一種平衡式氣體壓力測壓方法與裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及氣體壓力檢測領域，特別是一種氣體壓力檢測儀器儀表，能夠提高大 范圍氣體壓力的檢測分辨率。
【背景技術】
[0002] 壓力是工業生產中的重要參數。在生產過程中，壓力會直接影響產品的質量和生 產效率。如果高壓容器的壓力超過額定值時，就會對生產人員和設備造成安全隱患。目 前，用來測量氣體壓力的工業自動化測量儀表按工作原理可分為液柱式、彈性式、負荷式和 電測式等類型，特點分別如下；液壓式壓力測量儀是W-定高度的液柱所產生的壓力，與 被測壓力相平衡的原理測量壓力的，該種測量儀表的靈敏度較高，但存在量程受液柱高度 限制、測壓范圍小、讀數不方便等問題，且測量結果常需要進行溫度和重力加速度等方面的 修正；彈性式壓力測量儀表是利用各種不同形狀的彈性元件，在壓力下產生變形的原理制 成的壓力測量儀表，在使用彈性式壓力測量儀表時，儀表活動部件之間存在摩擦，產生誤 差；負荷式壓力測量儀表是直接按壓力的定義制作的，常見的有活塞式壓力計、浮球式壓力 計和鐘罩式壓力計，該類壓力計雖然測量誤差很小，但結構復雜，成本較高；電測式壓力測 量儀表是利用金屬或半導體的物理特性，直接將壓力轉換為電壓、電流信號或頻率信號輸 出，或是通過電阻應變片等將彈性體的形變轉換為電壓、電流信號輸出，但輸出信號小，造 成測壓的范圍較小。總之，現有的該些氣體壓力測量儀表要么測壓范圍小，要么測量范圍較 大時靈敏度卻不高，即測量分辨率不高，有些壓力測量儀表雖然分辨率較高，但不適用于大 范圍的壓力檢測，結構又復雜。

【發明內容】

[0003] 本發明為克服上述現有氣體壓力測量儀表的不足，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壓方法與裝置，在提高壓力檢測范圍的同時也 提高檢測分辨率。
[0004] 本發明所提出的一種平衡式氣體壓力測壓裝置采用的技術方案是；包括豎直主管 道，在豎直主管道側壁上連接與豎直主管道相垂直且內腔均與豎直主管道相通的1號泄壓 管道、2號泄壓管道、3號泄壓管道該=個泄壓管道和一個支路管道，=個泄壓管道從上至 下等距布置且內徑依次增大，豎直主管道頂部連接氣體壓力發生裝置、底部直接連通3號 泄壓管道；每個泄壓管道上均設有一個管道閥口，每個管道閥口均連接一個步進電機；所 述支路管道同軸連接玻璃管左端，玻璃管右端連接待測氣體進壓口，玻璃管水平放置且兩 端比中間部分細，玻璃管中間部分管道內有一個小球，小球外徑與玻璃管中間部管道內徑 相等且小球可左右運動；在玻璃管正上方設有CCD圖像傳感器，所述氣體壓力發生器、CCD 圖像傳感器W及=個所述步進電機均與控制器相接。
[0005] 本發明所提出的平衡式氣體壓力測壓裝置的氣體壓力測壓方法采用的技術方案 是包括W下步驟： A、 打開氣體壓力發生器產生氣體，氣體經豎直主管道、支路管道從玻璃管左端通入，待 測氣體經進壓口從玻璃管右端通入； B、CCD圖像傳感器對小球的位置進行拍攝，并將圖片傳送至控制器，控制器將此圖片信 息與預先處理的小球位于玻璃管正中屯、線處的圖片信息進行比較，根據小球球屯、所在位置 的不同，從下至上依序地控制相應的步進電機帶動相應的管道閥口進行泄壓，直至小球位 于正中屯、線處時停止泄壓； C、 將壓力發生器產生的氣壓減去步進電機作用后泄出的總體壓力值，得到待測氣壓 值。
[0006] 進一步地，步驟C中，步進電機作用后泄出的總體壓力值的求取方法是： 1) 通過標定裝置獲知步進電機轉動度數與泄壓管道泄壓量的關系，所述標定裝置包括 控制器、氣體壓力發生裝置、豎直主管道、=個測壓管道、=個氣體壓力表、=個泄壓管道及 每個泄壓管道上對應的一個管道閥口和一個步進電機，每個測壓管道均連接一個氣體壓力 表；豎直主管道頂端與氣體壓力發生裝置相通，豎直主管道側壁上由最底部向上等距地布 置有=個泄壓管道和分別與=個泄壓管道處于同一高度的一一對應的=個測壓管道，每個 測壓管道和對應的泄壓管道的內、外徑均相同； 2) 打開氣體壓力發生裝置產生氣壓，打開=個氣體壓力表中的其一個氣體壓力表，顯 示測量值A;:，只驅動與該氣體壓力表對應的一個步進電機運轉1圈360°，此時測量出第 一個氣壓值，將所述測量值巧C減去第一個氣壓值則得到該步進電機轉動1圈對應的泄壓 管道的泄壓量，再驅動該步進電機再運轉1圈并測量出第二個氣壓值，將所述測量值減 去第二個氣壓值則得到該步進電機轉動2圈對應的泄壓管道的泄壓量，如此重復得到該步 進電機轉動n圈對應的氣壓變化值，該樣就獲得n個氣壓變化值樣本數據，n大于30 ; 3) 分別將S個步進電機轉動n圈對應的氣壓變化值樣本數據用于BP網絡訓練， 分別由訓練好的BP神經網絡模型得到1號步進電機、2號步進電機、3號步進電機的轉 動度數與對應的1號泄壓管道、2號泄壓管道、3號泄壓管道的泄壓量變化關系分別是： 與V二/(少.二/巧J.-斬=/(扶），爵是3個步進電機的步進角度； 4) 將變化關系式保存在控制器中，控制器根據1號步進電機、2號步進電機、3號步進電 機的轉動度數巧.替資；和對應的泄壓量變化關系式計算出步進電機作用后泄出的總 體壓力值是；每S+鄒2 .卸}。
[0007] 進一步，步驟B包括W下步驟， 1) CCD圖像傳感器對小球位置進行拍攝后，將拍攝的小球正中屯、線所在像素點b列與 預先處理的小球位于玻璃管正中屯、線所在像素點a列進行比較，得到兩個像素點之間的像 素點個數; 2) 若x= 0，則氣體壓力產生裝置產生的氣壓值就是待測氣體的氣壓值，否則，驅動3 號步進電機轉動1圈； 3) CCD圖像傳感器對小球位置進行拍攝，檢測小球正中屯、線所在像素點bl列，計算出 jd=M-a;若jd>0,再驅動3號步進電機轉動1圈，若jd= 0,則執行步驟C，若jd<0,驅 動3號步進電機反向轉動1圈； 4) 驅動2號步進電機正向轉動1圈，CCD圖像傳感器對小球位置進行拍攝，檢測小球 正中屯、線所在像素點b2列，計算出jd2 = &2-S，若jd2>0，則再驅動2號步進電機正向轉動 1圈，若放=0,則執行步驟C，若*2<0,則驅動2號步進電機反向轉動1圈； 5) 驅動1號步進電機4正向轉動1圈，CCD圖像傳感器對小球位置進行拍攝，檢測小 球正中屯、線所在像素點b3列，計算出凹二巧-心，若:c3>0,再驅動1號步進電機正向轉動 1圈，否則執行步驟C。
[000引本發明與已有方法和裝置相比，具有如下優點： 1、本發明采用氣體壓力發生裝置能提供較大范圍的標準氣壓，從而能夠增大氣壓檢測 范圍。
[0009] 2、本發明基于零位式平衡測量原理，采用步進電機帶動S種不同通量的調節閥口 進行泄壓，實現對標準氣壓粗調、中調、微調=種不同調節，進而提高氣壓檢測的分辨率。
[0010] 3、本發明利用CCD圖像傳感器拍攝小球處于玻璃管中的照片，并結合圖像處理技 術判斷小球是否位于玻璃管中屯、線處，CPU控制電機調節泄壓閥口，從而實現氣壓的非接觸 式測量。
[0011] 4、本發明根據步進電機帶動閥口旋轉角度與泄壓量兩者之間存在的關系，利用人 工神經網絡技術進行數據擬合，得出兩者之間的函數模型，繼而可W根據該函數模型計算 出不同閥口旋轉角度的泄壓量，實現待測氣體壓力值的精確測量。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明平衡式氣體壓力測壓裝置的整體結構示意圖； 圖2為圖1中管道閥口的內部結構放大圖； 圖3為圖1所示氣體壓力測壓裝置的電氣結構框圖； 圖4為本發明氣體壓力測壓裝置在測壓之前對氣壓粗調、中調、微調的標定裝置示意 圖； 圖5為圖1所示本發明氣體壓力測壓方法的流程圖； 附圖中各部件的序號和名稱；1、控制器；2、氣體壓力發生器；3、水平支架；4、1號步進 電機；5、1號步進電機轉軸；6、1號管道閥口；7、1號泄壓管道；8、1號管道水平支撐架；9、2 號步進電機；1〇、2號步進電機轉軸；11、2號管道閥口；12、2號泄壓管道；13、2號管道水平 支撐架；14、3號步進電機；15、3號步進電機轉軸；16、3號管道閥口；17、3號泄壓管道；18、 水平底座；19、加固=角支架；20、豎直支架；21、抱輸的螺栓和螺母；22、抱輸；23、壓力發生 裝置的氣壓管道；24、連接法蘭；25、豎直主管道；2