專利名稱：高精度自動(dòng)液體壓力計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力計(jì)，特別是一種能夠進(jìn)行微壓測量的，并可自動(dòng)計(jì)算出壓力值的的高精度自動(dòng)液體壓力計(jì)。
背景技術(shù)：
微小壓力的準(zhǔn)確、自動(dòng)測量在流體力學(xué)、測量學(xué)等領(lǐng)域里非常必要。如采用皮托管來測量微風(fēng)速或小流量等流體測量領(lǐng)域。液體壓力計(jì)是人類最早用于計(jì)量壓力量值的儀器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、示值穩(wěn)定、重復(fù)性好、確量準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)。液體壓力計(jì)主要包括以下幾種儀器類型基準(zhǔn)微壓計(jì)、補(bǔ)償式微壓計(jì)、傾斜式微壓計(jì)、液體壓力計(jì)、杯型壓力計(jì)、U型管壓力計(jì)等，其工作介質(zhì)主要為水、酒精、油或水銀等液體介質(zhì)。在這幾種類型的液體壓力計(jì)中，無論是采用補(bǔ)償式原理或是利用其傾角和面積比測量壓力，其基本測壓原理都是U型壓力計(jì)的工作原理，即利用液柱自重產(chǎn)生的壓力與被測壓力平衡的原理，通過測量液柱高度，再根據(jù)流體靜態(tài)壓力方程而得到被測壓力。目前液柱高度是由計(jì)量標(biāo)尺(一般為mm單位)來表示，通過測試人員讀取標(biāo)尺上的刻度來獲得測量結(jié)果。因而極易產(chǎn)生人為誤差。同時(shí)這種壓力計(jì)不能輸出電氣信號，無法應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中。因此現(xiàn)在需要一種能夠解決上述問題的新型微壓壓力計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)巧妙，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測量，并可以自動(dòng)計(jì)算出壓力值的高精度自動(dòng)液體壓力計(jì)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種高精度自動(dòng)液體壓力計(jì)，包括U型軟管1，U型軟管 1的兩端分別與試劑杯2和試管3連通，其特征在于所述的試劑杯2放置在縱移平臺(tái)4上， 縱移平臺(tái)4與螺桿5螺紋連接，螺桿5與步進(jìn)電機(jī)6的工作端相連，在試管3內(nèi)設(shè)置有浮子 7，激光發(fā)生器8設(shè)置在浮子7的斜下方α角范圍內(nèi)，α的取值范圍是20度至70度，以試管3的縱向中軸線為對稱軸，與激光發(fā)生器8角度對稱地設(shè)置有半導(dǎo)體位置檢測裝置9，在半導(dǎo)體位置檢測裝置9與試管3之間設(shè)置有聚光鏡10，且聚光鏡10的中心線與半導(dǎo)體位置檢測裝置9的中心線重合，半導(dǎo)體位置檢測裝置9通過差動(dòng)增幅回路和A/D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)6同樣通過計(jì)算機(jī)控制。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明實(shí)施例的高精度自動(dòng)液體壓力計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)巧妙，能夠?qū)崿F(xiàn)微小壓力值的自動(dòng)測量和計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果直接顯示在顯示屏上，節(jié)省了測量人員的勞動(dòng)量；更重要的是，它采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制，能夠最大程度地消除傳統(tǒng)微壓壓力計(jì)需要人為讀取測量度數(shù)可能產(chǎn)生的誤差，有效地保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。并且這種液體壓力計(jì)的成本低廉，適合于在工程、科研、教學(xué)領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。因此可以說它具備了多種優(yōu)點(diǎn)，其市場前景較為廣闊。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的測量原理圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的電路框圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖1、圖2所示 首先說明本液體壓力計(jì)的測量原理
當(dāng)被測微小壓差為」P時(shí)，如圖1(a)所示，試管中的液面將從零點(diǎn)位置下降X的距離， 試劑杯的液面將上升h的距離，這樣液面差H為 H = χ + h(1)
假設(shè)試管和試劑杯的截面積分別為a和A，則可得到下式 h = a χ / A(2)
為了簡化，將試管和試劑杯中表面張力的影響忽略不計(jì)，則根據(jù)流體靜態(tài)壓力方程可得到
」P= P gH(3)
(P為液體壓力計(jì)內(nèi)部的液體密度，g為重力加速度。)
然后，將試劑杯垂直提升L的距離(如圖1 (b))，使得試管的液面回到原來的零點(diǎn)位置，此時(shí)，即使試劑杯被提升，液面差仍保持H不變(根據(jù)帕斯卡原理)。由于壓力計(jì)內(nèi)的液體總體一定，在忽略連接管的變形而造成的容積變化的情況下，根據(jù)圖1可得到下式 L = C +H- C = H(4)
由此可得，為使試管的液面返回到原來的零點(diǎn)位置，試劑杯的移動(dòng)距離L與壓力計(jì)兩側(cè)管的液面差H相等。因此，式(3)可改寫為 ZP= PgL
也就是說，如果能夠測量出使試管的液面返回到原來的零點(diǎn)位置時(shí)試劑杯的移動(dòng)距離 L，就可以通過計(jì)算得出微小壓力」P的數(shù)值。根據(jù)上述原理，來詳細(xì)敘述本發(fā)明實(shí)施例高精度自動(dòng)液體壓力計(jì)的工作過程 在未施加待測壓力^ P之前，激光發(fā)生器8發(fā)出的激光以斜向上α角度的方向射向位
于試管3液面上的浮子7下端面，其中α的角度范圍是20度至70度(如圖2所示)，在浮子7的照射點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生散亂光，這里的散亂光包括經(jīng)浮子7反射后，通過試管3內(nèi)一次折射和試管3管壁二次折射后的激光，這部分散亂光通過聚光鏡10后照射在半導(dǎo)體位置檢測裝置9 (簡稱PSD)上，此時(shí)PSD的輸出值為浮子7的零點(diǎn)位置；
向試管3中施加壓力」P，浮子7在壓力的作用下向下位移，激光與浮子7的接觸點(diǎn)發(fā)生變化，通過浮子7產(chǎn)生的散亂光經(jīng)聚光后與PSD的接觸位置也隨之變化，PSD發(fā)出信號， 通過差動(dòng)增幅回路和A/D轉(zhuǎn)換器將信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)之中，計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)6工作，步進(jìn)電機(jī)6帶動(dòng)螺桿5轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋連接在螺桿5上的縱移平臺(tái)4則會(huì)發(fā)生相應(yīng)的縱向位移，由于試劑杯2中的液面高度提升，因而試管3中的液面也相應(yīng)的上升，并帶動(dòng)浮子7在縱向上移動(dòng)，當(dāng)浮子7恢復(fù)到零點(diǎn)位置時(shí)，PSD將檢測到的這一信號發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)6停止工作。
根據(jù)所采用的步進(jìn)電機(jī)6每一步的轉(zhuǎn)動(dòng)角α，以及螺桿5精度β (mm /轉(zhuǎn))，可確定步進(jìn)電機(jī)6每轉(zhuǎn)動(dòng)一步所對應(yīng)試劑杯2的移動(dòng)量，并由此計(jì)算出試劑杯2在豎直方向上的位移量，即L，計(jì)算機(jī)根據(jù)」P = PgL，直接將」P的數(shù)值計(jì)算出來，并顯示在顯示器上。這種高精度自動(dòng)液體壓力計(jì)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量，具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，減少人為誤差等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1. 一種高精度自動(dòng)液體壓力計(jì)，包括U型軟管(1)，U型軟管(1)的兩端分別與試劑杯 (2)和試管(3)連通，其特征在于所述的試劑杯(2)放置在縱移平臺(tái)(4)上，縱移平臺(tái)(4) 與螺桿(5)螺紋連接，螺桿(5)與步進(jìn)電機(jī)(6)的工作端相連，在試管(3)內(nèi)設(shè)置有浮子(7)， 激光發(fā)生器(8)設(shè)置在浮子(7)的斜下方α角范圍內(nèi)，α的取值范圍是20度至70度，以試管(3)的縱向中軸線為對稱軸，與激光發(fā)生器(8)角度對稱地設(shè)置有半導(dǎo)體位置檢測裝置(9)，在半導(dǎo)體位置檢測裝置(9)與試管(3)之間設(shè)置有聚光鏡(10)，且聚光鏡(10)的中心線與半導(dǎo)體位置檢測裝置(9)的中心線重合，半導(dǎo)體位置檢測裝置(9)通過差動(dòng)增幅回路和A/D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)(6 )同樣通過計(jì)算機(jī)控制。
全文摘要
高精度自動(dòng)液體壓力計(jì)，包括U型軟管，U型軟管的兩端分別與試劑杯和試管連通，其特征在于所述的試劑杯放置在縱移平臺(tái)上，縱移平臺(tái)與螺桿螺紋連接，螺桿與步進(jìn)電機(jī)的工作端相連，在試管內(nèi)設(shè)置有浮子，激光發(fā)生器設(shè)置在浮子的斜下方α角范圍內(nèi)，α的取值范圍是20度至70度，以試管的縱向中軸線為對稱軸，與激光發(fā)生器角度對稱地設(shè)置有半導(dǎo)體位置檢測裝置，在半導(dǎo)體位置檢測裝置與試管之間設(shè)置有聚光鏡，且聚光鏡的中心線與半導(dǎo)體位置檢測裝置的中心線重合，半導(dǎo)體位置檢測裝置通過差動(dòng)增幅回路和A/D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)連接，步進(jìn)電機(jī)同樣通過計(jì)算機(jī)控制。它具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)巧妙，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測量，并可以自動(dòng)計(jì)算出壓力值且精度較高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01L11/02GK102323003SQ20111031090
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者李向軍, 李松松, 鄧長輝, 郭顯久 申請人:大連海洋大學(xué)