基于温度补偿的超声测距液体压力计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种液体压力计，尤其涉及一种带有声速实时标定功能的液体压 力计，本发明涉及的一种声速实时标定的液体压力计的实际名称为（0-10) kPa微压液体压 力基准。
【背景技术】
[0002] 由于高准确度的液体压力计可以直接溯源至基本量而被各国家计量机构广泛作 为气压段以下的国家压力基准。在我国，在IOkPa以下的微小压力段，一直以来都没有建立 相应的基标准装置。（0-10)kPa微压液体压力基准的建立将完善我国的压力基标准体系，填 补我国此量程段压力基标准的空白，解决此量程段全国压力标准的溯源难题。
[0003] 针对我国现有的压力基标准的建立情况，在IOkPa的绝压测量上一直都是空白， 为了填补IOkPa以下我国压力基准的空白，完善我国的基标准体系，满足日益增加的压力 溯源及传递的要求以及提升我国CMC能力，我们提出了本申请，旨在通过建立一套（0-10) kPa微压段的液体压力测量系统和方法，同时实现表压、绝压和差压的测量，填补我国微压 压力基准的空白，进一步完善我国现有的压力基标准体系，更好的为国民经济服务。
[0004] (0-10)kPa微压液体压力基准基于流体静力平衡原理和流体静力平衡方程，即 P = P gh，通过精确测量液体密度P、当地重力加速度g和液柱高度差h而得到被测压 力值。其中当地的重力加速度由我院力学处重力加速度室在2011年10月测得，其值为 9.801260m/s 2,其测量不确定度为0. lppm。液体密度由我院密度室测得，其测量不确定度为 5. 8ppm，液体的高度差通过测量穿过液柱的超声波从发射到接收的时间，采用超声干涉的 方法，利用超外差接器、正交相敏探测器和门控积分器精确测量由于液柱高度的变化导致 的相位的变化，其声时的测量不确定度为0. 3ns，相应的高度测量不确定度约为0. 6um。微 压液体压力基准的不确定度为〇. 003%。
[0005] 现有技术中，中国专利CN2247804Y提供了一种超声波数字化微压差计，其特点如 下：
[0006] 1)采用蒸馏水为工作介质。
[0007] 由于水的室温饱和蒸汽压很高（约为2000Pa)，只适合表压的测量，不适合绝压的 测量。
[0008] 2)采用标准管来标定声速。
[0009] 现有技术通过预先测量的标准管的长度作为实际超声波的渡越距离。实际上，超 声波的渡越距离与标准管的长度相差很大，主要是由于：超声晶片是通过粘合剂粘帖在固 定板上的，因此超声晶片发射的超声波也要穿越一定厚度的粘合剂，而粘合剂的厚度很难 测量；另外超声传感器须通过氟橡胶O型圈或聚四氟垫片与标准管密封连接，而压紧时这 种形式的密封垫片都会有形变，因此导致实际上超声波标准管的长度根本无法精确测量 (测量误差大于1_)，所以严格来讲，标准管的长度虽然能够精确测量，但它的长度并不是 超声波穿越此标准管的真实距离。因此用这种方式标定的声速具有较大的测量误差。
[0010] 3)未采用温度稳定措施。
[0011] 由于液体中的声速对温度非常敏感，每0. 1°C温度变化会带来大约0. 03%的声速 的变化，因此如果没有均匀和稳定的温场，液柱的高度测量会有很大误差。 【实用新型内容】
[0012] 为了解决现有技术中的液体压力计无法测量绝压和无法作为基标准精确测量压 力的问题，本实用新型提供了一种基于温度补偿的超声测距液体压力计。
[0013] 本实用新型提供了一种基于温度补偿的超声测距液体压力计，包括U形管、超声 测量系统、温度补偿系统、计算终端；所述U形管包括标准管和测量管，所述超声测量系统 包括声速超声换能器、高度超声换能器、精密测时装置、数据采集和处理系统，所述数据采 集和处理系统与所述计算终端相连；所述声速超声换能器设置在标准管的侧部，所述高度 超声换能器设置在测量管的底部；所述温度补偿系统包括与所述U形管相连的温度测量仪 和设置在所述U形管内侧的保温层，所述温度测量仪的另一端连接所述计算终端，，所述温 度补偿系统的测温电路包括前置放大电路和单片机A/D转换、显示、控制、软件非线性校正 部分。
[0014] 优选地，所述超声测量系统包括超声发射电路和超声接收电路。
[0015] 优选地，所述超声发射电路包括单片控制系统、多谐振荡器、驱动放大电路。
[0016] 优选地，所述超声接收电路包括三级回波放大电路和电压比较整流电路。
[0017] 优选地，所述声速超声换能器依次连接所述精密测时装置、所述数据采集和处理 系统、所述计算终端。
[0018] 优选地，所述高度超声换能器依次连接所述精密测时装置、所述数据采集和处理 系统、所述计算终端。
[0019] 优选地，所述温度补偿系统使用PT100铂电阻温度计在测距前采集现场的温度， 计算出声速。
[0020] 本实用新型带来的有益效果如下：
[0021] (1)本发明采用U型高低管落差布局，由于U型高低管中的两支单管之间存在落 差，因此测量P = P gh的压力时，只需令两支单管中的液面落差达到l/2h即可。因此，使得 单管高度减小了一半，解决了超声波在液体介质中特别是油介质中信号衰减较大的难题， 使得超声接收信号的信噪比大大提高。
[0022] (2)本发明对U形内侧设置了保温层，保证了垂直温场的稳定性，有效地减少了温 度变化带来了误差。
【附图说明】
[0023] 图1是本实用新型提供的基于温度补偿的超声测距液体压力计的结构图；
[0024] 图2是超声超声发射电路图示；
[0025] 图3是超声接收电路图示；
[0026] 1、计算终端2、标准管3、测量管4、声速超声换能器
[0027] 5、高度超声换能器6、精密测时装置7、数据采集和处理系统
[0028] 8、温度测量仪9、保温层10、单片控制系统11、多谐振荡器
[0029] 12、驱动放大电路13、三级回波放大电路14、电压比较整流电路
【具体实施方式】
[0030] 为了对本实用新型进行更好地说明，下面结合本实用新型的附图对该压力计的构 成及工作原理进行介绍。
[0031] 本实用新型提供了一种基于温度补偿的超声测距液体压力计，包括U形管、超声 测量系统、温度补偿系统、计算终端；所述U形管包括标准管2和测量管3。
[0032] 所述超声测量系统包括声速超声换能器4、高度超声换能器5、精密测时装置6、数 据采集和处理系统7。所述声速超声换能器4和所述高度超声换能器5是接收和发射超声 波信号的关键部件，既可以将电能转化为高频声能，也可以将声能转化为电能。所述声速超 声换能器4和所述高度超声换能器5是基于某些晶体的压电效应来实现