压力测量装置及压力测量系统的制作方法

1.本发明涉及压力测量领域，尤其涉及一种压力测量装置及压力测量系统。


背景技术：

2.管道流体输送系统常见于工业生产、科学研究和日常生活当中，广泛应用在热工、电力、建筑、给排水、采暖通风、自控等诸多行业，其中，管道或者说流体压力测量不仅是一种实施流体介质(例如油、水、气)计量的手段，对压力进行检测和控制也是保障正常生产以及设备安全运行的必要措施。
3.目前，在管道压力测量领域，普遍采用接触式压敏元件作为压力测量的核心器件。但是，由于此类传感器件适合接触的介质通常仅限于几种特定材料，其介质兼容性受到很大制约，在许多应用场合容易造成腐蚀性损坏，特别是在某些复杂的腐蚀条件下，压敏元件的寿命甚至会低于半年，从而导致高昂的使用和维护成本。
4.同时，由于接触式传感器件需要与待测介质直接接触，在待测介质温度过高的情况下，必须进行降温测量，其中大多采用充灌液传压，然而，该方法仍不可避免地受制于充灌液介质自身的耐温极限。在这种管道压力测量系统中，如何有效提高其测量高温介质的能力，依现有技术，尚无理想解决方案。
5.此外，对于压敏元件来说，需要在弹性范围内确保有效的信号输出，接触式测量很容易因过载而造成该压敏元件损坏。
6.随着测压技术的发展，目前市场上也逐渐出现了非接触式测压设备，但现有的非接触式测压设备通常在使用时需要进行现场安装、调试和标定，由此增加了人力物力成本。另外，现有的非接触式测压设备，例如非介入式超声管道测压系统，还存在着以下不足之处：对于测量不同管材、管径的管道压力，适应能力差；低压测量误差大；温度、流速波动对测量准确度影响大。


技术实现要素：

7.因此，本发明的目的在于，提出一种改进的压力测量装置及压力测量系统，能够适应于不同应用场合，并确保测量结果的准确性、稳定性和精密度。
8.具体而言，本技术提出一种压力测量装置，其包括：受压部，所述受压部包括与待测流体介质相接触的承压元件；测压部，所述测压部包括与所述承压元件分开设置且与待测流体介质相隔离的信号采集元件。所述信号采集元件包括位移传感器，该位移传感器感测所述承压元件基于流体介质压力而产生的形变信号；所述承压元件适于通过可拆式连接机构安装在测量接口处。
9.在本发明中，所说“分开设置”应理解为：承压元件和信号采集元件不形成一体的构件或者结构单元，二者可以分开/分别进行制造和装配，但并非必然地意味着在该压力测量装置中承压元件与信号采集元件在空间上保有间距地分离布置；重要的是，承压元件与待测流体介质接触，信号采集元件(如位移传感器)与待测流体介质相隔离，即不与之接触。
10.按照本发明，摒弃了现有技术中所使用的接触式压敏元件，而设置独立的承压元件，采取以位移传感器感测承压元件形变信号的方式，形成一种特殊的非接触式测压装置。于是，一方面，敏感的传感器件不与待测介质相接触，从而免于经受介质的压力和/或温度载荷以及腐蚀等化学作用；另一方面，引入独立的承压元件(其与待测介质相接触)，该承压元件相对于传感器件分开设置，并且能够可拆卸地安装在测量接口处，也就是说，该承压元件亦不属于传输管路本身的固设部件，从而允许针对不同材料特性、不同工作温度、不同压力级别的待测流体介质进行适配设计，由此可达到已知接触式和非接触式测压设备所无法比拟的适应能力，确保测量结果的准确性、稳定性和精密度。
11.有利的是，所述承压元件为纯机械构件，所述可拆式连接机构包括法兰部件。由此，承压元件可以方便地通过机加工制得，并且在测量现场将其借助法兰部件以机械方式简单地装配连接即可，而无需专业人员进行复杂的现场组装、调试和标定。特别优选地，法兰部件设计为标准法兰，如标准管法兰，从而有利于装置的标准化生产制造及其标准化配套使用。在此，所述承压元件与法兰部件作为分别承担测量和连接功能的构件，出于设计、制造和使用成本等方面综合考虑，它们可以采用相同材料制成、也可采用不同材料制成，可以采用一体式结构、也可采用分体式结构。
12.根据本发明的一个实施例，所述承压元件构造为管段，所述位移传感器设置为用于从管段圆周侧感测基于所述管段内部的流体介质压力而产生的形变信号。
13.对此适宜的是，所述可拆式连接机构包括设置在所述管段两端的连接法兰，所述连接法兰与所述管段固定连接或者成一体构造。
14.根据本发明的另一实施例，所述承压元件构造为板片，所述位移传感器设置为从板片一个侧面感测基于板片另一侧面的流体介质压力而产生的形变信号。
15.对此适宜的是，所述可拆式连接机构包括形成于所述板片周边侧的连接法兰，所述连接法兰与所述板片固定连接或者成一体构造。
16.进一步，所述位移传感器为纳米级高精度位移传感器。依此，该位移传感器分辨精度可达到1纳米，从而可实现对承压元件形变量、进而对管道或者说流体介质压力的高精度测量。例如，该位移传感器可以是电感式位移传感器、电容式位移传感器、光电式位移传感器、超声波式位移传感器、基于光谱共焦原理的纳米位移计等。
17.视测量现场需要及设备条件而定，所述位移传感器可以为接触式位移传感器或者非接触式位移传感器，本发明在此方面并无限制。
18.进一步，所述测压部包括与所述位移传感器相连接的信号处理单元，该信号处理单元对位移传感器感测到的形变信号进行处理并生成表征压力大小的可读输出信号。
19.进一步，所述测压部还包括与所述信号处理单元相连接的温度传感器，该温度传感器实时感测所述承压元件的温度信号，所述信号处理单元在处理所述形变信号和/或生成所述可读输出信号时附加考虑所述温度信号。借此可以补偿由温度变化引起的压力测量误差。
20.所述温度传感器可以是接触式温度传感器，也可以是非接触式温度传感器。作为接触式温度传感器，例如可以采用热电阻、热电偶等。优选的是，在此采用非接触式温度传感器，例如红外线温度传感器，因而可实现非接触温度信号采集，便于依据现场条件适当地配置测压设备。
21.在此，所述位移传感器和/或温度传感器与信号处理单元之间的“连接”主要是指传输信号的连接，形式上可以是无线连接，也可以是有线连接，本发明在此方面并无限制。
22.适宜的是，所述信号处理单元与所述位移传感器和/或所述温度传感器形成一个结构组件，从而实现装置的集成化、小型化，便于装配和使用。
23.有利的是，所述承压元件构造为能够依据待测流体介质材料特性和/或压力级别确定的系列标准件。这样，本发明的压力测量装置使用方便，例如针对某一承压元件标准件，装置生产方标定之后，便可直接将其用于不同管路的测压，无须进行现场适配或调整；本发明的压力测量装置应用广泛，装置用户方可针对不同应用场合和条件(如高/低压、腐蚀性/非腐蚀性等等)匹配选择适用的某一承压元件标准件。在此，可以基于承压件材料特性(例如弹性模量、强度)、结构尺寸等来形成和设置承压元件标准系列，并结合测压部各部件(信号处理单元、位移传感器、温度传感器)来标定整个测量装置，这些工作均适宜在装置生产方由专业技术人员/专业调试设备完成，有利于在制造源头做好品控，从而面向用户提供一种能够真正实现“即装即用”的高精密压力测量装置产品。
24.另一方面，本技术还提出一种压力测量系统，用于测量在管道内传输的流体介质的压力，该压力测量系统包括：如前所述的压力测量装置，以及管道上预设的测量接口。所述压力测量装置的受压部包括依据压力测量系统中的流体介质材料特性和/或压力级别匹配选择的承压元件，该承压元件通过可拆式连接机构安装在所述管道的测量接口处。
25.有利的是，所述管道的测量接口构造有与所述可拆式连接机构相配的接头，通过所述可拆式连接机构和所述接头在所述压力测量装置的受压部与所述管道之间形成可拆卸的装配连接部。依此，压力测量装置一方的可拆式连接机构优选包括法兰部件，例如构造在管段(即承压元件)两端的标准管法兰或者与板片(即承压元件)一起构成的标准盲板法兰，管道一方的接头相应地采用与之配合的标准管法兰。
26.根据本发明第一方面提供的压力测量装置的特征和优点同样适用于本发明第二方面提供的压力测量系统。特别是，由于本发明的压力测量装置(尤其承压元件)在生产厂家独立设计、独立制造和标定，因此，可以为用户提供整体配套的压力测量装置成品，在测量现场直接安装使用，省却了现场调整试的诸多不便，避免了因现场作业质量难以把控而带来的不确定性，从而，在提升装置适应能力的情况下，确保压力测量的准确性、稳定性和精密度。
附图说明
27.在附图中示出了本发明的示例性实施例。本文所公开的实施例和附图应被视作说明性的，而非限制性的。另外值得注意的是，为了图示清楚起见，在附图中对于部分结构细节并不是按照实际比例绘制的。
28.图1是按照本发明一种实施形式的压力测量装置及相应压力测量系统的结构示意图；
29.图2是按照本发明另一实施形式的压力测量装置及相应压力测量系统的结构示意图。
具体实施方式
30.下文的描述用于阐释本发明的技术方案，以便本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明精神和范围的其他技术方案。同时，值得注意的是，文中结合某一实施例描述的特征、结构或特性并不一定限于该特定的实施方式，也不表示与其他实施方式互斥，在本领域技术人员的能力范围内，可以考虑实现不同实施例中各个特征的不同组合方式。
31.在申请文本中，术语“包括”/“包含”和“具有”以及它们的任何变换措辞，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备并不局限于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。在本技术的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系而言的，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不意味着相应的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。另外，术语“一”应理解为“至少一个”或者“一个或多个”，即在某一实施例中，某一元件的数量可以为一个，而在另一实施例中，该元件的数量可以为多个，也就是说，术语“一”不能理解为对数量的限制。
32.除非另有限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)，均具有与本领域普通技术人员通常理解相同的含义，并可依据它们在相关技术描述上下文中的语境作具体解释。
33.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
34.一方面，本技术提出一种压力测量装置，如图1和图2所示，其包括受压部1，所述受压部1包括与待测流体介质相接触的承压元件1a；测压部2，所述测压部包括与所述承压元件分开设置且与待测流体介质相隔离的信号采集元件。其中，所述信号采集元件包括位移传感器3，该位移传感器感测所述承压元件基于流体介质压力而产生的形变信号；所述承压元件适于通过可拆式连接机构1b安装在测量接口处。
35.根据本发明的一个实施例(参见图1)，所述承压元件1a构造为管段，所述位移传感器3设置为用于从管段圆周侧感测基于所述管段内部的流体介质压力而产生的形变信号。对此适宜的是，所述可拆式连接机构1b包括设置在所述管段两端的连接法兰，所述连接法兰与所述管段固定连接或者成一体构造。
36.根据本发明的另一实施例(参见图2)，所述承压元件1a构造为板片，所述位移传感器3设置为从板片一个侧面感测基于板片另一侧面的流体介质压力而产生的形变信号。对此适宜的是，所述可拆式连接机构1b包括形成于所述板片周边侧的连接法兰，所述连接法兰与所述板片固定连接或者成一体构造。
37.为达到所需测量精度，所述位移传感器3优选为纳米级高精度位移传感器。
38.在本发明的框架下，所述位移传感器3可以是接触式位移传感器，也可以是非接触式位移传感器。
39.进一步，所述测压部2包括与所述位移传感器相连接的信号处理单元5，该信号处
理单元对位移传感器感测到的形变信号进行处理并生成表征压力大小的可读输出信号。所述测压部2还包括与所述信号处理单元5相连接的温度传感器4，该温度传感器实时感测所述承压元件1a的温度信号，所述信号处理单元5在处理所述形变信号和/或生成所述可读输出信号时附加考虑所述温度信号，依此进行相应校正，用以补偿温度变化引起的压力测量误差。
40.所述温度传感器4可以是接触式温度传感器(如热电阻、热电偶)，也可以是非接触式温度传感器(如红外线温度传感器)，本发明在此方面并无限制。
41.特别有利的是，所述信号处理单元5与所述位移传感器3和/或所述温度传感器4形成一个结构组件。
42.按照本发明，有利的是，所述承压元件1a构造为能够依据待测流体介质材料特性和/或压力级别确定的系列标准件。
43.另一方面，本技术还提出一种压力测量系统，用于测量在管道内传输的流体介质的压力，该压力测量系统包括：如前所述的压力测量装置10，管道20上预设的测量接口。其中，所述压力测量装置的受压部1包括依据压力测量系统中的流体介质材料特性和/或压力级别匹配选择的承压元件1a，该承压元件通过可拆式连接机构1b安装在所述管道的测量接口处。
44.有利的是，所述管道的测量接口构造有与所述可拆式连接机构1b相配的接头，通过所述可拆式连接机构1b和所述接头在所述压力测量装置的受压部1与所述管道之间形成可拆卸的装配连接部。
45.当然，在本发明的范围内，压力测量装置一方的可拆式连接机构与管道一方的接头之间也可以采用其他适宜的连接方式或结构，例如螺纹接合、卡扣接合等。
46.按照图1所示的压力测量系统，其形成一种高精度非接触式管道压力测量系统，用于测量在管道20内传输的流体介质的压力，主要由管道式测量构件、高精度位移传感器、温度传感器以及信号处理单元组成，特别是包括本发明提出的压力测量装置10。该压力测量装置的受压部1包括承压元件1a和可拆式连接机构1b，承压元件1a具体构造为管段，可拆式连接机构1b则包括设置在所述管段两端的连接法兰。该压力测量装置的测压部2包括位移传感器3、温度传感器4以及信号处理单元5。管道20可以是流体主传输管路，也可以是分支管路，该管道上构造有匹配于管段两端连接法兰的法兰盘，形成可夹持安装整个受压部1的测量接口。
47.按照图2所示的压力测量系统，其同样形成一种高精度非接触式管道压力测量系统，用于测量在管道20内传输的流体介质的压力，主要由法兰式测量构件、高精度位移传感器、温度传感器以及信号处理单元组成，特别是包括本发明提出的压力测量装置10。该压力测量装置的受压部1包括承压元件1a和可拆式连接机构1b，承压元件1a具体构造为板片，可拆式连接机构1b则与该板片一体构造，形成一个盲板法兰。该压力测量装置的测压部2包括位移传感器3、温度传感器4以及信号处理单元5。管道20构成为从流体主传输管路分接出来的管端，该管道上构造有匹配于所述盲板法兰的法兰盘，形成可支承安装整个受压部1的测量接口。
48.在本发明压力测量系统的上述两种实施例中，均是设置独立的承压元件，采取以位移传感器感测承压元件形变信号的方式，形成一种特殊的非接触式测压装置。鉴于材料
变形量与材料强度、材料机械尺寸、受力大小有关，故而采用一种精密加工的管道式测量构件(“管段”)或法兰式测量构件(盲板法兰形成“板片”)作为承压元件；在所说管道式测量构件或法兰式测量构件上以接触或者非接触方式连接一高精度位移传感器，例如针对50mm的公称通径，该位移传感器测量精度可达1nm；同时由于材料强度/材料变形量与材料当前温度相关，故在所说管道式测量构件或法兰式测量构件上以接触或者非接触方式连接一温度传感器，用于将实时感测的温度信号传输至信号处理单元，以补偿由温度引起的测量误差；通过读取高精度位移传感器及温度传感器返回值，经信号处理单元对由温度、震动等噪声信号进行处理和转换后，生成标准的工业信号，如模拟量输出信号及各种总线数字输出信号，亦即表征压力大小的可读输出信号。与现有技术相比，本发明的压力测量系统可以应用在更多测量场合，具有寿命长、易维护的特点。
49.以上描述仅为本技术的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。