專利名稱：風壓干擾排除方法及其所用裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于壓力測量系統的風壓干擾排除方法及其所用裝置。
工業上所用的壓力值大多為表壓，負壓(真空度)。在表壓和負壓測量過程中都以當地大氣壓力作為基準壓力。例如用微差壓變送器測量微壓時，其測量膜片兩側的兩個差壓室，一個接被測壓力，另一個直接通大氣。這樣的測量系統在無風時測量結果是正常的，但當刮風氣流或人為氣流形成的風壓疊加在大氣壓力上通入變送器時，就使測量結果中附加了風壓干擾成份。例如某一被測壓力值為40Pa(帕斯卡)，遇到50Pa的風壓干擾時，測量結果顯示-10Pa，可見造成50Pa的測量誤差，并且本來是正壓，卻顯示為負壓。風力越大測量誤差越大，測量范圍越小，測量結果失真越嚴重，而且風壓波動還使測量輸出信號隨之波動。上述風壓干擾引起的測量誤差，失真及波動經常被誤認為是生產過程不正常，影響產品質量和產量，造成事故。風壓波動還使測量儀表經常工作在測量過渡過程中難以進入穩定狀態，導致儀表使用壽命縮短，可靠性下降。
上述風壓干擾及其影響是應用廣泛的壓力測量中普遍存在的嚴重問題，但現有技術對該問題的存在及該風壓干擾進入測量系統途徑的認識不夠明確，或認為風壓干擾無法克服，實際也未見到效果明顯的抑制方法或裝置。通常見到的是僅為抑制實際上原因不明的輸出信號波動使用阻尼器阻尼，該方法雖對輸出信號波動有一定的抑制作用，但對上述提及的風壓干擾引起的測量誤差及失真不起作用。
本發明的目的是提供一種能夠排除風壓干擾影響使壓力測量結果真實、準確，并能有效地抑制測量系統輸出信號波動的風壓干擾排除方法及其所用裝置。
本發明的風壓干擾排除方法借助于一種風壓干擾排除裝置，將疊加在大氣壓力上的風壓干擾成份排除掉，通過為測量系統提供不含有風壓干擾成份的基準大氣壓力信號，使測量結果中不含有風壓干擾成份而真實、準確;通過調整該風壓干擾排除裝置的工作狀態，間接控制測量過渡過程，使輸出信號波動得到抑制。
上述方法中所述一種風壓干擾排除裝置所提供的基準大氣壓力信號是送入壓力測量系統中的差壓變送器通常直接通大氣一側的差壓室，或送入其它測量系統相當于該差壓室的盲室或附屬裝置中，或者將該基準大氣壓力信號直接作為被測壓力信號使用。
上述方法中所述一種風壓干擾排除裝置的使用，以使測量結果中不含有或減少風壓干擾成份以及抑制測量系統輸出信號波動為初始目的。
本發明的風壓干擾排除方法中所用的一種風壓干擾排除裝置包括基準大氣壓力信號通道和氣容壓力測量通道兩部分，如附
圖1所示，所述的基準大氣壓力信號通道由外空心球(1)、內空心球(2)、導壓管(4)、過濾器(6)、導壓管(7)、可調氣阻(8)、調節旋鈕(20)、與可調氣阻(8)并聯的恒氣阻(9)、導壓管(10)、氣容(11)及導壓管(12)所組成。
所述的氣容壓力測量通道由外空心球(1)、內空心球(3)、導壓管(5)、過濾器(13)、導壓管(14)、可調氣阻(15)、調節旋鈕(21)、與可調氣阻(15)并聯的恒氣阻(16)、導壓管(17)膜盒壓力表(18)及氣容(11)所組成。
上述兩個通道中的外空心球(1)、內空心球(2)、內空心球(3)、導壓管(4)及導壓管(5)共同構成一個雙層空心球型大氣壓力采樣器，其中每一個空心球表面都均勻分布著若干同樣大小的通氣孔。該采樣器設置在氣容(11)下面，外露于大氣中。
當刮風氣流流經雙層空心球型大氣壓力采樣器時，可認為外空心球(1)表面積的一半為迎風面，另一半為背風面。又由于球體表面均勻分布著若干同樣大小的通氣孔，且通氣孔總面積只占球體表面積的極少一部分，通過迎風面通氣孔進入外空心球(1)內部的氣流只是流經外空心球(1)氣流的極少一部分，這部分氣流又可經背風面同樣總面積的通氣孔泄出，從而保證了外空心球(1)內部的大氣壓力基本不受風壓干擾影響。同樣原理，內空心(2)內部的壓力將更加穩定，將這樣的大氣壓力信號再經過濾器(6)、可調氣阻(8)送入氣容(11)中均壓，然后經導壓管(12)送入變送器通常直接通大氣的差壓室，此時變送器得到的便是不含有風壓干擾成份的基準大氣壓力信號，進而實現了使測量結果真實、準確的目的。
另一方面，當被測壓力變化時，變送器測量膜片位移使氣容(11)中壓力隨之變化，產生變化后的氣容(11)中壓力與原有的基準大氣壓力之壓力差，該壓力差形成氣容(11)充、放氣流，該氣流也流經基準大氣壓力信號通道進入大氣。調整可調氣阻(8)的阻值可改變氣容(11)的充、放氣時間常數，間接地控制了測量過渡過程。當氣容(11)中壓力重新恢復到基準大氣壓力時，也即變送器測量膜片位移到位時，充、放氣結束，變送器輸出被測壓力變化后的數值，測量過程結束并進入穩定輸出狀態。該控制作用時間短時，變送器輸出信號運用于自動調節系統可使調節動作及時。該控制作用時間長時，在被測壓力振蕩性波動情況下，由于氣容(11)中壓力隨之變化對變送器測量膜片的作用力與被測壓力的作用力方向相反，因而獲得抑制輸出信號波動的效果，此作用有益于測量、調節系統的工作穩定，并可使測量系統避免經常工作在測量過渡過程中，有益于儀表使用壽命延長和提高工作可靠性。
氣容(11)中設置的膜盒壓力表(18)用于顯示氣容(11)中壓力變化情況，以便于了解和調整基準大氣壓力信號通道的工作狀態。但膜盒壓力表(18)的測量工作也需要自己的基準大氣壓力信號，因而設置了氣容壓力測量通道。該通道提供的基準大氣壓力信號通入膜盒壓力表(18)的膜盒內，膜盒外側感受氣容(11)中壓力。該通道的工作原理與基準大氣壓力信號通道基本相同，只是因為無需具有氣容的功能未設氣容。在使用中可調氣阻(15)阻值的調整以膜盒壓力表(18)顯示及時且不振蕩為度。
下面結合附圖對本發明詳細描述。
圖1是本發明的風壓干擾排除裝置結構示意圖，圖1中的標記為外空心球(1)、內空心球(2)、內空心球(3)、導壓管(4)、導壓管(5)、過濾器(6)、導壓管(7)、可調氣阻(8)、恒氣阻(9)、導壓管(10)、氣容(11)、導壓管(12)、過濾器(13)、導壓管(14)、可調氣阻(15)、恒氣阻(16)、導壓管(17)、膜盒壓力表(18)、視鏡(19)、調節旋鈕(20)、調節旋鈕(21)、環型出沿(22)。
如圖1所示，由外空心球(1)、內空心球(2)、內空心球(3)、導壓管(4)及導壓管(5)共同構成一個雙層空心球型大氣壓力采樣器。三個空心球均為表面均勻分布著若干同樣大小的通氣孔的薄壁空心球，它們可以用金屬或塑料等材料制成。通過改變三個空心球中每一個空心球表面積與其表面均勻分布的通氣孔總面積之比，可滿足不同的實際需求，適當的該面積比可以將風壓干擾成份減少到千分之一以下。該采樣器的結構決定，無論風向如何，排除風壓干擾效果相同。該大氣壓力采樣器中的三個空心球，也可以用其它形狀的表面分布著若干通氣孔的相應容器取代，構成其它形狀的雙層大氣壓力采樣器，但風向不同時，使用效果將有差異。
內空心球(2)和內空心球(3)是同樣大小的，其直徑小于外空心球(1)直徑的二分之一。兩個內空心球可以設置在外空心球(1)內部對稱于外空心球(1)球心的任何位置，最好設置在如圖1所示的上下位置。這樣考慮是盡可能使測量系統和氣容(11)中的膜盒壓力表(18)各自的基準大氣壓力信號之間沒有壓力差。
如圖1所示，導壓管(5)是套在導壓管(4)中，并穿過內空心球(2)與下方的內空心球(3)連通。也可以使用兩根同樣直徑的導壓管并列穿過外空心球(1)的球壁，將導壓管(4)接內空心球(2)，導壓管(5)繞過內空心球(2)與下方的內空心球(3)連通。
如圖1所示，恒氣阻(9)與可調氣阻(8)并聯，恒氣阻(9)的作用是當可調氣阻(8)誤關死時，仍能為測量系統提供基準大氣壓力信號。恒氣阻(16)與可調氣阻(15)并聯，恒氣阻(16)的作用與恒氣阻(9)相同。恒氣阻(9)和恒氣阻(16)可以用可調氣阻取代，阻值確定后，使用中不再調整。過濾器(6)和過濾器(13)用于防止氣路堵塞。
如圖1所示，氣容(11)是一個兩端面為球面的園柱形氣容，該氣容也可以是其它形狀的。氣容(11)下端有環形出沿(22)，以防雨水流經設置在氣容(11)下面的雙層空心球型大氣壓力采樣器。由于多種用途的需要，該采樣器也可以設置在相對于氣容(11)的其它位置。
過濾器(6)和(13)、可調氣阻(8)和(15)、恒氣阻(9)和(16)、膜盒壓力表(18)及與這些部件連接的導壓管都設置在氣容(11)內部。調節旋鈕(20)和(21)設置在氣容(11)壁外，以便于調整。除膜壓力表(18)外，上述設置在氣容(11)內部的部件也可以設置在氣容(11)外。
膜盒壓力表(18)設置在氣容(11)內上部開窗口處，視鏡(19)安裝在該窗口上，透過視鏡(19)可以看到膜盒壓力表(18)顯示的氣容(11)中壓力。膜盒壓力表(18)可以用其它類型的壓力表取代。
本發明的風壓干擾排除裝置有如下主要優點和積極效果1、本裝置獨特的結構和獨特的使用方法其功能是將風壓干擾排除掉，使測量系統的工作免受其影響，而不是通常的將已進入輸出信號中的干擾成份再剔除，因而是一種從根本上解決問題的裝置，可獲得獨特的使用效果。
2、使用阻尼器時，測量系統中增加了一個環節，測量誤差也會增加，而本裝置不直接參與信號轉換、傳遞、測量誤差不會增加，并能有效地抑制多種原因引起的輸出信號波動。
3、本裝置不需要消耗任何能源，結構簡單，可靠性高，使用維護方便。
4、本裝置應用面廣，特別適用于微壓、低壓測量、調節系統，本裝置的使用可使長期普遍存在的風壓干擾，嚴重影響測量結果的現狀得到改善，從而獲得提高產品質量和產量、節約能源、減少污染等明顯效果。本裝置還可用于氣象臺、站的大氣壓力測量系統及其它以大氣壓力為基準壓力的測量系統。
參照附圖2進一步說明本發明的用途及效果。圖2是本發明的風壓干擾排除裝置兩個使用實例示意圖。
如圖2所示，左邊一例是本裝置用于壓力測量系統。風壓干擾排除裝置(23)通過導壓管(12)連接到差壓變送器(24)的負差壓室，正差壓室通過導壓管(25)接被測壓力，該被測壓力可以是正壓，也可以是負壓。如被測壓力是鍋爐爐膛負壓時，可因免受風壓干擾影響而使測量結果真實、準確，從而獲得提高熱效率、節約燃料、減少大氣污染的明顯效果。
如圖2所示，右邊一例是本裝置用于液柱大氣壓力計。風壓干擾排除裝置(23)通過導壓管(12)連接到貯液器(26)內液面以上的空間，排除風壓干擾后的基準大氣壓力作用在該液面上。玻璃管(27)內液柱顯示大氣壓力值，玻璃管(27)內液柱以上部分是真空。使用效果是無論風力大小，都可獲得不含有風壓干擾成份的測量結果，并避免示值隨風壓波動而波動。
權利要求
1.一種用于壓力測量，調節系統的風壓干擾排除方法，其特征在于借助于一種風壓干擾排除裝置，將疊加在大氣壓力上的風壓干擾成份排除掉，通過為測量系統提供不含有風壓干擾成份的基準大氣壓力信號，使測量結果中不含有風壓干擾成份而真實、準確；通過調整該風壓干擾排除裝置的工作狀態、間接控制測量過渡過程，使輸出信號波動得到抑制。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述一種風壓干擾排除裝置所提供的基準大氣壓力信號是送入壓力測量系統中的差壓變送器通常直接通大氣一側的差壓室，或送入其它測量系統相當于該差壓室的盲室或附屬裝置中，或者將該基準大氣壓力信號直接作為被測壓力信號使用。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述一種風壓干擾排除裝置的使用，以使測量結果中不含有或減少風壓干擾成份以及抑制測量系統輸出信號波動為初始目的。
4.一種風壓干擾排除裝置，其特征在于它包括基準大氣壓力信號通道和氣容壓力測量通道兩部分基準大氣壓力信號通道由外空心球(1)、內空心球(2)、導壓管(4)、過濾器(6)、導壓管(7)、可調氣阻(8)、調節旋鈕(20)、與可調氣阻(8)并聯的恒氣阻(9)、導壓管(10)、氣容(11)及導壓管(12)組成。氣容壓力測量通道由外空心球(1)、內空心球(3)、導壓管(5)、過濾器(13)、導壓管(14)、可調氣阻(15)、調節旋鈕(21)、與可調氣阻(15)并聯的恒氣阻(16)、導壓管(17)、膜盒壓力表(18)及氣容(11)組成。上述兩個通道中的外空心球(1)、內空心球(2)、內空心球(3)、導壓管(4)及導壓管(5)共同構成一個雙層空心球型大氣壓力采樣器，其中每一個空心球均為表面均勻分布著若干同樣大小的通氣孔的薄壁空心球。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的雙層空心球型大氣壓力采樣器設置在氣容(11)下面，也可以設置在相對于氣容(11)的其它位置。
6.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的內空心球(2)和內空心球(3)可以設置在外空心球(1)內部對稱于外空心球(1)球心的任何位置，最好設置在外空心球(1)內的上下位置。
7.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的導壓管(5)是套在導壓管(4)中，并穿過內空心球(2)與下方的內空心球(3)連通，也可以使用同樣直徑的導壓管并列穿過外空心球(1)的球壁，將導壓管(4)接內空心球(2)，導壓管(5)繞過內空心球(2)與下方的內空心球(3)連通。
8.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的雙層空心球型大氣壓力采樣器中的三個空心球，也可以用其它形狀的表面分布著若干通氣孔的相應容器取代，構成其它形狀的雙層大氣壓力采樣器。
9.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的恒氣阻(9)與可調氣阻(8)并聯，恒氣阻(16)與可調氣阻(15)并聯，恒氣阻(9)和恒氣阻(16)也可以用可調氣阻取代。
10.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的氣容(11)是一個兩端面為球面，下端帶有環形出沿(22)的園柱形氣容，該氣容也可以是其它形狀的。
11.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的過濾器(6)和(13)、可調氣阻(8)和(15)、恒氣阻(9)和(16)、膜盒壓力表(18)及與這些部件連接的導壓管都設置在氣容(11)內部，膜盒壓力表(18)設置在該氣容內上部開有窗口處，視鏡(19)安裝在該窗口上，調節旋鈕(20)和(21)設置在氣容(11)壁外，除膜盒壓力表(18)外，上述設置在氣容(11)內部的部件也可以設置在氣容(11)外。
12.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的膜盒壓力表(18)也可以用其它類型的壓力表取代。
全文摘要
一種用于壓力測量，調節系統的風壓干擾排除方法及其所用裝置，它將所用裝置提供的不含有風壓干擾成分的基準大氣壓力信號送入壓力測量系統中差壓變送器通常直接通大氣一側的差壓室，使測量結果中不含有風壓干擾成分而真實、準確，并使輸出信號波動得到抑制。該裝置由基準大氣壓力信號通道和氣容壓力測量通道組成，其中包括一個大氣壓力采樣器。該方法及其所用裝置特別適用于微壓、低壓測量、調節系統，還可用于其它測量系統。
文檔編號G01L19/00GK1058649SQ90106609
公開日1992年2月12日 申請日期1990年8月2日 優先權日1990年8月2日
發明者任志剛 申請人:任志剛
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