專利名稱：超聲波數(shù)字化微壓差計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于工業(yè)超聲檢測(cè)中的一種檢測(cè)儀。
目前常用的微壓差計(jì)有補(bǔ)償式微壓差計(jì)，電容式微壓差計(jì)。補(bǔ)償式微壓差計(jì)在實(shí)際測(cè)量中既費(fèi)時(shí)，測(cè)量的精度又低。電容式微壓差計(jì)通過測(cè)量壓差引起的電容量變化來測(cè)量壓差，是一種間接測(cè)量，其量程小，標(biāo)定麻煩，并且不能在現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)標(biāo)定。
本實(shí)用新型提供了一種在現(xiàn)場(chǎng)即可自行連續(xù)標(biāo)定，又能連續(xù)、精確測(cè)量壓差，數(shù)字顯示的超聲波數(shù)字化微壓差計(jì)。
本實(shí)用新型由計(jì)算機(jī)、單片機(jī)(包括發(fā)射電路，放大電器，過零電平檢測(cè)電路，或門、計(jì)時(shí)門、晶振時(shí)標(biāo)、R0M、CPU)及新式探頭組成，這種新式探頭主要由二個(gè)測(cè)試管和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管組成，管內(nèi)灌有溫度為室溫的蒸餾水，測(cè)管的上端與被測(cè)氣體連通，測(cè)管和標(biāo)準(zhǔn)管的下部互相連通，在測(cè)試管和標(biāo)準(zhǔn)管的底部各安裝一片壓電晶片，用超聲波測(cè)量?jī)蓽y(cè)試管內(nèi)液柱的高度時(shí)差后用長(zhǎng)度精確已知的標(biāo)準(zhǔn)管中的聲時(shí)換算出被測(cè)氣體的水壓力高度差。測(cè)量靈敏度達(dá)0.1μ，在0-120mm高的壓差測(cè)量范圍里測(cè)量精度達(dá)±0.03％。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是采用由測(cè)試管和標(biāo)準(zhǔn)管構(gòu)成的超聲探頭，利用超聲技術(shù)直接測(cè)量在測(cè)量管中由于壓差引起的液柱高度差，測(cè)量靈敏度達(dá)0.1μ，整個(gè)測(cè)量是連續(xù)自動(dòng)并自我標(biāo)定后數(shù)字顯示，測(cè)量結(jié)果由計(jì)算機(jī)以圖表和數(shù)字形式直觀，精確地顯示并可儲(chǔ)存，進(jìn)一步計(jì)算或打印，測(cè)量精度高。
附圖是本實(shí)用新型實(shí)施例，其中

圖1本實(shí)用新型工作原理圖圖2探頭結(jié)構(gòu)圖。
圖3為發(fā)射電路圖。
結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
圖1、單片機(jī)主體3，分別與發(fā)射電路41，42，42一端和過零電平檢測(cè)電路61，62，62的一端連接。發(fā)射電路41，42，42的另一端與放大器51，52，52的一端以及壓電晶片101，102，102連接，放大器51，52，53的輸出端與過零電平檢測(cè)電路61，62，63的一端連接，過零電平檢測(cè)電路61，62，63的另一端與或門7連接，計(jì)時(shí)門8一端與晶振時(shí)標(biāo)9連接，另一端與單片機(jī)主體3連接。計(jì)算機(jī)2與單片機(jī)主體3和顯示屏1連接。
圖2、測(cè)管14，17的上端用上固定板13連接固定，蓋板12通過螺釘固定在上固定板13上，通氣孔11固定在蓋板12的中部。中固定板18套在測(cè)管14、17的中部，標(biāo)準(zhǔn)管15的上部，將測(cè)量管和標(biāo)準(zhǔn)管分隔固定。在標(biāo)準(zhǔn)管15內(nèi)的上端置有反射板16，錘心20固定在下固定板21上，重錘19通過錘鏈27吊在上固定板13下。測(cè)量管14，17，標(biāo)準(zhǔn)管15的下端嵌裝膠結(jié)在下固定板21內(nèi)凹緣上，在下固定板21的底端置有一塊玻璃板23，與下固定板21密封膠合在一起，玻璃板23與測(cè)管14，17，標(biāo)準(zhǔn)管15間的下部有個(gè)連通道。玻璃板23和反射板16的距離用阿培比長(zhǎng)儀精確量度，誤差小于1μ，整個(gè)長(zhǎng)度＞100mm，所以精度達(dá)10-5。下固定板21，高頻插座板22，底盤25三者用螺栓連結(jié)固定。在玻璃板23的下端面，對(duì)準(zhǔn)測(cè)管14、17、標(biāo)準(zhǔn)管15的中心處置有壓電晶片101、102、103，壓電晶片102、102、103與固定在高頻插座板22上的高頻插座24連接。在底盤25上設(shè)有3個(gè)調(diào)節(jié)平衡螺絲26。
在正式測(cè)量前先卸下兩個(gè)測(cè)試管的進(jìn)氣口蓋，將內(nèi)存的液體全部倒掉，再加入與室溫，探頭溫度相同的蒸餾水。然后蓋緊一個(gè)進(jìn)氣口，把探頭斜置到使標(biāo)準(zhǔn)管15內(nèi)的氣體全部排完為止。放正后根據(jù)測(cè)管14、17和標(biāo)準(zhǔn)管15內(nèi)水的情況，在測(cè)管內(nèi)再倒入或抽出一些水，使測(cè)管14、17內(nèi)的水和標(biāo)準(zhǔn)管15內(nèi)的水大致相平，最后把另一個(gè)進(jìn)氣口也蓋緊，并調(diào)整底盤下的三個(gè)調(diào)節(jié)平衡螺絲26到重錘19與錘心20對(duì)準(zhǔn)，壓電晶片101、102、103與測(cè)管14、17，標(biāo)準(zhǔn)管15內(nèi)的液面平行。啟動(dòng)單片機(jī)主體3，巡回檢測(cè)測(cè)管14、17，標(biāo)準(zhǔn)管15的聲時(shí)，單片機(jī)主體3輪流觸發(fā)發(fā)射電路41、42、43向壓電晶片101、102、103發(fā)射高壓電脈沖，激發(fā)一聲波傳到測(cè)管14，17內(nèi)的液面和標(biāo)準(zhǔn)管15內(nèi)的反射板16后被反射回來，經(jīng)放大器51、52、53放大后由過零電平檢測(cè)電路61、62、63檢出第一和第二次回波到達(dá)的瞬刻，產(chǎn)生由第一回波到達(dá)瞬刻到第二回波到達(dá)瞬刻的正方波，這一正方波經(jīng)或門7，傳給控制門8，控制門8讓高頻晶振時(shí)標(biāo)9在正方波的期間通過，單片機(jī)主體3計(jì)數(shù)通過的時(shí)標(biāo)個(gè)數(shù)測(cè)得聲時(shí)。經(jīng)多次測(cè)定后單片機(jī)3右下方的第8位數(shù)字加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，這點(diǎn)提示在零壓差時(shí)的聲時(shí)差測(cè)量次數(shù)已夠了，也已儲(chǔ)存了，如繼續(xù)校正，儲(chǔ)有的零壓差時(shí)的聲時(shí)差也會(huì)更新。零壓差時(shí)聲時(shí)差為10-20ns(顯示100-200)。零壓差時(shí)的聲時(shí)測(cè)定后，即可接上被測(cè)壓力開始正式測(cè)量，此時(shí)直接顯示測(cè)管14、17液柱的水高度差，在算高度差時(shí)已將零壓差時(shí)的時(shí)差自動(dòng)扣掉并用長(zhǎng)度精確已知的標(biāo)準(zhǔn)管內(nèi)的聲時(shí)作了標(biāo)定。在實(shí)時(shí)測(cè)量過程中，單片機(jī)主體3不間斷地把所測(cè)數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)2根據(jù)用戶要求可進(jìn)一步計(jì)算、儲(chǔ)存、并在屏幕1上直觀地顯示、或者打印輸出。
圖3單片機(jī)主體3傳來的觸發(fā)發(fā)射信號(hào)啟動(dòng)發(fā)射單穩(wěn)28，產(chǎn)生一個(gè)寬度為晶片共振頻率的方波驅(qū)動(dòng)發(fā)射功放管G1導(dǎo)通，通過電容C1激勵(lì)壓片晶片產(chǎn)生一個(gè)聲波脈沖，這一聲波在測(cè)管和標(biāo)準(zhǔn)管的液柱中傳播被液氣界面和反射板，反射回來，又在晶片10上激發(fā)一對(duì)應(yīng)于回波聲信號(hào)的電訊號(hào)。發(fā)射電脈沖和回波信號(hào)通過電容C2，限幅電阻R2傳給放大器5，對(duì)于幅度很小的接收回波，限幅二極管G2、G3相當(dāng)于開路。對(duì)于發(fā)射信號(hào)，G2、G3在二端電壓超過0.7V時(shí)導(dǎo)通保證放大器輸入端信號(hào)小于0.7V不致?lián)p壞，超過0.7V的部分都降在限幅電阻R2上。
權(quán)利要求超聲波數(shù)字化微壓差計(jì)包括探頭、顯示屏(1)、計(jì)算機(jī)(2)、單片機(jī)主體(3)，發(fā)射電路(41)(42)(43)，放大電路(52)(53)過零電平檢測(cè)電路(61)(62)(63)，或門(7)，計(jì)時(shí)門(8)，高頻晶振時(shí)標(biāo)(9)，其特征在于探頭由測(cè)管(14)、(17)、標(biāo)準(zhǔn)管(15)、蓋板(12)，上固定板(13)，中固定板(18)，下固定板(21)，高頻插座板(22)，玻璃板(23)，高頻插座(24)，壓電晶片(101)、(102)、102)，底盤(25)，調(diào)節(jié)平衡螺絲(26)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微壓差計(jì)，其特征在于發(fā)射路由發(fā)射單穩(wěn)(28)，電阻R1、R2、電容C1、C2，三極管G1，二極管G2、G3構(gòu)成。
專利摘要超聲波數(shù)字化微壓差計(jì)，采用由二個(gè)測(cè)管和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管，和壓電晶片構(gòu)成的三通式探頭，用超聲方法來測(cè)量由被測(cè)氣體壓差引起二個(gè)測(cè)管內(nèi)液柱高度差，用標(biāo)準(zhǔn)管的聲時(shí)和長(zhǎng)度，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出被測(cè)氣體的壓差，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)自動(dòng)測(cè)量，標(biāo)定并數(shù)字顯示，計(jì)算機(jī)以圖表和數(shù)字形式直觀，精確地顯示壓差變化的情況并可儲(chǔ)存，進(jìn)一步計(jì)算和打印。在0-120mm差的測(cè)量范圍里，測(cè)量精度為±0.03％。
文檔編號(hào)G01L13/04GK2247804SQ95244799
公開日1997年2月19日 申請(qǐng)日期1995年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月29日
發(fā)明者朱士明, 盧杰, 梁軍汀, 錢夢(mèng)騄 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)