[其他]精密測量封閉容器內高壓流體壓力的系統

無效

• 申請號: 85104145
• 申請日: 1985-05-31
• 公開（公告）號: CN85104145A
• 公開（公告）日: 1986-11-05
• 發明（設計）人: 何志邁;張于峰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00;G01D5/12
• 代理公司: 天津大學專利代理事務所
• 代理人: 諸凱,曹玉平

本發明屬于對密閉系統內任何高壓流體的壓力進行測量的裝置。

測量封閉容器內流體的壓力，為了保證被測流體的純度，防止泄漏，所以壓力的測量一般都是采用間接的方法，即利用敏感元件間接反映封閉容器中的壓力信號。這種測量裝置的量測精度及范圍受到儀表本身的限制，采用活塞式壓力計比較精確，但測得的壓力值都是整數。國外有的采用在活塞上附加小砝碼的方法，此法的缺點是：（a）反復倒換小砝碼極不方便;（b）附加的小砝碼的重心不可能通過活塞柱的軸心，因而產生側壓力和附加磨擦力，使活塞式壓力臺損傷，精度下降;（c）砝碼質量折算的壓力值誤差較大。此外影響測量精度的另一個原因是敏感元件的靈敏度。一般國內外采用的敏感元件都是電容壓力傳感器，它需要配備電容電橋二次儀表，不但傳感器本身結構復雜，靈敏度也較低。例如日本慶應義塾大學熱物性研究室P、V、T（壓力，比容，溫度）裝置上的測壓系統的技術指標為：

測量范圍????0-100????bar

精度????±0.014????bar（見參考文獻1）

法國（BelleVue）高壓實驗室P.V.T實驗裝置上的測試方法及壓力傳感器，結構復雜，精度也較低。（見參考文獻2）

為了克服上述測量方法的不足，本發明主要采用了靈敏度較高的電極式薄膜傳感器做為敏感元件，并采用將壓力分為整數與小數分別測取的方法，為此，設計了耐高壓的U型管水銀壓差計。從而提高了測壓精度，并使敏感元件結構簡單，容易加工，靈敏度高。

圖1為該系統的工作原理圖。內裝流體的封閉容器實驗塊1，電極式薄膜傳感器2，10，閥門3，4，氣體平衡箱5，6，高壓氣源及電磁閥門7，壓力表8，活塞式壓力計9，耐高壓的U型管水銀壓差計11，微量調節泵12，放氣閥13，汞位指示器14。

圖2為電極式薄膜傳感器結構示意圖。金屬電極1，壓環2，薄膜電極3，金屬密封墊4，進氣孔5，6，上蓋7，下蓋8，電極導體9。

圖3為耐高壓的水銀壓差計結構示意圖。不銹鋼U型管1，汞位指示器2，該指示器包括磁芯浮子3，差動線圈4，水銀5，撥動開關6，指示儀表7。

該測壓系統工作原理如下所述（見圖1）：將內裝流體的封閉容器實驗塊1與電極式薄膜傳感器2連接，開啟閥門3，4及氣體平衡箱閥門5，6，開啟高壓氣源電磁閥門7，向系統充氣以達和流體的壓力相平衡。粗壓力變化可由壓力表8指示，根據壓力表指示，在活塞式壓力計9上增減相應的砝碼數，然后利用微量調節泵12，將薄膜傳感器2中的薄膜電極精密調節至平衡位置，這時流體壓力與氣源壓力平衡。關閉閥門4，通過充放氣閥7、13，調節系統內氣體壓力使電極式薄膜傳感器10中的薄膜電極處于平衡位置，這時活塞壓力計上砝碼重量即為流體壓力的整數部分。〔此薄膜傳感器10的加入是為了消除活塞壓力計內油柱產生的壓力偏差，同時薄膜同活塞底柱處于同一水平線上）壓力的小數部分，即為耐高壓的U型水銀壓差計11內水銀柱高差，可由貢位指示器讀出。

電極式薄膜傳感器工作原理如下所述（見圖2）：流體的壓力通過進氣孔5作用在薄膜電極3的下端，高壓氣源的壓力通過進氣孔6作用在薄膜電極3的上端。薄膜電極3與壓環2間裝有金屬密封墊4，并由壓環2壓緊，下蓋8與壓環用螺紋連接。壓環2可由導電體或非導電體制成，導電體壓環與金屬電極1之間用高溫膠粘接而成，同時高溫膠形成絕緣層。非導電體壓環與金屬電極1用螺紋連接而成。這種連接方法可隨時調節感應精度。根據薄膜厚度不同，金屬電極1與薄膜電極3之間的間隙可隨意調整，間隙的大小，直接反映了該傳感器的靈敏度。非金屬膜與金屬電極接觸的一側，鍍有導電性極好的金屬，從而構成薄膜電極。當進行壓力精密調節時，首先利用充、放氣閥（圖1中的7、13）將薄膜電極3粗調至有信號輸出的狀態，即薄膜電極3產生形變，與金屬電極1相接觸，經過與金屬電極1相連的電極導體9傳出電信號。（電極導體與上蓋之間有絕緣體）然后利用微量調節泵（圖1中的12）將薄膜電極3精調至剛剛脫離金屬電極1的狀態。此時流體壓力與高壓氣源的壓力相平衡。此種電極式薄膜傳感器僅起單向感應作用，其工作原理也適用于雙面感應，雙面感應膜體可進行雙面控制調節。為了分別與高壓氣源和被測流體連接，本裝置的上、下蓋裝有接口，上、下蓋7、8由螺栓連接固定。薄膜可由金屬或非金屬制成。電極式薄膜傳感器技術指標為：

靈敏度 ＜10mmH₂O

正遷移????5bar

負遷移 2×10^-2mmHg真空

膜體耐壓????150bar