CN201262556Y - 温度压力同时测量与无线传送装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种温度压力同时测量与无线传送装置，属于人造板生产监测技术领域。本装置包括温度压力测量探针部件、耐高温的信号处理结构框架部件和传感器及信号处理部件。传感器及信号处理部件固定在耐高温的信号处理结构框架部件内，温度压力测量探针部件与耐高温的信号处理结构框架部件固定连接，温度压力测量探针部件中的温度测量单元以快速接插件与传感器及信号处理部件相连，压力测量单元以快速密封接插件与压力传感器的导气管相连。本实用新型有如下优点：1)在使用时，将本装置放置在连续压机框架内，可以随着板坯一起运动，能够实时测量板坯内的蒸气压力和温度；2)由于本装置采用了射频芯片，所以可以将温度及压力值定时向外界传送。

Description

温度压力同时测量与无线传送装置

技术领域

本实用新型是一种温度压力同时测量与无线传送装置，该装置能够在人造板连续压机高温环境下，同时测量出运动板坯内部某点的温度和蒸气压力，并定时以短距离数字无线方式向外界发送，属于人造板生产监测技术领域。

背景技术

测量人造板热压板坯内部的温度、蒸气压力等热压内部环境参数，对深入认识人造板热压的物理化学过程、有效改进热压工艺、提高人造板生产的质量和产量具有科学和现实的指导意义。目前，能够对人造板热压板坯内部的温度和蒸气压力同时进行测量的装置有两种，一种是通过信号线缆及补偿导线的方式实时将压力变送器和热电偶获取的模拟信号传输至外部的数据采集装置中，另一种是现场将温度压力测量值采集量化后存储起来，待回收该装置后将存储数据提取出来，供分析使用。这两种装置在实际使用中都存在明显的缺陷，前者由于板坯运动，而测量信号是通过导线传输的，因而无法在连续压机的窄小空间中使用；而后者无法实现实时监测热压过程中的变化数据。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了现有测量装置的上述缺陷，提供了一种温度压力同时测量与无线传送装置。该装置可以同时采集人造板热压板坯内部的温度和蒸气压力，并将其以短距离无线数字方式实时传输。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本装置包括温度压力测量探针部件、耐高温的信号处理结构框架部件、以及传感器及信号处理部件。传感器及信号处理部件固定在耐高温的信号处理结构框架部件内，温度压力测量探针部件与耐高温的信号处理结构框架部件固定连接。温度压力测量探针部件中的温度测量单元与传感器及信号处理部件相连，温度压力测量探针部件中的压力测量单元与压力传感器相连。

所述的温度压力测量探针部件包括在侧面上设置有侧孔的毛细管、弯曲的粗管、保护管、支撑块和支撑框架。其中：粗管的一端通过过渡管与毛细管相连通，另一端与快速密封接插件相连。保护管的一端与粗管的直线段相连通，另一端与热电偶快速接头相连，在毛细管、粗管的直线段、保护管和热电偶快速接头内放置有热电偶，热电偶的触头刚好能够在毛细管侧面上的侧孔露出。粗管通过支撑块与支撑框架固定连接，支撑框架与耐高温的信号处理结构框架部件固定连接。

在弯曲的粗管弯曲侧的相反侧固定连接有手柄管。

所述的毛细管为不锈钢毛细管。

所述的传感器及信号处理部件包括压力传感器、信号调理模块、微处理器、射频芯片、冷端补偿电路和电池及电压变换电路。其中：压力传感器的一端与所述的温度压力测量探针部件中的快速密封接插件相连，另一端通过信号调理模块与微处理器相连。冷端补偿电路的一端与所述的温度压力测量探针部件中的热电偶快速接头相连，另一端与微处理器相连。射频芯片与微处理器相连。电池及电压变换电路为以上各电路提供电源。

所述的压力传感器横向放置，以达到减薄装置厚度的要求。

所述的射频芯片为将协议帧数据调制成ZigBee协议信号并定时以广播方式向外界发送的射频芯片。

所述的信号调理模块为对压力传感器的数据采样后进行数字化补偿处理的信号调理模块。

在耐高温的信号处理结构框架部件的外面设置有隔热膜，以达到反射热辐射、降低热传导的作用。

所述的耐高温的信号处理结构框架部件的宽度不超过60mm，厚度不超过15mm。

与现有的测量装置相比，本实用新型具有如下优点：

1)在使用时，本装置可以放置在连续压机框架内，可以随着板坯一起运动，能够实时测量板坯内的蒸气压力和温度；

2)由于本装置采用了射频芯片，所以可以对温度及压力值定时向外界传送。

附图说明

图1本装置的测量与传送流程示意图

图2本装置的结构示意图

图中：1、侧孔，2、毛细管，3、过渡管，4、粗管，5、手柄管，6、支撑块，7、支撑框架，8、快速密封接插件，9、保护管，10、热电偶快速插头，11、耐高温的信号处理结构框架部件，12、传感器及信号处理部件，A、接压力传感器导气管，B、接热电偶快速插座。

具体实施方式

下面结合图1、图2对本实用新型作进一步说明：

本实施例由温度压力测量探针部件、耐高温的信号处理结构框架部件和传感器及信号处理部件三部分组成。传感器及信号处理部件以铜覆板为主要支撑基材，固定在耐高温的信号处理结构框架部件内。温度压力测量探针部件以支架固定方式与耐高温的信号处理结构框架部件相连，温度测量单元以快速接插件与传感器及信号处理部件相连，压力测量单元以快速密封接插件与压力传感器的导气管相连。

各个部件的具体结构如下：

如图2所示，温度压力测量探针部件由测量探针组件和支撑框架7组成。测量探针组件包括不锈钢毛细管2、过渡管3、粗管4、手柄管5、支撑块6、快速密封接插件8、保护管9和热电偶快速插头10。测量探针组件的关键零件是一根不锈钢毛细管2，其前端部封闭成圆锥状，距前端部5mm的管身侧面开一个长2mm的侧孔1，后端部通过过渡管3与一根弯曲的粗管4相连，不锈钢毛细管2长度随测量的需要而确定，不锈钢毛细管2的外径为2.0mm，内径为1.0mm，材质为314钢。

粗管4的前端部与不锈钢毛细管2通过过渡管3焊接相连，后端部配接与压力传感器导气管相对应的快速密封接插件8，从而与传感器及信号处理部件的压力传感器导气管密封相接。弯曲的粗管4的外径为6mm，内径为3mm，管子折成直线后长度不超过200mm。在弯曲的粗管4弯曲侧的相反侧焊接一个相同粗细的手柄管5，用作插拔探针的手柄。在弯曲的粗管4后部的直线段侧面焊接一个支撑块6，支撑块6上设置多个光孔，以便与支撑框架7通过螺钉相连。在弯曲的粗管的弯曲处引出一段细保护管9，细保护管9的端部与热电偶快速插头10通过双卡套密封件相连。在不锈钢毛细管2、弯曲的粗管4、保护管9和热电偶快速接头10内预先放置好微细铠装热电偶，其外径不超过0.5mm，长度以热电偶触头刚好能在不锈钢毛细管端部侧面加开的小孔处露出即可，热电偶选用一级精度产品，量程在室温至300℃，精度为±1℃。

支撑框架7一方面通过螺钉与耐高温的信号处理结构框架部件中的框架体侧面相连，另一方面通过螺钉与弯曲的粗管4后部的直线段的支撑块6相连，从而确保温度压力测量探针部件与耐高温的信号处理结构框架部件牢固相连，使气体导入管和热电偶连线均处于稳定状态。

耐高温的信号处理结构框架用于连接测量探针部件并为传感器与信号处理部件提供支撑与正常的工作环境。框架用槽钢形铝合金制成，宽度不超过60mm，厚度不超过15mm，长度依传感器与信号处理部件的实际布局确定，在400～600mm之间，其槽钢形支架预设有各种连接用孔。为保证传感器与信号处理元器件的正常工作，防止粉尘、水汽等进入，防止框架内部温度超过+70℃，在框架六面加装耐高温多层隔热膜，材料选用10层的Al/PI/SiO₂有机硅涂料隔热防护膜。铝膜作为反射屏，纳米复合有机硅耐热涂料作为低热导层，耐高温聚酰亚胺塑料作为柔性支撑物。

传感器及信号处理部件构成温度、压力同时测量与发送装置的主体，元器件选用工作可靠，耐温超过+70℃的产品。本部件由压力传感器、信号调理模块、冷端补偿电路、微处理器、射频信号处理芯片、嵌入式天线、电池及电压变换电路等组成。

本实施例中，压力传感器选用耐高温的SOI单晶硅压阻式压力传感器，传感器横向放置以使其高度小于8mm。气体导入部分采用外径6mm的光管并将其固定在框架部件的宽度方向侧面。压力传感器量程为表压0～1.0MPa，其零漂、温漂、温度非线性等特性通过信号调理模块进行数字补偿，处理后的综合精度达到2.5‰，压力传感器温度修正上限达到150℃。压力传感器信号直接与信号调理模块相连。压力传感器横向放置以达到减薄装置厚度的要求。

信号调理模块采用ZMD31050高级差分传感器信号处理器，压力测量信号在这里完成数据采集与量化、数字补偿处理。信号调理模块由主控微处理器实现芯片的配置和校准，电源由外部电压变换电路提供，其数字输出信号以I²C方式与主控微处理器的数字接口相连。

冷端补偿电路为输入的热电偶信号提供本地温度补偿，处理后的热电偶模拟信号与主控微处理器的模拟量I/O接口相连。

主控微处理器采用16位并自带116KBFlash的MSP430F2618芯片，用于实现对ZMD31050信号调理模块的配置校准与数据接收，实现对热电偶模拟信号的数据采集，实现对温度、压力数字采集信号的无线传输协议数据帧生成，还负责将该数据帧传送至射频信号处理芯片，并负责定时将信号数据无线发送出去。协议帧中的核心内容包括终端节点地址标识、时间序列标识、温度值、压力值以及上述四项的校验和。

射频信号处理芯片采用CC2520ZigBee芯片，该芯片将主控微处理器传来的数据帧调制成符合ZigBee2006标准的协议帧，并接受主控微处理器指令按500ms间隔定时发送每帧数据。

嵌入式天线采用2.4GHz，输入阻抗50Ω，功耗1W，反射损耗-10dB以下，线性极化方式的天线，天线设置在和不锈钢毛细管指向相反的一侧。

电池与电压变换电路中的电池采用小容量的聚合物锂电池，耐温在+70℃以上，容量200mAh，电压3.7V，厚度4mm左右。

本实施例的工作方式如下：在板坯未进入连续压机前，将本测量装置的不锈钢毛细管从板坯侧面插入到板坯内特定位置，开启本装置的工作开关，这时装置即刻开始压力和温度的测量与数据采集处理，并以每秒钟两次的速率向外发送该测量值。该装置随板坯在连续压机中运行，实时将板坯内部的温度、蒸气压力数据发送出来，直至板坯从连续压机中挤压出来，人工将不锈钢毛细管从成板中拔出，关闭工作开关，测量与传送工作结束。

本装置的工作原理如下：外界的气体由不锈钢毛细管2侧面的侧孔1依次进入不锈钢毛细管2、粗管4、导气管，最后触及压力传感器的敏感膜片，压力传感器将压力转变成电信号并以电桥电路信号输出，此信号经电桥差分信号调理模块对数据进行采集量化处理后再对传感器的零漂、温漂、非线性等特性进行数字补偿，最后压力信号以数字量输出至主控微处理器内暂存。外界的温度在不锈钢毛细管侧面的侧孔1处被预置的微细铠装热电偶触点感知，由热电效应形成微弱电压信号，通过热电偶快速接头10、补偿导线进入信号处理部件内并经冷端补偿电路的温度补偿后以模拟量形式接入主控微处理器的模拟量接口，经主控微处理器数据采集后暂存；主控微处理器将这两种测量值按时间顺序组成ZigBee协议帧数据格式，输出至射频芯片，由射频芯片调制成ZigBee协议信号以每秒两次的速率向外界发送。

Claims (10)

1、温度压力同时测量与无线传送装置，其特征在于：包括温度压力测量探针部件、耐高温的信号处理结构框架部件、以及传感器及信号处理部件；传感器及信号处理部件固定在耐高温的信号处理结构框架部件内；温度压力测量探针部件与耐高温的信号处理结构框架部件固定连接；温度压力测量探针部件中的温度测量单元与传感器及信号处理部件相连，温度压力测量探针部件中的压力测量单元与压力传感器相连。

2、根据权利要求1所述的温度压力同时测量与无线传送装置，其特征在于：所述的温度压力测量探针部件包括在侧面上设置有侧孔(1)的毛细管(2)、弯曲的粗管(4)、保护管(9)、支撑块(6)和支撑框架(7)；其中：粗管(4)的一端通过过渡管(3)与毛细管(2)相连通，另一端与快速密封接插件(8)相连；保护管(9)的一端与粗管(4)的直线段相连通，另一端与热电偶快速接头(10)相连，在毛细管(2)、粗管(4)的直线段、保护管(9)和热电偶快速接头(10)内放置有热电偶，热电偶的触头刚好能够在毛细管(1)侧面上的侧孔(1)露出；粗管(4)通过支撑块(6)与支撑框架(7)固定连接，支撑框架(7)与耐高温的信号处理结构框架部件固定连接。

3、权利要求2所述的温度压力同时测量与无线传送装置，其特征在于：在弯曲的粗管(4)弯曲侧的相反侧固定连接有手柄管(5)。

4、权利要求2所述的温度压力同时测量与无线传送装置，其特征在于：所述的毛细管(2)为不锈钢毛细管。

5、根据权利要求1所述的温度压力同时测量与无线传送装置，其特征在于：所述的传感器及信号处理部件包括压力传感器、信号调理模块、微处理器、射频芯片、冷端补偿电路和电池及电压变换电路；其中：压力传感器的一端与所述的温度压力测量探针部件中的快速密封接插件(8)相连，另一端通过信号调理模块与微处理器相连；冷端补偿电路的一端与所述的温度压力测量探针部件中的热电偶快速接头(10)相连，另一端与微处理器相连；射频芯片与微处理器相连；电池及电压变换电路为以上各电路提供电源。

6、根据权利要求5所述的温度压力同时测量与无线传送装置，其特征在于：所述的压力传感器横向放置。

7、根据权利要求5所述的温度压力同时测量与无线传送装置，其特征在于：所述的射频芯片为将协议帧数据调制成ZigBee协议信号并定时以广播方式向外界发送的射频芯片。

8、根据权利要求5所述的温度压力同时测量与无线传送装置，其特征在于：所述的信号调理模块为对压力传感器的数据采样后进行数字化补偿处理的信号调理模块。

9、根据权利要求1所述的温度压力同时测量与无线传送装置，其特征在于：在耐高温的信号处理结构框架部件的外部设置有隔热膜。

10、根据权利要求1所述的温度压力同时测量与无线传送装置，其特征在于：所述的耐高温的信号处理结构框架部件的宽度不超过60mm，厚度不超过15mm。

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