CN2134645Y - 一种调频型测压计 - Google Patents

Abstract

一种调频型测压计，可用来测定流体压强和建筑 物基础压应力，亦可用来测定由扁金属液囊转传过来 的岩石、混凝土与土体中的压应力。本实用新型永磁 间隙中的钨弦的自振频率受测压敏感膜片挠度调制， 输出为调频信号，故不会因遥传而失真。钨弦相对于 基板和测压计敏感膜片采用熔接焊连接与差动补偿 措施，可抵消温度误差，减少零点漂移。本实用新型 能实时给出在线测定的压力的数字信息。

Description

本实用新型涉及压强测定仪器，主要用来测定流体压强，也可以测定由扁金属液囊转达的岩石、混凝土或土壤块体中的压应力。

城市公用事管网、石油化工企业的管道与储存器（水塔、油罐）中流体（水、油、煤气等）的压力强度之测定关系到这些系统的安全运行，影响国计民生。大型水坝的坝基与坝身中的建筑材料（混凝土、土、石……）所承受的压应力（单位面积上的压力）与坝基和坝身中渗透水压力（孔隙水压力）的压强是监测大坝安全的重要指标，高层建筑及桥梁的基础压应力可预示其安全程度。地球岩石壳中的岩石天然应力之变化是预报地震的重要的指标。

但现存测压计有下列缺点：（1）在量程与精度方面难以兼顾；（2）在长距离传输过程中信号易畸变失真；（3）长期现场测定的各相继读数受仪器零点漂移的干扰。

在本实用新型以前，能克服（1）（2）两缺点的较先进的流体或散粒体压力测定仪当数本实用新型设计人孙厚钧与建筑科学院张祖闻共同获得国家科委1984年6月发明奖的钨弦式压力盒（发明证书号码A01170，奖章号码06734），但该国家发明因所用钨丝与支架及压力盒壳体材料的温度线膨胀系数不等，在环境温度变化时仪器零点有明显漂移。孙厚钧的另一发明（专利号CN87205821U）特装两根钨丝，使二者差动工作，克服了这一缺点，但是CN87205821U专利只能测平行于容器（管道）壁面的流体剪应力不能测流体作用于壁面的正应力（压强）。

本实用新型的目的是提供一种能克服上述缺点的可实时显示压力瞬时值又能观测静态压力长期变化趋势的便于遥测的调频型测压计。

本实用新型的技术解决方案是：张紧在永磁气隙（见附图1）中的一根振弦分上下两段，其中点与测压敏感膜片（即附图2中的另件1）刚固地连接。计测振弦自振频率的装置包括图1所示放大器集成片、混频处理器集成片与压力数值显示装置。

本实用新型中输出的振弦切割磁力线产生的电信号的频率将随欲测的压力之大小而变化，属调频传感器工作方式。抗干扰能力强，易于遥传，不必经模数转换环节即可直接由电子计算机进行数据处理。敏感转换元件振弦下半段因被测压力推动而拉紧从而提高自振频率时，其上半段将因压力的推动而松弛从而降低自振频率；仪器最后输出信号与上下半段振弦自振频率的差频相关。而因支架与振弦材料的温度线膨胀系数不同在振弦中引起的附加拉应力之增量则为振弦上下两段共同感受。所以，上下二段自振频率之差不随温度而变，可消除温度影响，减少因温度引起的零点漂移。又因为振弦采用熔点为3500℃的高强度钨铼合金丝，接头经熔接焊固定，没有电阻应变片那样的胶水粘接环节，也不像钢弦式传感器那样仅靠摩擦力握固，避免了由塑料胶水蠕变和摩擦处徐滑产生的零点漂移。这一特性使本实用新型比上海自动化仪表研究所的实用新型CN86206602U所描述的靠钢琴弦测力的传感器更为耐高温，零点更稳定。

下面结合附图具体说明：

图1为其工作原理框图。振弦钨丝在放大器开机突加正电压作用下，因流过它的电流而被磁场安培力激发振动。当它振动切割磁力线时又按楞次定律产生动生电动势，此电动势被放大器放大后一部分正反馈给钨丝使克服阻尼，保持恒幅振荡，一部分送到混频处理器得到上下两半段振弦各自送出的电信号的频率之差，并按预贮微程序处理得出被测压力值，输出到显示装置，直接实时显示压力数值。

附图2、3、4、5中（1）为感受压力后将发生弹性变形的敏感膜片。（2）为测压计器壁。（3）为测压计容器盖。（4）为电缆引出线管；出线共四根，g代表公共接地线，C代表＋12V电源电压线，a代表第一放大振荡器信号输出线，b代表第二放大振荡器信号输出线。（5）为双通道放大器；第一通道名为第一放大振荡器，对细丝（本实例中采用钨丝）振弦下半段的动生电动势进行放大及反馈保持振荡并输出到a输出线；第二通道名为第二放大振荡器，对细丝振弦的上半段的动生电动势进行放大、反馈，保持其振荡，并输出到b输出线。（6）为压固环，经螺纹旋紧后压住振弦（钨丝）基板的固定柄，与器壁内部凸出的环台一起固定振弦基板。（7）为紧固推拉杈板的调节螺母，实际装配时（7）可沿推拉芯杆（8）上下调节，以调定振弦上下半段的初始振荡频率。调定后调节螺母上下可再加一锁紧螺母，以锁定零位。推拉芯杆（8）固定于敏感膜片（1）中心处，将随（1）一起在外部压力作用下发生变位。（9）为振弦（钨丝）基板，振弦将先在基板上固定初调，然后做为一个组合部件，安装到器壁上。基板为非磁性金属板，具有与振弦材料相近的温度线膨胀系数。在基板正面固定振弦，在基板背面中点处有固定柄。（10）为振弦（钨丝）垫片，为绝缘的刚性薄片，可采用陶瓷片或表面经阳极氧化处理的铝片。（11）为一根振弦，本实例中为钨钍铼合金丝，简称细钨丝。（12）为钨丝端片，为不锈钢薄片或铍青铜薄片，钨丝经熔接点焊或银焊（钎焊）焊接到端片（12）上。（13）为振弦钨丝中点加固片，钨丝的中点被焊固在此加固片上。（14）为推拉杈片，它一端与中点加固片相连，另一端有分开的边齿条，二齿条间的空隙的宽度略大于推拉芯杆（8）的直径，两个齿条分别卡在推拉芯杆（8）的两边。当调节螺母（7）从上下拧紧夹住推拉杈片（14）时，推拉杈片（14）和基板（9）的固定柄和基板中点皆距测压敏感膜片（1）同等距离。由于推拉芯杆（8）和测压计器壁（2），测压敏感膜片（1）皆为由同一块合金钢材加工出来的整体的不同部分，温度胀缩不会使推拉杈片（14）相对于基板（9）的固定柄发生位移，即不会使振弦自振频率发生变化。但当测压敏感膜片（1）在分布流体压力作用下，膜片中心部位相对于周边固支的器壁产生挠曲变位（或叫挠度）时，推拉芯杆（8）将随同它一起变位，从而经过推拉杈片（14）带动中点加固片（13），上半段振弦的张力将降低，其自振频率也因而降低，下半段振弦的张力将提高，而其自振频率也将提高。两者的频率差将随被测流体压力之增大而增大。在仪器组装时用调节螺母（7）可将两者频率差调定为某一特定值（如1KHz），为与被测压力零荷载相应的初读数。（15）为振弦钨丝压片，亦为绝缘刚性片，其上有光孔，供穿过固定螺钉用。（16）或（21）为电工纯铁制成的极靴，与钕铁硼永磁块（17）或（22）和纯铁磁极（18）或（23）一起，构成带气隙（19）或（24）的永磁回路。振弦钨丝应安装在磁极尖端气隙的中心。（20）或（25）为固定板，由青铜制成，以固定住磁极，保持极间有微小气隙，便于安放振弦。如图5所示，由导磁纯铁极靴（16），两块永磁（17），两块纯铁磁极（18）和固定板（20）构成的永磁组合件将固定于基板（9）的下半段。而由纯铁极靴（21）两块永磁（22），两块纯铁磁极（23）和固定板（25）构成的另一组永磁组合件则将固定于同一基板（9）的上半段。下半段永磁组合件的磁气隙（19）的中心纵轴线和上半段永磁组合件的磁气隙（24）的中心纵轴线应皆与振弦（11）重合。

本实用新型具有以下优点：

1、传感器属调频转换方式，不需外加模数转换环节，即可输出数字信号，辨别精度高，遥传畸变小。

2、传感敏感元件为钨丝，熔点高，强度大，稳定性好；可测高温（如火焰、喷气推进器射流）流场的压力。

3、钨丝差动工作，接点为熔接焊，故零点漂移小，可测长周期静压应力起伏。（如地球岩石圈固体潮观测，地震前兆岩体应力起伏观测，高坝坝体及基础压应力观测。）

附图说明：

图1为原理示意框图，显示金属丝振弦，永久磁场和电子放大器由反馈回路构成机械——电子耦合振荡器，并且利用已有计频（含差频）数字处理与显示技术给出欲测压力值。

图2和3分别为压力计的A－A剖视图和去盖平面图。

图4和5分别为振弦组件和永磁组件的局部放大图。

附图符号说明：

1——敏感膜片

2——测压计器壁

3——测压计容器盖

4——电缆引出线管

5——放大器

6——压固环

7——调节螺母

8——推拉芯杆

9——振弦基板

10——振弦垫片

11——振弦

12——振弦端片

13——振弦中点加固片

14——推拉杈片

15——振弦压片

16（21）——纯铁极靴

17（22）——永磁铁块

18（23）——纯铁磁极

19（24）——磁气隙

20（25）——固定板

Claims (4)

1、一种调频型测压计，有测压敏感膜片(1)，测压计器壁(2)和测量测压敏感膜片(1)的挠曲变位的装置，其特征在于测压敏感膜片(1)经推拉芯杆(8)、推拉杈片(14)、振弦中点加固片(13)刚固地连接于振弦中点，挠曲变位测量装置包括带固定柄的振弦基板(9)、纯铁极靴(16)和(21)、永磁铁块(17)和(22)、纯铁磁极(18)和(23)与双通道放大集成片(5)，振弦中点加固片(13)随测压敏感膜片(1)受外加压力而同步地变位将分别升高和降低下半段弦和上半段弦自振切割磁气隙(19)和(24)中磁力线的频率，亦即由之产生的交变电信号的频率。

2、如权利要求1所述的调频型测压计，其特征在于振弦基板（9）的固定柄支承面、推拉杈片（14）与调节螺母（7）的接触面、振弦中点三者皆位于与敏感膜片（1）平行的同一平面内。

3、如权利要求1或2所述的调频型测压计，其特征在于振弦（11）是中点焊有加固片（13）的钨铼合金丝。

4、如权利要求3所述的调频型测压计，其特征在于振弦（11）的下半段与由纯铁极靴（16）、永磁铁块（17）、纯铁磁极（18）和磁气隙（19）构成的磁回路的气隙中心纵轴线重合，而同一振弦（11）的上半段则与由纯铁极靴（21）、永磁铁块（22）、纯铁磁极（23）所构成的磁回路的磁气隙（24）的中心纵轴线重合。

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