑气体薄膜，以降低所述活塞和所述活塞缸结合面之间的摩擦力。
5.如权利要求3所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，所述活塞和所述活塞缸结合面之间的间隙小于0.5um。
6.如权利要求3所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，所述活塞缸由硬质合金材料制成，所述活塞缸内、外圆柱面同轴度公差不大于0.01mm，内圆柱面直线度不大于0.2um，粗糙度不大于0.02um；
所述活塞由低密度、高硬度陶瓷材料制成，所述活塞圆柱面直线度不大于0.1um，粗糙度不大于0.02um。
7.如权利要求3所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，所述活塞缸相对于所述安装腔体的位置可进行微调，以使所述活塞缸的内圆柱面和所述称重传感器的承重平面的中心轴线同轴。
8.如权利要求1所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，所述称重传感器的称重平面的中心设有开孔，所述开孔的底部设有第一定位锥面。
9.如权利要求8所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，所述耦合组件包括：金属杆和钢珠，所述金属杆的一端设为平面，所述金属杆的另一端设有第二定位锥面，其中：
所述第一定位锥面和所述第二定位锥面中分别放置有所述钢珠，所述金属杆具有平面的一端插入所述开孔中并抵压在第一定位锥面中的钢珠上，所述金属杆另一端第二定位锥面中的钢珠抵压在所述活塞上。
10.如权利要求2所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，所述中空腔体的一侧设有用以与真空泵相连的真空接口；
所述中空腔体的另一侧设有密封过线插座；
所述中空腔体由无磁金属材料制成。
11.如权利要求3所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，所述安装腔体与所述中空腔体的中空腔体盖之间、所述安装腔体与所述活塞缸之间分别设有用以放置密封圈的O型圈槽。
12.如权利要求1所述的核电站大气压力测量装置，其特征在于，还包括：设在所述中空腔体底部的底板，所述底板上设有用以对所述底板进行调平的水平泡；
所述底板的四角分别安装可手动调节的调平脚。
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