專利名稱：一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液體壓力計(jì)，尤其涉及一種帶有聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定功能的液體壓力計(jì)，本實(shí)用新型涉及的一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)的實(shí)際名稱為(0-10) kPa微壓液體壓力基準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
由于高準(zhǔn)確度的液體壓力計(jì)可以直接溯源至基本量而被各國(guó)家計(jì)量機(jī)構(gòu)廣泛作為氣壓段以下的國(guó)家壓力基準(zhǔn)。在我國(guó)，在IOkPa以下的微小壓力段，一直以來都沒有建立相應(yīng)的基標(biāo)準(zhǔn)裝置。(0-10) kPa微壓液體壓力基準(zhǔn)的建立將完善我國(guó)的壓力基標(biāo)準(zhǔn)體系，填補(bǔ)我國(guó)此量程段壓力基標(biāo)準(zhǔn)的空白，解決此量程段全國(guó)壓力標(biāo)準(zhǔn)的溯源難題。針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的壓力基標(biāo)準(zhǔn)的建立情況，在IOkPa的絕壓測(cè)量上一直都是空白，為了填補(bǔ)IOkPa以下我國(guó)壓力基準(zhǔn)的空白，完善我國(guó)的基標(biāo)準(zhǔn)體系，滿足日益增加的壓力·溯源及傳遞的要求以及提升我國(guó)CMC能力，我們提出了本申請(qǐng)，旨在通過建立一套(O 10)kPa微壓段的液體壓力測(cè)量系統(tǒng)和方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)表壓、絕壓和差壓的測(cè)量，填補(bǔ)我國(guó)微壓壓力基準(zhǔn)的空白，進(jìn)一步完善我國(guó)現(xiàn)有的壓力基標(biāo)準(zhǔn)體系，更好的為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。(0-10) kPa微壓液體壓力基準(zhǔn)基于流體靜力平衡原理和流體靜力平衡方程，SPP= pgh,通過精確測(cè)量液體密度P、當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭和液柱高度差h而得到被測(cè)壓力值。其中當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣扔晌以毫W(xué)處重力加速度室在2011年10月測(cè)得，其值為9. 801260m/s2，其測(cè)量不確定度為O. Ippm0液體密度由我院密度室測(cè)得，其測(cè)量不確定度為5. 8ppm，液體的高度差通過測(cè)量穿過液柱的超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間，采用超聲干涉的方法，利用超外差接器、正交相敏探測(cè)器和門控積分器精確測(cè)量由于液柱高度的變化導(dǎo)致的相位的變化，其聲時(shí)的測(cè)量不確定度為O. 3ns，相應(yīng)的高度測(cè)量不確定度約為O. 6um。微壓液體壓力基準(zhǔn)的不確定度為O. 003%。現(xiàn)有技術(shù)中，中國(guó)專利CN2247804Y提供了一種超聲波數(shù)字化微壓差計(jì)，其特點(diǎn)如下I)采用蒸餾水為工作介質(zhì)。由于水的室溫飽和蒸汽壓很高(約為2000Pa)，只適合表壓的測(cè)量，不適合絕壓的測(cè)量。2)采用標(biāo)準(zhǔn)管來標(biāo)定聲速?，F(xiàn)有技術(shù)通過預(yù)先測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)管的長(zhǎng)度作為實(shí)際超聲波的渡越距離。實(shí)際上，超聲波的渡越距離與標(biāo)準(zhǔn)管的長(zhǎng)度相差很大，主要是由于超聲晶片是通過粘合劑粘帖在固定板上的，因此超聲晶片發(fā)射的超聲波也要穿越一定厚度的粘合劑，而粘合劑的厚度很難測(cè)量；另外超聲傳感器須通過氟橡膠O型圈或聚四氟墊片與標(biāo)準(zhǔn)管密封連接，而壓緊時(shí)這種形式的密封墊片都會(huì)有形變，因此導(dǎo)致實(shí)際上超聲波標(biāo)準(zhǔn)管的長(zhǎng)度根本無法精確測(cè)量(測(cè)量誤差大于1mm)，所以嚴(yán)格來講，標(biāo)準(zhǔn)管的長(zhǎng)度雖然能夠精確測(cè)量，但它的長(zhǎng)度并不是超聲波穿越此標(biāo)準(zhǔn)管的真實(shí)距離。因此用這種方式標(biāo)定的聲速具有較大的測(cè)量誤差。[0010]3)未采用溫度穩(wěn)定措施。由于液體中的聲速對(duì)溫度非常敏感，每O. 1°C溫度變化會(huì)帶來大約O. 03%的聲速的變化，因此如果沒有均勻和穩(wěn)定的溫場(chǎng)，液柱的高度測(cè)量會(huì)有很大誤差。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的液體壓力計(jì)無法測(cè)量絕壓和無法作為基標(biāo)準(zhǔn)精確測(cè)量壓力的問題，本實(shí)用新型提供了一種能實(shí)現(xiàn)聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)。(0-10) kPa微壓液體壓力基準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)微小表壓、差壓和絕壓的測(cè)量。主要包括U型管容器系統(tǒng)、超聲測(cè)量系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)、聲速測(cè)量系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、真空箱體及其吊裝機(jī)構(gòu)以及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)?；鶞?zhǔn)采用Di-2-ethlhexyl Sebacate(DEHS)為液體工作介質(zhì)，為了解決液體介質(zhì)對(duì)金屬容器壁的攀附現(xiàn)象，我們采用了一種疏油特氟龍涂層，并在聲速測(cè)量系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)制作了專門的浮子機(jī)構(gòu)，首次實(shí)現(xiàn)聲速的實(shí)時(shí)測(cè)量，以便排除溫度、壓力對(duì)聲速的影響。U型管容器系統(tǒng)置于真空箱體之內(nèi)，真空箱內(nèi)的壓力小于10Pa，以避免外 界空氣向系統(tǒng)的滲漏并保持真空箱內(nèi)液體壓力計(jì)溫度的穩(wěn)定。6只標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)布于液體壓力計(jì)的不同部位，整套裝置通過計(jì)算機(jī)、3499開關(guān)控制器和測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與處理。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)原理和方案(O 10) kPa的微壓液體壓力基準(zhǔn)基于U型液體壓力計(jì)的工作原理，即施加于U形管一端的被測(cè)壓力P與由此而引起的液柱高度差h而產(chǎn)生的重力相平衡，即p=r gh式中r為液體介質(zhì)的密度，g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取Ｔ谏鲜降?個(gè)決定壓力大小的主要影響量中，重力加速度和密度都可以用相應(yīng)方法準(zhǔn)確測(cè)得，而如何精確地測(cè)量液柱高度差是決定液體壓力計(jì)性能指標(biāo)的最關(guān)鍵因素。(O 10) kPa的微壓液體壓力系統(tǒng)米用Di-2-ethlhexyl sebacate (DEHS)為其液體工作介質(zhì)，采用超聲超外差的方法來測(cè)量超聲波在通過液體介質(zhì)時(shí)從發(fā)射到接收的渡越時(shí)間，同時(shí)液體壓力基準(zhǔn)的聲速測(cè)量系統(tǒng)通過對(duì)此時(shí)實(shí)時(shí)聲速的測(cè)量從而得到不同壓力和溫度下的超聲聲速，再由此時(shí)的聲時(shí)和聲速計(jì)算出液柱高度差，而最終得到所測(cè)的壓力。傳統(tǒng)的U形液體壓力計(jì)的U型管的兩端處于同一個(gè)水平面上，當(dāng)被測(cè)壓力作用于U形管的一端時(shí)，U形管一端中的液體下降l/2h，U形管另一端中的液體上升l/2h，此時(shí)，如果工作液體的密度為r,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,則被測(cè)壓力p=r gh。也就是說若要測(cè)量p=rgh大小的壓力，U型管兩端單臂(單管)的高度需要達(dá)到h的高度。(O 10)kPa的微壓液體壓力基準(zhǔn)的U型容器系統(tǒng)的U形管的兩端分別坐落在落差為500mm的兩個(gè)平臺(tái)上。在U型管兩端壓力相等時(shí)，U型管內(nèi)的液體處于同一水平面上，當(dāng)壓力P = P gh作用于處于較低位置的低管時(shí)，低管內(nèi)的液體液位下降l/2h的高度，高管內(nèi)液體的液位上升l/2h的高度，由于U型管落差的存在，這時(shí)要測(cè)量p=r gh大小的壓力，U型管兩端單臂(單管)的高度只要達(dá)到l/2h的高度即可。這樣設(shè)計(jì)的目的，可以大大減小U型管單臂的長(zhǎng)度，使得單臂內(nèi)液體的高度減小了一半，解決了超聲波在液體介質(zhì)中特別是油介質(zhì)中信號(hào)衰減較大的難題，使得超聲接收信號(hào)的信噪比大大提高。本實(shí)用新型中利用超聲測(cè)量聲時(shí)的方法最終測(cè)量液柱高度。超聲聲時(shí)的測(cè)量方法有多種，其中常用的有脈沖回波計(jì)數(shù)法、脈沖回鳴法、脈沖回波疊加法和超聲干涉法。后兩者在特定條件下能非常精密地測(cè)量介質(zhì)的絕對(duì)聲時(shí)。本實(shí)用新型中包括的超聲聲時(shí)的測(cè)量采用超聲干涉技術(shù)測(cè)量超聲信號(hào)在液柱中的傳播時(shí)間，其原理是測(cè)量超聲回波信號(hào)與初始信號(hào)的相位差j。初始超聲信號(hào)可用下式表示y0=A0 cos (2p ft) (2-1)其中Atl是初始信號(hào)的幅度，f是信號(hào)的頻率，其初始相位設(shè)為O。在液柱中傳播一段距離后的回波信號(hào)則為y=Acos (2p ft+j) (2-2)其中A是回波信號(hào)的幅度，爐為包含了超聲信號(hào)在液柱中傳播距離信息的相位。相位與信號(hào)傳播時(shí)間T的關(guān)系為j=-2p fT(2-3)其中T為傳播時(shí)間，包括在液柱中傳播時(shí)間和在電路中的延時(shí)。如果超聲在電路中的延時(shí)是穩(wěn)定的，那么傳播時(shí)間的差值即是液柱中聲時(shí)的差值；也可以采用第二個(gè)回波和第一個(gè)回波的相位差(或聲時(shí)差)，這樣相應(yīng)的時(shí)間就只是在液柱中的傳播時(shí)間。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)采用經(jīng)90°移相器移相后的信號(hào)Ytl=Atl sin (2p ft)和移相前的yQ=AQcos (2p ft)為參考信號(hào)，參考信號(hào)和回波信號(hào)經(jīng)正交相變探測(cè)器后，高頻信號(hào)被濾掉，只剩下含有相變信息j的低頻信號(hào)U1=Sinj和U2=Cosj,從而得到j(luò)tanZ =」~
U，/ =tan 丨(-L)
U2本實(shí)用新型中所述的聲速測(cè)量系統(tǒng)，其原理是當(dāng)壓力變化時(shí)，自由漂浮于液體液面上的浮子即液位高度跟蹤裝置會(huì)隨著液位的改變而改變。此時(shí)安裝于聲速測(cè)量U形管下面的超聲晶片，在頻率合成器的激勵(lì)下，產(chǎn)生2MHz的超聲波，此超聲信號(hào)穿過液體介質(zhì)發(fā)射到浮子的下端面，此時(shí)浮子的下端面作為超聲信號(hào)的反射面，反射回來的帶有液位高度變化信息的超聲波被超聲晶片接收，而得到由于液位變化而導(dǎo)致的聲時(shí)的變化量t-h，同時(shí)，激光干涉儀測(cè)量到由于壓力變化而導(dǎo)致的液位高度變化量(L-Ltl),從而得到超聲波在液體介質(zhì)中的聲速C。
2(L- L0)C=-式中Ici和L分別為浮子隨液位變化前后激光干涉儀測(cè)得的高度值；t0和t分別為浮子隨液位變化前后超聲測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的聲時(shí)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)，所述液體壓力計(jì)包括高度測(cè)量系統(tǒng)，聲速測(cè)量系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、液控系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；所述高度測(cè)量系統(tǒng)和和聲速測(cè)量系統(tǒng)分別包括一組U形管高度測(cè)量U形管和聲速測(cè)量U形管，分別用于測(cè)量超聲波在液體中的渡越時(shí)間和測(cè)量液位高度變化量以及液位高度變化時(shí)間量；所述高度測(cè)量U形管和所述聲速測(cè)量U形管均充入一定量的液體，且兩組U形管內(nèi)的液體是連通的；[0039]所述聲速測(cè)量系統(tǒng)包括液位高度變化測(cè)量模塊以及液位高度變化時(shí)間測(cè)量模塊；所述液位高度變化測(cè)量模塊包括兩套激光干涉儀，兩套液位高度跟蹤裝置和兩套光學(xué)鏡組；所述光學(xué)鏡組分別設(shè)置在所述液 位高度跟蹤裝置內(nèi)和光線路徑中，所述液位高度跟蹤裝置懸浮設(shè)置在所述聲速測(cè)量U形管內(nèi)的液體中實(shí)現(xiàn)不同壓力下液位高度的實(shí)時(shí)跟蹤，所述激光干涉儀和所述的光學(xué)鏡組實(shí)現(xiàn)不同壓力下液位高度變化量Λ L的測(cè)量；所述液位高度變化時(shí)間測(cè)量模塊包括兩組超聲晶片和超聲干涉儀；所述兩組超聲晶片分別設(shè)置在所述聲速U形管兩臂的底端，所述超聲干涉儀與所述超聲晶片通過測(cè)量一定頻率2MHz IOMHz的超聲波在液體中的渡越時(shí)間而得到液位變化的時(shí)間變化量Λ T ；所述聲速測(cè)量系統(tǒng)用于根據(jù)液位變化的時(shí)間變化量Λ T和由于壓力變化導(dǎo)致的液位高度變化量Λ L，得到超聲波在液體介質(zhì)中的聲速C ；所述高度測(cè)量系統(tǒng)包括一組高度測(cè)量U形管、兩組超聲晶片和超聲干涉儀；所述兩組超聲晶片分別設(shè)置在所述高度測(cè)量U形管兩臂的底端，所述超聲干涉儀與所述超聲晶片通過測(cè)量，測(cè)得不同壓力下超聲波在液體中的渡越時(shí)間；所述氣控系統(tǒng)用于控制所述各組U形管兩端的壓力；氣控系統(tǒng)包括控制機(jī)柜、控制閥門管路、泵組和一組監(jiān)視儀表；所述泵組用于兩組U形管中參考端的抽空以及氣體壓力的抽出；所述控制閥門管路連接著所述高度測(cè)量系統(tǒng)和所述聲速測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)它們之間的關(guān)斷、連通以及壓力大小的調(diào)節(jié)；所述控制機(jī)柜實(shí)現(xiàn)對(duì)所述控制閥門管路和所述泵組的控制；所述液控單元包括真空儲(chǔ)油罐，U形管間連接液路以及閥門，用于對(duì)所述U形管內(nèi)注入液體以及U形管各臂之間的液路連接的通和斷；所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)用于開關(guān)控制器的控制以及各種溫度、壓力和監(jiān)視儀表數(shù)據(jù)的采集，并根據(jù)所述聲速測(cè)量系統(tǒng)輸入的液位變化的時(shí)間變化量Λ T和液位高度變化量Λ L，得到超聲波在液體介質(zhì)中的聲速C，后根據(jù)所述高度測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)得的不同壓力下超聲波在液體中的渡越時(shí)間得到高度測(cè)量U形管內(nèi)液柱的高度差，經(jīng)過必要的參數(shù)修正后最終得到所測(cè)的壓力。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中聲速測(cè)量時(shí)無法準(zhǔn)確測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的問題，設(shè)計(jì)了獨(dú)特的液位跟蹤裝置并將聲速測(cè)量時(shí)的長(zhǎng)度直接溯源至激光頻率，所述液位高度跟蹤裝置置于所述的聲速測(cè)量系統(tǒng)中的聲速測(cè)量U形管內(nèi)的液體中，且其結(jié)構(gòu)為浮子，其包括浮筒、角錐鏡固定架、浮耳組和導(dǎo)軌；所述浮耳組設(shè)置在浮子的上表面外側(cè)，且一個(gè)浮耳內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)軌軸承，所述導(dǎo)軌穿過該所述浮耳內(nèi)的軸承；所述角錐鏡固定在所述角錐鏡固定架上，所述角錐鏡固定架固定在所述浮筒內(nèi)中心位置；所述浮子懸浮在液體中，并隨著液面的上下變化而自由的上下運(yùn)動(dòng)，且不會(huì)有水平位移。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中信號(hào)衰減和提高信噪比，所述高度測(cè)量系統(tǒng)和和聲速測(cè)量系統(tǒng)所包括的高度測(cè)量U形管和聲速測(cè)量U形管的兩臂呈高低錯(cuò)落布置；高管和低管之間的聞度差范圍是200mni_800Mn ；所述聲速測(cè)量U形管和高度測(cè)量U形管各包括2根不銹鋼管；4根不銹鋼管等長(zhǎng)度。4根所述不銹鋼管構(gòu)成2組U型壓力計(jì)，每組U形管間對(duì)應(yīng)的高低管之間以及兩個(gè)U型管之間分別相連，并通過閥門控制各組U形管兩臂之間的開關(guān)以及兩組U形管之間的開關(guān)。[0050]所述液位高度變化測(cè)量模塊中，所述每套光學(xué)鏡組包括一個(gè)角錐鏡和一個(gè)復(fù)合鏡，所述一個(gè)角錐鏡設(shè)置在所述浮子內(nèi)，所述復(fù)合鏡設(shè)置在光線路徑上；所述激光干涉儀發(fā)出的激光通過復(fù)合鏡入射到位于浮子中央的角錐鏡上，并經(jīng)過角錐鏡的反射，得到與入射光平行的反射光，反射光再次通過復(fù)合鏡后被激光干涉儀接收，得到浮子隨液位高度變化而變化的高度數(shù)值。4組所述超聲晶片分別設(shè)置在所述高度測(cè)量U形管和聲速測(cè)量U形管兩臂的底端，所述聲速測(cè)量U形管的超聲晶片產(chǎn)生的一定頻率的超聲波穿過液體介質(zhì)，到達(dá)隨液位升降而升降的所述浮子的下端面，浮子的下端面作為超聲信號(hào)的反射面，反射回來的帶有液位高度變化信號(hào)的超聲波信號(hào)被超聲晶片接收，得到由于液位變化而產(chǎn)生聲時(shí)的變化量AT。為了時(shí)時(shí)監(jiān)控溫度變化，所述液體壓力計(jì)還包括溫度測(cè)量系統(tǒng)，所述溫度測(cè)量系統(tǒng)包括一組標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)和測(cè)溫電橋；各個(gè)所述標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)均勻固定在所述兩 組U形管外壁；所述測(cè)溫電橋與所述標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)測(cè)得各點(diǎn)的溫度信號(hào)，同時(shí)與所述的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)溫度的采集和數(shù)據(jù)的處理。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中溫度的變化對(duì)聲速的影響，極大限度地提升測(cè)量水平，所述液體壓力計(jì)設(shè)計(jì)了真空箱體，高度測(cè)量U形管和聲速測(cè)量U形管設(shè)置在真空箱體內(nèi)，且真空箱體內(nèi)的真空度通過機(jī)械泵保持在小于IOPa的壓力下，以減小熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流。為了解決現(xiàn)有技術(shù)在測(cè)量中的液體攀附的問題，2組所述U形管的內(nèi)壁和浮子的外壁設(shè)置有特氟龍涂層。本實(shí)用新型另一個(gè)發(fā)明點(diǎn)就是采用如前所述的液體壓力計(jì)的測(cè)量方法，所述方法包括:A搭建液體壓力計(jì)過程，B壓力控制過程，C測(cè)量過程，D采集和處理數(shù)據(jù)過程；所述方法包括:A搭建液體壓力計(jì)過程，B壓力控制過程，C測(cè)量過程，D采集和處理數(shù)據(jù)過程；所述A搭建液體壓力計(jì)過程包括將高度測(cè)量系統(tǒng)，聲速測(cè)量系統(tǒng)，氣控系統(tǒng)，液控系統(tǒng)，溫度測(cè)量系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，真空箱體通過線路及各種控制閥連接；所述B壓力控制過程包括對(duì)U形管兩端進(jìn)行壓力控制，實(shí)現(xiàn)表壓、差壓和絕壓的測(cè)量;所述C測(cè)量過程包括，采用超聲干涉法測(cè)量超聲波在液體中的渡越時(shí)間；且進(jìn)行聲速的實(shí)時(shí)測(cè)量；所述聲速的實(shí)時(shí)測(cè)量方法采用激光干涉儀和超聲干涉儀分別測(cè)量液位高度跟蹤裝置所移動(dòng)的距離以及移動(dòng)此距離的聲時(shí)的變化量而得到工作溫度、壓力等條件下的實(shí)時(shí)的聲速；具體測(cè)量過程包括開啟各個(gè)測(cè)量設(shè)備，并對(duì)2組U形管中的2根低管加壓，所述激光干涉儀和所述超聲干涉儀通過測(cè)量液位高度跟蹤裝置在此溫度和壓力下的移動(dòng)距離ΛL和時(shí)間Λ Τ，得到在此溫度和壓力下超聲波的聲速，所述高度測(cè)量系統(tǒng)中的超聲干涉儀通過測(cè)量超聲波在液體介質(zhì)中的渡越時(shí)間Τ，并依據(jù)所述聲速測(cè)量系統(tǒng)得到的聲速，得到液柱的高度從而最終得到被測(cè)得壓力。即通過高度測(cè)量系統(tǒng)和聲速測(cè)量系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)液柱高度的測(cè)量；所述D采集和處理數(shù)據(jù)過程包括，所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)利用開關(guān)控制器根據(jù)需要讀取各點(diǎn)的溫度數(shù)值，同時(shí)采集聲速測(cè)量系統(tǒng)和高度測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)以及各監(jiān)視儀表的數(shù)值，對(duì)所有測(cè)量結(jié)果的計(jì)算以及完成必要的修正后得到被測(cè)壓力值。所述U形管中的液體為癸二酸二異辛酯。本實(shí)用新型帶來的有益效果如下I)本實(shí)用新型采用U型高低管落差布局，由于U型高低管中的兩支單管之間存在落差，因此測(cè)量P=r gh的壓力時(shí)，只需令兩支單管中的液面落差達(dá)到l/2h即可。因此，使得單管高度減小了一半，解決了超聲波在液體介質(zhì)中特別是油介質(zhì)中信號(hào)衰減較大的難題，使得超聲接收信號(hào)的信噪比大大提高。2)本實(shí)用新型采用了一定成分的絕熱技術(shù)，將液體壓力計(jì)置于一真空腔體中，腔體內(nèi)的真空度小于10Pa，因此大大減少了熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)，使液體壓力計(jì)的溫度均勻穩(wěn)定。3)本實(shí)用新型采用癸二酸二異辛酯代替蒸餾水作為工作介質(zhì)，其常溫下的飽和蒸 汽壓約為5X10_6Pa，遠(yuǎn)小于蒸餾水的飽和蒸汽壓(2000Pa)，更適合絕壓的測(cè)量。4)激光干涉儀的長(zhǎng)度測(cè)量誤差小于O. Ium,因此利用激光干涉儀實(shí)時(shí)地測(cè)量浮子的移動(dòng)距離以及浮子移動(dòng)此距離的超聲回波時(shí)間而得到實(shí)時(shí)地聲速，大大降低了液體壓力計(jì)的測(cè)量不確定度，使不確定度由O. 03%降低到O. 003%。5)本實(shí)用新型對(duì)U形管采用了特氟龍噴涂處理，解決了液體在容器表面的攀附問題，使液位高度測(cè)量的不確定度大大降低。

圖I為本實(shí)用新型一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型U形管組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型中U形管組氣路與液路連接示意圖；圖4為本實(shí)用新型中聲速測(cè)量和溫度測(cè)量工作示意圖；圖5為本實(shí)用新型中浮子的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型中氣控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖附圖編號(hào)說明I-聲速測(cè)量U形管；2-高度測(cè)量U形管；3-浮子；4_激光干涉儀；5-真空腔體；6_溫度傳感器；7_測(cè)溫電橋；8_信號(hào)處理系統(tǒng)；9-超聲干涉儀；10_角錐鏡；11_反光鏡；12_浮筒；13_角錐鏡固定架；;15_超聲晶片；16_氣控系統(tǒng)；17_液控系統(tǒng)；18_測(cè)高關(guān)斷閥；19-聲速關(guān)斷閥；20_測(cè)高/聲速關(guān)斷閥；21_真空罩電阻規(guī)；22-開關(guān)控制器；1601-干泵；1602-第一油泵；1603_電阻規(guī)；1604-高壓氮?dú)猓?605-數(shù)字壓力表；1606-減壓器；1607-微調(diào)閥；1608-壓力計(jì)；1609-電離規(guī)；1610-分子泵；1611-薄膜真空計(jì)1701-真空儲(chǔ)油罐；1702_第二油泵；1703_第三電磁閥；1704_第四球閥；El-第一電磁閥；E2-第二電磁閥；Kl-第一關(guān)斷閥；Κ2_第二關(guān)斷閥；Κ3_第二關(guān)斷閥；Κ4_第四關(guān)斷閥；Κ5-第五關(guān)斷閥；Κ6_第六關(guān)斷閥；Κ7_第七關(guān)斷閥；Κ8_第八關(guān)斷閥；Κ9-第九關(guān)斷閥；Κ10_第十關(guān)斷閥；Κ11_第十一關(guān)斷閥；[0092]K12-第十二關(guān)斷閥；N1_第一針閥；N2_第二針閥；N3_第二針閥；N4-第四針閥；N5-第五針閥；B3_第一球閥；B4_第二球閥；B5-第三球閥；
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地說明，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于下述的具體實(shí)施方式
。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型中聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)中的U形管的兩端分別坐落在落差為 500mm的兩個(gè)平臺(tái)上，如圖I或圖2所示。在U型管兩端壓力相等時(shí)，U型管內(nèi)的液體處于同一水平面上，當(dāng)壓力P=r gh作用于處于較低位置的低管時(shí)，低管內(nèi)的液體液位下降l/2h的高度，高管內(nèi)液體的液位上升1/2和的高度，由于U型管落差的存在，這時(shí)要測(cè)量測(cè)量p=rgh大小的壓力，U型管兩端單臂(單管)的高度只要達(dá)到l/2h的高度即可。這樣設(shè)計(jì)的目的，可以大大減小U型管單臂的長(zhǎng)度，使得單臂內(nèi)液體的高度減小了一半，解決了超聲波在液體介質(zhì)中特別是油介質(zhì)中信號(hào)衰減較大的難題，使得超聲接收信號(hào)的信噪比大大提高。由圖I可以看出，U型容器系統(tǒng)由4根高度相同的，內(nèi)徑為90mm的不銹鋼管分別坐落在落差在500mm的兩個(gè)平臺(tái)上，4根不銹鋼管實(shí)際上構(gòu)成2個(gè)U型壓力計(jì)，其中一個(gè)U型壓力計(jì)(右側(cè)兩根高低不銹鋼管)用于聲速的測(cè)量，左側(cè)U型管壓力計(jì)(左側(cè)兩根不銹鋼管)用于測(cè)量被測(cè)壓力，兩個(gè)U型管壓力計(jì)的對(duì)應(yīng)的高低管之間以及兩個(gè)U型管壓力計(jì)之間分別相連，并有閥門用于控制它們之間的通與斷，以滿足不同的測(cè)量需求。當(dāng)這些連通閥門開啟時(shí)，兩套U型管壓力計(jì)(即壓力測(cè)量U型計(jì)和聲速測(cè)量U型計(jì))中的液位高度隨著壓力的變化，同時(shí)發(fā)生相同的變化，這樣用于聲速的U型管即可以得到此時(shí)壓力和溫度條件下實(shí)時(shí)的聲速，用于壓力測(cè)量的U型管可以根據(jù)這個(gè)實(shí)標(biāo)的聲速和超聲干涉儀測(cè)得的時(shí)間，得到此時(shí)的被測(cè)壓力。由于我們使用的工作介質(zhì)為Di-2-ethlhexyl sebacate (DEHS),這是一種飽和蒸汽壓非常小的油，其蒸氣壓可以達(dá)到10_6Pa，但這種油對(duì)不銹鋼有較強(qiáng)的攀附效應(yīng)，為了解決這種油在不銹鋼內(nèi)壁上的攀附問題，我們選擇了特氟龍材料對(duì)不銹鋼管進(jìn)行了處理將特氟龍材料噴涂在4根不銹鋼管的內(nèi)壁。經(jīng)過這種處理，使得(DHlS)在不銹鋼表面上的接觸角從14°增加到56°。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，采用這種材料的噴涂處理后的U型容器系統(tǒng)由于液體介質(zhì)的攀附作用而導(dǎo)致的液柱高度的變化由20um降低到3um。U型容器系統(tǒng)的下部有用于油路連通的管路，上部有用于氣路連通的管路，用于油路連通的管路為3/8軟管和接頭，用于氣路連通管路為KF25、CF25及波紋管。U型容器系統(tǒng)的油路通過真空腔體5上的接口和閥門實(shí)現(xiàn)聲速高低管之間的關(guān)斷、壓力測(cè)量高低管間的關(guān)斷以及聲速與壓力測(cè)量管間的關(guān)斷，并最終與真空腔體5外的真空儲(chǔ)油罐1701相連；U型容器系統(tǒng)的氣路通過真空腔體5上的接口和閥門實(shí)現(xiàn)聲速與壓力測(cè)量管間參考端以及聲速與壓力測(cè)量管間壓力端的關(guān)斷，并最終與氣控系統(tǒng)16的參考端與壓力端相連。聲速測(cè)量系統(tǒng)包括U型管組、浮子3系統(tǒng)、激光干涉測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)和超聲測(cè)量系統(tǒng)。具體的，U型管系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是U型容器系統(tǒng)的一部分，由兩根錯(cuò)落布置的不銹鋼管組成，兩根不銹鋼管通過3/8英寸的軟管相連，并分別通過關(guān)斷閥與壓力測(cè)量管的高管和低管相連，以實(shí)現(xiàn)不同壓力和溫度條件下超聲波在油中聲速的實(shí)時(shí)測(cè)量。U型管系統(tǒng)氣路和液路的結(jié)構(gòu)和連接如圖所示。浮子3主要由浮筒12、角錐鏡固定架13、角錐鏡10、浮耳和導(dǎo)軌等組成，如圖所示。角錐鏡10通過角錐鏡固定架13放置于浮筒12的中心位置，3個(gè)浮耳均勻固定在浮筒12上部的圓周上，其中一個(gè)浮耳的內(nèi)部通過軸承可以保證在3mm光軸上的上下靈活運(yùn)動(dòng)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)固定角錐鏡10的浮筒12可以懸浮在油中，并隨著油面的上下變化而自由的上下運(yùn)動(dòng)。激光干涉測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)采用兩套R(shí)ENISSAW的XL80激光干涉儀4系統(tǒng)。該干涉儀數(shù)據(jù)穩(wěn)定，發(fā)熱量小，零漂小，其 測(cè)量不確定度小于O. 5ppm。兩臺(tái)激光干涉儀4分別固定在調(diào)整臺(tái)上，能夠?qū)崿F(xiàn)X、Y、Z以及前傾、側(cè)傾的調(diào)整；分光鏡和參考鏡固定在一起，通過螺栓擰緊，防止相對(duì)位移造成測(cè)量誤差。分光鏡置于調(diào)節(jié)架上，調(diào)節(jié)架能夠調(diào)節(jié)X、Y、Z向以及俯仰角與傾角等方向的調(diào)整。立體棱鏡(角錐鏡)固定于安裝在浮筒3中央的浮子架上。激光頭發(fā)出的激光可以透過真空腔體5上蓋位于聲速測(cè)量U型管I上部的透光孔，入射到位于浮子3中央的角錐鏡10上，并經(jīng)過角錐鏡10的反射，得到與入射光平行的反射光而被激光干涉儀4接收，從而實(shí)現(xiàn)浮子3隨液位高度變化而變化的高度。本實(shí)用新型中，溫度測(cè)量系統(tǒng)主要由6支標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)6、F18測(cè)溫電橋7組成。6支標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)6中有3支ΡΤ25的162D標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)，另外3支為ΡΤ100的鉬電阻溫度計(jì)。其中的五支鉬電阻溫度計(jì)6通過導(dǎo)熱塊固定于液體壓力計(jì)U型容器的4根測(cè)量管的不同高度上，一支安裝在液體壓力計(jì)壓力測(cè)量高管的下部，并通過紫銅管與液體介質(zhì)接觸。六支鉬電阻溫度計(jì)6的安裝位置如圖。這六支鉬電阻溫度計(jì)6通過安裝在真空腔體5上的真空插頭與keithley3499開關(guān)控制器22相連，由數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)控制3499開關(guān)通道的選取，對(duì)六支鉬電阻溫度計(jì)6得到的溫度進(jìn)行采集。采用Tinsley的5685A (1000HM)作為F18測(cè)溫電橋7的標(biāo)準(zhǔn)電阻，F(xiàn)18測(cè)溫電橋7的不確定度為O. lmk。本實(shí)用新型中，氣控系統(tǒng)16主要用于控制U型管兩端(參考端和壓力端)的壓力。氣控系統(tǒng)主要包括控制機(jī)柜、控制閥門管路、分子泵1610、機(jī)械泵、薄膜計(jì)和各種監(jiān)視儀表組成?？梢詫?shí)現(xiàn)微小表壓、差壓和絕壓的控制和測(cè)量。圖中，抽空端為系統(tǒng)的參考端，通過波紋管和真空腔體5上的KF25接口與U型容器系統(tǒng)的參考端相連，加壓端為壓力端，通過波紋管和真空腔體5上的KF25接口與U型容器系統(tǒng)的壓力端相連。第六關(guān)斷閥K6為連接參考端和壓力端的旁通閥，參考端的真空由連接于參考端的分子泵1610保證，Itorr的薄膜真空計(jì)和130kPa的數(shù)字壓力計(jì)用于參考端壓力的監(jiān)視；壓力端的傳壓介質(zhì)為高純氮?dú)?，其壓力可以通過微調(diào)閥1607進(jìn)行微調(diào)并通過IOkPa數(shù)字差壓計(jì)對(duì)壓力端進(jìn)行監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)采用Leybold的Trivac D60C或IWATA ISP500C的機(jī)械泵進(jìn)行系統(tǒng)的抽空。當(dāng)進(jìn)行絕壓的測(cè)量時(shí)，首先開啟參考端和壓力端的第六關(guān)斷閥K6并開啟分子泵1610和機(jī)械泵對(duì)參考端和壓力端同時(shí)進(jìn)行抽空，然后關(guān)閉第六關(guān)斷K6和第二針閥N2，開啟第三球閥B5并通過微調(diào)閥1607向壓力端加入所需要的壓力，在進(jìn)行絕壓的測(cè)量時(shí)始終保持分子泵1610對(duì)參考端的抽空狀態(tài)，氣控系統(tǒng)16的在進(jìn)行絕壓測(cè)量時(shí)其參考端的壓力通常在O. 03Pa左右。當(dāng)進(jìn)行差壓的測(cè)量時(shí)，首先開啟參考端和壓力端的第六關(guān)斷閥K6、第二針閥N2和第三球閥B5，之后通過微調(diào)閥1607向參考端加入所需要的參考?jí)毫?，然后關(guān)閉第六關(guān)斷閥K6和第二針閥N2，即可進(jìn)行差壓的測(cè)量。。本實(shí)用新型還包括真空腔體5是一個(gè)由4個(gè)有徑向加強(qiáng)筋的厚度為8mm的不銹鋼圓筒疊落而成，腔體的直徑為800mm,高度為1800mm。圓筒之間通過卡箍固定相連；圓筒的上蓋板為厚度為36mm的鋁板，蓋板上有兩個(gè)玻璃透光孔，用于聲速測(cè)量時(shí)激光的透光窗；箱體的下部有一 KF40法蘭接口，與真空泵相連；一只電阻真空計(jì)通過KF16 口連接于箱體下部，用于監(jiān)視真空箱內(nèi)的壓力；一臺(tái)抽速為81/s的干泵1601和一臺(tái)抽速為161/s的油泵1602用于真空腔體5內(nèi)真空度的保持，使腔體內(nèi)的壓力始終保持在IOPa以內(nèi)。同時(shí)真空箱體上有6個(gè)CF25接口，其中兩個(gè)用于與氣控系統(tǒng)16的參考端和壓力端相連，另外4個(gè)分成兩組分別連接U型容器系統(tǒng)高度測(cè)量管和聲速測(cè)量管的參考端和壓力端，其中高度測(cè)量管和聲速測(cè)量管高管(參考端)之間、高度測(cè)量管和聲速測(cè)量管低管(壓力端)之間均有一擋板閥，可以控制實(shí)現(xiàn)其自由開關(guān)。 本實(shí)用新型中數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超聲聲時(shí)和溫度的自動(dòng)采集。運(yùn)行時(shí)，可自動(dòng)切換3499A的開關(guān)控制器22，對(duì)6個(gè)鉬電阻溫度計(jì)6進(jìn)行順序測(cè)量，實(shí)時(shí)記錄當(dāng)前系統(tǒng)的溫度。上述技術(shù)方案只是本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本實(shí)用新型公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本實(shí)用新型上述具體實(shí)施方式
所描述的結(jié)構(gòu)，因此前面描述的方式只是優(yōu)選地，而并不具有限制性的意義。
權(quán)利要求1.一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)，其特征在于 所述液體壓力計(jì)包括高度測(cè)量系統(tǒng)，聲速測(cè)量系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)(16)、液控系統(tǒng)(17)以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(8); 所述高度測(cè)量系統(tǒng)和聲速測(cè)量系統(tǒng)分別包括一組U形管高度測(cè)量U形管(2)和聲速測(cè)量U形管(1)，兩組U形管中均充入液體，且兩組U形管內(nèi)的液體是連通的；所述高度測(cè)量系統(tǒng)用于測(cè)量超聲波在液體中的渡越時(shí)間并根據(jù)所述聲速測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的聲速計(jì)算得到液柱的高度；所述聲速測(cè)量系統(tǒng)通過測(cè)量液位高度變化量以及液位高度變化時(shí)間量而得到實(shí)時(shí)的聲速； 所述聲速測(cè)量系統(tǒng)包括液位高度變化測(cè)量模塊以及液位高度變化時(shí)間測(cè)量模塊； 所述液位高度變化測(cè)量模塊包括兩套激光干涉儀(4 )，兩套液位高度跟蹤裝置和兩套光學(xué)鏡組；所述光學(xué)鏡組分別設(shè)置在所述液位高度跟蹤裝置內(nèi)和光線路徑中，所述液位高 度跟蹤裝置懸浮設(shè)置在所述聲速測(cè)量U形管(I)內(nèi)的液體中而實(shí)現(xiàn)不同壓力下液位高度的實(shí)時(shí)跟蹤，所述激光干涉儀(4)和所述的光學(xué)鏡組實(shí)現(xiàn)不同壓力下液位高度變化量Λ L的測(cè)量； 所述液位高度變化時(shí)間測(cè)量模塊包括兩組超聲晶片(15)和超聲干涉儀(9);所述兩組超聲晶片(15)分別設(shè)置在所述聲速測(cè)量U形管(I)兩臂的底端，所述超聲干涉儀(9)與所述超聲晶片(15)通過測(cè)量一定頻率2MHz IOMHz的超聲波在液體中的渡越時(shí)間而得到液位變化的時(shí)間變化量Λ T ； 所述聲速測(cè)量系統(tǒng)通過測(cè)量液位變化的時(shí)間變化量Λ T和由于壓力變化導(dǎo)致的液位高度變化量Λ L，并通過所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(8)而實(shí)時(shí)地得到超聲波在液體介質(zhì)中的聲速C ； 所述高度測(cè)量系統(tǒng)包括一組高度測(cè)量U形管(2)、兩組超聲晶片(15)和超聲干涉儀(9);所述兩組超聲晶片(15)分別設(shè)置在所述高度測(cè)量U形管(2)兩臂的底端，所述超聲干涉儀(9)與所述超聲晶片(15)通過測(cè)量不同壓力下超聲波在液體中的渡越時(shí)間并通過所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(8)依據(jù)所述聲速測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的聲速而計(jì)算得到不同壓力所引起的液柱高度的變化從而得到最終壓力值； 所述氣控系統(tǒng)(16)用于控制所述各組U形管兩端的壓力；氣控系統(tǒng)(16)包括控制機(jī)柜、控制閥門管路、泵組和一組監(jiān)視儀表；所述泵組用于兩組U形管中參考端的抽空以及氣體壓力的抽出；所述控制閥門管路連接著所述高度測(cè)量系統(tǒng)和所述聲速測(cè)量系統(tǒng)的氣路，實(shí)現(xiàn)它們之間的關(guān)斷、連通以及壓力大小的調(diào)節(jié)；所述控制機(jī)柜實(shí)現(xiàn)對(duì)所述控制閥門管路和所述泵組的控制； 所述液控系統(tǒng)(17)包括真空儲(chǔ)油罐(1701)，U形管間連接液路以及閥門，用于所述U形管內(nèi)液體的注入以及U形管各臂之間的液路連接的通和斷； 所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(8)包括計(jì)算機(jī)以及開關(guān)控制器(22);所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(8)利用開關(guān)控制器(22)實(shí)現(xiàn)不同通道數(shù)據(jù)的讀取，并根據(jù)所述聲速測(cè)量系統(tǒng)輸入的液位變化的時(shí)間變化量Λ T和液位高度變化量Λ L，得到超聲波在液體介質(zhì)中的聲速C，后根據(jù)所述高度測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)得的不同壓力下超聲波在液體中的渡越時(shí)間得到U形管內(nèi)液柱的高度差，最終得到所測(cè)的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)，其特征在于所述液位高度跟蹤裝置置于所述的聲速測(cè)量系統(tǒng)中的聲速測(cè)量U形管(I)內(nèi)的液體中，且其結(jié)構(gòu)為浮子(3)，包括浮筒(12)、角錐鏡固定架(13)、浮耳組和導(dǎo)軌；所述浮耳組設(shè)置在浮筒(12)的上表面外側(cè)，且一個(gè)浮耳內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)軌軸承，所述導(dǎo)軌穿過該所述浮耳內(nèi)的軸承；所述角錐鏡固定架(13)用于固定所述光學(xué)鏡組(10，11)中的角錐鏡(10)并被固定在所述浮筒(12)內(nèi)的中心位置；所述浮子(3)懸浮在液體中，并隨著液面的上下變化而自由的上下運(yùn)動(dòng)，且不會(huì)有水平位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)，其特征在于 所述高度測(cè)量系統(tǒng)和聲速測(cè)量系統(tǒng)所包括的高度測(cè)量U形管(2)和聲速測(cè)量U形管(I)各包括2根不銹鋼管；所述兩根不銹鋼管呈高低錯(cuò)落布置；4根所述不銹鋼管等長(zhǎng)度；且所述聲速測(cè)量U形管(I)和高度測(cè)量U形管(2)中高管和低管之間的高度差范圍是200mm-800mm ；
4.根所述不銹鋼管構(gòu)成2組U型壓力計(jì)，其中所述聲速測(cè)量U形管(I)用于聲速的測(cè)量，另一高度測(cè)量U形管(2)用于測(cè)量超聲波在液體中的渡越時(shí)間，每組U形管的高低管之間以及兩個(gè)U型管之間分別相連，并通過閥門控制各組U形管高低管之間的開關(guān)以及兩組U形管之間的通斷。
4根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)，其特征在于 所述液位高度變化測(cè)量模塊中，所述每套光學(xué)鏡組(10，11)包括一個(gè)角錐鏡(10)和一個(gè)復(fù)合鏡(11)，一個(gè)所述角錐鏡(10 )設(shè)置在所述浮子(3 )內(nèi)，所述復(fù)合鏡(11)設(shè)置在光線路徑上； 所述激光干涉儀(4)發(fā)出的激光通過所述復(fù)合鏡(11)入射到位于浮子(3)中央的角錐鏡(10)上，并經(jīng)過角錐鏡(10)的反射，得到與入射光平行的反射光，反射光再次通過復(fù)合鏡(11)被激光干涉儀(4)接收，得到液位高度變化的數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)，其特征在于 4組所述超聲晶片(15)分別設(shè)置在所述高度測(cè)量U形管(2)和聲速測(cè)量U形管(I)兩臂的底端，所述聲速測(cè)量U形管(I)的超聲晶片(15)產(chǎn)生的一定頻率的超聲波穿過液體介質(zhì)，到達(dá)所述浮子(3)的下端面，浮子(3)的下端面作為超聲信號(hào)的反射面，反射回來的帶有液位高度變化信號(hào)的超聲波信號(hào)被超聲晶片(15)接收，從而得到由于液位變化而產(chǎn)生的聲時(shí)的變化量Λ T0
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)，其特征在于 所述液體壓力計(jì)還包括溫度測(cè)量系統(tǒng)，所述溫度測(cè)量系統(tǒng)包括一組標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)(6)和測(cè)溫電橋(7);各個(gè)所述標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)(6)均勻固定在所述兩組U形管外壁；所述測(cè)溫電橋(7)與所述標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻溫度計(jì)(6)測(cè)得各點(diǎn)的溫度信號(hào)，同時(shí)與所述的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(8)連接，實(shí)現(xiàn)溫度的采集和數(shù)據(jù)的處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)，其特征在于 所述液體壓力計(jì)包括真空箱體(5 )，2組所述U形管設(shè)置在真空箱體(5 )內(nèi)，且真空箱體(5)內(nèi)的真空度通過機(jī)械泵保持在小于IOPa的壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)，其特征在于 2組所述U形管的內(nèi)壁和浮子(3)的外壁設(shè)置有特氟龍涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)，其特征在于所述U形管中的液體為癸二酸二異 辛酯。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種聲速實(shí)時(shí)標(biāo)定的液體壓力計(jì)。液體壓力計(jì)可以實(shí)現(xiàn)絕壓、表壓和差壓的測(cè)量，包括聲速測(cè)量系統(tǒng)和高度測(cè)量系統(tǒng)；二者的外形為高低U型管結(jié)構(gòu)，并連接至同一個(gè)待測(cè)壓力處；聲速測(cè)量系統(tǒng)中設(shè)置有自由懸浮于液面的浮子；浮子內(nèi)部設(shè)置有激光反射部件，浮子的下端面為超聲信號(hào)的反射面；U形管底部設(shè)置有超聲晶片。本壓力測(cè)量方法，是通過對(duì)U型高低管中的低管施加壓力時(shí)，高低管之間產(chǎn)生相應(yīng)變化的液位差，激光干涉儀和超聲干涉儀實(shí)時(shí)測(cè)量浮子的位移以及對(duì)應(yīng)的超聲回波時(shí)間，進(jìn)而得到實(shí)時(shí)的聲速；高度測(cè)量系統(tǒng)根據(jù)該聲速和超聲干涉儀測(cè)得超聲波在此壓力下在液體介質(zhì)中的渡越時(shí)間，再依據(jù)聲速測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的聲速而得到液柱高度差，從而得到被測(cè)壓力。本實(shí)用新型通過改進(jìn)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)，使超聲接收信號(hào)的信噪比大大提高，大大降低了液體壓力計(jì)的測(cè)量不確定度。
文檔編號(hào)G01L11/06GK202648859SQ201220298858
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者李燕華, 楊遠(yuǎn)超, 王金庫 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院