专利名称：钟罩式微压计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量微小气压的计量器具。
目前，要精确测量几十帕至二百帕的微小气压压力仍然是一个尚待解决的问题，现在较为流行的是液柱式微压计，利用液柱的自重产生的压力与被测压力平衡的原理工作的，公式P＝ρgh中的密度ρ和水柱高度h不容易精确测量，从而影响了它的精度，而且读数较为困难；活塞式压力计是利用帕斯卡定理用砝码去平衡压力与活塞有效面积的积，但在微压领域它无能为力；目前随着半导体工艺的进步，出现了微压传感器，体积小、精度高的特点，但价格昂贵、过载能力差，可靠性比较差等，所以一般不能作为标准的计量器具。
本实用新型的目的是提供一种钟罩式微压计，它结构简单，价格便宜，测量精度较高，灵敏度高，性能可靠，制作容易，价格便宜，可以作为一种标准的测量器具。
木实用新型是通过如下技术方案来实现的它包括测力机构和钟罩机构，钟罩机构包括装有水的水槽、装有导压接头的导气管和悬浮在水槽里面的钟罩，带导压接头导气管的一端安装在水槽的底端，导气管的另一端置于钟罩的空腔里面，钟罩机构通过连接件与测力机构相连接。
上述所述的测力机构可以是包括传感器、放大器、A/D转换器，所述的连接件是固定在钟罩顶端的钟罩座，钟罩座与传感器相连接，传感器与传感器固定板相连接。
上述所述的测力机构可以是是一个天平机构，天平机构包括横梁、平衡锤和砝码盘，平衡锤和砝码盘分别安装在横梁的两端，所述的连接件是固定在钟罩的顶端的支杆，支杆铰接在横梁上。
上述所述的测力机构是一个天平机构，天平机构包括横梁、平衡锤和砝码盘，平衡锤和砝码盘分别安装在横梁的两端，所述的钟罩机构是由两个完全相同的两个钟罩机构组成，所述的连接件是固定在水槽顶部上的支杆，支杆铰接在铰接在横梁上。
本实用新型的钟罩微压计与现有技术相比具有如下优点1)读数准确，传统的液柱式微压计由于液面是一个凹面或凸面，所以靠人眼读数不够准确；而本实用新型可以准确地从测力机构中读数；2)由于测量是通过简单的机械来实现，工作可靠，不怕过载；3)由于不涉及摩擦力，所以灵敏度非常高，可以作为一种标准的测量器具；4)制作工艺简单，价格低廉，5)可以测量正压，负压和差压，使用方便；B)最重要的是它摆脱了水的密度ρ和浸入深度h的影响；6)当采用两个钟罩机构时，由于结构对称，水的表面张力和和浸润容器壁造成的“附着”成对出现且相互抵消；所以测量的准确度特别高。
以下结合附图对本实用新型做详细说明
图1是本实用新型的结构原理图；图2是本实用新型的结构分析图；图3是本实用新型的一种实施结构示意图；图4是本实用新型的另一种实施的结构示意图；图5是本实用新型的双钟罩微压计的结构原理图。
如图1所示，本实用新型包括测力机构，其特征在于它还包括钟罩机构，钟罩机构包括装有水的水槽(4)、装有导压接头(5)的导气管(6)和悬浮在水槽(4)里面的钟罩(7)，带导压接头(5)导气管的一端安装在水槽(4)的底端，导气管的另一端置于钟罩(7)的正下方，钟罩机构通过连接件(10)与测力机构相连接。
如图2所示，下面对上述单钟罩微压计的原理性能作具体的分析如图1所示，图中力F为测力装置作用于钟罩的力，P0为大气压力，因测表压，故认为P0＝0；P为通入钟罩内的被测压力；h为钟罩浸入水中的初始深度(即当P0＝0时)；△h1为加压后钟罩内水面下降的高度；△h2为加压后钟罩外水面上升的高度；S1为钟罩内腔的截面积；S2为钟罩与水槽之间的环形面积；S3为钟罩壁的截面积；ρ为水的密度；m为钟罩的质量，g为重力加速度；当钟罩内通入压力p后，平衡时合力为零，可得如下方程∑F＝mg-ρ·g·(h+△h2)·S3-P·S1-F＝0即F＝mg-ρ·g·h·S3-ρ·g·△h2·S3-P·S1……<1>
又因为液体体积不变，故△h1/△h2＝S2/S1即△h2＝S1÷(S1+S2)×(△h2+△h1)……<2>
又根据U形管原理P＝ρ·g·(△h2+△h1)得到△h2+△h1＝P/(ρ·g)……<3>
将<3>式代入<2>式得
△h2＝S1/(S1+S2)×P/(ρ·g)……<4>
将<4>式代入<1>式得F＝mg-ρ·g·h·S3-P·S1·(S1+S2+S3)/(S1+S2)又因为S＝S1+S2+S3则F＝mg-ρ·g·h·S3-P·S1·S/(S1+S2)……<5>
对该钟罩机构的性能作分析如下A)力F的第一项mg在同一测试地点是固定不变的，可以通过调零预予平衡；B)力F的第二项含两个变量，其中h会随水份的蒸发而减小，但其变化的速度可以忽略不计；另一个变量ρ受水温的影响而变化，但由于第二项数值在F中的比例很小，所以与液柱式气压计相比，ρ的影响已经大大减小；C)力F的第三项是被测压力与有效面积的乘积，由于有效面积取决于结构的尺寸，是一个常数，所以测量效果有良好的线性关系；D)力F中不含摩擦力的因素，这就决定了它有极高的灵敏度和分辨率；E)由于质量和加速度的测量已作到相当精确，所以通过对力的测量来求气压P的大小容易达到较高的精度。经过实验，单钟罩微压计的量程为0～200帕，精度可以达到0.5级，分辨率可达0.1帕，对于一般的单位已经可以满足要求。
实施例1如图3所示，本实用新型的测力机构包括传感器(1)、放大器(2)、A/D转换器(3)，所述的连接件(10)是固定在钟罩(7)顶端的钟罩座(8)，钟罩座(8)与传感器(1)相连接，传感器(1)与传感器固定板(9)相连接。
实施例2如图4所示，测力机构是一个天平机构，天平机构包括横梁(12)、平衡锤(13)和砝码盘(14)，平衡锤(13)和砝码盘(14)分别安装在横梁(12)的两端，所述的钟罩机构是由两个完全相同的两个钟罩机构组成，所述的连接件(10)是固定在水槽(4)顶部上的支杆(15)，支杆(15)铰接在铰接在横梁(12)上。
如图5所示，将两个完全相同的钟罩机构置于天平横梁的两端，并用砝码和平衡锤调节平衡，当向两个钟罩机构分别导入两个气压P1和P2，若P1不等于P2，横梁将失去平衡，通过增减砝码可以重新达到平衡，这时会得到力矩平衡方程式∑M＝m2·g·L2+m1·g·L1-[p1·s1+ρ·g·(h+△h)·S3]·L1-m1’·g·L1’+[p2·s1’+ρ·g·(h+△h)·S3’]·L1’＝0由于结构对称可以将上式简化为(P1-P2)·S1·L1＝m2·g·L2得到如下方程P1-P2＝m2·g·L2/(S1·L1)如果P2为大气压，即P2＝P0＝0
则P1＝m2·g·L2/(S1·L1)可见被测压力与砝码质量有良好的线性关系，而且与水的密度ρ和浸入深度h无关。
下面对双钟罩微压计进行分析A)可以测量正压，负压和差压，使用方便；B)它除了具有单钟罩的所有优点之外，最重要的是它摆脱了水的密度ρ和浸入深度h的影响；C)由于结构对称，水的表面张力和和浸润容器壁造成的“附着”成对出现且相互抵消；所以测量的准确度很高，可以作为标准量具。
权利要求1.钟罩式微压计，包括测力机构，其特征在于它还包括钟罩机构，钟罩机构包括装有水的水槽(4)、装有导压接头(5)的导气管(6)和悬浮在水槽(4)里面的钟罩(7)，带导压接头(5)导气管的一端安装在水槽(4)的底端，导气管的另一端置于钟罩(7)的空腔里面，钟罩机构通过连接件(10)与测力机构相连接。
2.根据权利要求1所述钟罩式微压计，其特征在于测力机构包括传感器(1)、放大器(2)、A/D转换器(3)，所述的连接件(10)是固定在钟罩(7)顶端的钟罩座(8)，钟罩座(8)与传感器(1)相连接，传感器(1)与传感器固定板(9)相连接。
3.根据权利要求1所述的钟罩式微压计，其特征在于测力机构是一个天平机构，天平机构包括横梁(12)、平衡锤(13)和砝码盘(14)，平衡锤(13)和砝码盘(14)分别安装在横梁(12)的两端，所述的连接件(10)是固定在钟罩(7)的顶端的支杆(15)，支杆(15)铰接在横梁(12)上。
4.根据权利要求1所述的钟罩式微压计，其特征在于测力机构是一个天平机构，天平机构包括横梁(12)、平衡锤(13)和砝码盘(14)，平衡锤(13)和砝码盘(14)分别安装在横梁(12)的两端，所述的钟罩机构是由两个完全相同的两个钟罩机构组成，所述的连接件(10)是固定在水槽(4)顶部上的支杆(15)，支杆(15)铰接在铰接在横梁(12)上。
专利摘要钟罩式微压计的主要特点是钟罩机构来测量微压,钟罩机构包括装有水的水槽(4)、装有导压接头(5)的导气管(6)和悬浮在水槽(4)里面钟罩(7),带导压接头(5)导气管的一端安装在水槽(4)的底端,导气管的另一端置于钟罩(7)的正下方,本实用新型具有读数准确,工作可靠,不怕过载,精度、灵敏度非常高,可以作为一种标准的测量器具特点。
文档编号G01L13/00GK2395264SQ9924057
公开日2000年9月6日 申请日期1999年10月21日 优先权日1999年10月21日
发明者傅冠西 申请人:傅冠西