專(zhuān)利名稱(chēng):卡式差動(dòng)管壁測(cè)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(cè)導(dǎo)管內(nèi)部壓力的管路在線(xiàn)測(cè)壓法及其裝置，其特征在于采用卡式傳感器及差動(dòng)信號(hào)法從導(dǎo)管外壁上直接測(cè)取管內(nèi)壓力變化。
本發(fā)明的管壁測(cè)壓法及其裝置屬于流體壓力測(cè)試領(lǐng)域。本發(fā)明開(kāi)辟了一條管路在線(xiàn)測(cè)壓的新途徑。
本發(fā)明前已有技術(shù)可分為兩類(lèi)，一類(lèi)以美國(guó)專(zhuān)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(cè)導(dǎo)管表面。這類(lèi)方法實(shí)質(zhì)上是測(cè)取管壁內(nèi)壓變化而產(chǎn)生的周向應(yīng)變，間接測(cè)定管內(nèi)壓力。其缺點(diǎn)是精度不高，測(cè)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(lèi)已有技術(shù)見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)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(diǎn)是不能區(qū)分被測(cè)壓力信號(hào)及導(dǎo)管機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)，因而測(cè)量受被測(cè)管系振動(dòng)干擾，使其測(cè)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(xiàn)測(cè)壓法至今未能得到廣泛的應(yīng)用，尚無(wú)實(shí)用的產(chǎn)品出現(xiàn)。
本發(fā)明的目的在于克服上述兩類(lèi)已有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，既改善和提高測(cè)壓裝置使用方便性和測(cè)量準(zhǔn)確度，又消除導(dǎo)管振動(dòng)對(duì)測(cè)壓的干擾，使它能滿(mǎn)足實(shí)用要求。
本發(fā)明由卡式傳感器及專(zhuān)用信號(hào)處理裝置兩部份組成。其技術(shù)原理見(jiàn)圖1?？ㄊ絺鞲衅鞯墓ぷ魈匦苑匠倘缦翭＝0.85R2E·δ·P1Kq+0.135R2E·δ3+1Kc=K·P]]>式中符號(hào)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(cè)導(dǎo)管一定時(shí)，力敏元件所受的力與管內(nèi)壓力成線(xiàn)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?hào)輸出，此式還表明，本測(cè)壓法的工作原理是由力敏元件直接測(cè)量由管內(nèi)壓力通過(guò)卡式傳感器轉(zhuǎn)換的力，而不是應(yīng)變。當(dāng)被測(cè)導(dǎo)管有垂直于軸線(xiàn)的任意方向上的振動(dòng)時(shí)，左右兩個(gè)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(gè)信號(hào)迭加，則振動(dòng)信號(hào)被消除，而壓力信號(hào)被加倍，此即雙力敏元件差動(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)消振動(dòng)原理的管路在線(xiàn)測(cè)壓法。
為了實(shí)現(xiàn)上述原理與工作要求，本發(fā)明用帶有對(duì)稱(chēng)安裝的兩個(gè)力敏元件的卡式傳感器，見(jiàn)圖2?？ㄊ絺鞲衅鞯目ň哂缮蠚んw(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(cè)導(dǎo)管上。在卡具內(nèi)裝有兩個(gè)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(cè)導(dǎo)管外壁接觸。上、下殼體以其兩對(duì)90°V形面夾持于被測(cè)導(dǎo)管外壁上，具有30mm以上的距離(指兩對(duì)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(gè)整體，沒(méi)有分離的另件，安裝簡(jiǎn)便，特別適用于航空等部門(mén)密集管路及不易接近的部位。
專(zhuān)用信號(hào)處理裝置的原理框圖見(jiàn)3。本裝置由放大及調(diào)整線(xiàn)路(11)，增益調(diào)節(jié)線(xiàn)路(12)，運(yùn)算線(xiàn)路(13)，低通濾波線(xiàn)路(14)，功放線(xiàn)路(15)，峯值保持線(xiàn)路(16)，數(shù)字電壓表(17)及標(biāo)準(zhǔn)電壓(18)組成。調(diào)零線(xiàn)路用于消除預(yù)載力輸出，運(yùn)算線(xiàn)路可通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇為加法器或減法器功能。加法器用于迭加兩個(gè)力敏元件來(lái)的信號(hào)，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(xiàn)路可以由開(kāi)關(guān)接通，用于只需顯示最高壓力值的場(chǎng)合。
本發(fā)明的主要性能指標(biāo)為①非線(xiàn)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(dòng)干擾信噪比＞50dB(在125g共振狀態(tài)下)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于采用了雙力敏元件差動(dòng)信號(hào)法，有效地消除了導(dǎo)管振動(dòng)對(duì)被測(cè)信號(hào)的干擾，測(cè)得的結(jié)果準(zhǔn)確可靠;在設(shè)計(jì)上采取了其他有效措施，使用方便。用本發(fā)明測(cè)得的壓力波形與用常規(guī)管內(nèi)傳感器測(cè)得的波形精確一致，這綜合地證明本裝置的各項(xiàng)技術(shù)性能(如線(xiàn)性度、分辯力、頻帶寬度及消除振動(dòng)干擾能力等)均能滿(mǎn)足實(shí)用要求。本發(fā)明是首次出現(xiàn)的具有實(shí)用價(jià)值的、完整的管路在線(xiàn)測(cè)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(zhuān)用信號(hào)處理裝置原理框圖。其中(11)為放大及調(diào)零線(xiàn)路，(12)為增益調(diào)節(jié)線(xiàn)路，(13)為運(yùn)算線(xiàn)路，(14)為低通濾波線(xiàn)路，(15)為功放線(xiàn)路，(16)為峯值保持線(xiàn)路，(17)為數(shù)字電壓表，(18)為標(biāo)準(zhǔn)電壓線(xiàn)路。
本發(fā)明的實(shí)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(xiàn)路(11)為線(xiàn)性集成運(yùn)算放大器組成的偏壓調(diào)節(jié)線(xiàn)路，增益調(diào)節(jié)(12)，運(yùn)算(13)，低通濾波(14)，功放(15)，峯值保持(16)等線(xiàn)路均為以線(xiàn)性運(yùn)算放大器為中心的相應(yīng)線(xiàn)路，整機(jī)最大總增益≥60dB，最大輸出為±10V，100mA(負(fù)載電阻100Ω時(shí))，低通濾波器器截止頻率為0.3Hz至30KHz，分級(jí)可調(diào)，用于不同場(chǎng)合濾除干擾信號(hào)。數(shù)字電壓表為3位半LED顯示，用于現(xiàn)場(chǎng)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?？ㄊ絺鞲衅鳛閳D2所示機(jī)構(gòu)，運(yùn)用于航空液壓系統(tǒng)導(dǎo)管及類(lèi)似管路系統(tǒng)測(cè)壓。
本發(fā)明的實(shí)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(xiàn)路(11)以場(chǎng)效應(yīng)管及線(xiàn)性集成運(yùn)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(shí))。其余部份同實(shí)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(jiǎn)化卡具，兩分離殼體用4根螺栓及螺母連接，夾緊于被測(cè)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(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種從導(dǎo)管外壁檢測(cè)導(dǎo)管內(nèi)部壓力的在線(xiàn)測(cè)壓法，其特征是采用雙力敏元件差動(dòng)信號(hào)法，使兩個(gè)力敏元件對(duì)稱(chēng)地以一定的方式夾裝在被測(cè)導(dǎo)管外壁上，其所受的力與管內(nèi)壓力成線(xiàn)性關(guān)系，雙力敏元件將測(cè)得的力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)專(zhuān)用信號(hào)處理裝置作放大及差動(dòng)處理，消除振動(dòng)干擾信號(hào)，使壓力信號(hào)加倍，從而準(zhǔn)確的測(cè)出管內(nèi)壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的管路在線(xiàn)測(cè)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(cè)導(dǎo)管內(nèi)部壓力的測(cè)壓裝置，由安裝在被測(cè)導(dǎo)管外壁上的卡式傳感器，專(zhuān)用信號(hào)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(gè)將力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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(zhuān)用信號(hào)處理裝置由放大電路(11)，增益調(diào)節(jié)電路(12)，運(yùn)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(xiàn)路(18)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的測(cè)壓裝置，其特征是上殼體(1)，下殼體(2)上各安裝一個(gè)能調(diào)節(jié)力敏元件(9)對(duì)被測(cè)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(cè)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(duì)90°V型面夾持在被測(cè)導(dǎo)管的外壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3或5所述的測(cè)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(cè)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(cè)壓裝置，其特征是運(yùn)算電路(13)由能任選為加或減功能的運(yùn)算器組成。
專(zhuān)利摘要
卡式差動(dòng)管壁測(cè)壓法及其裝置是一種新型的檢測(cè)管道內(nèi)部壓力的在線(xiàn)測(cè)壓技術(shù)。該測(cè)壓技術(shù)采用了雙力敏元件差動(dòng)信號(hào)法，測(cè)壓裝置包括卡式傳感器及專(zhuān)用信號(hào)處理裝置兩部分?？ㄊ絺鞲衅骺ㄑb于被測(cè)導(dǎo)管的外壁上，使其內(nèi)設(shè)的兩個(gè)力敏元件以適當(dāng)?shù)姆绞脚c導(dǎo)管外壁接觸。用以檢測(cè)管內(nèi)壓力信號(hào)。專(zhuān)用信號(hào)處理裝置用于放大卡式傳感器檢測(cè)的壓力信號(hào)，并消除由于導(dǎo)管機(jī)構(gòu)振動(dòng)造成的干擾信號(hào)。此系統(tǒng)能準(zhǔn)確的測(cè)量管內(nèi)壓力，其波形與常規(guī)管內(nèi)傳感器測(cè)得的波形一致。
文檔編號(hào)G01L7/00GK87103001SQ87103001
公開(kāi)日1988年11月2日 申請(qǐng)日期1987年4月20日
發(fā)明者羅群賢, 蒲小勃, 李狄 申請(qǐng)人:航空工業(yè)部第六一一研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan