[發(fā)明專利]一種聲速實時標定的液體壓力計及壓力測量方法

有效

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• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN103512700A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李燕華;楊遠超;王金庫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01L11/06
• 分類號: G01L11/06
• 代理公司: 北京思創(chuàng)畢升專利事務(wù)所 11218
• 代理人: 劉明華

1.一種聲速實時標定的液體壓力計，其特征在于：

所述液體壓力計包括高度測量系統(tǒng)，聲速測量系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)（16）、液控系統(tǒng)（17）以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（8）；

所述高度測量系統(tǒng)和聲速測量系統(tǒng)分別包括一組U形管：高度測量U形管（2）和聲速測量U形管（1），兩組U形管中均充入液體，且兩組U形管內(nèi)的液體是連通的；所述高度測量系統(tǒng)用于測量超聲波在液體中的渡越時間并根據(jù)所述聲速測量系統(tǒng)測得的聲速計算得到液柱的高度；所述聲速測量系統(tǒng)通過測量液位高度變化量以及液位高度變化時間量而得到實時的聲速；

所述聲速測量系統(tǒng)包括液位高度變化測量模塊以及液位高度變化時間測量模塊；

所述液位高度變化測量模塊包括兩套激光干涉儀（4），兩套液位高度跟蹤裝置和兩套光學鏡組；所述光學鏡組分別設(shè)置在所述液位高度跟蹤裝置內(nèi)和光線路徑中，所述液位高度跟蹤裝置懸浮設(shè)置在所述聲速測量U形管（1）內(nèi)的液體中而實現(xiàn)不同壓力下液位高度的實時跟蹤，所述激光干涉儀（4）和所述的光學鏡組實現(xiàn)不同壓力下液位高度變化量△L的測量；

所述液位高度變化時間測量模塊包括兩組超聲晶片（15）和超聲干涉儀（9）；所述兩組超聲晶片（15）分別設(shè)置在所述聲速測量U形管（1）兩臂的底端，所述超聲干涉儀（9）與所述超聲晶片（15）通過測量一定頻率2MHz～10MHz的超聲波在液體中的渡越時間而得到液位變化的時間變化量△T；

所述聲速測量系統(tǒng)通過測量液位變化的時間變化量△T和由于壓力變化導致的液位高度變化量△L，并通過所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（8）而實時地得到超聲波在液體介質(zhì)中的聲速C；

所述高度測量系統(tǒng)包括一組高度測量U形管（2）、兩組超聲晶片（15）和超聲干涉儀（9）；所述兩組超聲晶片（15）分別設(shè)置在所述高度測量U形管（2）兩臂的底端，所述超聲干涉儀（9）與所述超聲晶片（15）通過測量不同壓力下超聲波在液體中的渡越時間并通過所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（8）依據(jù)所述聲速測量系統(tǒng)測得的聲速而計算得到不同壓力所引起的液柱高度的變化從而得到最終壓力值；

所述氣控系統(tǒng)（16）用于控制所述各組U形管兩端的壓力；氣控系統(tǒng)（16）包括控制機柜、控制閥門管路、泵組和一組監(jiān)視儀表；所述泵組用于兩組U形管中參考端的抽空以及氣體壓力的抽出；所述控制閥門管路連接著所述高度測量系統(tǒng)和所述聲速測量系統(tǒng)的氣路，實現(xiàn)它們之間的關(guān)斷、連通以及壓力大小的調(diào)節(jié)；所述控制機柜實現(xiàn)對所述控制閥門管路和所述泵組的控制；

所述液控系統(tǒng)（17）包括真空儲油罐（1701），U形管間連接液路以及閥門，用于所述U形管內(nèi)液體的注入以及U形管各臂之間的液路連接的通和斷；

所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（8）包括計算機以及開關(guān)控制器（22）；所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（8）利用開關(guān)控制器（22）實現(xiàn)不同通道數(shù)據(jù)的讀取，并根據(jù)所述聲速測量系統(tǒng)輸入的液位變化的時間變化量△T和液位高度變化量△L，得到超聲波在液體介質(zhì)中的聲速C，后根據(jù)所述高度測量系統(tǒng)所測得的不同壓力下超聲波在液體中的渡越時間得到U形管內(nèi)液柱的高度差，最終得到所測的壓力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲速實時標定的液體壓力計，其特征在于：

所述液位高度跟蹤裝置置于所述的聲速測量系統(tǒng)中的聲速測量U形管（1）內(nèi)的液體中，且其結(jié)構(gòu)為浮子（3），包括浮筒（12）、角錐鏡固定架（13）、浮耳組和導軌；所述浮耳組設(shè)置在浮筒（12）的上表面外側(cè)，且一個浮耳內(nèi)設(shè)置有導軌軸承，所述導軌穿過該所述浮耳內(nèi)的軸承；所述角錐鏡固定架（13）用于固定所述光學鏡組（10，11）中的角錐鏡（10）并被固定在所述浮筒（12）內(nèi)的中心位置；所述浮子（3）懸浮在液體中，并隨著液面的上下變化而自由的上下運動，且不會有水平位移。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聲速實時標定的液體壓力計，其特征在于：

所述高度測量系統(tǒng)和聲速測量系統(tǒng)所包括的高度測量U形管（2）和聲速測量U形管（1）各包括2根不銹鋼管；所述兩根不銹鋼管呈高低錯落布置；4根所述不銹鋼管等長度；且所述聲速測量U形管（1）和高度測量U形管（2）中高管和低管之間的高度差范圍是200mm-800mm；

4根所述不銹鋼管構(gòu)成2組U型壓力計，其中所述聲速測量U形管（1）用于聲速的測量，另一高度測量U形管（2）用于測量超聲波在液體中的渡越時間，每組U形管的高低管之間以及兩個U型管之間分別相連，并通過閥門控制各組U形管高低管之間的開關(guān)以及兩組U形管之間的通斷。