CN117662890A - 一种便于拆卸的高精度液压测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压测量技术领域，公开了一种便于拆卸的高精度液压测量装置，包括：母座组件、公座组件和液压管道，母座组件可拆卸的安装在公座组件的上端，公座组件可拆卸的安装在液压管道上；母座组件包括母座安装室、母座夹持部、母座连接部和液压测量组件，母座安装室一体成型的设置在母座连接部的顶端，母座安装室与母座连接部内部连通，母座夹持部设置在母座连接部的外侧，母座安装室内部形成安装腔室，液压测量组件设置在该安装腔室内，在该安装腔室内灌入封灌胶，将液压测量组件进行固定；公座组件包括公座第一连接部、公座夹持部和公座第二连接部。本发明能够大幅度的提升液压测量精度和响应速度，降低测量误差，其安装维修方便。

Description

一种便于拆卸的高精度液压测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及液压测量技术领域，尤其涉及一种便于拆卸的高精度液压测量装置及其使用方法。

背景技术

液压传动系统与液体管道运输被广泛应用于工业、建筑、农业、矿山等领域。但液压设备因压力异常产生的后果不可小觑，因此对液压传动系统和液体管道压力的实时测量尤为重要。

在实际工作中，液压测量装置一般分为非接触式测量和接触式测量两类。

非接触式测量液压，将传感器安装在管道外围，通过测量管道形变来计算液压大小，这类测量方式带来的问题是管道形变程度小，误差大，测量精度低，且对安装方式要求高。如申请号为201810485540.1，名称为一种柴油机高压油管压力测量方法的中国发明专利，其能够实现一定直径高压油管压力的测量，工作过程简单可靠，稳定性强，操作方便，并利用惠斯通电桥的全桥电路，采用电阻应变式称重传感器作为敏感元件，但是其是通过外卡方式实现管压测量。再如申请号为202211624785.0，名称为一种基于载荷应变关系的压力管道的载荷测量方法的中国发明专利，其利用应变片绕着待测压力管道截面贴附在管道外壁上，同样是利用管道形变进行测量。由于管道形变程度小，导致测量的误差大，测量精度低。与管道的内部液压测量场景差异较大，采用的是不同的连接结构和通讯方式。

接触式测量液压，是通过敏感单元与液体接触，将液压大小转化为电信号进行测量，这类虽通过敏感单元直接与液体接触测量液压，精度提升，但其安装方式通常是以螺纹配合生胶带方式进行连接固定，这种安装方式带来的问题是，安装拆卸繁琐、容易产生漏液、不便于维修更换。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种便于拆卸的高精度液压测量装置，能够大幅度的提升液压测量精度和响应速度，降低测量误差，其整体应用场景丰富，安装与维修更换方便。

本发明采用如下技术方案实现：一种便于拆卸的高精度液压测量装置，包括：母座组件、公座组件和液压管道，所述的母座组件可拆卸的安装在公座组件的上端，所述的公座组件可拆卸的安装在液压管道上；所述的母座组件包括母座安装室、母座夹持部、母座连接部和液压测量组件，所述的母座安装室一体成型的设置在母座连接部的顶端，母座安装室与母座连接部内部连通，母座夹持部设置在母座连接部的外侧，所述的母座安装室内部形成安装腔室，所述的液压测量组件设置在该安装腔室内，在该安装腔室内灌入封灌胶，将液压测量组件进行固定；所述的公座组件包括公座第一连接部、公座夹持部和公座第二连接部，所述的公座第一连接部一体成型的设置在公座第二连接部的顶端，公座第一连接部与公座第二连接部的内部连通，公座夹持部设置在公座第二连接部的外侧。

进一步地，所述的液压测量组件包括信号处理单元、传感器单元和钢质薄膜，所述的钢质薄膜设置在母座安装室内部的安装腔室底端，钢质薄膜距离母座安装室的顶部2～4cm，所述的传感器单元紧贴固定在钢质薄膜上，信号处理单元与传感器单元通过导线连接，用于采集、处理及传输传感器单元的数据。

进一步地，所述的信号处理单元包括低功耗控制器、模数转换模块、温度传感器、电源和通讯单元，所述传感器单元的输出端通过导线与模数转换模块的输入端连接，所述模数转换模块的输出端通过导线与低功耗控制器连接，所述的温度传感器、通讯单元分别通过导线与低功耗控制器连接，所述的电源为信号处理单元供电。

进一步地，所述的通讯单元为蓝牙模组。

进一步地，所述的通讯单元为RS485模块，RS485模块的导线穿过封灌胶与位于母座组件顶端的485接头连接。

进一步地，所述液压管道的外壁上依次设置有橡胶圈槽和U型销插槽，所述的橡胶圈槽上设置有橡胶圈，所述的公座第二连接部底端对称设置有若干个通孔，所述的公座第二连接部从上往下套设在液压管道的顶端，所述的通孔中插设有U型销，U型销插设在U型销插槽中，将公座第二连接部的底端与液压管道的顶端之间密封连接。

进一步地，所述的母座连接部为中央空心的圆柱形连接座，其内壁上设置有内螺纹；所述的公座第一连接部也为圆柱形，其外壁上设置有外螺纹，所述的公座第一连接部通过螺纹配合安装在母座连接部内。

进一步地，所述的公座第一连接部上设置有球阀，用于控制其通断。

进一步地，所述的传感器单元为压阻式传感器，其内部设置有单臂惠斯通电桥，所述的压阻式传感器通过胶水紧贴固定在钢质薄膜的上方，用于将钢质薄膜的弹性形变转化为电阻式应变片自身阻值的变化。

进一步地，所述的模数转换模块使用模数转换芯片，模数转换芯片的3、4引脚与压阻式传感器的差分引脚输入连接，参考电压1引脚、地线2引脚与压阻式传感器的电源引脚连接。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明的一种便于拆卸的高精度液压测量装置，利用在母座安装室内部设置钢质薄膜，通过钢质薄膜直接与管道内部的液体接触产生弹性形变，并将该弹性形变转化为高精度电阻式应变片自身阻值的变化，能够大幅度的提升液压测量精度和响应速度，降低测量误差。由于钢质薄膜的厚度、距离顶部的位置可根据需求调整，还可以满足不同的液压测量量程、精度和容纳不同大小的信号处理单元，使得该测量方式的选择更加灵活。

2.本发明的一种便于拆卸的高精度液压测量装置，包括母座组件、公座组件和液压管道三个部件，其间采用不同的可拆卸安装方式进行连接，密封性好。根据更换频率的不同，还在公座第一连接部上设置有球阀，安装与维修更换时，只需关闭球阀，更换母座组件即可，便于快速安装与维修更换。

3.本发明的一种便于拆卸的高精度液压测量装置，其中的信号处理单元功耗低、体积小，能够满足长时间工作，并能够根据液压测量的现场环境和具体需要选择不同的通讯方式，其整体应用场景更加丰富。

附图说明

图1是本发明的便于拆卸的高精度液压测量装置的连接结构示意图；

图2是现有技术中的母座组件及液压测量组件的结构示意图；

图3是本发明中公座组件的结构示意图；

图4是本发明中液压管道的结构示意图；

图5是本发明中液压测量组件的系统连接框图；

图6是本发明中模数转换模块电路图；

图7是本发明的便于拆卸的高精度液压测量装置的工作流程图。

图中：1、母座组件；2、封灌胶；3、信号处理单元；4、传感器单元；5、钢质薄膜；7、橡胶圈槽；8、U型销插槽；9、液压管道；10、公座组件；11、球阀；12、外螺纹；13、通孔；14、公座第一连接部；15、公座夹持部；16、公座第二连接部；31、低功耗控制器；32、模数转换模块；33、温度传感器；34、蓝牙模组；35、RS485模块；81、U型销；101、母座安装室；102、母座夹持部；103、母座连接部。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种便于拆卸的高精度液压测量装置。

实施例一

本实施例提供一种便于拆卸的高精度液压测量装置，参照图1所示，包括：母座组件1、公座组件10和液压管道9，其中的母座组件1可拆卸的安装在公座组件10的上端，公座组件10可拆卸的安装在液压管道9上。

参照图2所示，母座组件1包括母座安装室101、母座夹持部102、母座连接部103和液压测量组件，母座安装室101一体成型的设置在母座连接部103的顶端，母座安装室101与母座连接部103的内部连通，母座夹持部102设置在母座连接部103的外侧，母座安装室101内部形成安装腔室，液压测量组件设置在该安装腔室内，在该安装腔室内灌入封灌胶2，将液压测量组件进行固定。

参照图3所示，公座组件10包括公座第一连接部14、公座夹持部15和公座第二连接部16，公座第一连接部14一体成型的设置在公座第二连接部16的顶端，公座第一连接部14与公座第二连接部16的内部连通，公座夹持部15设置在公座第二连接部16的外侧。

参照图4所示，液压管道9的外壁上依次设置有橡胶圈槽7和U型销插槽8，橡胶圈槽7上设置有橡胶圈，公座第二连接部16底端对称设置有若干个通孔13，公座第二连接部16从上往下套设在液压管道9的顶端，通孔13中插设有U型销81，U型销81插设在U型销插槽8中，将公座第二连接部16的底端与液压管道9的顶端之间密封连接。本实施例中，通孔13有四个，在液压管道9上安装公座组件10时，将橡胶圈放入到橡胶圈槽7中，用于防止漏液；再将公座第二连接部16从上往下与液压管道9的顶端压紧，U型销81前端从两个通孔13中插入，沿着U型销插槽8，从另外两个通孔13中穿出，完成密封连接。

参照图2所示，液压测量组件包括信号处理单元3、传感器单元4和钢质薄膜5，钢质薄膜5设置在母座安装室101内部的安装腔室底端。母座组件1在铸锻时，在其内部设置一层钢质薄膜5，用于阻隔液体，并将液压转化为钢质薄膜5的弹性形变，用于后续的传感器测量。钢质薄膜5的厚度、距离顶部的位置可在铸造时进行调整，以满足不同的液压测量量程、精度和容纳不同大小的信号处理单元3，本实施例中优选的，钢质薄膜5距离母座安装室101的顶部2～4cm，钢质薄膜5的材料应当具有良好的力学性能，对液压有敏感、及时的响应，本实施例中以40Cr钢作为钢质薄膜5的原材料，其具有良好的弹性系数，较高的强度和韧性。传感器单元4紧贴固定在钢质薄膜5上，信号处理单元3与传感器单元4通过导线连接，用于采集、处理及传输传感器单元4的数据。本实施例中优选的，传感器单元4实质是一个压阻式传感器，内部是一个单臂惠斯通电桥，其上有一个高精度电阻式应变片，应变片紧贴在钢质薄膜5的上方并用胶水固定。用于将钢质薄膜5的弹性形变转化为高精度电阻式应变片自身阻值的变化。

参照图5所示，信号处理单元3包括低功耗控制器31、模数转换模块32、温度传感器33、电源和通讯单元，传感器单元4的输出端通过导线与模数转换模块32的输入端连接，模数转换模块32的输出端通过导线与低功耗控制器31连接，温度传感器33、通讯单元分别通过导线与低功耗控制器31连接，温度传感器33用于测量安装腔室内的温度，并能够提供温度预警。本实施例中的低功耗控制器31为单片机控制器，具体地，为HC32L110C6单片机，其功耗低、体积小，内置时消耗的电能更低，能够提高工作时长，电源为信号处理单元3供电。

具体地，母座连接部103为中央空心的圆柱形连接座，其内壁上设置有内螺纹；公座第一连接部14也为圆柱形，其外壁上设置有外螺纹12，公座第一连接部14通过螺纹配合安装在母座连接部103内。公座第一连接部14上还设置有球阀11，方便安装及拆卸调试液压测量时，控制公座第一连接部14的通断。由于电子器件的寿命和可靠性通常短于管路这些纯机械部件，因此母座组件1的更换频率大于公座组件，这种结构设计，使得在后续维修时，只需关闭球阀11，更换母座组件即可，便于快速安装与维修更换。

参照图6所示，传感器单元4引出四根引脚，分别是电源脚、差分信号脚A、差分信号脚B和地线，分别与电桥差分输入接头J2连接。模数转换模块32使用模数转换芯片，本实施例中优选的，模数转换芯片为模数转换芯片CS1237，其上集成了信号放大功能，其输入信号放大倍数可编程，放大范围1～128倍，在实现微弱差分信号放大的同时，大大减少了电路元器件数量，减小了电路体积，有利于集成化。模数转换芯片U4的3、4引脚与压阻式传感器的差分引脚输入A、B连接，参考电压1引脚、地线2引脚与压阻式传感器的电源引脚连接，这种连接方式的好处是，因电源波动引起的传感器差分信号与模数转换芯片参考电压的波动，在模数转换时可以相互抵消，能够进一步提高测量精度。

实施例二

本实施例提供一种便于拆卸的高精度液压测量装置，其中的通讯单元为蓝牙模组34或RS485模块35。使用蓝牙模组34时，通讯单元也利用封灌胶封装在母座安装室101内部的安装腔室内，使得液压测量装置无外接线缆，整体更加简洁，利用蓝牙模组34，将采集的液压数据传输在近场的手机或者其他蓝牙接收设备上，得到液压数据，进行后续的处理和使用。本实施例中使用的封灌胶2具有防水防潮、抗温耐寒和耐腐蚀。

当然，通讯单元还可以使用现有技术中的有线通讯方式，如使用485通讯，此时将RS485模块35的导线穿过封灌胶2与位于母座组件1顶端的485接头连接，利用计算机或者其他设备采集读取液压数值，进行后续的处理和使用。这种通讯方式能够使用外接电源进行供电，其连续工作时长更长，且信号的传输相对更加稳定。通讯单元根据液压测量的现场环境和具体需要进行选择。此外，通讯单元也可以同时使用蓝牙模组和485通讯。

一种便于拆卸的高精度液压测量装置的使用方法：

步骤一：根据测量需求，制作液压测量组件。其中主要是根据液压测量的量程和精度需求，调节钢质薄膜5的厚度及距离顶部的位置，制作合适的液压测量组件。而后将液压测量组件设置在母座安装室101内部的安装腔室内，并在该安装腔室内灌入封灌胶2，将液压测量组件进行固定，待完全成型后，制备得到完整的母座组件1。

步骤二：将母座组件1下方的母座连接部103通过螺纹配合与公座第一连接部14上的外螺纹12连接，将母座组件1可拆卸的安装在公座组件10的上端。

步骤三：将橡胶圈放入到橡胶圈槽7中，防止漏液；再将公座组件10下方的公座第二连接部16从上往下与液压管道9的顶端压紧，U型销81前端从两个通孔13中插入，沿着U型销插槽8，从另外两个通孔13中穿出，将公座组件10密封安装在液压管道9上。

步骤四：系统上电后，管道内无液体时，传感器单元4输出空载值，利用该空载数据对传感器的采集数据进行校准归零。

步骤五：打开公座组件10上的球阀11，进入正常工作模式。当液体撞击到钢质薄膜5上时，使钢质薄膜5产生一个弹性形变，该形变会拉伸传感器单元的高精度电阻式应变片，使其电阻阻值发生改变，在外部激励下，传感器单元4输出一个差分信号。

步骤六：差分信号输入到模数转换芯片中。模数转换芯片将输入的差分信号通过PGA放大，再进行模数转换，并把结果存入到数据寄存器中。单片机通过读取该数据寄存器，得到模数转换结果并进行数据处理，得到最终的液压数值。

步骤七：单片机可以通过蓝牙模组，将液压数据传输在近场的手机或者其他蓝牙接收设备上，得到液压数据，进行后续的处理和使用；也可以通485传输，在计算机或者其他设备采集读取液压数值，进行后续的处理和使用。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种便于拆卸的高精度液压测量装置，其特征在于：包括：母座组件(1)、公座组件(10)和液压管道(9)，

所述的母座组件(1)可拆卸的安装在公座组件(10)的上端，所述的公座组件(10)可拆卸的安装在液压管道(9)上；

所述的母座组件(1)包括母座安装室(101)、母座夹持部(102)、母座连接部(103)和液压测量组件，

所述的母座安装室(101)一体成型的设置在母座连接部(103)的顶端，母座安装室(101)与母座连接部(103)内部连通，母座夹持部(102)设置在母座连接部(103)的外侧，所述的母座安装室(101)内部形成安装腔室，所述的液压测量组件设置在该安装腔室内，在该安装腔室内灌入封灌胶(2)，将液压测量组件进行固定；

所述的公座组件(10)包括公座第一连接部(14)、公座夹持部(15)和公座第二连接部(16)，所述的公座第一连接部(14)一体成型的设置在公座第二连接部(16)的顶端，公座第一连接部(14)与公座第二连接部(16)的内部连通，公座夹持部(15)设置在公座第二连接部(16)的外侧。

2.根据权利要求1所述的便于拆卸的高精度液压测量装置，其特征在于：所述的液压测量组件包括信号处理单元(3)、传感器单元(4)和钢质薄膜(5)，所述的钢质薄膜(5)设置在母座安装室(101)内部的安装腔室底端，钢质薄膜(5)距离母座安装室(101)的顶部2～4cm，所述的传感器单元(4)紧贴固定在钢质薄膜(5)上，信号处理单元(3)与传感器单元(4)通过导线连接，用于采集、处理及传输传感器单元(4)的数据。

3.根据权利要求2所述的一种便于拆卸的高精度液压测量装置，其特征在于：所述的信号处理单元(3)包括低功耗控制器(31)、模数转换模块(32)、温度传感器(33)、电源和通讯单元，

所述传感器单元(4)的输出端通过导线与模数转换模块(32)的输入端连接，所述模数转换模块(32)的输出端通过导线与低功耗控制器(31)连接，所述的温度传感器(33)、通讯单元分别通过导线与低功耗控制器(31)连接，所述的电源为信号处理单元(3)供电。

4.根据权利要求3所述的一种便于拆卸的高精度液压测量装置，其特征在于：所述的通讯单元为蓝牙模组(34)。

5.根据权利要求3所述的一种便于拆卸的高精度液压测量装置，其特征在于：所述的通讯单元为RS485模块(35)，RS485模块(35)的导线穿过封灌胶(2)与位于母座组件(1)顶端的485接头连接。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种便于拆卸的高精度液压测量装置，其特征在于：所述液压管道(9)的外壁上依次设置有橡胶圈槽(7)和U型销插槽(8)，所述的橡胶圈槽(7)上设置有橡胶圈，所述的公座第二连接部(16)底端对称设置有若干个通孔(13)，所述的公座第二连接部(16)从上往下套设在液压管道(9)的顶端，所述的通孔(13)中插设有U型销(81)，U型销(81)插设在U型销插槽(8)中，将公座第二连接部(16)的底端与液压管道(9)的顶端之间密封连接。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种便于拆卸的高精度液压测量装置，其特征在于：所述的母座连接部(103)为中央空心的圆柱形连接座，其内壁上设置有内螺纹；所述的公座第一连接部(14)也为圆柱形，其外壁上设置有外螺纹(12)，所述的公座第一连接部(14)通过螺纹配合安装在母座连接部(103)内；所述的公座第一连接部(14)上设置有球阀(11)，用于控制其通断。

8.根据权利要求3所述的一种便于拆卸的高精度液压测量装置，其特征在于：所述的传感器单元(4)为压阻式传感器，其内部设置有单臂惠斯通电桥，所述的压阻式传感器通过胶水紧贴固定在钢质薄膜(5)的上方，用于将钢质薄膜(5)的弹性形变转化为电阻式应变片自身阻值的变化。

9.根据权利要求8所述的一种便于拆卸的高精度液压测量装置，其特征在于：所述的模数转换模块(32)使用模数转换芯片，模数转换芯片的3、4引脚与压阻式传感器的差分引脚输入连接，参考电压1引脚、地线2引脚与压阻式传感器的电源引脚连接。

10.一种便于拆卸的高精度液压测量装置使用方法，使用上述的便于拆卸的高精度液压测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据液压测量的量程和精度需求，调节钢质薄膜(5)的厚度及距离顶部的位置，制作合适的液压测量组件；而后将液压测量组件设置在母座安装室(101)内部的安装腔室内，并在该安装腔室内灌入封灌胶(2)，将液压测量组件进行固定，待完全成型后，制备得到完整的母座组件(1)；

步骤二：将母座组件(1)下方的母座连接部(103)通过螺纹配合与公座第一连接部(14)上的外螺纹(12)连接，将母座组件(1)可拆卸的安装在公座组件(10)的上端；

步骤三：将橡胶圈放入到橡胶圈槽(7)中，防止漏液；再将公座组件(10)下方的公座第二连接部(16)从上往下与液压管道(9)的顶端压紧，U型销(81)前端从两个通孔(13)中插入，沿着U型销插槽(8)，从另外两个通孔(13)中穿出，将公座组件(10)密封安装在液压管道(9)上；

步骤四：利用管道内无液体时，传感器单元(4)输出空载值，利用该空载数据对传感器的采集数据进行校准归零；

步骤五：打开公座组件(10)上的球阀(11)，进入正常工作模式；当液体撞击到钢质薄膜(5)上时，使钢质薄膜(5)产生弹性形变，该形变会拉伸传感器单元的高精度电阻式应变片，使其电阻阻值发生改变，输出一个差分信号；

步骤六：差分信号输入到模数转换模块(32)；模数转换模块(32)将输入的差分信号通过PGA放大，再进行模数转换，并把结果存入到数据寄存器中；单片机通过读取该数据寄存器，得到模数转换结果并进行数据处理，得到最终的液压数值；

步骤七：通过蓝牙模组，将液压数据传输在近场的手机或者其他蓝牙接收设备上，得到液压数据，进行后续的处理和使用；也可以通过485传输，在计算机或者其他设备采集读取液压数值，进行后续的处理和使用。