專利名稱：便攜式壓差發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于校準(zhǔn)感壓設(shè)備的裝置和方法，具體來說，涉及手持地校準(zhǔn)壓力測量儀用的動態(tài)壓差的發(fā)生。
背景技術(shù)：
為了校準(zhǔn)諸如適當(dāng)位置中的HVAC(采暖、通風(fēng)和空調(diào))系統(tǒng)內(nèi)的壓差傳送器之類的儀器，通常使用一NIST(國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)會)可探查的手持校準(zhǔn)器，以在兩個壓力管線之間提供準(zhǔn)確的壓差讀數(shù)。通常用來對諸壓力管線提供壓力的一種方法是采用多個使用一靜壓源的大單元。典型的是，通過壓縮一封閉體積的、一希望量的空氣以在一高壓管線內(nèi)獲得一較高的壓力，由此提供一靜態(tài)壓力。一低壓管線也提供環(huán)境壓力或另外的基準(zhǔn)壓力。使用一手持的校準(zhǔn)器以提供兩個壓力管線之間的一準(zhǔn)確的壓差讀數(shù)。當(dāng)在一待校準(zhǔn)的儀器內(nèi)的一傳感器暴露在該壓差面前時，可調(diào)整或校驗來自該儀器的讀數(shù)，以與NIST可探查的手持模件的讀數(shù)相匹配。這樣，可校準(zhǔn)該儀器傳感器。與使用靜壓源相關(guān)的缺點在于當(dāng)測量非常小壓差時，例如0.01”WC(近似為1/270磅/平方英寸)，甚至微小的溫度變化也會影響封閉體積內(nèi)的壓力。對于封閉體積系統(tǒng)，微小泄漏也是一問題。因此，在一段時間內(nèi)通常難于產(chǎn)生和保持恒定的壓力。不能在一段時間內(nèi)保持恒定壓力會導(dǎo)致需要現(xiàn)場校準(zhǔn)和校驗的儀器的校準(zhǔn)困難。生物技術(shù)/制藥應(yīng)用中的現(xiàn)場校準(zhǔn)鑒定是諸如FDA(食品和藥物管理委員會)那樣的機構(gòu)強制規(guī)定的。至少部分由于上述的困難，許多使用者對于儀器的校準(zhǔn)具有一非常困難的時候。
用于儀器校準(zhǔn)的另一類型的壓力源是一動態(tài)壓力發(fā)生器。動態(tài)壓力發(fā)生器是大型的裝置，通常囿于實驗室內(nèi)的臺面上使用。此外，根據(jù)所使用的流動發(fā)生裝置(即，泵、真空，或產(chǎn)生動態(tài)流動的其它裝置)和提供給流動發(fā)生裝置的電源，動態(tài)壓力發(fā)生器只在一定范圍內(nèi)有效。

發(fā)明內(nèi)容
在一實施例中，本發(fā)明是一用于低壓的雙量程動壓力差發(fā)生器，它對第一階段使用在一可變閥上的一壓差，以及，對第二階段壓差使用在一流動加速器上的一壓差。可變閥上的壓差可用于較高的壓差，而在流動加速器上產(chǎn)生的壓差可用于一低范圍的壓差，不過兩個范圍可以重疊。
在本發(fā)明的第一實施例中，一便攜式壓差發(fā)生系統(tǒng)包括一具有通過其間的一通道的便攜式流動加速器。該通道具有一第一橫截面面積的高壓區(qū)域和一第二橫截面面積的低壓區(qū)域，第一橫截面面積大于第二橫截面面積。加速器還包括一與流動加速器的低壓區(qū)域流體連通地連接的加速器低壓龍頭，其中，低壓龍頭適于與壓力測量裝置的一低壓端口流體連通地連接；以及一與流動加速器的高壓區(qū)域流體連通地連接的加速器高壓龍頭，其中，高壓龍頭適于與一壓力測量裝置的一高壓端口流體連通地連接。該系統(tǒng)還包括一與流動加速器內(nèi)的通道流體連通地連接的便攜式泵。
流動加速器的第一橫截面和第二橫截面面積之比可以在5∶1和40∶1之間。在一優(yōu)選的實施例中，第一橫截面和第二橫截面面積之比在8∶1和22∶1之間。
在某些實施例中，便攜式壓差發(fā)生系統(tǒng)可包括一與加速器低壓龍頭流體連通地連接的低壓管線，該低壓管線適于與一壓力測量裝置的一低壓端口流體連通地連接；以及一與流動加速器的高壓龍頭流體連通地連接的高壓管線，高壓管線適于與壓力測量裝置的一高壓端口流體連通地連接。
在某些實施例中，便攜式壓差發(fā)生系統(tǒng)的泵被構(gòu)造成產(chǎn)生一遠(yuǎn)離泵的正向流體流動并強制流體通過流動加速器的通道。或者，壓差發(fā)生系統(tǒng)的泵可以是一真空泵，該泵被構(gòu)造成通過流動加速器的通道朝向泵抽吸流體。
該壓差發(fā)生系統(tǒng)另外可包括設(shè)置在流動加速器和泵之間并與它們流體連通的一可變閥。該閥具有由通過閥的流體流動的方向所規(guī)定的一上游側(cè)和一下游側(cè)。一閥低壓龍頭與閥的下游側(cè)流體連通地連接；而一閥高壓龍頭與閥的上游側(cè)流體連通地連接。包括有一范圍選擇裝置(range selection device)，它用來選擇橫貫加速器低壓龍頭和加速器高壓龍頭的一第一壓差，或用來選擇橫貫通過閥低壓龍頭和閥高壓龍頭的可變閥的一第二壓差。該范圍選擇裝置是一具有一第一狀態(tài)和一第二狀態(tài)的閥，第一狀態(tài)提供通向一高壓出口的加速器高壓龍頭和通向一低壓出口的加速器低壓龍頭的流體連接，第二狀態(tài)提供通向一高壓出口的閥高壓龍頭和通向一低壓出口的閥低壓龍頭的流體連接。范圍選擇裝置可交替地具有提供加速器高壓龍頭與一低壓出口流體連接的第一狀態(tài)和提供閥高壓龍頭與高壓出口流體連接的第二狀態(tài)。
在一實施例中，主流體流動的方向遠(yuǎn)離泵，而加速器低壓龍頭和閥低壓龍頭可以是一公用龍頭?；蛘撸髁黧w流動的方向朝向泵，而加速器低壓龍頭和閥高壓龍頭可以是一公用龍頭。
本發(fā)明可包括一便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)。該便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)包括一手持的測量模件，它具有一帶有一高壓輸入和一低壓輸入的壓差傳感器。該系統(tǒng)還包括一與手持測量模件相連的壓差發(fā)生模件。該壓差發(fā)生模件具有一便攜式流動加速器，它具有一如上所述的、通過其間的通道。
該便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)還可包括一設(shè)置在流動加速器和泵之間并與它們流體連通的閥，該閥具有由通過閥的流體流動的方向所規(guī)定的一上游側(cè)和一下游側(cè)。一閥低壓龍頭與閥的下游側(cè)流體連通地連接；而一閥高壓龍頭與閥的上游側(cè)流體連通地連接。提供一范圍選擇裝置用來交替地選擇橫貫閥或加速器的對應(yīng)的高壓和低壓龍頭。本發(fā)明包括一用來在兩個范圍內(nèi)形成一壓差的方法，該方法包括以下的步驟通過致動與閥直接流體連通的一泵來啟動通過一可變閥和與該閥直接流體連通的一流動加速器的一流動；通過調(diào)整閥來控制通過可變閥和流動加速器的流動速率，該閥具有由通過閥和流動加速器的流體流動的方向所規(guī)定的一上游側(cè)和一下游側(cè)，流動加速器具有一第一橫截面面積的高壓區(qū)域和一第二橫截面面積的低壓區(qū)域，第一橫截面面積大于第二橫截面面積；通過一與閥上游側(cè)流體連通的閥高壓龍頭和一位于閥下游側(cè)上的閥低壓龍頭獲得經(jīng)過該閥的靜壓差；通過一在低壓區(qū)域內(nèi)的加速器低壓龍頭和一在高壓區(qū)域內(nèi)的加速器高壓龍頭獲得經(jīng)過流動加速器的靜壓差；以及，在經(jīng)過閥的靜壓差和在經(jīng)過加速器的靜壓差之間進(jìn)行選擇并將被選取的該壓差提供給一低壓輸出端口和一高壓輸出端口。
本發(fā)明還包括一用來校準(zhǔn)一壓力測量儀的方法，該方法具有如下的步驟用一手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)動態(tài)地發(fā)生一壓差；隔絕手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)與壓力測量儀內(nèi)的一壓力傳感器的連通；用手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)測量壓差，使壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)與壓力測量儀內(nèi)的該傳感器連通；比較從壓力測量儀中讀取的一壓力和從手持的壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)中讀取的一壓力；調(diào)整壓力測量儀，直到從儀器中讀取的壓力與從手持的壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)中讀取的壓力相一致為止。
在一實施例中，用來校準(zhǔn)一壓力測量儀的方法可包括以下步驟將一高壓管線和一低壓管線連接于一壓力測量儀；隔絕高壓管線和低壓管線與壓力測量儀中的一壓力傳感器的連通；用連接于高壓管線和低壓管線的一手持壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)動態(tài)地發(fā)生一壓差；用一手持壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)測量壓差；允許高壓管線和低壓管線與壓力測量儀中的該傳感器連通；比較從壓力測量儀中讀取的一壓力和從手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)中讀取的一壓力；以及，調(diào)整壓力測量儀，直到從儀器中讀取的壓力與從手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)中讀取的壓力相一致為止。
校準(zhǔn)方法還可包括在經(jīng)過至少一個閥上的一靜態(tài)壓差和經(jīng)過一包含在手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)內(nèi)的一流動加速器的一靜態(tài)壓差之間進(jìn)行選擇，并將被選取的該壓差提供給該手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)的一低壓輸出端口和高壓輸出端口。
本發(fā)明的一個或多個實施例的細(xì)節(jié)將在附圖中和下面的描述中予以闡述。從描述和附圖中并從附后的權(quán)利要求中將會明白本發(fā)明其它的特征、目的和優(yōu)點。


圖1是一手持的校準(zhǔn)模件的俯視圖，該模件帶有插入其內(nèi)的本發(fā)明的壓力源；圖2是圖1的手持校準(zhǔn)模件的正視圖，示出插入其內(nèi)的本發(fā)明的壓力源；圖3是圖2中所示的壓力源的示意圖；圖4是處于一操作模式位置中的一電子壓力儀的一閥缸的示意圖；圖5是處于一監(jiān)視模式位置中的一電子壓力儀的一閥缸的示意圖；圖6是處于一校準(zhǔn)模式位置中的一電子壓力儀的一閥缸的示意圖；圖7是表示壓力與電壓輸出的關(guān)系的圖表；圖8是帶有一實心校準(zhǔn)集管的一壓力源的立體圖；圖9是一流動加速器的立體圖；圖10是圖9的流動加速器的截面圖；圖11是一替代的流動加速器的截面圖；圖12是一雙量程壓力源的示意圖；圖13是帶有一共用龍頭的一雙量程壓力源的示意圖；圖14是示出兩種流動加速器的試驗結(jié)果的曲線圖。
各圖中相同的標(biāo)號表示相同的元件。
具體實施例方式
現(xiàn)參照圖1-3，一壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)10使用一現(xiàn)有技術(shù)的手持模件12。該手持模件12具有一壓力傳感器13，它通常被校準(zhǔn)到NIST(國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)會)標(biāo)準(zhǔn)，即，是NIST可探查的。手持模件12具有一高壓輸入14和一低壓輸入16。手持模件12通常具有一電氣輸入/輸出18和20(圖1)。通過電氣輸入/輸出18和20測量電氣輸出的能力使手持模件12能像一電氣萬用表一樣操作。此外，手持模件12通常設(shè)置有一顯示屏15以便對使用者顯示數(shù)據(jù)。手持測量儀的一實例可見美國專利6,069,326，本文已援引其全部內(nèi)容以供參考。
在所示實施例中，一壓力源22(圖2和3)被構(gòu)造成一插件以便插入到手持模件12內(nèi)。壓力源22產(chǎn)生用于與手持模件12相連的壓力。壓力源22產(chǎn)生一恒定的壓力，該壓力可被動態(tài)地控制并用于與手持模件12相連以產(chǎn)生一可探查的壓力信號。
現(xiàn)參照圖3，壓力源22具有一小型泵24。小型泵24的一實例是一2D系列泵，它由GAST Mfg.，Benton Harbor，MI 49023提供。泵24可由位于手持模件12內(nèi)的一電池供電，或壓力源22可設(shè)置一電池?；蛘?，壓力源22可從外部電源接受電力。設(shè)置一“開/關(guān)”開關(guān)26(圖1和2)用來致動小型泵24。一輸出管線28(圖3)與小型泵24連通。一流動控制閥30(圖3)設(shè)置在輸出管線28上。流動控制閥30的一實例是一F-2822系列針閥，它由Air Logic，Racine，WI53402提供。流動控制閥30根據(jù)小型泵24的壓力設(shè)定流量。
一壓力源高壓管線32a與在流動控制閥30的一下游位置的輸出管線28連通。該壓力源高壓管線32a終止在一壓力源高壓輸出33處。一壓力發(fā)生元件34也位于輸出管線28上。該壓力發(fā)生元件34位于壓力源高壓管線32a的下游，并可以是一與上述流動控制閥30相同類型的閥。壓力發(fā)生元件34用來對較低的壓降產(chǎn)生低的阻力，或可調(diào)整到產(chǎn)生一較大的阻力，因此，橫貫壓力發(fā)生元件34形成一較大的壓降。壓力源高壓管線32a設(shè)置成與輸出管線28連通。一壓力源低壓管線36a終止在壓力源高壓輸出33處。該壓力源低壓管線36a與在壓力發(fā)生元件34的一下游位置的輸出管線28連通，并終止在37處。一可設(shè)置在輸出管線28終端處的通氣管40從位于壓力源低壓管線36a的交點的一下游位置的輸出管線28放出流動。因此，一壓差產(chǎn)生在兩個顯示為水平管的管線32a、36a內(nèi)并在壓力發(fā)生元件34的前和后，管32a內(nèi)的壓力高于管線36a內(nèi)的壓力。
壓力發(fā)生元件34也可是一形成一壓差的固定的層流元件。這樣一元件的實例可以是位于一較大的輸出管線28內(nèi)的若干小管狀元件的結(jié)構(gòu)。各個較小管狀元件的軸線平行于輸出管線28的軸線。小管狀元件可具有任何橫截面形狀，即圓形、六角形、三角形、橢圓形等。使一層流元件作為壓力發(fā)生元件34的優(yōu)點在于在一較寬壓力和壓差范圍內(nèi)提供一更加穩(wěn)定的壓差。使用一固定的層流元件作為壓力發(fā)生元件34不限制整體單元的某些可調(diào)整性，但卻簡化了結(jié)構(gòu)和操作。
或者，壓力發(fā)生元件34可以是一可調(diào)整的層流元件，因此，提供更多層流的益處(包括以上所述的)而不限制單元的可調(diào)整性。這可通過控制經(jīng)過一層流元件的各個較小管子的流動或通過組合一可調(diào)整的閥和一固定層流元件而實現(xiàn)。因此，壓力源22包括一便攜式的壓差發(fā)生系統(tǒng)或模件。
如圖1和2所示，設(shè)置一“全程(FS)設(shè)定”鈕42用于調(diào)整流動控制閥30。設(shè)置一“設(shè)定點鈕”44用來調(diào)整壓力發(fā)生元件34和由此的在壓力發(fā)生器低壓管線輸出37處提供的壓力。在大部分應(yīng)用中，當(dāng)按鈕42被調(diào)整時，按鈕44將以一反比例量進(jìn)行調(diào)整。因此，按鈕42可與按鈕44連接以自動地執(zhí)行該反比例調(diào)整。這樣一連接可以是簡單齒輪，但皮帶驅(qū)動或類似系統(tǒng)也可使用。在這樣連接的情形中，兩個按鈕42、44中可以只需一個按鈕從單元的面板中突出。
壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)10用來校準(zhǔn)一儀器70，該儀器具有一位于其中的壓力傳感器72。為了舉例的目的，儀器70可以是在先前提交的、共同擁有的美國專利申請09/546856中所述的壓力測量裝置，本文已援引其全部內(nèi)容以供參考。盡管特別地參考了上述的壓力測量儀，但應(yīng)該理解本發(fā)明的壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)10也可用來校準(zhǔn)其它儀器。
儀器70具有一用來接納一探頭52的閥端口74(圖2、4、5和6)。儀器70能有選擇地將傳感器72暴露于偶聯(lián)到探頭52的高壓管線46和低壓管線56之間的壓差。如何一壓力可有選擇地暴露于一傳感器72的實例顯示在圖4、5和6中?，F(xiàn)參照圖4，一閥端口74顯示為位于一閥缸(valve cylinder)80的一端上。一應(yīng)用壓力源82顯示為通過通道84和86與傳感器72連通。
現(xiàn)參照圖5，閥缸80已經(jīng)轉(zhuǎn)動，來自高壓管線46和低壓管線56的壓力通過管線84、86、88和90經(jīng)閥端口74與壓力源82和傳感器72連通。
現(xiàn)參照圖6，高壓管線46和低壓管線56與閥端口74對接。閥缸80已被調(diào)整以阻止壓力源82與傳感器72連通。相反，高壓管線46通過管線92與傳感器72連通。
當(dāng)然，也可采用其它形狀來有選擇地隔絕壓力源82、高和低壓管線46、56和傳感器72。實例包括有選擇地打開和關(guān)閉多個閥或其它裝置。
現(xiàn)參照圖2，一校準(zhǔn)集管45將探頭52連接于壓力發(fā)生模件22和手持模件12。集管45包括一高壓管線46，該管線具有的一第一端48與手持模件12的高壓輸入14連通。高壓管線46具有一與一探頭52連通的第二端50。一低壓管線56具有與手持模件12的低壓輸入16連通的一第一端58。低壓管線56具有與探頭52連通的一第二端60。一高壓T接頭62設(shè)置成與高壓管線46相一致。該高壓T接頭62連接高壓管線46和一壓力發(fā)生器高壓管線32b，該壓力發(fā)生器高壓管線32b與壓力發(fā)生器高壓輸出33連通。一低壓T接頭64設(shè)置成與低壓管線56相一致。該低壓T接頭64連接于低壓管線56和一壓力發(fā)生器低壓管線36b，該壓力發(fā)生器低壓管線36b與壓力發(fā)生器低壓輸出37連通。
參照圖8，一模制或機加工的塑料或金屬的校準(zhǔn)集管45可用來代替T接頭62、64和壓力管線46、56、32b、36b的部分，以簡化壓力發(fā)生模件22的操作并與手持模件對接。例如，一校準(zhǔn)集管45可包括諸通道，它們與低壓輸入16和高壓輸入14以及低壓輸出37和高壓輸出33連通。諸通道功能地代替高壓T接頭62和低壓T接頭64，并具有用來連接到高壓管線46和低壓管線56的端口。圖2可被認(rèn)為是這樣一模制或機加工的塑料或金屬的校準(zhǔn)集管45的諸內(nèi)部通道的示意圖。
在實踐中，探頭52插入到儀器70中的閥端口74內(nèi)。儀器70內(nèi)的一閥缸80或其它裝置可用來隔絕高壓管線46和低壓管線56的壓力輸入在儀器70內(nèi)的傳感器72上的作用。流動控制閥30和壓力發(fā)生元件34被調(diào)整到實現(xiàn)壓力源高壓管線32a、32b和壓力源低壓管線36a、36b之間的一所希望的壓力和所希望的壓差。手持模件12內(nèi)的被校準(zhǔn)好的壓力傳感器13將壓差轉(zhuǎn)換到諸電信號，這些電信號可通過顯示在手持模件12上的顯示屏21上的數(shù)字反映出來。閥缸80或其它裝置用來將儀器傳感器72暴露于高壓管線46和低壓管線56之間的壓差。然后，讀出傳感器72上的讀數(shù)，并與手持模件12上的傳感器13的讀數(shù)作比較。然后可校準(zhǔn)儀器的傳感器72，以使儀器傳感器72的讀數(shù)與手持模件12的顯示21相一致。
此外，從手持模件12可通過電氣端口18和20實施一電氣的校準(zhǔn)。
在一實施例中，手持模件12根據(jù)壓力發(fā)生模件22允許一最大壓力和最小壓力輸入。此外，可以輸入最小電氣和最大電氣輸入。設(shè)置一標(biāo)以“百分比”的功能。通過啟動該功能，手持模件12計算一比例和真實輸出的誤差，用一電輸出百分比以百分比對諸組壓力輸入作規(guī)格化處理。因此，該特征免除了要有一用于計算誤差的基本的壓力的需求。例如，通過插入法手持模件可在一98％全程上計算2％的誤差。對于進(jìn)行插值計算的一輸入變量，功能從零到100％進(jìn)行規(guī)格化。因此，一使用者可確定一誤差，并在全程上的任何位置處糾正該誤差。
現(xiàn)參照圖7，作為進(jìn)一步的說明，x軸線表示從P最小至P最大的壓力輸入。Y軸線表示DUT(進(jìn)行試驗的裝置)的電輸出，例如，從Vdc最大至Vdc最小的儀器70。一直線75具有由P最小和Vdc最小限定的一端和由P最大和Vdc最大限定的一第二端。以上討論的百分比(％)功能導(dǎo)致顯示屏21在對比已被選取的P最小和P最大值之間的范圍后根據(jù)實際的壓力輸入顯示出0至100％。因此，一使用者在任何時候能洞悉從P最小至P最大的范圍中什么百分比范圍正被探測。顯示屏21也可描述為與線75的偏離表示為從Vdc最小輸出至Vdc最大輸出的一百分比范圍。例如，如果實際壓力是在0P最小的輸入值上的0.90”WC和1.0”WC P最大以及根據(jù)0Vdc最小至10Vc最大電輸出為8.9Vdc，那么，顯示屏在壓力側(cè)上表示90.0％而在輸出側(cè)上為-1.0％作為一偏差或誤差。因此，一操作者不需知道壓力或輸出的類型。相反，操作者可以撥出(dial out)-1％誤差。
以上所述的程序和裝置在幾個帕(Pa)即小于10Pa的范圍內(nèi)，以及在10Pa至100Pa范圍內(nèi)，能提供一穩(wěn)定的壓差。該裝置和方法對于高得多的壓差也是穩(wěn)定的，也可很好適應(yīng)于千帕(kPa)范圍內(nèi)。為參考起見，10Pa等于0.04英寸水柱高或0.075mmHG(水銀毫米)。當(dāng)要校準(zhǔn)高靈敏度壓力監(jiān)視裝置時，這樣的低壓差是必要的，但在其它的應(yīng)用中同樣也是有效的。該裝置的便攜性和穩(wěn)定性以及上述的方法造成了校準(zhǔn)壓力監(jiān)視裝置用的一理想的儀器。
在便攜式壓差發(fā)生器的另一實施例中，圖9-11示出一流動加速器100。該流動加速器包括一內(nèi)部通道101，它具有如圖10和11所示的變化的橫截面面積。該內(nèi)部通道的橫截面形狀可以是圓形(如圖9和10所示)或正方形(如圖11所示)，但不局限于這些形狀。流動加速器100具有一高壓區(qū)域106和一低壓區(qū)域110。高壓區(qū)域106具有比低壓區(qū)域110大的橫截面面積。流動加速器100具有一顯示為從低壓區(qū)域110朝向高壓區(qū)域106的流動方向102。當(dāng)泵124(見圖12和13)用作為一真空泵時，流動103可以是相反方向。如圖所示，流體(液體或氣體)將以比流過高壓區(qū)域106高的速度流過低壓區(qū)域110。這導(dǎo)致在低壓區(qū)域110內(nèi)形成低的靜壓而在高壓區(qū)域106內(nèi)形成高的靜壓。為了探測這些靜壓值，一低壓龍頭108和一高壓龍頭104分別與低壓區(qū)域110和高壓區(qū)域106流體連通。這樣類型的龍頭的內(nèi)徑可以約為千分之10至30英寸，但也可以是其它尺寸。
為了產(chǎn)生一低壓差，低壓區(qū)域110的橫截面面積小于高壓區(qū)域106的橫截面面積。一第一實例的加速器具有的低壓區(qū)域橫截面面積對高壓區(qū)域橫截面面積之比約為8.8。在第一實例的加速器中，面積“A”是0.0106平方英寸，而面積“a”是0.0012平方英寸。一第二實例的加速器具有的低壓區(qū)域橫截面面積對高壓區(qū)域橫截面面積之比約為21.5。在第二實例的加速器中，面積“A”是0.0106平方英寸，而面積“a”是0.000491平方英寸。涉及這些加速器的試驗結(jié)果示于圖14中。如圖14中所示，流動加速器100的有效范圍將依賴于橫截面面積和可供流率之比。流動加速器100可以在1Pa至50kPa的范圍內(nèi)有效。
圖12是一雙量程壓差發(fā)生器的示意圖，它具有一真空泵124，該真空泵的輸出管線128通向一壓差發(fā)生閥134。在所示的結(jié)構(gòu)中，泵輸出管線128附連于閥134的第一側(cè)。閥壓力龍頭132與閥134的第一側(cè)流體連通地連接，而閥壓力龍頭136與閥134的第二側(cè)流體連通地連接。當(dāng)流動通過閥時，龍頭132和136用來測量由閥134產(chǎn)生的一壓差?？勺冮y134可被調(diào)整而在一給定范圍內(nèi)形成一較大或較小的壓差。根據(jù)泵124究竟是抽吸一真空力還是輸出一正向壓力，將確定通過壓力發(fā)生閥134的流動方向。當(dāng)泵輸出是一正向壓力時流動方向顯示為箭頭102，而當(dāng)泵抽吸一真空力時流動方向顯示為箭頭103。
如圖12所示，一流動加速器100與閥134流體連通地連接。在優(yōu)選實施例中，泵124抽吸一真空力，因此流動方向顯示為箭頭103。任何泵都是一噪音源。在優(yōu)選實施例中，采用如箭頭103所示流動方向的真空泵的噪音從壓力龍頭被吸走，由此，泵124所產(chǎn)生的噪音對于取自龍頭104、108、132和136的壓差的測量具有最小的影響。適用于本發(fā)明的真空泵的一實例是由Virtual Industries供給的VMP1624型。
如圖12所示，加速器壓力龍頭104和加速器壓力龍頭108顯示為處于測量通過流動加速器100產(chǎn)生的壓差的位置。壓力龍頭136和壓力龍頭132顯示為處于測量橫貫壓力發(fā)生閥134產(chǎn)生的壓差的位置。
一范圍選擇裝置140用來從各種壓力龍頭132、136、104和108中選擇，以引導(dǎo)一低壓到低壓輸出146以及引導(dǎo)一高壓到一高壓輸出148。在圖12中，范圍選擇裝置由一范圍開關(guān)142和一端口構(gòu)造開關(guān)144組成，根據(jù)所需要壓差的范圍，它們用來組合地將壓力龍頭132、108連接到低壓輸出146，以及，將壓力龍頭136和194連接到高壓輸出148?？杀徽{(diào)整壓力發(fā)生閥134以在壓力龍頭136和壓力龍頭132之間提供一壓差范圍。當(dāng)需要一低壓差時，可被調(diào)整閥范圍選擇裝置140以在加速器高壓龍頭104和加速器低壓龍頭108之間提供一壓差。在本發(fā)明的一實施例中，流動加速器100用來在壓差范圍的低壓部分上發(fā)生一壓差，而壓力發(fā)生閥134用來在本說明書中上述的上限范圍內(nèi)形成一可變的壓差。
圖13示出上述系統(tǒng)的另一實施例，例外之處在于壓力龍頭136和壓力龍頭108被公共壓力龍頭150替代。因為閥134與流動加速器之間較為接近，閥134的第二側(cè)直接連接于流動加速器100的低壓區(qū)域，所以，公共壓力龍頭150被用來簡化系統(tǒng)的設(shè)計和制造。
流動系統(tǒng)中共同之處在于流動方向可以改變且仍形成類似的特性。例如，泵124可被構(gòu)造成輸出一通過系統(tǒng)的正向壓力。這將在閥134的兩側(cè)上兩龍頭的作用倒過來。端口構(gòu)造開關(guān)(port cinfiguration switch)144和范圍開關(guān)142可用來適應(yīng)該用途。
輸出端口146和輸出端口148可與輸出端口37和輸出端口33相比擬(見圖2和3)，并可以與以上所述完全相同的方式使用。
本申請人的發(fā)明有利地提供一緊湊的、便攜式和NIST可探查的壓力源，它動態(tài)地發(fā)生的較低的壓力值低到個位數(shù)Pa。壓力源是緊湊的，并通過使用一動態(tài)的流動來補償溫度的變化和體積的變化，以此能提供一非常低和穩(wěn)定的壓差。緊湊的模件對現(xiàn)存的手持校準(zhǔn)器可構(gòu)造成一插件，以方便于操作者?，F(xiàn)存的手持校準(zhǔn)器能夠校準(zhǔn)電傳感器以及壓力傳感器和其它類型的傳感器。因此，能夠在一容易運輸?shù)难b置上設(shè)置所有校準(zhǔn)功能則是有利的。其它的優(yōu)點可從以上的描述以及從諸附圖和附后的權(quán)利要求中變得明白。此外，本申請人的發(fā)明提供兩個范圍的壓差，可使用相同的泵和電源在該手持的裝置中實現(xiàn)該兩個范圍的壓差。這增加了系統(tǒng)的靈活性并增加其用途。
至此已經(jīng)描述了本發(fā)明好幾個實施例。然而，應(yīng)該理解到，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以作出各種修改。因此，其它的實施例也納入附后權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種便攜式的壓差發(fā)生系統(tǒng)包括一便攜式流動加速器，它具有通過其間的一通道，所述通道具有一第一橫截面面積的一高壓區(qū)域和一第二橫截面面積的一低壓區(qū)域，第一橫截面面積大于第二橫截面面積，所述加速器還包括一與流動加速器的低壓區(qū)域流體連通地連接的加速器低壓龍頭，所述低壓龍頭適于與壓力測量裝置的一低壓端口流體連通地連接；一與流動加速器的高壓區(qū)域流體連通地連接的加速器高壓龍頭，所述高壓龍頭適于與壓力測量裝置的一高壓端口流體連通地連接；以及一與流動加速器內(nèi)的通道流體連通地連接的便攜式泵。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式的壓差發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一與加速器低壓龍頭流體連通地連接的低壓管線，所述低壓管線適于與一壓力測量裝置的一低壓端口流體連通地連接；以及一與加速器的高壓龍頭流體連通地連接的高壓管線，所述高壓管線適于與一壓力測量裝置的一高壓端口流體連通地連接。
3.如權(quán)利要求1所述的便攜式的壓差發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，泵被構(gòu)造成產(chǎn)生一遠(yuǎn)離泵的正向流體流動并強制流體通過流動加速器的通道。
4.如權(quán)利要求1所述的便攜式的壓差發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，泵是一真空泵，它被構(gòu)造成抽吸流體通過流動加速器的通道朝向泵流動。
5.如權(quán)利要求1所述的便攜式的壓差發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一閥，它設(shè)置在流動加速器和泵之間并與它們流體連通，該閥具有由通過閥的流體流動的方向所規(guī)定的一上游側(cè)和一下游側(cè)；一閥低壓龍頭，它與閥的下游側(cè)流體連通地連接；以及一閥高壓龍頭，它與閥的上游側(cè)流體連通地連接；一范圍選擇裝置，它用來選擇經(jīng)過加速器低壓龍頭和加速器高壓龍頭的一第一壓差或經(jīng)過通過閥低壓龍頭和閥高壓龍頭的閥的一第二壓差。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一橫截面和第二橫截面面積之比在5∶1和40∶1之間。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一橫截面和第二橫截面面積之比在8∶1和22∶1之間。
8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，范圍選擇裝置是一具有一第一狀態(tài)和一第二狀態(tài)的閥，第一狀態(tài)提供通向一高壓出口的加速器高壓龍頭和通向一低壓出口的加速器低壓龍頭的流體連接，第二狀態(tài)提供通向一高壓出口的閥高壓龍頭和通向一低壓出口的閥低壓龍頭的流體連接。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，主流體流動的方向遠(yuǎn)離泵，其中，加速器低壓龍頭和閥低壓龍頭是一公用龍頭。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，主流體流動的方向朝向泵，其中，加速器低壓龍頭和閥高壓龍頭是一公用龍頭。
11.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，范圍選擇裝置具有提供加速器高壓龍頭與一低壓出口的流體連接的一第一狀態(tài)和提供閥高壓龍頭與一高壓出口的流體連接的一第二狀態(tài)。
12.一種便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)包括一手持的測量模件，它具有一帶有一高壓輸入和一低壓輸入的壓差傳感器；一壓差發(fā)生模件，它與所述手持測量模件關(guān)聯(lián)，所述壓差發(fā)生模件包括一便攜式流動加速器，它具有一通過其間的通道，所述通道具有一第一橫截面面積的高壓區(qū)域和一第二橫截面面積的低壓區(qū)域，第一橫截面面積大于第二橫截面面積，所述加速器還包括一加速器低壓龍頭，它與流動加速器的低壓區(qū)域流體連通地連接，所述低壓龍頭適于與手持測量模件的低壓輸入流體連通地連接；一加速器高壓龍頭，它與流動加速器的高壓區(qū)域流體連通地連接；所述高壓龍頭適于與手持測量模件的低壓輸入流體連通地連接；以及一與流動加速器內(nèi)的通道流體連通地連接的便攜式泵。
13.如權(quán)利要求12所述的便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，泵被構(gòu)造成產(chǎn)生一遠(yuǎn)離泵的正向流體流動并強制流體通過流動加速器的通道。
14.如權(quán)利要求12所述的壓差校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，泵是一真空泵，它被構(gòu)造成抽吸流體通過流動加速器的通道朝向泵流動。
15.如權(quán)利要求12所述的便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括一閥，它設(shè)置在流動加速器和泵之間并與它們流體連通，該閥具有由通過閥的流體流動的方向所規(guī)定的一上游側(cè)和一下游側(cè)；一閥低壓龍頭，它與閥的下游側(cè)流體連通地連接；一閥高壓龍頭，它與閥的上游側(cè)流體連通地連接；一范圍選擇裝置，它用來選擇經(jīng)過加速器低壓龍頭和加速器高壓龍頭的一第一壓差或經(jīng)過通過閥低壓龍頭和閥高壓龍頭的閥的一第二壓差。
16.如權(quán)利要求15所述的便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，泵被構(gòu)造成產(chǎn)生一遠(yuǎn)離泵的正向流體流動并強制流體通過流動加速器的通道。
17.如權(quán)利要求15所述的壓差校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，泵是一真空泵，它被構(gòu)造成抽吸流體通過流動加速器的通道朝向泵流動。
18.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，范圍段裝置是一閥，它具有提供加速器高壓龍頭與高壓出口以及加速器低壓龍頭與低壓出口流體連接的一第一狀態(tài)以及提供閥高壓龍頭與高壓出口以及閥低壓龍頭與低壓出口流體連接的一第二狀態(tài)。
19.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，范圍選擇裝置具有一第一狀態(tài)和一第二狀態(tài)的閥，第一狀態(tài)提供加速器高壓龍頭與低壓出口的流體連接，第二狀態(tài)提供閥高壓龍頭與高壓出口的流體連接。
20.一種用來在兩個范圍內(nèi)形成一壓差的方法包括通過致動一與閥直接流體連通的泵啟動一流動通過一閥和一與該閥直接流體連通的流動加速器；通過調(diào)整閥控制通過閥和流動加速器的流量，該閥具有由通過閥和流動加速器的流體流動的方向所規(guī)定的一上游側(cè)和一下游側(cè)，加速器高壓龍頭具有一第一橫截面面積的一高壓區(qū)域和一第二橫截面面積的一低壓區(qū)域，第一橫截面面積大于第二橫截面面積；通過一與閥上游側(cè)流體連通的閥高壓龍頭和一位于閥下游側(cè)上的閥低壓龍頭獲得經(jīng)過閥的靜壓差；通過一在低壓區(qū)域內(nèi)的加速器低壓龍頭和一在高壓區(qū)域內(nèi)的加速器高壓龍頭獲得經(jīng)過流動加速器的靜壓差；在經(jīng)過閥的靜態(tài)壓差和在經(jīng)過加速器的靜壓差之間進(jìn)行選擇并將被選取的該壓差提供給一低壓輸出端口和一高壓輸出端口。
21.一種用來校準(zhǔn)一壓力測量儀的方法，該方法包括如下步驟用一手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)動態(tài)地發(fā)生一壓差；隔絕手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)與壓力測量儀內(nèi)的一壓力傳感器的連通；用手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)測量壓差，使壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)與壓力測量儀內(nèi)的該傳感器連通；比較從壓力測量儀中讀取的一壓力和從手持壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)中讀取的一壓力；調(diào)整壓力測量儀，直到從儀器中讀取的壓力與從手持壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)中讀取的壓力相一致為止。
22.一種用來校準(zhǔn)一壓力測量儀的方法，該方法包括如下步驟將一高壓管線和一低壓管線連接于一壓力測量儀；隔絕高壓管線和低壓管線與壓力測量儀中的一壓力傳感器的連通；用連接于高壓管線和低壓管線的一手持壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)動態(tài)地發(fā)生一壓差；用一手持壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)測量壓差；允許高壓管線和低壓管線與壓力測量儀中的該傳感器連通；比較從壓力測量儀中讀取的一壓力和從手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)中讀取的一壓力；以及調(diào)整壓力測量儀，直到從儀器中讀取的壓力與從手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)中讀取的壓力相一致為止。
23.如權(quán)利要求22所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，還包括如下的步驟調(diào)整壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)中的至少一個值以達(dá)到一理想的壓差。
24.如權(quán)利要求23所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，還包括在經(jīng)過至少一個閥上的一靜態(tài)壓差和經(jīng)過一包含在手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)內(nèi)的一流動加速器的一靜態(tài)壓差之間進(jìn)行選擇，并將被選取的該壓差提供給該手持便攜式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)的一低壓輸出端口和高壓輸出端口。
全文摘要
一種便攜式的壓差發(fā)生系統(tǒng)具有一便攜式流動加速器(100)，該加速器具有一第一橫截面面積的高壓區(qū)域(110)和一第二橫截面面積的低壓區(qū)域(106)，該第一橫截面面積大于該第二橫截面面積。加速器(100)還包括與流動加速器的低壓區(qū)域(106)流體連通地連接的一加速器低壓龍頭(104)，該低壓龍頭(104)適于與一壓力測量裝置的一低壓端口流體連通地連接。加速器還包括與流動加速器(100)的高壓區(qū)域(110)流體連通地連接的一加速器高壓龍頭(108)，該高壓龍頭適于與一壓力測量裝置的一高壓端口流體連通地連接。該系統(tǒng)還包括與流動加速器(100)內(nèi)的通道流體連通地連接的一便攜式泵(124)。
文檔編號G01L27/00GK1946995SQ200580006535
公開日2007年4月11日 申請日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者W·S·克什, M·格拉夫莎尼 申請人:阿舍克羅夫特有限公司