一种平衡式气体压力测压方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及气体压力检测领域，特别是一种气体压力检测仪器仪表，能够提高大 范围气体压力的检测分辨率。
【背景技术】
[0002] 压力是工业生产中的重要参数。在生产过程中，压力会直接影响产品的质量和生 产效率。如果高压容器的压力超过额定值时，就会对生产人员和设备造成安全隐患。目 前，用来测量气体压力的工业自动化测量仪表按工作原理可分为液柱式、弹性式、负荷式和 电测式等类型，特点分别如下；液压式压力测量仪是W-定高度的液柱所产生的压力，与 被测压力相平衡的原理测量压力的，该种测量仪表的灵敏度较高，但存在量程受液柱高度 限制、测压范围小、读数不方便等问题，且测量结果常需要进行温度和重力加速度等方面的 修正；弹性式压力测量仪表是利用各种不同形状的弹性元件，在压力下产生变形的原理制 成的压力测量仪表，在使用弹性式压力测量仪表时，仪表活动部件之间存在摩擦，产生误 差；负荷式压力测量仪表是直接按压力的定义制作的，常见的有活塞式压力计、浮球式压力 计和钟罩式压力计，该类压力计虽然测量误差很小，但结构复杂，成本较高；电测式压力测 量仪表是利用金属或半导体的物理特性，直接将压力转换为电压、电流信号或频率信号输 出，或是通过电阻应变片等将弹性体的形变转换为电压、电流信号输出，但输出信号小，造 成测压的范围较小。总之，现有的该些气体压力测量仪表要么测压范围小，要么测量范围较 大时灵敏度却不高，即测量分辨率不高，有些压力测量仪表虽然分辨率较高，但不适用于大 范围的压力检测，结构又复杂。
【发明内容】
[0003] 本发明为克服上述现有气体压力测量仪表的不足，利用零位平衡原理，提出一种 较大范围和较高分辨率的平衡式气体压力测压方法与装置，在提高压力检测范围的同时也 提高检测分辨率。
[0004] 本发明所提出的一种平衡式气体压力测压装置采用的技术方案是；包括竖直主管 道，在竖直主管道侧壁上连接与竖直主管道相垂直且内腔均与竖直主管道相通的1号泄压 管道、2号泄压管道、3号泄压管道该=个泄压管道和一个支路管道，=个泄压管道从上至 下等距布置且内径依次增大，竖直主管道顶部连接气体压力发生装置、底部直接连通3号 泄压管道；每个泄压管道上均设有一个管道阀口，每个管道阀口均连接一个步进电机；所 述支路管道同轴连接玻璃管左端，玻璃管右端连接待测气体进压口，玻璃管水平放置且两 端比中间部分细，玻璃管中间部分管道内有一个小球，小球外径与玻璃管中间部管道内径 相等且小球可左右运动；在玻璃管正上方设有CCD图像传感器，所述气体压力发生器、CCD 图像传感器W及=个所述步进电机均与控制器相接。
[0005] 本发明所提出的平衡式气体压力测压装置的气体压力测压方法采用的技术方案 是包括W下步骤： A、 打开气体压力发生器产生气体，气体经竖直主管道、支路管道从玻璃管左端通入，待 测气体经进压口从玻璃管右端通入； B、CCD图像传感器对小球的位置进行拍摄，并将图片传送至控制器，控制器将此图片信 息与预先处理的小球位于玻璃管正中屯、线处的图片信息进行比较，根据小球球屯、所在位置 的不同，从下至上依序地控制相应的步进电机带动相应的管道阀口进行泄压，直至小球位 于正中屯、线处时停止泄压； C、 将压力发生器产生的气压减去步进电机作用后泄出的总体压力值，得到待测气压 值。
[0006] 进一步地，步骤C中，步进电机作用后泄出的总体压力值的求取方法是： 1) 通过标定装置获知步进电机转动度数与泄压管道泄压量的关系，所述标定装置包括 控制器、气体压力发生装置、竖直主管道、=个测压管道、=个气体压力表、=个泄压管道及 每个泄压管道上对应的一个管道阀口和一个步进电机，每个测压管道均连接一个气体压力 表；竖直主管道顶端与气体压力发生装置相通，竖直主管道侧壁上由最底部向上等距地布 置有=个泄压管道和分别与=个泄压管道处于同一高度的一一对应的=个测压管道，每个 测压管道和对应的泄压管道的内、外径均相同； 2) 打开气体压力发生装置产生气压，打开=个气体压力表中的其一个气体压力表，显 示测量值A;:，只驱动与该气体压力表对应的一个步进电机运转1圈360°，此时测量出第 一个气压值，将所述测量值巧C减去第一个气压值则得到该步进电机转动1圈对应的泄压 管道的泄压量，再驱动该步进电机再运转1圈并测量出第二个气压值，将所述测量值减 去第二个气压值则得到该步进电机转动2圈对应的泄压管道的泄压量，如此重复得到该步 进电机转动n圈对应的气压变化值，该样就获得n个气压变化值样本数据，n大于30 ; 3) 分别将S个步进电机转动n圈对应的气压变化值样本数据用于BP网络训练， 分别由训练好的BP神经网络模型得到1号步进电机、2号步进电机、3号步进电机的转 动度数与对应的1号泄压管道、2号泄压管道、3号泄压管道的泄压量变化关系分别是： 与V二/(少.二/巧J.-斬=/(扶），爵是3个步进电机的步进角度； 4) 将变化关系式保存在控制器中，控制器根据1号步进电机、2号步进电机、3号步进电 机的转动度数巧.替資；和对应的泄压量变化关系式计算出步进电机作用后泄出的总 体压力值是；每S+邹2 .卸}。
[0007] 进一步，步骤B包括W下步骤， 1) CCD图像传感器对小球位置进行拍摄后，将拍摄的小球正中屯、线所在像素点b列与 预先处理的小球位于玻璃管正中屯、线所在像素点a列进行比较，得到两个像素点之间的像 素点个数; 2) 若x= 0，则气体压力产生装置产生的气压值就是待测气体的气压值，否则，驱动3 号步进电机转动1圈； 3) CCD图像传感器对小球位置进行拍摄，检测小球正中屯、线所在像素点bl列，计算出 jd=M-a;若jd>0,再驱动3号步进电机转动1圈，若jd= 0,则执行步骤C，若jd<0,驱 动3号步进电机反向转动1圈； 4) 驱动2号步进电机正向转动1圈，CCD图像传感器对小球位置进行拍摄，检测小球 正中屯、线所在像素点b2列，计算出jd2 = &2-S，若jd2>0，则再驱动2号步进电机正向转动 1圈，若放=0,则执行步骤C，若*2<0,则驱动2号步进电机反向转动1圈； 5) 驱动1号步进电机4正向转动1圈，CCD图像传感器对小球位置进行拍摄，检测小 球正中屯、线所在像素点b3列，计算出凹二巧-心，若:c3>0,再驱动1号步进电机正向转动 1圈，否则执行步骤C。
[000引本发明与已有方法和装置相比，具有如下优点： 1、本发明采用气体压力发生装置能提供较大范围的标准气压，从而能够增大气压检测 范围。
[0009] 2、本发明基于零位式平衡测量原理，采用步进电机带动S种不同通量的调节阀口 进行泄压，实现对标准气压粗调、中调、微调=种不同调节，进而提高气压检测的分辨率。
[0010] 3、本发明利用CCD图像传感器拍摄小球处于玻璃管中的照片，并结合图像处理技 术判断小球是否位于玻璃管中屯、线处，CPU控制电机调节泄压阀口，从而实现气压的非接触 式测量。
[0011] 4、本发明根据步进电机带动阀口旋转角度与泄压量两者之间存在的关系，利用人 工神经网络技术进行数据拟合，得出两者之间的函数模型，继而可W根据该函数模型计算 出不同阀口旋转角度的泄压量，实现待测气体压力值的精确测量。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明平衡式气体压力测压装置的整体结构示意图； 图2为图1中管道阀口的内部结构放大图； 图3为图1所示气体压力测压装置的电气结构框图； 图4为本发明气体压力测压装置在测压之前对气压粗调、中调、微调的标定装置示意 图； 图5为图1所示本发明气体压力测压方法的流程图； 附图中各部件的序号和名称；1、控制器；2、气体压力发生器；3、水平支架；4、1号步进 电机；5、1号步进电机转轴；6、1号管道阀口；7、1号泄压管道；8、1号管道水平支撑架；9、2 号步进电机；1〇、2号步进电机转轴；11、2号管道阀口；12、2号泄压管道；13、2号管道水平 支撑架；14、3号步进电机；15、3号步进电机转轴；16、3号管道阀口；17、3号泄压管道；18、 水平底座；19、加固=角支架；20、竖直支架；21、抱输的螺栓和螺母；22、抱输；23、压力发生 装置的气压管道；24、连接法兰；25、竖直主管道；2