專(zhuān)利名稱(chēng):精密測(cè)量封閉容器內(nèi)高壓流體壓力的系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明屬于對(duì)密閉系統(tǒng)內(nèi)任何高壓流體的壓力進(jìn)行測(cè)量的裝置。
測(cè)量封閉容器內(nèi)流體的壓力，為了保證被測(cè)流體的純度，防止泄漏，所以壓力的測(cè)量一般都是采用間接的方法，即利用敏感元件間接反映封閉容器中的壓力信號(hào)。這種測(cè)量裝置的量測(cè)精度及范圍受到儀表本身的限制，采用活塞式壓力計(jì)比較精確，但測(cè)得的壓力值都是整數(shù)。國(guó)外有的采用在活塞上附加小砝碼的方法，此法的缺點(diǎn)是(a)反復(fù)倒換小砝碼極不方便;(b)附加的小砝碼的重心不可能通過(guò)活塞柱的軸心，因而產(chǎn)生側(cè)壓力和附加磨擦力，使活塞式壓力臺(tái)損傷，精度下降;(c)砝碼質(zhì)量折算的壓力值誤差較大。此外影響測(cè)量精度的另一個(gè)原因是敏感元件的靈敏度。一般國(guó)內(nèi)外采用的敏感元件都是電容壓力傳感器，它需要配備電容電橋二次儀表，不但傳感器本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈敏度也較低。例如日本慶應(yīng)義塾大學(xué)熱物性研究室P、V、T(壓力，比容，溫度)裝置上的測(cè)壓系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為測(cè)量范圍 0-100 bar精度 ±0.014 bar(見(jiàn)參考文獻(xiàn)1)法國(guó)(BelleVue)高壓實(shí)驗(yàn)室P.V.T實(shí)驗(yàn)裝置上的測(cè)試方法及壓力傳感器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度也較低。(見(jiàn)參考文獻(xiàn)2)為了克服上述測(cè)量方法的不足，本發(fā)明主要采用了靈敏度較高的電極式薄膜傳感器做為敏感元件，并采用將壓力分為整數(shù)與小數(shù)分別測(cè)取的方法，為此，設(shè)計(jì)了耐高壓的U型管水銀壓差計(jì)。從而提高了測(cè)壓精度，并使敏感元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，靈敏度高。
圖1為該系統(tǒng)的工作原理圖。內(nèi)裝流體的封閉容器實(shí)驗(yàn)塊1，電極式薄膜傳感器2，10，閥門(mén)3，4，氣體平衡箱5，6，高壓氣源及電磁閥門(mén)7，壓力表8，活塞式壓力計(jì)9，耐高壓的U型管水銀壓差計(jì)11，微量調(diào)節(jié)泵12，放氣閥13，汞位指示器14。
圖2為電極式薄膜傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。金屬電極1，壓環(huán)2，薄膜電極3，金屬密封墊4，進(jìn)氣孔5，6，上蓋7，下蓋8，電極導(dǎo)體9。
圖3為耐高壓的水銀壓差計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。不銹鋼U型管1，汞位指示器2，該指示器包括磁芯浮子3，差動(dòng)線圈4，水銀5，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)6，指示儀表7。
該測(cè)壓系統(tǒng)工作原理如下所述(見(jiàn)圖1)將內(nèi)裝流體的封閉容器實(shí)驗(yàn)塊1與電極式薄膜傳感器2連接，開(kāi)啟閥門(mén)3，4及氣體平衡箱閥門(mén)5，6，開(kāi)啟高壓氣源電磁閥門(mén)7，向系統(tǒng)充氣以達(dá)和流體的壓力相平衡。粗壓力變化可由壓力表8指示，根據(jù)壓力表指示，在活塞式壓力計(jì)9上增減相應(yīng)的砝碼數(shù)，然后利用微量調(diào)節(jié)泵12，將薄膜傳感器2中的薄膜電極精密調(diào)節(jié)至平衡位置，這時(shí)流體壓力與氣源壓力平衡。關(guān)閉閥門(mén)4，通過(guò)充放氣閥7、13，調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)氣體壓力使電極式薄膜傳感器10中的薄膜電極處于平衡位置，這時(shí)活塞壓力計(jì)上砝碼重量即為流體壓力的整數(shù)部分?！泊吮∧鞲衅?0的加入是為了消除活塞壓力計(jì)內(nèi)油柱產(chǎn)生的壓力偏差，同時(shí)薄膜同活塞底柱處于同一水平線上)壓力的小數(shù)部分，即為耐高壓的U型水銀壓差計(jì)11內(nèi)水銀柱高差，可由貢位指示器讀出。
電極式薄膜傳感器工作原理如下所述(見(jiàn)圖2)流體的壓力通過(guò)進(jìn)氣孔5作用在薄膜電極3的下端，高壓氣源的壓力通過(guò)進(jìn)氣孔6作用在薄膜電極3的上端。薄膜電極3與壓環(huán)2間裝有金屬密封墊4，并由壓環(huán)2壓緊，下蓋8與壓環(huán)用螺紋連接。壓環(huán)2可由導(dǎo)電體或非導(dǎo)電體制成，導(dǎo)電體壓環(huán)與金屬電極1之間用高溫膠粘接而成，同時(shí)高溫膠形成絕緣層。非導(dǎo)電體壓環(huán)與金屬電極1用螺紋連接而成。這種連接方法可隨時(shí)調(diào)節(jié)感應(yīng)精度。根據(jù)薄膜厚度不同，金屬電極1與薄膜電極3之間的間隙可隨意調(diào)整，間隙的大小，直接反映了該傳感器的靈敏度。非金屬膜與金屬電極接觸的一側(cè)，鍍有導(dǎo)電性極好的金屬，從而構(gòu)成薄膜電極。當(dāng)進(jìn)行壓力精密調(diào)節(jié)時(shí)，首先利用充、放氣閥(圖1中的7、13)將薄膜電極3粗調(diào)至有信號(hào)輸出的狀態(tài)，即薄膜電極3產(chǎn)生形變，與金屬電極1相接觸，經(jīng)過(guò)與金屬電極1相連的電極導(dǎo)體9傳出電信號(hào)。(電極導(dǎo)體與上蓋之間有絕緣體)然后利用微量調(diào)節(jié)泵(圖1中的12)將薄膜電極3精調(diào)至剛剛脫離金屬電極1的狀態(tài)。此時(shí)流體壓力與高壓氣源的壓力相平衡。此種電極式薄膜傳感器僅起單向感應(yīng)作用，其工作原理也適用于雙面感應(yīng)，雙面感應(yīng)膜體可進(jìn)行雙面控制調(diào)節(jié)。為了分別與高壓氣源和被測(cè)流體連接，本裝置的上、下蓋裝有接口，上、下蓋7、8由螺栓連接固定。薄膜可由金屬或非金屬制成。電極式薄膜傳感器技術(shù)指標(biāo)為靈敏度 ＜10mmH2O正遷移 5bar負(fù)遷移 2×10-2mmHg真空膜體耐壓 150bar耐高壓的U型管水銀壓差計(jì)工作原理如下所述(見(jiàn)圖3)汞位指示器2采用差動(dòng)式變壓器原理制做，初級(jí)線圈接高頻信號(hào)源，兩個(gè)反相纏繞的次級(jí)線圈接指示儀表7，當(dāng)挪動(dòng)差動(dòng)線圈4使兩次級(jí)線圈信號(hào)完全抵消時(shí)，(由指示儀表7監(jiān)視)此時(shí)指針?biāo)疚恢眉创判靖∽?的位置。(磁芯浮子3浮于汞面)，兩磁芯浮子3位置之差，即為水銀柱高度。撥動(dòng)轉(zhuǎn)向擊關(guān)6可測(cè)得任何一側(cè)水銀柱高度，該U型管水銀壓差計(jì)的技術(shù)指標(biāo)為允許測(cè)量壓力 300bar指示范圍 1500-0-1500mmHg允許誤差 ＜1mmHg該測(cè)量封閉容器內(nèi)高壓流體壓力的系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)為測(cè)壓范圍 0-150bar分辨率 0.001bar精度 ±0.012bar可測(cè)各種有毒的，腐蝕性，高純度的以及貴重的流體的壓力，亦可測(cè)負(fù)壓，并且也可測(cè)得處于高溫狀態(tài)下(＜200℃)的以上流體。
本系統(tǒng)再附加一些儀器，還可測(cè)得流體(工質(zhì))的比容和溫度。即也是一套測(cè)量工質(zhì)熱力參數(shù)P.(壓力)V.(比容)T.(溫度)的實(shí)驗(yàn)裝置，根據(jù)P.V.T實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以確定出工質(zhì)的狀態(tài)方程式，獲得完整的熱力性質(zhì)圖表，其測(cè)壓方法對(duì)于工業(yè)方面，例如化工設(shè)備等有一定的實(shí)用價(jià)值，電極式薄膜傳感器，可用于工業(yè)生產(chǎn)等等其它領(lǐng)域。
參考文獻(xiàn)1Bulletin of the JSME.Vol.I8，No.126，Dec，1975。
P.1448參考文獻(xiàn)2Pressure-Volume-Temperature Behavior of Difluoromethane，JOURNAL OF CHEMICAL AND ENGINEERING DATA，Vol.13，No.1，JANUARY 1968，P16-18
權(quán)利要求
1.一種精密測(cè)量封閉容器內(nèi)高壓流體壓力的系統(tǒng)，它是由高壓氣源，敏感元件，微量調(diào)節(jié)泵，氣體平衡箱，活塞式壓力計(jì)，電磁閥，壓力表等組成，其特征在于敏感元件是一個(gè)由金屬電極，壓環(huán)和薄膜電極所構(gòu)成的電極式薄膜傳感器。
2.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的電極式薄膜傳感器，其特征在于所說(shuō)的薄膜電極由金屬或非金屬膜制成，非金屬膜表面鍍有導(dǎo)電性極好的金屬。
3.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的精密測(cè)量封閉容器內(nèi)高壓流體壓力的系統(tǒng)，其特征在于裝有一個(gè)耐高壓的U型管水銀壓差計(jì)。
4.按照權(quán)利要求
3所說(shuō)的耐高壓的U型管水銀壓差計(jì)，其特征在于由一個(gè)不銹鋼U型管和一個(gè)磁芯浮子與差動(dòng)線圈所構(gòu)成的汞位指示器組成。
專(zhuān)利摘要
一種精密測(cè)量封閉容器內(nèi)高壓流體壓力的系統(tǒng)。本發(fā)明屬于對(duì)密閉系統(tǒng)內(nèi)任何高壓流體的壓力進(jìn)行測(cè)量的裝置。本系統(tǒng)主要采用了電極式薄膜傳感器及耐高壓的U型管水銀壓差計(jì)，并將壓力分為整數(shù)與小數(shù)分別測(cè)取的方法，從而提高了測(cè)壓精度，并解決了敏感元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈敏度較低等問(wèn)題。此系統(tǒng)也可測(cè)量處于高溫狀態(tài)下(＜200℃)的流體，而且在測(cè)量過(guò)程中流體無(wú)損耗。其測(cè)壓方法對(duì)于工業(yè)方面，如化工設(shè)備等有一定的實(shí)用價(jià)值。電極式薄膜傳感器，可用于工業(yè)生產(chǎn)等其它領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01L9/00GK85104145SQ85104145
公開(kāi)日1986年11月5日 申請(qǐng)日期1985年5月31日
發(fā)明者何志邁, 張于峰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan