專利名稱：溫度壓力同時測量與無線傳送裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，該裝置能夠在人 造板連續(xù)壓機高溫環(huán)境下，同時測量出運動板坯內(nèi)部某點的溫度和蒸氣壓力， 并定時以短距離數(shù)字無線方式向外界發(fā)送，屬于人造板生產(chǎn)監(jiān)測技術領域。
背景技術：
測量人造板熱壓板坯內(nèi)部的溫度、蒸氣壓力等熱壓內(nèi)部環(huán)境參數(shù)，對深 入認識人造板熱壓的物理化學過程、有效改進熱壓工藝、提高人造板生產(chǎn)的 質(zhì)量和產(chǎn)量具有科學和現(xiàn)實的指導意義。目前，能夠?qū)θ嗽彀鍩釅喊迮鲀?nèi)部 的溫度和蒸氣壓力同時進行測量的裝置有兩種， 一種是通過信號線纜及補償 導線的方式實時將壓力變送器和熱電偶獲取的模擬信號傳輸至外部的數(shù)據(jù)采 集裝置中，另一種是現(xiàn)場將溫度壓力測量值采集量化后存儲起來，待回收該 裝置后將存儲數(shù)據(jù)提取出來，供分析使用。這兩種裝置在實際使用中都存在 明顯的缺陷，前者由于板坯運動，而測量信號是通過導線傳輸?shù)?，因而無法
在連續(xù)壓機的窄小空間中使用；而后者無法實現(xiàn)實時監(jiān)測熱壓過程中的變化 數(shù)據(jù)。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服了現(xiàn)有測量裝置的上述缺陷，提供了一種溫度 壓力同時測量與無線傳送裝置。該裝置可以同時采集人造板熱壓板坯內(nèi)部的 溫度和蒸氣壓力，并將其以短距離無線數(shù)字方式實時傳輸。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了如下技術方案。本裝置包括溫度 壓力測量探針部件、耐高溫的信號處理結構框架部件、以及傳感器及信號處 理部件。傳感器及信號處理部件固定在耐高溫的信號處理結構框架部件內(nèi)， 溫度壓力測量探針部件與耐高溫的信號處理結構框架部件固定連接。溫度壓 力測量探針部件中的溫度測量單元與傳感器及信號處理部件相連，溫度壓力測量探針部件中的壓力測量單元與壓力傳感器相連。
所述的溫度壓力測量探針部件包括在側面上設置有側孔的毛細管、彎曲的粗管、保護管、支撐塊和支撐框架。其中粗管的一端通過過渡管與毛細管相連通，另一端與快速密封接插件相連。保護管的一端與粗管的直線段相連通，另一端與熱電偶快速接頭相連，在毛細管、粗管的直線段、保護管和熱電偶快速接頭內(nèi)放置有熱電偶，熱電偶的觸頭剛好能夠在毛細管側面上的側孔露出。粗管通過支撐塊與支撐框架固定連接，支撐框架與耐高溫的信號處理結構框架部件固定連接。
在彎曲的粗管彎曲側的相反側固定連接有手柄管。
所述的毛細管為不銹鋼毛細管。
所述的傳感器及信號處理部件包括壓力傳感器、信號調(diào)理模塊、微處理器、射頻芯片、冷端補償電路和電池及電壓變換電路。其中壓力傳感器的一端與所述的溫度壓力測量探針部件中的快速密封接插件相連，另一端通過信號調(diào)理模塊與微處理器相連。冷端補償電路的一端與所述的溫度壓力測量探針部件中的熱電偶快速接頭相連，另一端與微處理器相連。射頻芯片與微處理器相連。電池及電壓變換電路為以上各電路提供電源。
所述的壓力傳感器橫向放置，以達到減薄裝置厚度的要求。
所述的射頻芯片為將協(xié)議幀數(shù)據(jù)調(diào)制成ZigBee協(xié)議信號并定時以廣播方
式向外界發(fā)送的射頻芯片。
所述的信號調(diào)理模塊為對壓力傳感器的數(shù)據(jù)采樣后進行數(shù)字化補償處理的信號調(diào)理模塊。
在耐高溫的信號處理結構框架部件的外面設置有隔熱膜，以達到反射熱輻射、降低熱傳導的作用。
所述的耐高溫的信號處理結構框架部件的寬度不超過60mrn，厚度不超過15腿。
與現(xiàn)有的測量裝置相比，本實用新型具有如下優(yōu)點
51) 在使用時，本裝置可以放置在連續(xù)壓機框架內(nèi)，可以隨著板坯一起運動，能夠?qū)崟r測量板坯內(nèi)的蒸氣壓力和溫度；
2) 由于本裝置采用了射頻芯片，所以可以對溫度及壓力值定時向外界傳送。


圖l本裝置的測量與傳送流程示意圖
圖2本裝置的結構示意圖
圖中1、偵ij孔，2、毛細管，3、過渡管，4、粗管，5、手柄管，6、支撐塊，7、支撐框架，8、快速密封接插件，9、保護管，10、熱電偶快速插頭，11、耐高溫的信號處理結構框架部件，12、傳感器及信號處理部件，A、接壓力傳感器導氣管，B、接熱電偶快速插座。
具體實施方式

下面結合圖l、圖2對本實用新型作進一步說明
本實施例由溫度壓力測量探針部件、耐高溫的信號處理結構框架部件和傳感器及信號處理部件三部分組成。傳感器及信號處理部件以銅覆板為主要支撐基材，固定在耐高溫的信號處理結構框架部件內(nèi)。溫度壓力測量探針部件以支架固定方式與耐高溫的信號處理結構框架部件相連，溫度測量單元以快速接插件與傳感器及信號處理部件相連，壓力測量單元以快速密封接插件與壓力傳感器的導氣管相連。
各個部件的具體結構如下
如圖2所示，溫度壓力測量探針部件由測量探針組件和支撐框架7組成。
測量探針組件包括不銹鋼毛細管2、過渡管3、粗管4、手柄管5、支撐塊6、快速密封接插件8、保護管9和熱電偶快速插頭10。測量探針組件的關鍵零件是一根不銹鋼毛細管2，其前端部封閉成圓錐狀，距前端部5mm的管身側面開一個長2mm的側孔l，后端部通過過渡管3與一根彎曲的粗管4相連，不銹鋼毛細管2長度隨測量的需要而確定，不銹鋼毛細管2的外徑為2.0mm，內(nèi)徑
6為l.Omm，材質(zhì)為314鋼。
粗管4的前端部與不銹鋼毛細管2通過過渡管3焊接相連，后端部配接與壓力傳感器導氣管相對應的快速密封接插件8，從而與傳感器及信號處理部件的壓力傳感器導氣管密封相接。彎曲的粗管4的外徑為6mm，內(nèi)徑為3腿，管子折成直線后長度不超過200mm。在彎曲的粗管4彎曲側的相反側焊接一個相同粗細的手柄管5，用作插拔探針的手柄。在彎曲的粗管4后部的直線段側面焊接一個支撐塊6，支撐塊6上設置多個光孔，以便與支撐框架7通過螺釘相連。在彎曲的粗管的彎曲處引出一段細保護管9，細保護管9的端部與熱電偶快速插頭10通過雙卡套密封件相連。在不銹鋼毛細管2、彎曲的粗管4、保護管9和熱電偶快速接頭10內(nèi)預先放置好微細鎧裝熱電偶，其外徑不超過0. 5mm，長度以熱電偶觸頭剛好能在不銹鋼毛細管端部側面加開的小孔處露出
即可，熱電偶選用一級精度產(chǎn)品，量程在室溫至3ocrc，精度為士rc。
支撐框架7 —方面通過螺釘與耐高溫的信號處理結構框架部件中的框架體側面相連，另一方面通過螺釘與彎曲的粗管4后部的直線段的支撐塊6相連，從而確保溫度壓力測量探針部件與耐高溫的信號處理結構框架部件牢固相連，使氣體導入管和熱電偶連線均處于穩(wěn)定狀態(tài)。
耐高溫的信號處理結構框架用于連接測量探針部件并為傳感器與信號處理部件提供支撐與正常的工作環(huán)境?？蚣苡貌垆撔武X合金制成，寬度不超過60mm，厚度不超過15mm，長度依傳感器與信號處理部件的實際布局確定，在400 600mm之間，其槽鋼形支架預設有各種連接用孔。為保證傳感器與信號處理元器件的正常工作，防止粉塵、水汽等進入，防止框架內(nèi)部溫度超過+70。C，在框架六面加裝耐高溫多層隔熱膜，材料選用10層的Al/PI/Si02有機硅涂料隔熱防護膜。鋁膜作為反射屏，納米復合有機硅耐熱涂料作為低熱導層，耐高溫聚酰亞胺塑料作為柔性支撐物。
傳感器及信號處理部件構成溫度、壓力同時測量與發(fā)送裝置的主體，元器件選用工作可靠，耐溫超過+7(TC的產(chǎn)品。本部件由壓力傳感器、信號調(diào)理模
7塊、冷端補償電路、微處理器、射頻信號處理芯片、嵌入式天線、電池及電 壓變換電路等組成。
本實施例中，壓力傳感器選用耐高溫的SOI單晶硅壓阻式壓力傳感器，傳
感器橫向放置以使其高度小于8mm。氣體導入部分采用外徑6mm的光管并將其 固定在框架部件的寬度方向側面。壓力傳感器量程為表壓0 1. 0MPa，其零漂、 溫漂、溫度非線性等特性通過信號調(diào)理模塊進行數(shù)字補償，處理后的綜合精 度達到2.5%。，壓力傳感器溫度修正上限達到15(TC。壓力傳感器信號直接與 信號調(diào)理模塊相連。壓力傳感器橫向放置以達到減薄裝置厚度的要求。
信號調(diào)理模塊采用ZMD31050高級差分傳感器信號處理器，壓力測量信號 在這里完成數(shù)據(jù)采集與量化、數(shù)字補償處理。信號調(diào)理模塊由主控微處理器 實現(xiàn)芯片的配置和校準，電源由外部電壓變換電路提供，其數(shù)字輸出信號以 I2C方式與主控微處理器的數(shù)字接口相連。
冷端補償電路為輸入的熱電偶信號提供本地溫度補償，處理后的熱電偶 模擬信號與主控微處理器的模擬量I/O接口相連。
主控微處理器采用16位并自帶116KBFlash的MSP430F2618芯片，用于 實現(xiàn)對ZMD31050信號調(diào)理模塊的配置校準與數(shù)據(jù)接收，實現(xiàn)對熱電偶模擬信 號的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對溫度、壓力數(shù)字采集信號的無線傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)幀生成， 還負責將該數(shù)據(jù)幀傳送至射頻信號處理芯片，并負責定時將信號數(shù)據(jù)無線發(fā) 送出去。協(xié)議幀中的核心內(nèi)容包括終端節(jié)點地址標識、時間序列標識、溫度 值、壓力值以及上述四項的校驗和。
射頻信號處理芯片采用CC2520ZigBee芯片，該芯片將主控微處理器傳來 的數(shù)據(jù)幀調(diào)制成符合ZigBee2006標準的協(xié)議幀，并接受主控微處理器指令按 500ms間隔定時發(fā)送每幀數(shù)據(jù)。
嵌入式天線采用2.4GHz，輸入阻抗50Q，功耗1W，反射損耗-10dB以下， 線性極化方式的天線，天線設置在和不銹鋼毛細管指向相反的一側。
電池與電壓變換電路中的電池采用小容量的聚合物鋰電池，耐溫在+70°C
8以上，容量200mAh，電壓3.7V，厚度4mm左右。
本實施例的工作方式如下在板坯未進入連續(xù)壓機前，將本測量裝置的
不銹鋼毛細管從板坯側面插入到板坯內(nèi)特定位置，開啟本裝置的工作開關， 這時裝置即刻開始壓力和溫度的測量與數(shù)據(jù)采集處理，并以每秒鐘兩次的速 率向外發(fā)送該測量值。該裝置隨板坯在連續(xù)壓機中運行，實時將板坯內(nèi)部的 溫度、蒸氣壓力數(shù)據(jù)發(fā)送出來，直至板坯從連續(xù)壓機中擠壓出來，人工將不 銹鋼毛細管從成板中拔出，關閉工作開關，測量與傳送工作結束。
本裝置的工作原理如下外界的氣體由不銹鋼毛細管2側面的側孔1依
次進入不銹鋼毛細管2、粗管4、導氣管，最后觸及壓力傳感器的敏感膜片，
壓力傳感器將壓力轉變成電信號并以電橋電路信號輸出，此信號經(jīng)電橋差分 信號調(diào)理模塊對數(shù)據(jù)進行采集量化處理后再對傳感器的零漂、溫漂、非線性 等特性進行數(shù)字補償，最后壓力信號以數(shù)字量輸出至主控微處理器內(nèi)暫存。 外界的溫度在不銹鋼毛細管側面的側孔1處被預置的微細鎧裝熱電偶觸點感
知，由熱電效應形成微弱電壓信號，通過熱電偶快速接頭io、補償導線進入
信號處理部件內(nèi)并經(jīng)冷端補償電路的溫度補償后以模擬量形式接入主控微處
理器的模擬量接口，經(jīng)主控微處理器數(shù)據(jù)采集后暫存；主控微處理器將這兩 種測量值按時間順序組成ZigBee協(xié)議幀數(shù)據(jù)格式，輸出至射頻芯片，由射頻 芯片調(diào)制成ZigBee協(xié)議信號以每秒兩次的速率向外界發(fā)送。
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權利要求1、溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，其特征在于包括溫度壓力測量探針部件、耐高溫的信號處理結構框架部件、以及傳感器及信號處理部件；傳感器及信號處理部件固定在耐高溫的信號處理結構框架部件內(nèi)；溫度壓力測量探針部件與耐高溫的信號處理結構框架部件固定連接；溫度壓力測量探針部件中的溫度測量單元與傳感器及信號處理部件相連，溫度壓力測量探針部件中的壓力測量單元與壓力傳感器相連。
2、 根據(jù)權利要求l所述的溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，其特征在于所述的溫度壓力測量探針部件包括在側面上設置有側孔(1)的毛細管(2)、彎曲的粗管(4)、保護管(9)、支撐塊(6)和支撐框架(7);其中粗管(4)的一端通過過渡管(3)與毛細管(2)相連通，另一端與快速密封接插件(8)相連;保護管(9)的一端與粗管(4)的直線段相連通，另一端與熱電偶快速接頭(10)相連，在毛細管(2)、粗管(4)的直線段、保護管(9)和熱電偶快速接頭(10)內(nèi)放置有熱電偶，熱電偶的觸頭剛好能夠在毛細管(1)側面上的側孔(1)露出；粗管(4)通過支撐塊(6)與支撐框架(7)固定連接，支撐框架(7)與耐高溫的信號處理結構框架部件固定連接。
3、 權利要求2所述的溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，其特征在于在彎曲的粗管(4)彎曲側的相反側固定連接有手柄管(5)。
4、 權利要求2所述的溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，其特征在于所述的毛細管(2)為不銹鋼毛細管。
5、 根據(jù)權利要求l所述的溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，其特征在于所述的傳感器及信號處理部件包括壓力傳感器、信號調(diào)理模塊、微處理器、射頻芯片、冷端補償電路和電池及電壓變換電路；其中壓力傳感器的一端與所述的溫度壓力測量探針部件中的快速密封接插件(8)相連，另一端通過信號調(diào)理模塊與微處理器相連;冷端補償電路的一端與所述的溫度壓力測量探針部件中的熱電偶快速接頭(10)相連，另一端與微處理器相連；射頻芯片與微處理器相連；電池及電壓變換電路為以上各電路提供電源。
6、 根據(jù)權利要求5所述的溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，其特征在于所述的壓力傳感器橫向放置。
7、 根據(jù)權利要求5所述的溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，其特征在于所述的射頻芯片為將協(xié)議幀數(shù)據(jù)調(diào)制成ZigBee協(xié)議信號并定時以廣播方式向外界發(fā)送的射頻芯片。
8、 根據(jù)權利要求5所述的溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，其特征在于所述的信號調(diào)理模塊為對壓力傳感器的數(shù)據(jù)采樣后進行數(shù)字化補償處理的信號調(diào)理模塊。
9、 根據(jù)權利要求l所述的溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，其特征在于在耐高溫的信號處理結構框架部件的外部設置有隔熱膜。
10、 根據(jù)權利要求l所述的溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，其特征在于:所述的耐高溫的信號處理結構框架部件的寬度不超過60mm，厚度不超過15mra。
專利摘要本實用新型是一種溫度壓力同時測量與無線傳送裝置，屬于人造板生產(chǎn)監(jiān)測技術領域。本裝置包括溫度壓力測量探針部件、耐高溫的信號處理結構框架部件和傳感器及信號處理部件。傳感器及信號處理部件固定在耐高溫的信號處理結構框架部件內(nèi)，溫度壓力測量探針部件與耐高溫的信號處理結構框架部件固定連接，溫度壓力測量探針部件中的溫度測量單元以快速接插件與傳感器及信號處理部件相連，壓力測量單元以快速密封接插件與壓力傳感器的導氣管相連。本實用新型有如下優(yōu)點1)在使用時，將本裝置放置在連續(xù)壓機框架內(nèi)，可以隨著板坯一起運動，能夠?qū)崟r測量板坯內(nèi)的蒸氣壓力和溫度；2)由于本裝置采用了射頻芯片，所以可以將溫度及壓力值定時向外界傳送。
文檔編號G01D21/02GK201262556SQ200820122679
公開日2009年6月24日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權日2008年9月26日
發(fā)明者尹大勇, 李小群, 斌 潘, 石芷萍, 放 程, 昊 鄧 申請人:中國林業(yè)科學研究院木材工業(yè)研究所