遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 一種遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力測量是自動化設(shè)備中非常常用的物理量測量，特別是隨著液壓設(shè)備的廣泛應(yīng)用，壓力測量日益廣泛。壓力測量裝置公知的有指針式壓力表，它精度低，易損壞，無法遠(yuǎn)方抄讀。有專用壓力變送器可以實現(xiàn)數(shù)字化讀取，但成本高、安裝復(fù)雜。
[0003]公開了一種《電容式遠(yuǎn)傳壓力表》實用新型，ZL93225621.X提供了一種《遠(yuǎn)傳壓力表》。該兩種實用新型在原有機(jī)械壓力表零件外，另加一個由動片、定片組成的空氣電容器作為壓力電信號轉(zhuǎn)換器，將電容器的動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空氣電容器，將電容變化變換為電流信號輸出。其中一個實用新型通過提供的電路圖將電壓幅度值V與振蕩頻率通過調(diào)整使其為定值，試圖實現(xiàn)流過測量電容Cx的電流與Cx電容值成正比，而Cx值與被測壓力成正比。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，其中一個提供電流轉(zhuǎn)換電路的實用新型采用一個三極管進(jìn)行二次儀表的線性化處理，線性化效果差、測量精度低、穩(wěn)定性差；
第三，電容式測量在不采取屏蔽措施時，極易受外部感應(yīng)影響，測量的精度、穩(wěn)定性會受影響；
第四，以電流的方式輸出影響遠(yuǎn)距離測量的精度和可靠性。

【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)定性的壓力測量裝置。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
圖1是本發(fā)明的遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置的的示意圖。(I)是測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量壓力電容器中一塊電極板A的固定件；(3)是測量壓力電容器一塊電極板A; (4)是測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)字式壓力測量裝置的支架上，而測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)則和(5)固定在一起。在波登管中被測量壓力增大時，波登管向外側(cè)伸展，測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)離測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板(3)和(4)構(gòu)成的電容器容量減小。在波登管中被測量壓力減小時，波登管向內(nèi)側(cè)收縮，測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量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板(3)和(4)構(gòu)成的電容器容量加大。(6)是壓力測量裝置的支架；(7)是壓力測量裝置的外殼。
[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)成的與被測量壓力相關(guān)的所述測量壓力電容器；(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 )輸出振蕩信號的周期或頻率的測量單元，其中包含測量原始數(shù)據(jù)累加平均處理軟件，以消除測量過程中的數(shù)據(jù)跳變，實現(xiàn)原始測量數(shù)據(jù)的平滑輸出。(10)是測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元。在很多情況下，(9)、(10)和(11)由同一個微處理器(單片機(jī))完成。在測量過程中，被測量壓力變化導(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)測量值計算解調(diào)出可以直接讀取的數(shù)字化被測壓力值。這其中被測壓力變化導(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)字式壓力測量裝置將用所述數(shù)字化被測壓力值送本地顯示器顯示；
c、接收來自通信接口(12)的指令，并執(zhí)行指令；
d、需要時設(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、接收通過外部信道來自遠(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)送的信息通過外部信道發(fā)送到遠(yuǎn)方管理站(13);
C、通過外部信道獲取所述遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置所需要的工作電源。
[0008]與被測壓力源相連接的波登管(I)，在被測壓力增大時，波登管(I)的端頭向外伸展，帶動固定在端頭上的測量壓力電容器中一塊電極板A(3)向著遠(yuǎn)離測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板(3 )和(4)構(gòu)成的電容器Cx容量減小。在波登管中被測量壓力減小時，波登管向內(nèi)側(cè)收縮，測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量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，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)輸出信號頻率(周期)的關(guān)聯(lián)變化。被測壓力改變量導(dǎo)致波登管端頭位移的改變量，在相同的被測壓力改變量下，波登管端頭位移的改變量越大測量的靈敏度越高。通常情況下，在正常測量范圍內(nèi)通過設(shè)計波登管的長度、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，其測量精度就可以做得越高。(9)是振蕩器(8)輸出振蕩信號的頻率或周期的測量單元，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))測量。一個實施例，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，用輸入信號的邊沿觸發(fā)中斷，然后用微處理器(單片機(jī))內(nèi)部定時器及計算單元計算出輸入信號的中斷間隔時間亦即周期值。當(dāng)微處理器(單片機(jī))內(nèi)部振蕩源采用十幾兆赫茲時，測量的信號周期值可精確到ns級。為了防止測量過程中由于機(jī)械振動造成的測量值跳動，可以將遠(yuǎn)大于機(jī)械振動周期的N個周期的原始測量值累加起來再進(jìn)行平均，計算出振蕩信號周期平均值，就可以得到克服周期性振動變化造成的數(shù)據(jù)跳變，獲得穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)。本發(fā)明的一個實施例，將累加周期數(shù)、計算平均值的參數(shù)等數(shù)據(jù)項作為可以設(shè)置的參數(shù)，通過(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)直接通過測量(8)振蕩信號周期得到的振蕩信號周期平均值要通過(11)作線性化處理和解調(diào)處理才能轉(zhuǎn)化為被測壓力源的壓力數(shù)據(jù)。
[0009]線性化處理和解調(diào)處理的一個實施例:第一步，將所述振蕩信號周期平均值先作數(shù)據(jù)預(yù)處理，其中將測量范圍以外的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)先扣除再生成待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù);第二步通過實驗用軟件建立一個轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表，將每個測量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值都對應(yīng)一個確定的壓力測量值;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)換測量數(shù)據(jù)值后，用待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)作為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表中的坐標(biāo)，再從該坐標(biāo)中獲取對應(yīng)的壓力測量值。由于所述轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表是經(jīng)過實驗和線性化的，所有獲得的測量壓力值有極高的測量精度，通?？梢赃_(dá)到0.5級以上的測量精度。
[0010]線性化處理和解調(diào)處理的一個實施例:第一步，通過實驗將所述振蕩信號周期平均值和實際測量的壓力輸出值之間建立一個數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)公式;第二步，以測量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值作為數(shù)學(xué)公式的參數(shù)，通過計算算出對應(yīng)的確定的壓力測量值。這種方法依賴于數(shù)學(xué)公式與實驗數(shù)據(jù)的一致性。
[0011 ]線性化處理和解調(diào)處理的一個實施例:第一步，通過實驗將所述振蕩信號周期平均值和實際測量的壓力輸出值之間建立一個數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)公式;第二步，以測量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值作為數(shù)學(xué)公式的參數(shù)，通過計算算出對應(yīng)的確定的“待使用壓力測量值”。第三步，通過實驗用軟件建立一個以“待使用壓力測量值”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際壓力測量值，或在列表中查出偏差值再進(jìn)行計算出實際壓力測量值。
[0012]前一種方法要獲得較高測量精度時，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表必須足夠大，占用程序空