一種平衡式氣體壓力測(cè)壓方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及氣體壓力檢測(cè)領(lǐng)域，特別是一種氣體壓力檢測(cè)儀器儀表，能夠提高大 范圍氣體壓力的檢測(cè)分辨率。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)。在生產(chǎn)過(guò)程中，壓力會(huì)直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生 產(chǎn)效率。如果高壓容器的壓力超過(guò)額定值時(shí)，就會(huì)對(duì)生產(chǎn)人員和設(shè)備造成安全隱患。目 前，用來(lái)測(cè)量氣體壓力的工業(yè)自動(dòng)化測(cè)量?jī)x表按工作原理可分為液柱式、彈性式、負(fù)荷式和 電測(cè)式等類型，特點(diǎn)分別如下；液壓式壓力測(cè)量?jī)x是W-定高度的液柱所產(chǎn)生的壓力，與 被測(cè)壓力相平衡的原理測(cè)量壓力的，該種測(cè)量?jī)x表的靈敏度較高，但存在量程受液柱高度 限制、測(cè)壓范圍小、讀數(shù)不方便等問(wèn)題，且測(cè)量結(jié)果常需要進(jìn)行溫度和重力加速度等方面的 修正；彈性式壓力測(cè)量?jī)x表是利用各種不同形狀的彈性元件，在壓力下產(chǎn)生變形的原理制 成的壓力測(cè)量?jī)x表，在使用彈性式壓力測(cè)量?jī)x表時(shí)，儀表活動(dòng)部件之間存在摩擦，產(chǎn)生誤 差；負(fù)荷式壓力測(cè)量?jī)x表是直接按壓力的定義制作的，常見的有活塞式壓力計(jì)、浮球式壓力 計(jì)和鐘罩式壓力計(jì)，該類壓力計(jì)雖然測(cè)量誤差很小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高；電測(cè)式壓力測(cè) 量?jī)x表是利用金屬或半導(dǎo)體的物理特性，直接將壓力轉(zhuǎn)換為電壓、電流信號(hào)或頻率信號(hào)輸 出，或是通過(guò)電阻應(yīng)變片等將彈性體的形變轉(zhuǎn)換為電壓、電流信號(hào)輸出，但輸出信號(hào)小，造 成測(cè)壓的范圍較小?？傊?，現(xiàn)有的該些氣體壓力測(cè)量?jī)x表要么測(cè)壓范圍小，要么測(cè)量范圍較 大時(shí)靈敏度卻不高，即測(cè)量分辨率不高，有些壓力測(cè)量?jī)x表雖然分辨率較高，但不適用于大 范圍的壓力檢測(cè)，結(jié)構(gòu)又復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有氣體壓力測(cè)量?jī)x表的不足，利用零位平衡原理，提出一種 較大范圍和較高分辨率的平衡式氣體壓力測(cè)壓方法與裝置，在提高壓力檢測(cè)范圍的同時(shí)也 提高檢測(cè)分辨率。
[0004] 本發(fā)明所提出的一種平衡式氣體壓力測(cè)壓裝置采用的技術(shù)方案是；包括豎直主管 道，在豎直主管道側(cè)壁上連接與豎直主管道相垂直且內(nèi)腔均與豎直主管道相通的1號(hào)泄壓 管道、2號(hào)泄壓管道、3號(hào)泄壓管道該=個(gè)泄壓管道和一個(gè)支路管道，=個(gè)泄壓管道從上至 下等距布置且內(nèi)徑依次增大，豎直主管道頂部連接氣體壓力發(fā)生裝置、底部直接連通3號(hào) 泄壓管道；每個(gè)泄壓管道上均設(shè)有一個(gè)管道閥口，每個(gè)管道閥口均連接一個(gè)步進(jìn)電機(jī)；所 述支路管道同軸連接玻璃管左端，玻璃管右端連接待測(cè)氣體進(jìn)壓口，玻璃管水平放置且兩 端比中間部分細(xì)，玻璃管中間部分管道內(nèi)有一個(gè)小球，小球外徑與玻璃管中間部管道內(nèi)徑 相等且小球可左右運(yùn)動(dòng)；在玻璃管正上方設(shè)有CCD圖像傳感器，所述氣體壓力發(fā)生器、CCD 圖像傳感器W及=個(gè)所述步進(jìn)電機(jī)均與控制器相接。
[0005] 本發(fā)明所提出的平衡式氣體壓力測(cè)壓裝置的氣體壓力測(cè)壓方法采用的技術(shù)方案 是包括W下步驟： A、 打開氣體壓力發(fā)生器產(chǎn)生氣體，氣體經(jīng)豎直主管道、支路管道從玻璃管左端通入，待 測(cè)氣體經(jīng)進(jìn)壓口從玻璃管右端通入； B、CCD圖像傳感器對(duì)小球的位置進(jìn)行拍攝，并將圖片傳送至控制器，控制器將此圖片信 息與預(yù)先處理的小球位于玻璃管正中屯、線處的圖片信息進(jìn)行比較，根據(jù)小球球屯、所在位置 的不同，從下至上依序地控制相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)相應(yīng)的管道閥口進(jìn)行泄壓，直至小球位 于正中屯、線處時(shí)停止泄壓； C、 將壓力發(fā)生器產(chǎn)生的氣壓減去步進(jìn)電機(jī)作用后泄出的總體壓力值，得到待測(cè)氣壓 值。
[0006] 進(jìn)一步地，步驟C中，步進(jìn)電機(jī)作用后泄出的總體壓力值的求取方法是： 1) 通過(guò)標(biāo)定裝置獲知步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)與泄壓管道泄壓量的關(guān)系，所述標(biāo)定裝置包括 控制器、氣體壓力發(fā)生裝置、豎直主管道、=個(gè)測(cè)壓管道、=個(gè)氣體壓力表、=個(gè)泄壓管道及 每個(gè)泄壓管道上對(duì)應(yīng)的一個(gè)管道閥口和一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，每個(gè)測(cè)壓管道均連接一個(gè)氣體壓力 表；豎直主管道頂端與氣體壓力發(fā)生裝置相通，豎直主管道側(cè)壁上由最底部向上等距地布 置有=個(gè)泄壓管道和分別與=個(gè)泄壓管道處于同一高度的一一對(duì)應(yīng)的=個(gè)測(cè)壓管道，每個(gè) 測(cè)壓管道和對(duì)應(yīng)的泄壓管道的內(nèi)、外徑均相同； 2) 打開氣體壓力發(fā)生裝置產(chǎn)生氣壓，打開=個(gè)氣體壓力表中的其一個(gè)氣體壓力表，顯 示測(cè)量值A(chǔ);:，只驅(qū)動(dòng)與該氣體壓力表對(duì)應(yīng)的一個(gè)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)1圈360°，此時(shí)測(cè)量出第 一個(gè)氣壓值，將所述測(cè)量值巧C減去第一個(gè)氣壓值則得到該步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1圈對(duì)應(yīng)的泄壓 管道的泄壓量，再驅(qū)動(dòng)該步進(jìn)電機(jī)再運(yùn)轉(zhuǎn)1圈并測(cè)量出第二個(gè)氣壓值，將所述測(cè)量值減 去第二個(gè)氣壓值則得到該步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)2圈對(duì)應(yīng)的泄壓管道的泄壓量，如此重復(fù)得到該步 進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)n圈對(duì)應(yīng)的氣壓變化值，該樣就獲得n個(gè)氣壓變化值樣本數(shù)據(jù)，n大于30 ; 3) 分別將S個(gè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)n圈對(duì)應(yīng)的氣壓變化值樣本數(shù)據(jù)用于BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練， 分別由訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得到1號(hào)步進(jìn)電機(jī)、2號(hào)步進(jìn)電機(jī)、3號(hào)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn) 動(dòng)度數(shù)與對(duì)應(yīng)的1號(hào)泄壓管道、2號(hào)泄壓管道、3號(hào)泄壓管道的泄壓量變化關(guān)系分別是： 與V二/(少.二/巧J.-斬=/(扶），爵是3個(gè)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度； 4) 將變化關(guān)系式保存在控制器中，控制器根據(jù)1號(hào)步進(jìn)電機(jī)、2號(hào)步進(jìn)電機(jī)、3號(hào)步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)巧.替資；和對(duì)應(yīng)的泄壓量變化關(guān)系式計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)作用后泄出的總 體壓力值是；每S+鄒2 .卸}。
[0007] 進(jìn)一步，步驟B包括W下步驟， 1) CCD圖像傳感器對(duì)小球位置進(jìn)行拍攝后，將拍攝的小球正中屯、線所在像素點(diǎn)b列與 預(yù)先處理的小球位于玻璃管正中屯、線所在像素點(diǎn)a列進(jìn)行比較，得到兩個(gè)像素點(diǎn)之間的像 素點(diǎn)個(gè)數(shù); 2) 若x= 0，則氣體壓力產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的氣壓值就是待測(cè)氣體的氣壓值，否則，驅(qū)動(dòng)3 號(hào)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1圈； 3) CCD圖像傳感器對(duì)小球位置進(jìn)行拍攝，檢測(cè)小球正中屯、線所在像素點(diǎn)bl列，計(jì)算出 jd=M-a;若jd>0,再驅(qū)動(dòng)3號(hào)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，若jd= 0,則執(zhí)行步驟C，若jd<0,驅(qū) 動(dòng)3號(hào)步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)1圈； 4) 驅(qū)動(dòng)2號(hào)步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，CCD圖像傳感器對(duì)小球位置進(jìn)行拍攝，檢測(cè)小球 正中屯、線所在像素點(diǎn)b2列，計(jì)算出jd2 = &2-S，若jd2>0，則再驅(qū)動(dòng)2號(hào)步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng) 1圈，若放=0,則執(zhí)行步驟C，若*2<0,則驅(qū)動(dòng)2號(hào)步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)1圈； 5) 驅(qū)動(dòng)1號(hào)步進(jìn)電機(jī)4正向轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，CCD圖像傳感器對(duì)小球位置進(jìn)行拍攝，檢測(cè)小 球正中屯、線所在像素點(diǎn)b3列，計(jì)算出凹二巧-心，若:c3>0,再驅(qū)動(dòng)1號(hào)步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng) 1圈，否則執(zhí)行步驟C。
[000引本發(fā)明與已有方法和裝置相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明采用氣體壓力發(fā)生裝置能提供較大范圍的標(biāo)準(zhǔn)氣壓，從而能夠增大氣壓檢測(cè) 范圍。
[0009] 2、本發(fā)明基于零位式平衡測(cè)量原理，采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)S種不同通量的調(diào)節(jié)閥口 進(jìn)行泄壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣壓粗調(diào)、中調(diào)、微調(diào)=種不同調(diào)節(jié)，進(jìn)而提高氣壓檢測(cè)的分辨率。
[0010] 3、本發(fā)明利用CCD圖像傳感器拍攝小球處于玻璃管中的照片，并結(jié)合圖像處理技 術(shù)判斷小球是否位于玻璃管中屯、線處，CPU控制電機(jī)調(diào)節(jié)泄壓閥口，從而實(shí)現(xiàn)氣壓的非接觸 式測(cè)量。
[0011] 4、本發(fā)明根據(jù)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)閥口旋轉(zhuǎn)角度與泄壓量?jī)烧咧g存在的關(guān)系，利用人 工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得出兩者之間的函數(shù)模型，繼而可W根據(jù)該函數(shù)模型計(jì)算 出不同閥口旋轉(zhuǎn)角度的泄壓量，實(shí)現(xiàn)待測(cè)氣體壓力值的精確測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明平衡式氣體壓力測(cè)壓裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中管道閥口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大圖； 圖3為圖1所示氣體壓力測(cè)壓裝置的電氣結(jié)構(gòu)框圖； 圖4為本發(fā)明氣體壓力測(cè)壓裝置在測(cè)壓之前對(duì)氣壓粗調(diào)、中調(diào)、微調(diào)的標(biāo)定裝置示意 圖； 圖5為圖1所示本發(fā)明氣體壓力測(cè)壓方法的流程圖； 附圖中各部件的序號(hào)和名稱；1、控制器；2、氣體壓力發(fā)生器；3、水平支架；4、1號(hào)步進(jìn) 電機(jī)；5、1號(hào)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸；6、1號(hào)管道閥口；7、1號(hào)泄壓管道；8、1號(hào)管道水平支撐架；9、2 號(hào)步進(jìn)電機(jī)；1〇、2號(hào)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸；11、2號(hào)管道閥口；12、2號(hào)泄壓管道；13、2號(hào)管道水平 支撐架；14、3號(hào)步進(jìn)電機(jī)；15、3號(hào)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸；16、3號(hào)管道閥口；17、3號(hào)泄壓管道；18、 水平底座；19、加固=角支架；20、豎直支架；21、抱輸?shù)穆菟ê吐菽福?2、抱輸；23、壓力發(fā)生 裝置的氣壓管道；24、連接法蘭；25、豎直主管道；2