遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 一種遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力測(cè)量是自動(dòng)化設(shè)備中非常常用的物理量測(cè)量，特別是隨著液壓設(shè)備的廣泛應(yīng)用，壓力測(cè)量日益廣泛。壓力測(cè)量裝置公知的有指針式壓力表，它精度低，易損壞，無(wú)法遠(yuǎn)方抄讀。有專用壓力變送器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化讀取，但成本高、安裝復(fù)雜。
[0003]公開(kāi)了一種《電容式遠(yuǎn)傳壓力表》實(shí)用新型，ZL93225621.X提供了一種《遠(yuǎn)傳壓力表》。該兩種實(shí)用新型在原有機(jī)械壓力表零件外，另加一個(gè)由動(dòng)片、定片組成的空氣電容器作為壓力電信號(hào)轉(zhuǎn)換器，將電容器的動(dòng)片安裝在壓力表扇形齒輪上，而將定片安裝在壓力表夾板上形成一個(gè)空氣電容器，將電容變化變換為電流信號(hào)輸出。其中一個(gè)實(shí)用新型通過(guò)提供的電路圖將電壓幅度值V與振蕩頻率通過(guò)調(diào)整使其為定值，試圖實(shí)現(xiàn)流過(guò)測(cè)量電容Cx的電流與Cx電容值成正比，而Cx值與被測(cè)壓力成正比。該技術(shù)方案至少存在以下不足:
第一，在扇形輪上安裝空氣電容器改裝任務(wù)大，安裝不方便；
第二，其中一個(gè)提供電流轉(zhuǎn)換電路的實(shí)用新型采用一個(gè)三極管進(jìn)行二次儀表的線性化處理，線性化效果差、測(cè)量精度低、穩(wěn)定性差；
第三，電容式測(cè)量在不采取屏蔽措施時(shí)，極易受外部感應(yīng)影響，測(cè)量的精度、穩(wěn)定性會(huì)受影響；
第四，以電流的方式輸出影響遠(yuǎn)距離測(cè)量的精度和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是發(fā)明一種便于安裝的、數(shù)字化的、可在遠(yuǎn)方設(shè)置和抄讀的、高精度、高穩(wěn)定性的壓力測(cè)量裝置。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
圖1是本發(fā)明的遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測(cè)量裝置的的示意圖。(I)是測(cè)量壓力的彈性敏感元件波登管(Bourdon tubes)，又稱彈簧管(膨脹管)；(2)是在波登管端頭用于固定測(cè)量壓力電容器中一塊電極板A的固定件；(3)是測(cè)量壓力電容器一塊電極板A; (4)是測(cè)量壓力電容器中另一塊電極板B;電極板(3)和(4)有一定的面積，近似平行放置，互不連通，構(gòu)成一個(gè)平板電容。(5)是本發(fā)明的主控制電路板。主控制電路板(5)被固定在遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測(cè)量裝置的支架上，而測(cè)量壓力電容器中另一塊電極板B(4)則和(5)固定在一起。在波登管中被測(cè)量壓力增大時(shí)，波登管向外側(cè)伸展，測(cè)量壓力電容器中一塊電極板A(3)跟隨著波登管端頭向著遠(yuǎn)離測(cè)量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動(dòng)，由電極板(3)和(4)構(gòu)成的電容器容量減小。在波登管中被測(cè)量壓力減小時(shí)，波登管向內(nèi)側(cè)收縮，測(cè)量壓力電容器中一塊電極板A(3)跟隨著波登管端頭向著靠近測(cè)量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動(dòng)，由電極板(3)和(4)構(gòu)成的電容器容量加大。(6)是壓力測(cè)量裝置的支架；(7)是壓力測(cè)量裝置的外殼。
[0006]圖2是本發(fā)明主控電路的原理框圖。Cx是由電極板(3)和(4 )構(gòu)成的與被測(cè)量壓力相關(guān)的所述測(cè)量壓力電容器；(8)是RCx電阻電容振蕩器或LCx電感電容振蕩器，其中電阻R和電感L的值是固定的，測(cè)量壓力電容器Cx的電容量決定振蕩頻率。(9 )是振蕩器(8 )輸出振蕩信號(hào)的周期或頻率的測(cè)量單元，其中包含測(cè)量原始數(shù)據(jù)累加平均處理軟件，以消除測(cè)量過(guò)程中的數(shù)據(jù)跳變，實(shí)現(xiàn)原始測(cè)量數(shù)據(jù)的平滑輸出。(10)是測(cè)量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測(cè)量處理單元。在很多情況下，(9)、(10)和(11)由同一個(gè)微處理器(單片機(jī))完成。在測(cè)量過(guò)程中，被測(cè)量壓力變化導(dǎo)致波登管位移變化，由位移變化構(gòu)成電容器Cx的電容量變化，電容量變化造成振蕩器的頻率變化，由變化的頻率(周期)測(cè)量值計(jì)算解調(diào)出可以直接讀取的數(shù)字化被測(cè)壓力值。這其中被測(cè)壓力變化導(dǎo)致的波登管位移變化，最后解調(diào)出可讀的高精度的數(shù)字化壓力測(cè)量值需要作線性化解調(diào)處理。(11)是貯存和處理單元。(12)是通信接口和電源提供電路單元。(13)是遠(yuǎn)方管理站，由使用方進(jìn)行遠(yuǎn)方管理。貯存和處理單元(11)至少要完成以下任務(wù):
a、將所述數(shù)字化被測(cè)壓力值進(jìn)刷新貯存，備用；
b、有本地顯示功能的遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測(cè)量裝置將用所述數(shù)字化被測(cè)壓力值送本地顯示器顯示；
c、接收來(lái)自通信接口(12)的指令，并執(zhí)行指令；
d、需要時(shí)設(shè)置、貯存能被遠(yuǎn)方管理站尋址的地址信息。
[0007]通信接口和電源提供電路單元(12)的主要任務(wù)至少有:
a、接收通過(guò)外部信道來(lái)自遠(yuǎn)方管理站(13)的指令并發(fā)送到貯存和處理單元(11);
b、將貯存和處理單元(11)發(fā)送的信息通過(guò)外部信道發(fā)送到遠(yuǎn)方管理站(13);
C、通過(guò)外部信道獲取所述遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測(cè)量裝置所需要的工作電源。
[0008]與被測(cè)壓力源相連接的波登管(I)，在被測(cè)壓力增大時(shí)，波登管(I)的端頭向外伸展，帶動(dòng)固定在端頭上的測(cè)量壓力電容器中一塊電極板A(3)向著遠(yuǎn)離測(cè)量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動(dòng)，由電極板(3 )和(4)構(gòu)成的電容器Cx容量減小。在波登管中被測(cè)量壓力減小時(shí)，波登管向內(nèi)側(cè)收縮，測(cè)量壓力電容器中一塊電極板A(3)跟隨著波登管端頭向著靠近測(cè)量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動(dòng)，由電極板(3)和(4)構(gòu)成的電容器Cx容量加大。所述電容器Cx容量隨被測(cè)壓力度化而關(guān)聯(lián)變化，引起由Cx決定振蕩頻率的振蕩器(8)輸出信號(hào)頻率(周期)的關(guān)聯(lián)變化。被測(cè)壓力改變量導(dǎo)致波登管端頭位移的改變量，在相同的被測(cè)壓力改變量下，波登管端頭位移的改變量越大測(cè)量的靈敏度越高。通常情況下，在正常測(cè)量范圍內(nèi)通過(guò)設(shè)計(jì)波登管的長(zhǎng)度、壁厚、彈性，保證波登管端頭約有1.8mm左右位移量。平板電容器的電容量正比于極板面積，反比于極板間的距離。構(gòu)成所述電容器Cx的電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成電容器部分的面積越大，其(3)和(4)之間改變相同的距離，引起的電容器Cx容量的改變量也越大，其測(cè)量精度就可以做得越高。(9)是振蕩器(8)輸出振蕩信號(hào)的頻率或周期的測(cè)量單元，現(xiàn)在有很多技術(shù)可以完成十分精確的周期(頻率，與周期互為倒數(shù))測(cè)量。一個(gè)實(shí)施例，振蕩器(8)的輸出直接連接到(9)、(10)、(11)中微處理器(單片機(jī))的外部中斷輸入引腳上，用輸入信號(hào)的邊沿觸發(fā)中斷，然后用微處理器(單片機(jī))內(nèi)部定時(shí)器及計(jì)算單元計(jì)算出輸入信號(hào)的中斷間隔時(shí)間亦即周期值。當(dāng)微處理器(單片機(jī))內(nèi)部振蕩源采用十幾兆赫茲時(shí)，測(cè)量的信號(hào)周期值可精確到ns級(jí)。為了防止測(cè)量過(guò)程中由于機(jī)械振動(dòng)造成的測(cè)量值跳動(dòng)，可以將遠(yuǎn)大于機(jī)械振動(dòng)周期的N個(gè)周期的原始測(cè)量值累加起來(lái)再進(jìn)行平均，計(jì)算出振蕩信號(hào)周期平均值，就可以得到克服周期性振動(dòng)變化造成的數(shù)據(jù)跳變，獲得穩(wěn)定的測(cè)量數(shù)據(jù)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，將累加周期數(shù)、計(jì)算平均值的參數(shù)等數(shù)據(jù)項(xiàng)作為可以設(shè)置的參數(shù)，通過(guò)(11)的本地設(shè)置口或遠(yuǎn)方管理站(13)按約定的通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。由(9)、(10)、(11)直接通過(guò)測(cè)量(8)振蕩信號(hào)周期得到的振蕩信號(hào)周期平均值要通過(guò)(11)作線性化處理和解調(diào)處理才能轉(zhuǎn)化為被測(cè)壓力源的壓力數(shù)據(jù)。
[0009]線性化處理和解調(diào)處理的一個(gè)實(shí)施例:第一步，將所述振蕩信號(hào)周期平均值先作數(shù)據(jù)預(yù)處理，其中將測(cè)量范圍以外的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)先扣除再生成待轉(zhuǎn)換測(cè)量數(shù)據(jù);第二步通過(guò)實(shí)驗(yàn)用軟件建立一個(gè)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表，將每個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測(cè)量數(shù)據(jù)值都對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的壓力測(cè)量值;第三步，當(dāng)所述線性化處理和解調(diào)處理裝置程序在處理到所述待轉(zhuǎn)換測(cè)量數(shù)據(jù)值后，用待轉(zhuǎn)換測(cè)量數(shù)據(jù)作為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表中的坐標(biāo)，再?gòu)脑撟鴺?biāo)中獲取對(duì)應(yīng)的壓力測(cè)量值。由于所述轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和線性化的，所有獲得的測(cè)量壓力值有極高的測(cè)量精度，通常可以達(dá)到0.5級(jí)以上的測(cè)量精度。
[0010]線性化處理和解調(diào)處理的一個(gè)實(shí)施例:第一步，通過(guò)實(shí)驗(yàn)將所述振蕩信號(hào)周期平均值和實(shí)際測(cè)量的壓力輸出值之間建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)公式;第二步，以測(cè)量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測(cè)量數(shù)據(jù)值作為數(shù)學(xué)公式的參數(shù)，通過(guò)計(jì)算算出對(duì)應(yīng)的確定的壓力測(cè)量值。這種方法依賴于數(shù)學(xué)公式與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性。
[0011 ]線性化處理和解調(diào)處理的一個(gè)實(shí)施例:第一步，通過(guò)實(shí)驗(yàn)將所述振蕩信號(hào)周期平均值和實(shí)際測(cè)量的壓力輸出值之間建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)公式;第二步，以測(cè)量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測(cè)量數(shù)據(jù)值作為數(shù)學(xué)公式的參數(shù)，通過(guò)計(jì)算算出對(duì)應(yīng)的確定的“待使用壓力測(cè)量值”。第三步，通過(guò)實(shí)驗(yàn)用軟件建立一個(gè)以“待使用壓力測(cè)量值”為源數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表，進(jìn)行二次用列表查表輸出實(shí)際壓力測(cè)量值，或在列表中查出偏差值再進(jìn)行計(jì)算出實(shí)際壓力測(cè)量值。
[0012]前一種方法要獲得較高測(cè)量精度時(shí)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表必須足夠大，占用程序空