專利名稱:卡式差動管壁測壓法及其裝置的制作方法
本發(fā)明是一種從導(dǎo)管外壁檢測導(dǎo)管內(nèi)部壓力的管路在線測壓法及其裝置，其特征在于采用卡式傳感器及差動信號法從導(dǎo)管外壁上直接測取管內(nèi)壓力變化。
本發(fā)明的管壁測壓法及其裝置屬于流體壓力測試領(lǐng)域。本發(fā)明開辟了一條管路在線測壓的新途徑。
本發(fā)明前已有技術(shù)可分為兩類，一類以美國專利4321833為代表，以各種箔狀敏感元件(如電阻絲、半導(dǎo)體應(yīng)變片、膜片式壓電敏感元件)粘貼或壓緊在被測導(dǎo)管表面。這類方法實質(zhì)上是測取管壁內(nèi)壓變化而產(chǎn)生的周向應(yīng)變，間接測定管內(nèi)壓力。其缺點是精度不高，測壓元件脆弱易損(有的只能一次性使用)，安裝應(yīng)用不方便。另一類已有技術(shù)見美國專利3511088。它以壓電晶體片作為敏感元件組成卡式傳感器，其缺點是不能區(qū)分被測壓力信號及導(dǎo)管機(jī)械振動產(chǎn)生的信號，因而測量受被測管系振動干擾，使其測量準(zhǔn)確度及可信度低，適用范圍受到很大局限。由于上述原因，此種形式的管路在線測壓法至今未能得到廣泛的應(yīng)用，尚無實用的產(chǎn)品出現(xiàn)。
本發(fā)明的目的在于克服上述兩類已有技術(shù)存在的缺點，既改善和提高測壓裝置使用方便性和測量準(zhǔn)確度，又消除導(dǎo)管振動對測壓的干擾，使它能滿足實用要求。
本發(fā)明由卡式傳感器及專用信號處理裝置兩部份組成。其技術(shù)原理見圖1。卡式傳感器的工作特性方程如下F＝0.85R2E·δ·P1Kq+0.135R2E·δ3+1Kc=K·P]]>式中符號除圖1所示外，P為管內(nèi)壓力，F(xiàn)為力敏元件所受的力。
此工作特性方程表明，當(dāng)卡式傳感器參數(shù)及被測導(dǎo)管一定時，力敏元件所受的力與管內(nèi)壓力成線性關(guān)系，而力敏元件又將其受的力轉(zhuǎn)變?yōu)槌烧鹊碾娦盘栞敵?，此式還表明，本測壓法的工作原理是由力敏元件直接測量由管內(nèi)壓力通過卡式傳感器轉(zhuǎn)換的力，而不是應(yīng)變。當(dāng)被測導(dǎo)管有垂直于軸線的任意方向上的振動時，左右兩個力敏元件感受的力為相位相反，模相等;而管內(nèi)壓力施加于力敏元件上的力相位及模均相同，將此兩個信號迭加，則振動信號被消除，而壓力信號被加倍，此即雙力敏元件差動信號消振原理。
本發(fā)明是采用上述雙力敏元件卡式傳感器及差動信號消振動原理的管路在線測壓法。
為了實現(xiàn)上述原理與工作要求，本發(fā)明用帶有對稱安裝的兩個力敏元件的卡式傳感器，見圖2。卡式傳感器的卡具由上殼體(1)及下殼體(2)組成。上下殼體用轉(zhuǎn)軸(3)絞接在一起，用可繞小軸(4)旋轉(zhuǎn)的螺栓(5)、墊圈(6)及螺母(7)使卡具夾持在被測導(dǎo)管上。在卡具內(nèi)裝有兩個力敏元件(9)，其敏感面上貼有0.5～2mm厚度的均壓片(10)，螺帽(8)用于使力敏元件(9)以一定的預(yù)載力與被測導(dǎo)管外壁接觸。上、下殼體以其兩對90°V形面夾持于被測導(dǎo)管外壁上，具有30mm以上的距離(指兩對V型面內(nèi)邊之間的距離)。軸(3)可以是偏心軸。旋轉(zhuǎn)180°再固定即可改變上、下兩殼體間的距離，或者在V型面上粘貼適當(dāng)厚度的墊片，使一種規(guī)格的卡具能用于多種不同直徑的導(dǎo)管?？ㄊ絺鞲衅鹘M成一個整體，沒有分離的另件，安裝簡便，特別適用于航空等部門密集管路及不易接近的部位。
專用信號處理裝置的原理框圖見3。本裝置由放大及調(diào)整線路(11)，增益調(diào)節(jié)線路(12)，運算線路(13)，低通濾波線路(14)，功放線路(15)，峯值保持線路(16)，數(shù)字電壓表(17)及標(biāo)準(zhǔn)電壓(18)組成。調(diào)零線路用于消除預(yù)載力輸出，運算線路可通過開關(guān)選擇為加法器或減法器功能。加法器用于迭加兩個力敏元件來的信號，減法器用于雙通道平衡調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)增益使輸出為零即表明雙通道輸出一致)。峯值保持線路可以由開關(guān)接通，用于只需顯示最高壓力值的場合。
本發(fā)明的主要性能指標(biāo)為①非線性度0.04～0.55%(在各種不同材料及規(guī)格導(dǎo)管上檢定結(jié)果)②工作頻寬＞10KHz③抗振動干擾信噪比＞50dB(在125g共振狀態(tài)下)本發(fā)明的優(yōu)點是由于采用了雙力敏元件差動信號法，有效地消除了導(dǎo)管振動對被測信號的干擾，測得的結(jié)果準(zhǔn)確可靠;在設(shè)計上采取了其他有效措施，使用方便。用本發(fā)明測得的壓力波形與用常規(guī)管內(nèi)傳感器測得的波形精確一致，這綜合地證明本裝置的各項技術(shù)性能(如線性度、分辯力、頻帶寬度及消除振動干擾能力等)均能滿足實用要求。本發(fā)明是首次出現(xiàn)的具有實用價值的、完整的管路在線測壓裝置。
圖1為卡式傳感器的工作原理圖2為卡式傳感器的結(jié)構(gòu)圖。其中(1)為上殼體，(2)為下殼體，(3)為轉(zhuǎn)軸，(4)為小軸，(5)為螺栓，(6)為墊圈，(7)為螺母，(8)為螺帽，(9)為力敏元件，(10)為均壓片。
圖3為專用信號處理裝置原理框圖。其中(11)為放大及調(diào)零線路，(12)為增益調(diào)節(jié)線路，(13)為運算線路，(14)為低通濾波線路，(15)為功放線路，(16)為峯值保持線路，(17)為數(shù)字電壓表，(18)為標(biāo)準(zhǔn)電壓線路。
本發(fā)明的實施例之一力敏元件(9)采用壓阻式固態(tài)壓力傳感器，放大及調(diào)零線路(11)為線性集成運算放大器組成的偏壓調(diào)節(jié)線路，增益調(diào)節(jié)(12)，運算(13)，低通濾波(14)，功放(15)，峯值保持(16)等線路均為以線性運算放大器為中心的相應(yīng)線路，整機(jī)最大總增益≥60dB，最大輸出為±10V，100mA(負(fù)載電阻100Ω時)，低通濾波器器截止頻率為0.3Hz至30KHz，分級可調(diào)，用于不同場合濾除干擾信號。數(shù)字電壓表為3位半LED顯示，用于現(xiàn)場標(biāo)定、雙通道平衡調(diào)節(jié)及峯值保持顯示。標(biāo)準(zhǔn)電壓為1V集成電路，用于自校及標(biāo)定。卡式傳感器為圖2所示機(jī)構(gòu)，運用于航空液壓系統(tǒng)導(dǎo)管及類似管路系統(tǒng)測壓。
本發(fā)明的實施例之二力敏元件(9)采用壓電晶體壓力傳感器，放大及調(diào)零線路(11)以場效應(yīng)管及線性集成運算放大器為中心的電荷放大器，整機(jī)最大輸出為±10V，100mA(100Ω負(fù)載電阻時)。其余部份同實施例一?？ㄊ絺鞲衅骺捎脠D2所示結(jié)構(gòu)，亦可用帶有相似90°V型面的兩塊分離殼體組成的簡化卡具，兩分離殼體用4根螺栓及螺母連接，夾緊于被測導(dǎo)管上，此種結(jié)構(gòu)適用于較大及較厚管徑的應(yīng)用場合。
權(quán)利要求
1.一種從導(dǎo)管外壁檢測導(dǎo)管內(nèi)部壓力的在線測壓法，其特征是采用雙力敏元件差動信號法，使兩個力敏元件對稱地以一定的方式夾裝在被測導(dǎo)管外壁上，其所受的力與管內(nèi)壓力成線性關(guān)系，雙力敏元件將測得的力信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)專用信號處理裝置作放大及差動處理，消除振動干擾信號，使壓力信號加倍，從而準(zhǔn)確的測出管內(nèi)壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的管路在線測壓法，其特征是力敏元件為壓阻式傳感器或壓電式傳感器。
3.一種從導(dǎo)管外壁檢測導(dǎo)管內(nèi)部壓力的測壓裝置，由安裝在被測導(dǎo)管外壁上的卡式傳感器，專用信號處理裝置組成，其特征在于卡式傳感器卡具由上殼體(1)，下殼體(2)，絞接上、下殼體在一起的轉(zhuǎn)軸(3)，固定在下殼體(2)中的小軸(4)，繞小軸(4)旋轉(zhuǎn)的螺栓(5)，墊圈(6)，螺母(7)構(gòu)成，上、下殼體中各裝一個將力信號轉(zhuǎn)換為電信號的力敏元件(9)，在力敏元件的敏感面上粘貼一片均壓片(10)，專用信號處理裝置由放大電路(11)，增益調(diào)節(jié)電路(12)，運算電路(13)，低通濾波電路(14)，功放電路(15)，峯值保持電路(16)，數(shù)字電壓表(17)，標(biāo)準(zhǔn)電壓線路(18)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的測壓裝置，其特征是上殼體(1)，下殼體(2)上各安裝一個能調(diào)節(jié)力敏元件(9)對被測導(dǎo)管預(yù)壓力的螺帽(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3或4所述的測壓裝置，其特征在于卡具的上殼體(1)，下殼體(2)以其相隔一定距離的兩對90°V型面夾持在被測導(dǎo)管的外壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3或5所述的測壓裝置，其特征是絞接上、下殼體的轉(zhuǎn)軸(5)可采用偏心軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的測壓裝置，其特征是絞接上、下殼體的轉(zhuǎn)軸(5)可采用偏心軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的測壓裝置，其特征是運算電路(13)由能任選為加或減功能的運算器組成。
專利摘要
卡式差動管壁測壓法及其裝置是一種新型的檢測管道內(nèi)部壓力的在線測壓技術(shù)。該測壓技術(shù)采用了雙力敏元件差動信號法，測壓裝置包括卡式傳感器及專用信號處理裝置兩部分?？ㄊ絺鞲衅骺ㄑb于被測導(dǎo)管的外壁上，使其內(nèi)設(shè)的兩個力敏元件以適當(dāng)?shù)姆绞脚c導(dǎo)管外壁接觸。用以檢測管內(nèi)壓力信號。專用信號處理裝置用于放大卡式傳感器檢測的壓力信號，并消除由于導(dǎo)管機(jī)構(gòu)振動造成的干擾信號。此系統(tǒng)能準(zhǔn)確的測量管內(nèi)壓力，其波形與常規(guī)管內(nèi)傳感器測得的波形一致。
文檔編號G01L7/00GK87103001SQ87103001
公開日1988年11月2日 申請日期1987年4月20日
發(fā)明者羅群賢, 蒲小勃, 李狄 申請人:航空工業(yè)部第六一一研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan