專利名稱：一種調(diào)頻型測壓計的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及壓強測定儀器，主要用來測定流體壓強，也可以測定由扁金屬液囊轉(zhuǎn)達的巖石、混凝土或土壤塊體中的壓應力。
城市公用事管網(wǎng)、石油化工企業(yè)的管道與儲存器(水塔、油罐)中流體(水、油、煤氣等)的壓力強度之測定關系到這些系統(tǒng)的安全運行，影響國計民生。大型水壩的壩基與壩身中的建筑材料(混凝土、土、石……)所承受的壓應力(單位面積上的壓力)與壩基和壩身中滲透水壓力(孔隙水壓力)的壓強是監(jiān)測大壩安全的重要指標，高層建筑及橋梁的基礎壓應力可預示其安全程度。地球巖石殼中的巖石天然應力之變化是預報地震的重要的指標。
但現(xiàn)存測壓計有下列缺點(1)在量程與精度方面難以兼顧；(2)在長距離傳輸過程中信號易畸變失真；(3)長期現(xiàn)場測定的各相繼讀數(shù)受儀器零點漂移的干擾。
在本實用新型以前，能克服(1)(2)兩缺點的較先進的流體或散粒體壓力測定儀當數(shù)本實用新型設計人孫厚鈞與建筑科學院張祖聞共同獲得國家科委1984年6月發(fā)明獎的鎢弦式壓力盒(發(fā)明證書號碼A01170，獎章號碼06734)，但該國家發(fā)明因所用鎢絲與支架及壓力盒殼體材料的溫度線膨脹系數(shù)不等，在環(huán)境溫度變化時儀器零點有明顯漂移。孫厚鈞的另一發(fā)明(專利號CN87205821U)特裝兩根鎢絲，使二者差動工作，克服了這一缺點，但是CN87205821U專利只能測平行于容器(管道)壁面的流體剪應力不能測流體作用于壁面的正應力(壓強)。
本實用新型的目的是提供一種能克服上述缺點的可實時顯示壓力瞬時值又能觀測靜態(tài)壓力長期變化趨勢的便于遙測的調(diào)頻型測壓計。
本實用新型的技術解決方案是張緊在永磁氣隙(見附圖1)中的一根振弦分上下兩段，其中點與測壓敏感膜片(即附圖2中的另件1)剛固地連接。計測振弦自振頻率的裝置包括圖1所示放大器集成片、混頻處理器集成片與壓力數(shù)值顯示裝置。
本實用新型中輸出的振弦切割磁力線產(chǎn)生的電信號的頻率將隨欲測的壓力之大小而變化，屬調(diào)頻傳感器工作方式?？垢蓴_能力強，易于遙傳，不必經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)即可直接由電子計算機進行數(shù)據(jù)處理。敏感轉(zhuǎn)換元件振弦下半段因被測壓力推動而拉緊從而提高自振頻率時，其上半段將因壓力的推動而松弛從而降低自振頻率；儀器最后輸出信號與上下半段振弦自振頻率的差頻相關。而因支架與振弦材料的溫度線膨脹系數(shù)不同在振弦中引起的附加拉應力之增量則為振弦上下兩段共同感受。所以，上下二段自振頻率之差不隨溫度而變，可消除溫度影響，減少因溫度引起的零點漂移。又因為振弦采用熔點為3500℃的高強度鎢錸合金絲，接頭經(jīng)熔接焊固定，沒有電阻應變片那樣的膠水粘接環(huán)節(jié)，也不像鋼弦式傳感器那樣僅靠摩擦力握固，避免了由塑料膠水蠕變和摩擦處徐滑產(chǎn)生的零點漂移。這一特性使本實用新型比上海自動化儀表研究所的實用新型CN86206602U所描述的靠鋼琴弦測力的傳感器更為耐高溫，零點更穩(wěn)定。
以下結(jié)合附圖具體說明圖1為其工作原理框圖。振弦鎢絲在放大器開機突加正電壓作用下，因流過它的電流而被磁場安培力激發(fā)振動。當它振動切割磁力線時又按楞次定律產(chǎn)生動生電動勢，此電動勢被放大器放大后一部分正反饋給鎢絲使克服阻尼，保持恒幅振蕩，一部分送到混頻處理器得到上下兩半段振弦各自送出的電信號的頻率之差，并按預貯微程序處理得出被測壓力值，輸出到顯示裝置，直接實時顯示壓力數(shù)值。
附圖2、3、4、5中(1)為感受壓力后將發(fā)生彈性變形的敏感膜片。(2)為測壓計器壁。(3)為測壓計容器蓋。(4)為電纜引出線管；出線共四根，g代表公共接地線，C代表＋12V電源電壓線，a代表第一放大振蕩器信號輸出線，b代表第二放大振蕩器信號輸出線。(5)為雙通道放大器；第一通道名為第一放大振蕩器，對細絲(本實例中采用鎢絲)振弦下半段的動生電動勢進行放大及反饋保持振蕩并輸出到a輸出線；第二通道名為第二放大振蕩器，對細絲振弦的上半段的動生電動勢進行放大、反饋，保持其振蕩，并輸出到b輸出線。(6)為壓固環(huán)，經(jīng)螺紋旋緊后壓住振弦(鎢絲)基板的固定柄，與器壁內(nèi)部凸出的環(huán)臺一起固定振弦基板。(7)為緊固推拉杈板的調(diào)節(jié)螺母，實際裝配時(7)可沿推拉芯桿(8)上下調(diào)節(jié)，以調(diào)定振弦上下半段的初始振蕩頻率。調(diào)定后調(diào)節(jié)螺母上下可再加一鎖緊螺母，以鎖定零位。推拉芯桿(8)固定于敏感膜片(1)中心處，將隨(1)一起在外部壓力作用下發(fā)生變位。(9)為振弦(鎢絲)基板，振弦將先在基板上固定初調(diào)，然后做為一個組合部件，安裝到器壁上。基板為非磁性金屬板，具有與振弦材料相近的溫度線膨脹系數(shù)。在基板正面固定振弦，在基板背面中點處有固定柄。(10)為振弦(鎢絲)墊片，為絕緣的剛性薄片，可采用陶瓷片或表面經(jīng)陽極氧化處理的鋁片。(11)為一根振弦，本實例中為鎢釷錸合金絲，簡稱細鎢絲。(12)為鎢絲端片，為不銹鋼薄片或鈹青銅薄片，鎢絲經(jīng)熔接點焊或銀焊(釬焊)焊接到端片(12)上。(13)為振弦鎢絲中點加固片，鎢絲的中點被焊固在此加固片上。(14)為推拉杈片，它一端與中點加固片相連，另一端有分開的邊齒條，二齒條間的空隙的寬度略大于推拉芯桿(8)的直徑，兩個齒條分別卡在推拉芯桿(8)的兩邊。當調(diào)節(jié)螺母(7)從上下擰緊夾住推拉杈片(14)時，推拉杈片(14)和基板(9)的固定柄和基板中點皆距測壓敏感膜片(1)同等距離。由于推拉芯桿(8)和測壓計器壁(2)，測壓敏感膜片(1)皆為由同一塊合金鋼材加工出來的整體的不同部分，溫度脹縮不會使推拉杈片(14)相對于基板(9)的固定柄發(fā)生位移，即不會使振弦自振頻率發(fā)生變化。但當測壓敏感膜片(1)在分布流體壓力作用下，膜片中心部位相對于周邊固支的器壁產(chǎn)生撓曲變位(或叫撓度)時，推拉芯桿(8)將隨同它一起變位，從而經(jīng)過推拉杈片(14)帶動中點加固片(13)，上半段振弦的張力將降低，其自振頻率也因而降低，下半段振弦的張力將提高，而其自振頻率也將提高。兩者的頻率差將隨被測流體壓力之增大而增大。在儀器組裝時用調(diào)節(jié)螺母(7)可將兩者頻率差調(diào)定為某一特定值(如1KHz)，為與被測壓力零荷載相應的初讀數(shù)。(15)為振弦鎢絲壓片，亦為絕緣剛性片，其上有光孔，供穿過固定螺釘用。(16)或(21)為電工純鐵制成的極靴，與釹鐵硼永磁塊(17)或(22)和純鐵磁極(18)或(23)一起，構(gòu)成帶氣隙(19)或(24)的永磁回路。振弦鎢絲應安裝在磁極尖端氣隙的中心。(20)或(25)為固定板，由青銅制成，以固定住磁極，保持極間有微小氣隙，便于安放振弦。如圖5所示，由導磁純鐵極靴(16)，兩塊永磁(17)，兩塊純鐵磁極(18)和固定板(20)構(gòu)成的永磁組合件將固定于基板(9)的下半段。而由純鐵極靴(21)兩塊永磁(22)，兩塊純鐵磁極(23)和固定板(25)構(gòu)成的另一組永磁組合件則將固定于同一基板(9)的上半段。下半段永磁組合件的磁氣隙(19)的中心縱軸線和上半段永磁組合件的磁氣隙(24)的中心縱軸線應皆與振弦(11)重合。
本實用新型具有以下優(yōu)點1、傳感器屬調(diào)頻轉(zhuǎn)換方式，不需外加模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，即可輸出數(shù)字信號，辨別精度高，遙傳畸變小。
2、傳感敏感元件為鎢絲，熔點高，強度大，穩(wěn)定性好；可測高溫(如火焰、噴氣推進器射流)流場的壓力。
3、鎢絲差動工作，接點為熔接焊，故零點漂移小，可測長周期靜壓應力起伏。(如地球巖石圈固體潮觀測，地震前兆巖體應力起伏觀測，高壩壩體及基礎壓應力觀測。)
圖1為原理示意框圖，顯示金屬絲振弦，永久磁場和電子放大器由反饋回路構(gòu)成機械——電子耦合振蕩器，并且利用已有計頻(含差頻)數(shù)字處理與顯示技術給出欲測壓力值。
圖2和3分別為壓力計的A－A剖視圖和去蓋平面圖。
圖4和5分別為振弦組件和永磁組件的局部放大圖。
附圖符號說明1——敏感膜片2——測壓計器壁3——測壓計容器蓋4——電纜引出線管5——放大器6——壓固環(huán)7——調(diào)節(jié)螺母8——推拉芯桿9——振弦基板10——振弦墊片11——振弦12——振弦端片13——振弦中點加固片14——推拉杈片
15——振弦壓片16(21)——純鐵極靴17(22)——永磁鐵塊18(23)——純鐵磁極19(24)——磁氣隙20(25)——固定板
權(quán)利要求1.一種調(diào)頻型測壓計，有測壓敏感膜片(1)，測壓計器壁(2)和測量測壓敏感膜片(1)的撓曲變位的裝置，其特征在于測壓敏感膜片(1)經(jīng)推拉芯桿(8)、推拉杈片(14)、振弦中點加固片(13)剛固地連接于振弦中點，撓曲變位測量裝置包括帶固定柄的振弦基板(9)、純鐵極靴(16)和(21)、永磁鐵塊(17)和(22)、純鐵磁極(18)和(23)與雙通道放大集成片(5)，振弦中點加固片(13)隨測壓敏感膜片(1)受外加壓力而同步地變位將分別升高和降低下半段弦和上半段弦自振切割磁氣隙(19)和(24)中磁力線的頻率，亦即由之產(chǎn)生的交變電信號的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的調(diào)頻型測壓計，其特征在于振弦基板(9)的固定柄支承面、推拉杈片(14)與調(diào)節(jié)螺母(7)的接觸面、振弦中點三者皆位于與敏感膜片(1)平行的同一平面內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的調(diào)頻型測壓計，其特征在于振弦(11)是中點焊有加固片(13)的鎢錸合金絲。
4.如權(quán)利要求3所述的調(diào)頻型測壓計，其特征在于振弦(11)的下半段與由純鐵極靴(16)、永磁鐵塊(17)、純鐵磁極(18)和磁氣隙(19)構(gòu)成的磁回路的氣隙中心縱軸線重合，而同一振弦(11)的上半段則與由純鐵極靴(21)、永磁鐵塊(22)、純鐵磁極(23)所構(gòu)成的磁回路的磁氣隙(24)的中心縱軸線重合。
專利摘要一種調(diào)頻型測壓計，可用來測定流體壓強和建筑物基礎壓應力，亦可用來測定由扁金屬液囊轉(zhuǎn)傳過來的巖石、混凝土與土體中的壓應力。本實用新型永磁間隙中的鎢弦的自振頻率受測壓敏感膜片撓度調(diào)制，輸出為調(diào)頻信號，故不會因遙傳而失真。鎢弦相對于基板和測壓計敏感膜片采用熔接焊連接與差動補償措施，可抵消溫度誤差，減少零點漂移。本實用新型能實時給出在線測定的壓力的數(shù)字信息。
文檔編號G01N13/04GK2134645SQ92231070
公開日1993年5月26日 申請日期1992年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月25日
發(fā)明者孫厚鈞, 宋傳琳, 王文海 申請人:孫厚鈞