CN85107047A - 标准压力测量装置的刻度单位间隔的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种压差传感器包括一量程膜片和一松紧膜片用来接收工作压力，把工作压力施加到充满液体的一内部密封腔室。在邻近膜片的区域之间的内部通路用作对应于压差变化时液体的输送。通路内包括垂直定位且含有磁性材料球的筒和绕在筒上的筒状线圈。线圈激励使球升到筒的顶部。当线圈不通电时，球通过充满的液体落下，产生标准压力脉冲，脉冲传给量程膜片，同时相应地改变仪器的输出信号。输出信号被检测从而检查单位刻度的间隔的校准以及根据要求进行调整。

Description

校准压力测量装置的该度单位间隔的装置和方法

本发明涉及测量流体压力及压差的装置。更具体地说，本发明涉及几种校准压力测量装置的改进发明，以确保读数精确，同时还涉及几种用来判定这种装置的状态的改进发明。

工业生产中使用的测量系统涉及各种各样的用于测量流体压力的装置，特别是用于测量通过某一个管道孔板产生的压力差的装置，该孔板是为增大流体流速信号而设置的。多年来，这种装置实际上包括力一平衡式的压差传感器，如美国专利3，564，923。近几年，先进的传感器已经形成，它不涉及力一平衡技术。如埃瓦特·欧森（EVerett    OLsen）的美国专利4，165，651号公开了一种设计先进的压差传感器，它应用一条可振线，此线随着所测的压差而张紧，因而振动频率能形成对压差的精确测量。还有其他许多市场上可买到的装置，它们都基于压差原理，例如利用应变集成片来检测所施加的压力。

压力测量装置经常安装在这样一些位置上，即其承受环境条件变化较大的地方，例如环境温度的变化，因此对这种装置的调零和刻度单位间隔的标定的漂移，或由于某种原因而引起的偏移是不罕见的，从而导致错误的读数。因为这些装置常常装在日常维修中不易接近的地方，所以，在很多情况下零位和校准误差是不易由人工操作来加以修正。而且，校准各种通用装置的刻度单位的间隔涉及相当复杂的工序，并且很费时间。

由于减小测量误差的重要性，各种各样的用来解决或改善上述问题的设想都已经提出。例如，现在可见到的用在压力差传感器上的遥控调零装置。这种装置包括可遥控的压力管道，在接到接令后，堵塞低压工作线，使高压工作线旁通至传感器的高和低压侧，从而产生一个零压差状态。在这种情况下，如果传感器的输出信号不同于指示的零压差，这个误差将存入存储器内，当重新开始测量时，这一误差将借助于一台微处理机用来修正输出信号。

然而，这种遥控调零的装置不能修正在标定刻度单位间隔中所产生的误差。因此，在努力避免这种误差影响的过程中，所设计的压差传感器包括有一个或多个状态检测元件（如温度和静压检测器），它们被调整好与装置一起完成自动地随检测状态的变化调整传感器的输出信号。

例如，根据预先贮存在微处理机内的程序能够控制变化传感器的输出信号，微处理机作为整个装置的一部分。

虽然设置这种补偿器改进了压力位移的精度，但是它还没有令人满意地解决问题，从某一角度上说因为这种技术不能够达到所要求的精度，特别是因为这里保留了其它没有被补偿的参数，因此，不能消除对装置不时地进行重新标准的要求。还有，设置这种补偿器是相当昂贵的。

根据本发明的主要任务，压力测量仪器具有用于组成一个高精度和可反复的标准压力施加到仪器的压力检测装置的可动信号装置。在所示的最佳实施例中的这个标准压力装置包括垂直定位的圆柱筒，筒内充满液体。在仪器内液体与液体连通。在圆筒内的球状物能够上升到圆筒的顶部（如靠外部产生的磁场来完成），然后松脱，金属球在重力的作用下通过液体降落从而在大部分降落距离上产生大小基本恒定的压力脉冲。这一压力脉冲用作调整仪器的刻度单位间隔分度的标准压力，如依靠调整仪器内的或安装在远离仪器的电子线路来调整。

本发明的一个重要优点是使仪器的遥控校准成为可能。并且这种校准是相当精确的，在仪器处于静压下就能够进行。

本发明的其他任务、特征和优点将在下面的最佳实施例的说明中指出，将在下面结合相对应的附图进行解释。

图1是一个部分剖视图，它表示了一个根据本发明的带有刻度单位间隔校准装置的压差传感器;

图2是图1中所示的通过仪器的垂直剖视图;

图3是图2中所示的通过圆柱筒和球组件的详细垂直剖视图;

图4是一个沿图3中4-4线的剖面图;

图5是一个图示，它表示了用于图1中的压差传感器的信号传递电路。

参照图1，它表示了一个压差仪，该压差仪总的以20表示，基本上与上面提到的美国专利4，165，651相似，该压差仪布置成能接收管道22和24传入的低的和高的工作压力，管道22和24通过的端盘26和28与该仪器20相连。一个一种标准的装有阀门的歧管（通常由30表示）用来控制这些工作压力的应用。仪器正常工作时，歧管支路阀门32将闭合，低的和高的压力歧管阀门34和36将打开，从而连接到相应的管道，例如：连接到输送流动流动液体管道内的孔板的下游边和上游边。

压差仪的内体组件40（参见图2）包括膜片42和44，用来分别接收和响应的低的和高的工作压力。左侧的膜片被称为量程膜片，它具有一个特殊的预先确定的有效区域。另一个膜片44是一个松紧膜片，它具有一个尽可能低的弹性速度（理论上是零）。这两个膜片和相应的内体结构一起组成封闭的内部压力腔室，这个腔室内装满液体，例如：相对粘度低的硅油。

通过膜片42、44施加到液体上的压差是仪器的输入信号，它在振动线组件46上产生相应的拉伸力，因此振动线响应压差输入信号以一定的频率振动。振动线通过电导线（图中未示出）与位于上部室组件（图中的部分以48表示）上的电路相连。这个电路可能和再颁发专利31，416所公开的一样。并产生一个适于传送到远距离的相应的输出信号。这种信号可能是一种交替信号的形式，或是象从4到20毫安的直流信号。

在上述美国专利4165651中所示的原始压差室内在膜片42和44及其垫片54、56之间的液体区域通过一个普遍的连接通道直接把这两部分串联在一起，当应用的压差变化时，某些液体将从一个位置转移到另一个位置，膜片与变化的压力相对应。在图2所示的结构中，液体区域50和52仍然连通，但现在连通通路包括一个总的以60表示的标准压力装置，这个装置能在靠近量程膜片42的液体区域60产生数值恒定的精确和可重复的压力脉冲，用于刻度单位间隔的校准。

这个标准压力装置60基本上包括了垂直定位的圆柱筒62（见图3），里面装有能磁化的（即受磁性吸引）材料如钴的颗粒密集的球64。筒62的低部通过管路66与靠近量程膜片42的液体区域50相连通，而筒的顶部通过另一条管路68与靠近松紧膜片44的液体区域52相连通。一条输入管70用来向筒内注入液体。

在筒62的周围是筒形线圈72，用电流激励，以便在筒内产生一个强度足够的磁场，把筒内的球64升高到筒的顶部，如64A所示。为通往线圈的导线（图中未示出）设置了一条屏蔽管道74。

当线圈72未被激励时，球将穿过筒内的液体下落并产生一个压力脉冲，这个脉冲传递到接近量程膜片42的液体区域50。这个脉冲用来校准刻度的单位间隔。降落到底部，球将在径向开槽的端板76（见图2）上停止下来，这个板76用来防止球破坏区域50和52之间连通的液体的密封，一个类似的端板78位于筒的上端。

为了实现校准操作，首先歧管30作用，从而打开支路阀32和关闭低和高压力阀34和36（阀门打开和关闭的程序安排根据现有技术），当在两膜片42、44上受到静止工作压力时，它产生零压差作为仪器的输入信号。然后校验仪器的零位，如有必要，可使用已知技术进行调整。

随后激励筒形线圈72，使球64上升，当球被松脱时，球在重力作用下通过液体下降，产生通过量程膜片42的标准压力脉冲。在这一段时间，压差传感器的输出信号受到监控。如果输出信号脉冲在数值上不同于正确数值，电子刻度单位间隔调整电路将把输出信号（见再颁发专利31，415）调整到正确的数值。

落球装置60产生的压力脉冲为校准工作提供了一个非常精确的信号。产生的压力脉冲的数值对于球位移的大部分而言基本上是恒定的，对在相当长的时间内的多次动作，还具有很高的可重复性。此外，压力脉冲的大小基本上不受粘度变化的影响，例如由于温度的变化可能引起的粘度变化。

在这个实施例中，虽然球64的垂直下落距离是相当短（如1英尺），但是球的缓慢下降足以产生一个基本宽度的脉冲。例如，直径为1/4″的球能产生一个恒定数量的压力脉冲，它能够持续大约20秒钟，虽然液体的粘度随温度的变化而改变，具有大约5厘沲动力粘度的液体将改变球的下降速度和压力脉冲的持续时间，在实际应用中，这个脉冲持续时间总是满足校准的需要。

因为粘度是与温度相关的，如果有必要，脉冲的持续时间可根据仪器上的温度的显示来测出。这种温度数据用于各种各样的目的，如，作为处理分析。

使用一条振动线作为检测零件（如上述的）的仪器要求相当低粘度的液体，从而适合线的振动。然而其它种类的压差传感器并不受限制，100厘沲动力粘度或更高的液体将是很有用的。在任何情况下在球和室壁之间的间隙非常小是很重要的，如，1/4″球的间隙大约为0.00025英尺。还注意到，上述的实例中应用一个球状物体产生要求的压力脉冲，不同形状的其它物体也能用来取得这种结果，如果在横截面形状之间有适当的配合存在的话，在物体和绕室的内表面之间将保持紧密配合。

因为标准压力装置60利用球64的重力形成标准压力脉冲，地球上不同位置的重力变化将对标准压力的大小起作用。然而这种变化很容易被考虑到，它们属于可压缩流体的规范。

本发明以各种形式用来提高工业生产测量系统的工作，图5表示了这个系统配置的一种形式。在左边是流动传感器，一般由80表示，它包括与歧管30固定在一起的基本压差室20，图中所示的歧管由遥控圆筒线圈82支配并且通过管84、86接收低的和高的压力信号，在带有流动液体的工作管88内，管84、86连接的孔板（图中未示出）的上部和下部。和压差室连成整体的是一个标准压力装置60。如上所述，它包括圆筒线圈72，线圈可遥控磁化，从而实现刻度单位间隔的校准，上述的标准压力装置60在其顶部室部件48内包含电路，控制压差室20的振动线产生振动，这个振动线的频率与实用的压力差成正比。

离开流动测量仪器80一段距离是磁场位置，通常用90表示。这个位置包括信号处理电路92，这个电路通过两条电线94与仪器的电器元件40连接。例如，这种信号处理电路可能包括信号计数和/或信号表示特征电路，如美国专利4，348，673（D.A.诺奇德森RiChardson）公开的那种信号表示特征电路。如果电器元件48不包括用于形成直流输出信号的频率-模似转换器，那么信号处理电路92可能包括一种装置用来完成这种工作。在任何情况下，从信号处理电路输出的输出信号通过两条线96直接传入中心控制室100，从而控制合适的读出和其他作为全部过程的总控制作用的一部分元件，直流信号最好在4-20微安范围内。在某些系统中，中间磁场位置90部分被省去，这个位置的作用不是在传感器位置实现就是在中心室区域100内完成。

图中所示的磁场位置90还包括一个普通歧管控制装置102，它包括图中104所示的某种形式的开关和电源106。它由双线连接，当需要进行校准压差室20的间距时，电线传递电从而使歧管30工作。如果磁场位置90不在系统内，歧管由传感器上控制，或由102A所示的控制室区域100来完成。

在磁场位置90还有一个校准控制装置110，在歧管30确定用于校准工作后，这个装置是可操作的。控制装置110由双线112连接到圆筒线圈72上，它包括配置图中114所示的开关和使圆筒线圈72进行工作的电源116。如上面提的那样，这个装置使标准压力装置60启动从而为压差室20施加准确控制的标准压力。

从电器元件48产生的输出信号脉冲在磁场位置受的检测，这个磁场位置由输出金属118表示，并且由导线120连接到信号处理电路92上，从而接收由处理电路修整的压差输出信号。如果在磁场位置形成的传感器输出信号不是正确的，那么信号处理电路的刻度单位间隔调整部分将改变，从而保证输出信号是正确的。同样，如果磁场位置90不包含在工作测量系统内，那么校准装置的作用将由图中110A处所示的传感器内实现，或在控制室区域100内实现。

虽然图5示出了把流体传感器80连接到磁场位置90的三条单独的信号导线94，108和112，但这种导线的数量可使用传统多重通路技术进行减少。例如，上述的美国专利4348673叙述了一种超过一对信号导线的传递多个信号数据的装置。

本发明的最佳实施例已在上面详细叙述，它是为了说明本发明的原理，并不对本发明加以限制，因为对于本领域内的技术人员它是显而易见的，他们在本发明的基本原理上能做出很多改进，但都超不出本发明的实质范围。

Claims (41)

1、具有密封的内部压力室的压力测量仪器包括填充液体和膜片装置，这个装置提供所要测的输入压力信号。所述仪器还包括相对于输入压力信号的检测装置，这个输入压力信号应用到所述液体上从而产生一个相应的输出信号；

对校准仪器的刻度单位间隔的改进包括：

作为所述仪器的整体的一部分的标准压力装置包括与所述液体连通的部件，从而提供一个准确控制的预定数量的标准压力；

当所述输入压力信号是零时，所述标准压力装置启动，从而把所述的标准压力施加到所述液体上，以便从所述检测装置产生一个对应于标准压力大小的输出信号；

因此，仪器的刻度单位间隔按照需要进行检测和调整，从而保证输出信号真正对应于所述标准压力的大小。

2、根据权利要求1的装置，所述标准压力装置包括组成包含充满液体的室，这个液体与所述仪器的液体连通;

控制所述室的部件，从而形成所述的标准压力;

使所述标准压力装置启动的部件。

3、根据权利要求2的装置，所述仪器包括一对膜片用来接收施加到所述仪器充满液体的输入压差;

充满液体区域与所述膜片毗连并且由一个通路连接;

所述室组成所述通路的一部分。

4、根据权利要求2的装置，所述的标准压力装置还包括与充满液体的室接触的部件;

使所述部件在所述室内运动的装置，从而在充满液体的所述室内产生所述的标准压力。

5、根据权利要求4的装置，包括电子控制装置从而完成所述的运动。

6、根据权利要求4的装置，所述的室组成一个延伸的尺寸;

所述装置内包括一个物体，其尺寸使它能通过延伸范围运动产生所述的标准压力。

7、根据权利要求6的装置，所述完成运动的装置包括使所述物体克服其重力向上升起和下降的装置，从而允许物体在重力作用下下落，从而产生所述的标准压力。

8、根据权利要求7的装置，所述完成运动的部件装置对应于信号控制的磁性装置，从而升起所述物体。

9、根据权利要求8的装置，所述磁性部件装置一个依靠所述信号供能的线圈。

10、根据权利要求7的装置，所述物体是一个球;

所述室的圆柱筒的圆形截面直径稍大于所述球的直径。

11、根据权利要求10的装置，它包括绕所述筒的线圈，从而产生使所述球升起用的磁场。

12、在压力测量装置中包括接收输入压力信号的部件和检测部件，从而对应于所述输入压力信号产生一个相应的输出信号;

对校准仪器的刻度单位间隔的改进包括：

标准压力装置组成所述仪器的整体的一部分，它包括充满液体的室，所述的检测装置与液体连通;

对所述标准压力装置进行作用的部件。当所述输入压力信号是零时，在所述液体内形成一个精确控制的预定大小的标准压力，以便为所述的检测装置提供相应的力，由此形成对应于所述标准压力大小的输出信号;

因此根据需要，仪器的刻度单位间隔得到检测和调节从而保证输出信号真正对应于所述标准压力的数量。

13、根据权利要求12的装置，所述标准压力装置还包括与所述液体室相接触的部件;

使所述部件在室内完成运动的部件，由此在液体室内产生所述的标准压力。

14、根据权利要求13的装置，包括电子控制完成所述的运动。

15、根据权利要求13的装置，所述室形成一个延伸范围;

所述的室内有一个物体，其尺寸使它能在所述延伸范围内运动，从而产生所述的标准压力。

16、根据权利要求15的装置，所述完成运动的装置包括使所述的物体克服其重力向上升起和下降的装置，允许物体在重力作用下落，从而产生所述的标准压力。

17、根据权利要求16的装置，所述完成运动的装置包括根据信号控制的磁性装置，从而升起所述的物体。

18、根据权利要求17的装置，所述磁性装置包括依靠所述信号激励的线圈。

19、根据权利要求16的装置，所述物体是一个球;

所述室的圆柱筒的圆形截面直径稍大于所述球的直径。

20、根据权利要求19的装置，包括一个绕所述筒的线圈，从而产生磁场以升起所述的球。

21、具有密封内部压力室的压力测量仪器包括填充液体和一对膜片，通过膜片，输入压差施加到所述液体上，所述仪器还包括相对于所述压差的检测部件，从而产生相应的输出信号;

对校准仪器的刻度单位间隔的改进包括：

（1）标准压力装置组成所述仪器整体的一部分，它包括：

（A）组成具有一个延伸范围的室的装置;

（B）在所述室内的液体与所述仪器内的液体连通;

（C）在所述室内有一物体，其尺寸使它能够提供与所述室壁的紧密配合;

（D）使所述物体在其重力作用下在所述室内通过液体上升和下降，从而在所述液体内产生高精度的基本上恒定数量的压力脉冲;

（2）使所述升起部件启动的装置，当所述输入压差是零时，所述标准压力脉冲施加到所述液体上，从而从所述检测部件产生一个与所述标准压力大小相对应的输出信号;

因此，仪器的刻度单位间隔能够检测和调整，从而保证输出信号真正对应于所述标准压力的数量。

22、根据权利要求21的装置，所述膜片的其中一个是具有预定弹动频率和有效区域的量程膜片;

所述的标准压力装置，用以把所述的标准压力施加到所述的量程膜片上。

23、根据权利要求22的装置，它包括一个从所述室的底部引导出连接到所述量程膜片附近区域的管道。

24、根据权利要求21的装置，所述的输出信号是电的并且所述的启动元件包括电子-信号反应装置;

信号检测装置连接到所述仪器上用来接收输出信号;

信号装置在所述信号检测装置的附近并且连接到所述的启动装置上，为起动所述标准压力装置直接提供电子信号。

25、根据权利要求24的装置，所述的信号检测装置远离仪器。

26、根据权利要求25的装置，它包括一个把压差连接到所述膜片的阀门歧管;

用于起动歧管阀的装置，由此为仪器提供零压差;

所述起动装置包括遥控所述歧管工作的装置。

27、根据权利要求24的装置，所述室为圆柱筒状并且在所述筒内的物体包括一个球。

28、产生标准压力信号用来校准压力测量仪器或同样作用的装置包括：

组成具有伸长形状室的装置;

在所述室内的填充液体;

在所述室内有一个物体，其尺寸使它与室的内壁形成密配合，同时允许该物体至少通过所述室的一部分运动;

使所述物体克服其重力的作用通过所述室向上运动和在重力作用下通过所述液体下落的装置，从而在所述液体内产生预定恒定数量的高度脉冲;

连通液体的装置，以便把所述压力脉冲传送到压力接收装置。

29、根据权利要求28的装置，所述室形成一个具有圆形截面的筒状。

30、根据权利要求29的装置，所述物体是一个其直径稍小于所述圆截面直径的球。

31、根据权利要求28的装置，所述升起装置包括所述室外部的磁性装置;

所述物体是由受磁吸引材料制成的。

32、根据权利要求31的装置，所述磁性装置包括绕所述室的线圈，该线圈由电磁作用以便升起所述物体。

33、根据权利要求32的装置，所述物体是一个金属密实球。

34、一种具有相应压力膜片装置的校准压力测量仪器的方法，这个膜片装置用来接收输入压力信号和密封填充液体的内腔室，输入压力信号施加到液体上，所述仪器还包括相对于施加到所述液体的压力信号从而形成一个相应的输出信号的检测元件;所述的方法包括的步骤是：

起动装置组成仪器的一部分，从而把预定大小的标准压力信号施加到所述液体上，同时在所述膜片装置上的输入压力信号是零;

检测所述的输出信号，从而确定它是否是施加标准压力信号所要求的正确数量;

如果有必要进行调整的话，根据所述标准压力信号的连续应用，以使仪器的输出信号符合所述的正确量值。

35、根据权利要求34的方法，所述标准压力信号是由引起物体在充满液体的室内运动而产生的。

36、根据权利要求35的方法，所述物体在重力的作用下至少通过所述室的一部分运动。

37、根据权利要求36的方法，所述物体首先借助于外部产生的磁场的作用，克服其重力向上升起，然后允许通过液体下降。

38、根据权利要求34的方法，包括当起动所述装置时使所述膜片上保持静压的步骤。

39、供压力测量仪器使用的压力反应膜片装置和检测装置，用来接收输入压力信号和相对于这种压力信号形成相应的输出信号;

产生标准压力信号的标准压力装置的组合是：

组成具有伸长形状室的装置;

所述室内的填充液体;

所述室内有一个物体，其尺寸使它与所述室的内壁形成一个密配合，同时至少允许它通过所述伸长形状室的一部分运动，从而在所述液体上产生预定大小的标准压力脉冲;

用来把所述标准压力脉冲传送到所述膜片装置并同时使所述检测元件作用的部件。

40、根据权利要求39的装置，所述室有一个圆形截面，所述物体是一个球。

41、根据权利要求40的装置，所述球是在重力作用下通过所述室，从而产生所述的标准压力信号。

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