一种高精度气动压力变送器的制作方法

本发明涉及压力变送装置技术领域，具体涉及一种高精度气动压力变送器，主要应用于盾构机气动保压系统。

背景技术：

盾构掘进机是集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，在钢体外壳的保护下，通过刀盘切削土体进行地下隧道掘进的专用工程机械，具有施工速度快、安全性好、地面沉降小等优点，目前已被广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。盾构机在施工过程中保持掌子面的稳定特别重要，如果掌子面出现失稳现象，就会出现塌方或者冒泡撑破掌子面等危险。保压系统是盾构机主要构成系统之一，压力变送器是保压系统中至关重要的一环，起到实时监测舱内压力并转换成标准信号(20-100kpa)反馈给控制系统的功能。传统意义的压力变送器是通过连接在膜盒法兰上的毛细管来传导测量压力，然后经过转换单元，转变为标准信号(20-100kpa)输出。这种压力变送器的缺点主要为以下几点：在元件组装方面，压力变送器安装毛细管的过程非常繁琐，需要的辅助元件比较多；在现场安装方面，由于毛细管的存在，压力变送器会占用很大的安装空间；在安全防护方面，由于压力变送器的毛细管很长也很脆弱，在现场复杂的环境下，保护起来很困难，非常容易造成毛细管的损坏。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高精度气动压力变送器。本发明的技术方案为：

一种高精度气动压力变送器，包括测量单元和转换单元；所述测量单元包括膜盒法兰，所述膜盒法兰上部连接连接柱，所述连接柱内开设有供压力传导介质通过的通孔；

所述转换单元包括波登管、主轴、喷嘴挡板和继动器，所述波登管一端与所述连接柱连接，并且所述波登管与所述通孔相通；所述波登管的另一端与所述主轴的一端连接，所述主轴的另一端与所述喷嘴挡板的一端连接，所述喷嘴挡板的另一端与所述继动器连接。

进一步地，所述膜盒法兰和所述连接柱通过过渡法兰连接。

进一步地，所述连接柱和所述波登管通过腰形法兰连接。

进一步地，所述膜盒法兰和所述过渡法兰之间以及所述波登管和所述腰形法兰之间设有密封圈。

进一步地，所述连接柱的高度为120～130mm。

进一步地，所述通孔的内径为6mm。

进一步地，所述压力变送器还包括反馈波纹管和量程杆组件，所述反馈波纹管的气路与所述继动器连接，所述反馈波纹管的机械部分与所述量程杆组件连接，所述量程杆组件与所述主轴连接。

本发明的压力变送器的工作原理为：膜盒法兰测得的现场压力参数通过连接柱内部的压力传导介质比如硅油传输到波登管，波登管产生形变，当波登管发生形变时，这种形变力矩转换成相应的扭矩作用在主轴上，控制主轴摆动，从而在喷嘴挡板的喷嘴和挡板之间产生间距的变化，喷嘴背压正比于挡板的动作变化，此背压经继动器转变后作为输出，传递给控制系统。

本发明的有益效果在于：

1)本发明通过模块化设计思路，精简内部构造，从而呈现一体化的外型，整体更为美观；

2)不同于冗长的毛细管设计，本发明采用内部设有通孔的连接柱来传输被测压力参数，具有精度高的优点，并且在组配压力变送器时更为便捷，生产压力变送器的效率更高；

3)本发明的压力变送器为一体结构，不需要太大的安装空间，而且不用考虑毛细管的保护措施。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的转换单元的内部结构示意图；

图3为本发明的连接柱两侧的连接示意图；

图4为本发明的连接柱两侧的连接法兰的结构示意图，其中图3-1为腰形法兰，图3-2为过渡法兰；

图5为本发明的工作原理图；

图1～5中，1-转换单元，2-膜盒法兰，3-连接柱，4-通孔，5-腰形法兰，6-过渡法兰，7-波登管，8-主轴，9-刻度盘，10-继动器，11-调零弹簧，12-调零旋钮，13-平衡弹簧，14-反馈波纹管，15-安装底板，16-气路板，17-喷嘴，18-挡板，19-量程杆，20-调量程螺钉，21-密封圈。

注：上图中所有尺寸的单位为mm。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1～4所示，本发明具体实施例提供一种高精度气动压力变送器的结构示意图，整个变送器的高度约为240mm。其结构包括测量单元和转换单元1；所述测量单元包括膜盒法兰2，所述膜盒法兰2上部通过过渡法兰6连接连接柱3，所述连接柱3内开设有供硅油通过的通孔4。连接柱3的高度为124mm，其通孔的内径为6mm。

所述转换单元1包括安装底板15、设在所述安装底板15上的主轴8、喷嘴挡板、继动器10、反馈波纹管14和量程杆组件，以及设在所述安装底板15外侧的波登管7，所述安装底板15上设有波登管7，所述波登管7一端通过腰形法兰5与所述连接柱3连接，并且所述波登管7与所述通孔4相通；所述波登管7的另一端通过一个拉轴与所述主轴8的一端连接，所述主轴8的另一端与所述喷嘴挡板的一端连接，所述喷嘴挡板的另一端与所述继动器10连接。所述主轴8还与所述量程杆组件连接，所述量程杆组件与所述反馈波纹管14的机械部分连接，两者之间还设有调零弹簧11，调零弹簧11主要是负责反馈波纹管14的高度和量程杆组件之间的平衡过程，所述调零弹簧11底部设有调零旋钮12。所述喷嘴挡板由喷嘴17和挡板18组成。所述量程杆组件包括刻度盘9、量程杆19和调量程螺钉20，所述刻度盘9固定在所述安装底板15上，所述量程杆19通过所述调量程螺钉20与所述主轴8连接，所述量程杆19可沿所述刻度盘9上刻度的弧度摆动。所述继动器10的输出气源与所述反馈波纹管14的气路相通。所述转换单元1还设有气路板16，所述气路板16用于给所述喷嘴17和所述反馈波纹管14提供气压。

所述过渡法兰6和所述腰形法兰5通过氩弧焊技术焊接在所述连接柱3上，所述膜盒法兰2和所述过渡法兰6之间以及所述波登管7和所述腰形法兰5之间设有径向密封的o形密封圈21，并用四个内六角螺钉固定，最后将螺钉点焊。连接柱及与其焊接的法兰组件全部是金属材料，内部没有易损元件，使得压力变送器在使用过程中更加安全可靠，且不用维修。在制作时，首先在连接柱中间开的通孔，其次将腰形法兰和过渡法兰按照对应的角度分装在连接柱两侧，最后使用氩弧焊把接缝处堆焊起来，使其达到密封硅油的要求。图3具体公开了本实施例的连接柱及与其焊接的法兰组件的结构和尺寸示意图。图4具体公开了两种法兰组件的结构和尺寸示意图。

所述腰形法兰5与转换部分1的波登管7相连，两者之间同样设置了径向密封的o形密封圈，并用二个外六方螺钉固定，最后将螺钉点焊。

因为连接柱及与其焊接的法兰组件无需维修，所以将连接处的固定螺钉进行了点焊，不仅可以消除由现场管道抖动导致的螺钉松动，还可以防止工人误操作导致的硅油泄露。

本发明具体实施例的压力变送器的工作原理如图5所示，膜盒法兰测得的现场压力参数通过连接柱内部的硅油传输到波登管，波登管产生形变，当波登管发生形变时，这种形变力矩转换成相应的扭矩作用在主轴上，控制主轴摆动，从而在喷嘴挡板的喷嘴和挡板之间产生间距的变化，喷嘴背压正比于挡板的动作变化，此背压经继动器转变后作为输出，传递给控制系统。同时，该输出压力又被送入反馈波纹管转换成机械力，该力通过量程杆作用在主轴上，从而构成抵消输入(扭矩)的负反馈，使输出达到平衡。

综上，本发明具体实施例公开的压力变送器具有以下优点：

1)通过模块化设计思路，精简内部构造，从而呈现一体化的外型，整体更为美观；

2)不同于冗长的毛细管设计，本发明采用内部设有通孔的连接柱来传输被测压力参数，具有精度高的优点，并且在组配压力变送器时更为便捷，生产压力变送器的效率更高；

3)一体化的压力变送器，内部传导连接柱与波登管连接，硅油控制波登管的形变，被测压力的硅油充灌的更少，可以节约部分成本。

4)一体化的压力变送器，在现场安装时，不需要太大的安装空间，而且不用考虑毛细管的保护措施。

5)测量单元的密封形式，采取了o型圈和氩弧焊相结合的方法，大大提升了压力变送器的密封性能。

6)本发明除了可以应用于盾构机的气动保压系统，其中压力变送器的主要功能是负责测量现场压力参数和转换传递，与控制系统配合使用，此外，本发明还可以应用于化工、电厂等现场需要压力测量的场合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。