本發(fā)明涉及一種測量裝置，具體涉及一種適用于測壓系統(tǒng)的壓強放大器。

背景技術(shù)：

在工程與科研項目上，低相對壓差系統(tǒng)的壓強精確測量及高壓系統(tǒng)低壓差的精確測量一直是一個技術(shù)難點。在工程上，低相對壓差系統(tǒng)壓強的測量及高壓系統(tǒng)低壓差的測量往往是監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要指標，是保證系統(tǒng)運行安全的必要條件。在科研項目上，低相對壓差系統(tǒng)壓強的測量及高壓系統(tǒng)低壓差的測量往往是試驗檢測的重要參數(shù)，是確定試驗成功與否的重要指標。在實際情況下，國內(nèi)對于差壓在100pa以下的高壓系統(tǒng)的差壓測量傳感器的標定存在標定技術(shù)能力的困難，檢定成本高，造成項目成本的增加。由于國內(nèi)無法正常標定，同時無法證明國外標定證書的有效性，以至于無法證明相應(yīng)壓力變送器的在100pa以下的測量數(shù)據(jù)的有效性。

關(guān)于測壓系統(tǒng)壓強放大有多種技術(shù)。例如發(fā)明專利gb1966003974619660906提供了一種低壓測量裝置，該裝置包括波紋管、彈簧、傳動桿。測壓一側(cè)壓強通過波紋管頂端小球擠壓傳動桿一端，傳動桿與波紋管接觸點不與波紋管頂端小球在同一軸線上，通過調(diào)節(jié)波紋管處螺母達到壓強的放大。該裝置利用杠桿原理，使得測量側(cè)壓強放大，由于螺母是活動件，所以在傳動桿振動條件下，測量側(cè)壓強放大比例會有變化。因此該系統(tǒng)不適合長時間高精度壓強測量。

又如專利200910000717.5提供了一種差壓傳感器。該裝置采用彈簧管式壓力計原理，該裝置包括封裝外殼、第一和第二傳感元件(彈簧管式)、放大組件等組成。該裝置擁有放大的作用，其放大流程為：傳感元件之間形變量不同，導致長連桿推動齒輪組，完成運動的放大。此放大功能是利用齒輪配合原理，提高顯示結(jié)果的靈敏度，而不能完成測量側(cè)壓強的放大，實現(xiàn)同一壓力測量儀表測量下限的降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種適用于測壓系統(tǒng)的壓強放大器，保證測量裝置既能夠在高溫下使用、保證系統(tǒng)密封性，并能根據(jù)實際需求調(diào)整壓強放大倍數(shù)。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種適用于測壓系統(tǒng)的壓強放大器，包括平壓室、貫穿平壓室一端的測壓室、壓力變送器以及貫穿平壓室另一端的壓力放大室，所述壓力放大室與壓力變送器連通，在所述平壓室內(nèi)填充有非導電介質(zhì)，所述平壓室內(nèi)設(shè)有傳力桿，傳力桿兩端部截面面積不同且分別活動貫穿測壓室、壓力放大室后繼續(xù)延伸，在傳力桿兩端均設(shè)有第一彈性膜和第二彈性膜，第一彈性膜和第二彈性膜將測壓室以及壓力放大室與平壓室隔絕，且第二彈性膜位于傳力桿端部的端面上；還包括定位桿以及設(shè)置在傳力桿中部的通電線圈，在定位桿一端安裝有與通電線圈相匹配的滑片，定位桿另一端貫穿平壓室后向外延伸，且在定位桿內(nèi)設(shè)有與滑片電連接的線纜。針對現(xiàn)有技術(shù)中的壓強測量裝置無法在100帕以下的測量數(shù)據(jù)的準確性，發(fā)明人同樣采用機械放大的方式對待測壓強進行測量，其中壓強放大機構(gòu)包括傳力桿、測壓室、壓力放大室以及平壓室，平壓室通過管與接系統(tǒng)壓力測量點連通，以保證平壓室始終處于高壓狀態(tài)，傳力桿兩個端部的橫截面積呈一定比例，且兩個端部分別活動貫穿測壓室、壓力放大室，而在測壓室以及壓力放大室內(nèi)，在傳力桿的端面以及傳力桿與測壓室或是壓力放大室的接觸部分分別設(shè)有第一彈性膜和第二彈性膜，該第一彈性膜和第二彈性膜用于實現(xiàn)測壓室或是壓力放大室與平壓室之間的物理隔離，以避免測壓室、平壓室以及壓力放大室三者之間產(chǎn)生相互影響，同樣地，平壓室內(nèi)連通系統(tǒng)壓強形成的高壓環(huán)境能夠保證第一彈性膜不會過度形變而發(fā)生受損；而在位于平壓室內(nèi)的傳力桿上安裝有通電線圈，定位桿下端的滑片與通電線圈配合，定位桿的上端貫穿平壓室向外延伸，通電線圈的一端與定位桿內(nèi)的線纜分別連接電源的兩極；

測量時，測量介質(zhì)通過管線進入至測壓室內(nèi)，基準介質(zhì)通過管線進入至壓強放大室內(nèi)，由于傳力桿兩個端面的橫截面積不同，傳力桿會產(chǎn)生水平方向上的位移，當傳力桿的運動靜止且穩(wěn)定維持住時，滑片與通電線圈發(fā)生相對位移，桿位檢測信號通過外部電表的檢測，可根據(jù)歐姆定律公式r＝u/i計算得出傳力桿的移動位移δl＝r/δr，其中r表示通電線圈的阻值，δr表示單位長度電阻線圈的阻值；并且第一彈性膜和第二彈性膜給傳力桿的縱向力為f，滿足f＝kδl，其中k為彈性膜的試驗標定系數(shù)，此時在現(xiàn)有的壓差變送器的測量精度的基礎(chǔ)上，擴大壓力變送器的測量下限，且被測點處的壓強的計算公式為：ps＝(plsl+f)/ss，其中，ps表示被測點處的壓強，也是測壓室內(nèi)的壓強，pl表示壓強放大室內(nèi)的壓強，sl表示壓強放大室內(nèi)傳力桿的端面面積，ss表示測壓室內(nèi)傳力桿的端面面積。待測點壓強的放大倍數(shù)即為pl與ps的比值，待測點的壓強通過機械方式進行放大，大幅度降低相應(yīng)的壓力變送器的制造靈敏度、精度以及量程的要求，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，操作方便，信號準確且易于讀取。

進一步地，平壓室內(nèi)的介質(zhì)填充的介質(zhì)為非導電介質(zhì)，通過彈性膜對密封，使得該介質(zhì)無法在各腔室內(nèi)流通，以保證壓強放大的比例維持穩(wěn)定；并且在平壓室內(nèi)，通過電阻測量方式可實現(xiàn)傳力桿移動距離的精確測量，由于第一彈性膜與第二彈性膜采用相同材質(zhì)與尺寸，且彈性模量已知，傳力桿不與腔室壁面接觸，不受腔室壁面摩擦力影響，所以可以計算出傳力桿上所有受力，通過計算可實現(xiàn)實際差壓的精確計算。

還包括差壓互鎖閥組，所述差壓互鎖閥組包括電磁閥yv1、電磁閥yv2以及電磁閥yv3，電磁閥yv1通過管線與測壓室連通，電磁閥yv3通過管線與壓力放大室連通，且電磁閥yv2設(shè)置在電磁閥yv1與電磁閥yv3之間。電磁閥yv1接測量壓強，電磁閥yv3接基準壓強，工作時，測量壓強經(jīng)電磁閥yv1進行判斷，如果測量壓強不需要經(jīng)過壓強放大，電磁閥yv1關(guān)閉，則測量壓強直接由相應(yīng)的變送器測出；當測點壓強值過低而不適用于相應(yīng)的變送器測量時，電磁閥yv1與電磁閥yv2打開，待測介質(zhì)與測壓室連通后，待測介質(zhì)的壓力通過傳力桿傳遞到壓力放大室內(nèi)，因為傳力桿兩端的端面面積不同，待測壓強在此過程中發(fā)生機械放大，放大后的壓強在接入壓力變送器內(nèi)，則可直接得出放大后的壓強數(shù)值。

所述傳力桿包括桿體以及兩個延伸段，兩個所述延伸段分別與桿體兩端螺紋連接，一個延伸段置于所述測壓室內(nèi)且第二彈性膜安裝在該延伸段端面上，第一彈性膜固定在桿體上，且第一彈性膜外圓周邊緣固定在測壓室的側(cè)壁上；另一個延伸段置于所述壓力放大室內(nèi)且第二彈性膜安裝在該延伸段端面上，第一彈性膜固定在桿體上，且第一彈性膜外圓周邊緣固定在壓力放大室的側(cè)壁上。傳力桿包括三部分，其中通電線圈固定在桿體中部，而兩個延伸段分別置于測壓室、壓力放大室內(nèi)，且第一彈性膜和第二彈性膜將兩個延伸段分別與測壓室或是壓力放大室物理隔絕，并且可根據(jù)實際需要，隨時更換兩個延伸端，即改變傳力桿兩端的受力面積，實現(xiàn)裝置測量下限的可調(diào)性。

所述非導電介質(zhì)為乙二醇、去離子水或硅油中的一種。作為優(yōu)選，選用乙二醇、去離子水或硅油中的一種作為平壓室內(nèi)的非導電介質(zhì)，使得通電線圈以及滑片之間的相互配合不受影響，且上述材料的來源廣，且使用成本較低。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明利用平壓室包裹傳力桿，保證即使在高壓情況下，彈性膜兩面受力不超設(shè)計值，同時作為彈性膜一旦破壞后包容泄漏介質(zhì)，保證裝置的穩(wěn)定及安裝系統(tǒng)的可靠性；

2、本發(fā)明通過壓差互鎖閥組控制待測介質(zhì)的流向，實現(xiàn)量程可根據(jù)實際需要進行改變，以保證測量精度；

3、本發(fā)明還可根據(jù)實際需要，通過改變傳力桿兩端受力面積，實現(xiàn)相應(yīng)變送器測量下限的可調(diào)性；

4、本發(fā)明中各腔室之間利用彈性膜進行密封，避免各腔室內(nèi)的介質(zhì)相互流通，以保證待測壓強放大的比例不變；

5、本發(fā)明通過電阻測量方式實現(xiàn)傳力桿移動距離可精確測量，因為彈性膜彈性模量已知，傳力桿不與腔室壁面接觸，不受腔室壁面摩擦力影響，所以可以計算出傳力桿上所有受力，通過計算可實現(xiàn)實際差壓的精確計算；

6、本發(fā)明壓力通過機械方式進行放大，大幅降低了相應(yīng)變送器的制造靈敏度、精度及量程要求；并且整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，操作方便，信號準確且易于讀取。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2壓強放大機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標記及對應(yīng)的零部件名稱：

1-測壓室、2-傳力桿、3-平壓室、4-定位桿、5-壓力放大室、6-基準壓強、7-測量壓強、8-系統(tǒng)壓強、9-差壓互鎖閥組、10-壓力變送器、11-桿位測量信號、12-通電線圈、13-滑片、14-第一彈性膜、15-第二彈性膜。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1

如圖1和圖2所示，本實施例包括平壓室3、貫穿平壓室3一端的測壓室1、壓力變送器10以及貫穿平壓室3另一端的壓力放大室5，所述壓力放大室5與壓力變送器10連通，在所述平壓室3內(nèi)填充有非導電介質(zhì)，所述平壓室3內(nèi)設(shè)有傳力桿2，傳力桿2兩端部截面面積不同且分別活動貫穿測壓室1、壓力放大室5后繼續(xù)延伸，在傳力桿2兩端均設(shè)有第一彈性膜14和第二彈性膜15，第一彈性膜14和第二彈性膜15將測壓室1以及壓力放大室5與平壓室3隔絕，且第二彈性膜15位于傳力桿2端部的端面上；還包括定位桿4以及設(shè)置在傳力桿2中部的通電線圈12，在定位桿4一端安裝有與通電線圈12相匹配的滑片13，定位桿4另一端貫穿平壓室3后向外延伸，且在定位桿4內(nèi)設(shè)有與滑片13電連接的線纜。針對現(xiàn)有技術(shù)中的壓強測量裝置無法在100帕以下的測量數(shù)據(jù)的準確性，發(fā)明人同樣采用機械放大的方式對待測壓強進行測量，其中壓強放大機構(gòu)包括傳力桿2、測壓室1、壓力放大室5以及平壓室3，平壓室3通過管與接系統(tǒng)壓力測量點連通，以保證平壓室3始終處于高壓狀態(tài)，傳力桿2兩個端部的橫截面積呈一定比例，且兩個端部分別活動貫穿測壓室1、壓力放大室5，而在測壓室1以及壓力放大室5內(nèi)，在傳力桿2的端面以及傳力桿2與測壓室1或是壓力放大室5的接觸部分分別設(shè)有第一彈性膜14和第二彈性膜15，該第一彈性膜14和第二彈性膜15用于實現(xiàn)測壓室1或是壓力放大室5與平壓室3之間的物理隔離，以避免測壓室1、平壓室3以及壓力放大室5三者之間產(chǎn)生相互影響，同樣地，平壓室3內(nèi)通過連通系統(tǒng)壓強8形成的高壓環(huán)境能夠保證第一彈性膜14不會過度形變而發(fā)生受損；而在位于平壓室3內(nèi)的傳力桿2上安裝有通電線圈12，定位桿4下端的滑片13與通電線圈12配合，定位桿4的上端貫穿平壓室3向外延伸，通電線圈12的一端與定位桿4內(nèi)的線纜分別連接電源的兩極；

測量時，測量介質(zhì)通過管線進入至測壓室1內(nèi)，基準介質(zhì)通過管線進入至壓強放大室內(nèi)，由于傳力桿2兩個端面的橫截面積不同，傳力桿2會產(chǎn)生水平方向上的位移，當傳力桿2的運動靜止且穩(wěn)定維持住時，滑片13與通電線圈12發(fā)生相對位移，桿位測量信號11通過線纜被通過外部電表的檢測，可根據(jù)歐姆定律公式r＝u/i計算得出傳力桿2的移動位移δl＝r/δr，其中r表示通電線圈12的阻值，δr表示單位長度電阻線圈的阻值；并且第一彈性膜14和第二彈性膜15給傳力桿2的縱向力為f，滿足f＝kδl，其中k為彈性膜的試驗標定系數(shù)，此時在現(xiàn)有的壓差變送器的測量精度的基礎(chǔ)上，擴大壓力變送器10的測量下限，且被測點處的壓強的計算公式為：ps＝(plsl+f)/ss，其中，ps表示被測點處的壓強，也是測壓室1內(nèi)的壓強，pl表示壓強放大室內(nèi)的壓強，sl表示壓強放大室內(nèi)傳力桿2的端面面積，ss表示測壓室1內(nèi)傳力桿2的端面面積。待測點壓強的放大倍數(shù)即為pl與ps的比值，待測點的壓強通過機械方式進行放大，大幅度降低相應(yīng)的壓力變送器10的制造靈敏度、精度以及量程的要求，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，操作方便，信號準確且易于讀取。

進一步地，平壓室3內(nèi)的介質(zhì)填充的介質(zhì)為非導電介質(zhì)，通過彈性膜對密封，使得該介質(zhì)無法在各腔室內(nèi)流通，以保證壓強放大的比例維持穩(wěn)定；并且在平壓室3內(nèi)，通過電阻測量方式可實現(xiàn)傳力桿2移動距離的精確測量，由于第一彈性膜14與第二彈性膜15采用相同材質(zhì)與尺寸，且彈性模量已知，傳力桿2不與腔室壁面接觸，不受腔室壁面摩擦力影響，所以可以計算出傳力桿2上所有受力，通過計算可實現(xiàn)實際差壓的精確計算。

實施例2

如圖1所示，本實施例還包括差壓互鎖閥組9，所述差壓互鎖閥組9包括電磁閥yv1、電磁閥yv2以及電磁閥yv3，電磁閥yv1通過管線與測壓室1連通，電磁閥yv3通過管線與壓力放大室5連通，且電磁閥yv2設(shè)置在電磁閥yv1與電磁閥yv3之間。電磁閥yv1接測量壓強7，電磁閥yv3接基準壓強6，工作時，測量壓強7經(jīng)電磁閥yv1進行判斷，如果測量壓強7不需要經(jīng)過壓強放大，電磁閥yv1關(guān)閉，則測量壓強7直接由相應(yīng)的變送器測出；當測點壓強值過低而不適用于相應(yīng)的變送器測量時，電磁閥yv3關(guān)閉，電磁閥yv1與電磁閥yv2打開，待測介質(zhì)與測壓室1連通后，待測介質(zhì)的壓力通過傳力桿2傳遞到壓力放大室5內(nèi)，因為傳力桿2兩端的端面面積不同，待測壓強在此過程中發(fā)生機械放大，放大后的壓強在接入壓力變送器10內(nèi)，則可直接得出放大后的壓強數(shù)值。

在傳力桿零點校準時，電磁閥yv1、yv3關(guān)閉，打開電磁閥yv2，進而壓力放大室5與測壓室1連通，使得傳力桿指示位置為零點。其中，基準壓強6等同于系統(tǒng)壓強8。

本實施例中，所述傳力桿2包括桿體以及兩個延伸段，兩個所述延伸段分別與桿體兩端螺紋連接，一個延伸段置于所述測壓室1內(nèi)且第二彈性膜15安裝在該延伸段端面上，第一彈性膜14固定在桿體上，且第一彈性膜14外圓周邊緣固定在測壓室1的側(cè)壁上；另一個延伸段置于所述壓力放大室5內(nèi)且第二彈性膜15安裝在該延伸段端面上，第一彈性膜14固定在桿體上，且第一彈性膜14外圓周邊緣固定在壓力放大室5的側(cè)壁上。傳力桿2包括三部分，其中通電線圈12固定在桿體中部，而兩個延伸段分別置于測壓室1、壓力放大室5內(nèi)，且第一彈性膜14和第二彈性膜15將兩個延伸段分別與測壓室1或是壓力放大室5物理隔絕，并且可根據(jù)實際需要，隨時更換兩個延伸端，即改變傳力桿2兩端的受力面積，實現(xiàn)裝置測量下限的可調(diào)性。

作為優(yōu)選，選用乙二醇、去離子水或硅油中的一種作為平壓室3內(nèi)的非導電介質(zhì)，使得通電線圈12以及滑片13之間的相互配合不受影響，且上述材料的來源廣，且使用成本較低。

實施例3

如圖1所示，本實施例為壓差測量中的具體應(yīng)用。

在不擴大現(xiàn)有壓力變送器10、壓差變送器實際測量精度的基礎(chǔ)上，提高壓差變送器的測量下限。測量壓差的計算公式為：

其中：

δp表示實際壓差；

p1表示壓力變送器10內(nèi)低壓室壓強；

pl表示差壓放大器高壓室內(nèi)壓強，同時由壓力變送器10直接測得；

sl表示差壓放大器內(nèi)高壓室傳力桿2端面面積；

ss表示差壓放大器內(nèi)低壓室傳力桿2端面面積；

f表示彈性膜的給傳力桿2縱向力的綜合，其與傳力桿2位移δl成正比，計算公式為f＝kδl由試驗標定系數(shù)k；

δpce表示差壓變送器的測量值。

綜上所述，通過改變傳力桿2兩端的端面面積，即采用不同的sl與ss的數(shù)值，則能夠提高差壓變送器的差壓測量下限。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。