文杜里式气电转换电子柱量仪制造技术

本发明专利技术公开了一种由气路和电路组成的文杜里式气电转换电子柱量仪。气路部只有一个稳压器和一个尺寸不变的文杜里管。经压力传感器转换成的电压信号经过集成电路处理后同电压比较式光柱显示电路进行测量显示。本发明专利技术电路分别由三个可调电位器解决匹配，零位调整和倍率调整。光柱显示电路采用１０块ＬＭ３９１４和１００个发光二极管。本发明专利技术具有结构简单、成本低、稳定、可靠、显示清晰等特点。分辨率达０．２μｍ，重复显示精度１％，零位漂移０．５μｍ／４小时，线性误差１％。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种文杜里式气动量仪，特别是一种文杜里式气电转换电子柱量仪。目前常用的文杜里式气动量仪，为美国TAft-Peirce公司生产的文杜里式气动量仪，是由稳压器、输入气室、文杜里管、浮标流量计、导管、输出气室、零位调整阀、输出软管、测量喷嘴等组成。其原理是从气源来的压缩空气经过稳压器和输入气室后，直接进入同轴不同截面的文杜里管，经过输出气室、输出软管和测量喷嘴喷向被测二件表面。喷嘴与工件表面之间的测量间隙发生变化时，引起气体流量的变化。一定流量的气流经过文杜里管不同截面时，必然导致不同截面处的流速差异，此差异通过和导管相连接的浮标流量计显示，通过显示的数据完成对工件的测量任务。不难看出，由于文杜里管的截面是固定的，所以量仪的放大倍率不能连续调整。如果想改变放大信率，必须更换不同规格尺寸的文杜里管，即麻烦、又增加成本，并给自动测控带来困难。另外，机械式零位调整阀及浮标流量计制造精度高、加工困难，因此在使用易出故障。在尺寸显示方面，也有采用光柱显示电路的，例为美国AIRgage公司生产的电子柱量仪及意大利MAPPOSS电子柱量仪，其光柱显示电路都很复杂，使用的电子元件多、调试困难，可靠性也较差。本专利技术的任务就是提供一种应用文杜里气动测量原理，气动技术与电子技术相结合的结构简单、成本低廉、性能优良可靠，并采用电子柱显示的气电转换式量仪。为了实现上述任务，本专利技术由气路部分及电路部分组成。气路部分只有一个稳压器和一个规格尺寸固定不变的文杜里管。为了提高量仪的适应性和稳定性，本专利技术文杜管小截面处的直径选为1～3mm。本专利技术气电路原理如下从气源来的压缩空气经稳压器稳压后，直接进入同轴不同截面的文杜里管(见图2)，经过测量喷嘴喷向被测工作表面。设喷嘴与工作表面之间的测量间隙为s，不难看出，当s变化时，必然引起气体流量发生变化。当一定流量的气体流过文杜里管不同截面时，导致流速的差异，其结果引起的截面处压力PA和PB的不同，即产生产压力差。当测量间隙s变化时，必然引起压力差的改变。压力差的改变则通过压力传感器将气压信号转换成与之相对应的电压信号，经过集成运算放大电路进行差动放大、线性调整放大，直流放大、零位调整、跟随滤波处理，最后由电压比较式光柱显示电路进行显示，完成对工件的测量。由文杜里管PA和PB两处的气压变化经过压力传感器1转变为电压信号(见附图说明图1及图2)，作用在由运算放大器2、R1、R2、R3、R4组成的差动放大电路的输入端进行电压放大。放大后的电压信号进入由运算放大器3、R5、R7、R11组成的同相放大器进行第二次放大。在本级放大器的同相输入端叠加一个由R8、R9、R10组成的取压电路，R9为可调电位器，从R9取得的电压信号通过R6加到运算放大器3的同相输入端，并与放大器2的输出信号进行叠加。从放大器3输出的电压由同相输入端进入运算放大器4进行第三次放大。在放大器4的反相输入端接有由R13、R14组成的反馈电路，其中R14为可调电阻。经第三次放大后的电压进入由运算放大器5、R16、R17、R18、R19组成的加法是路，其中R15为可调电阻。经过几次放大的电压信号，通过由R20、R21、C1、C2运算放大器6组成的二阶通滤波电路处理后进入光柱显示电路。光柱显示采用电压比较法，电压比较器采用10块集成电路LM3914，每一块LM3914对应一组发光二极管。电压比较器工作原理是(见图4、5)设Vj为予先设定的取样电压，加在比较器“-”端。Vi为比较器输入电压，加在比较器“+”端。Vo为比较器输出电压，Vo有两种状态。当Vi＜Vj时，Vo=0比较器输出处于低电平状态。当Vi＞Vj时，Vo＞0比较器输出处高电平状态。不难看出，处于低电平状态的比较器不能使发光二极管发光，而处于高电平状态的比较器则使发光二极管发光。当采用多块集成电路LM3914时，放大后的电压信号作为输入信号同时加在电压比较器的同相输入端，而每个比较器反相输入端接上不同的Vj，当输入的电压信号变化时，就使比较器处于高电平或低电平状态，使发光二极管依次发光或熄灭，从而完成了模拟量数字量的转化。下面结合附图和具体实施方案对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术的线路图。图2是本专利技术的原理图。图3是本专利技术PA-PB与测量间隙S之间的特性曲线图。图4是本专利技术光柱显示电压比较原理示意5是本专利技术Vo-Vi-Vj关系图。图1所描述的文杜里式气电转换电子柱量仪电路图由压力传感器1、运算放大器2、3、4、5、6、电压比较器7、发光二极管8等组成。由文杜里管不同截面输出的气压PA、PB经压力传感器转变为电压信号，作用在由运算放大器2、R1、R2、R3、R4组成的差动放大器电路输入端进行第一次电压放大。放大后的电压信号V2进入由运算放大器3及R5、R7、R11组成的同相放大器进行第二次放大。由三个串联电阻R8、R9、R10组成取压电路，R8一端接正电源(+V)，R10一端接员电源(-V)，且R8=R10=2R9，其中R9为可调电位器。调整R9可使从R9上取也的电压值V1在1/5(+V)至1/5(-V)之间变化。V1通过电阻R6加到3的同相输入端，与压力传感器的差动放大信号电压叠加后再进行同相放大。设R6=R5，则3的输出电压V3=12(1+R11R7)·(V2+V1)]]>，改变V1值，便可改变V3。当量仪与不同的气动测量装置连接时，在进行校准件上、下艰尺寸定标过程中，适当地调整电位器R9(即V1值)，可以使V3的输出电压值比较适中，并使量仪最后一级放大电压(V6)也即光柱显示器的输入电压Vi不致处于饱和状态，保证压力传感器信号放大电压处于线性放大区域，也即图3所示的S1-S2区间，解决不同气动测量装置与放大电路之间的正常匹配。运算放大器3的输出电压(V3)经过由运算放大器4、R12、R13、R14组成的同相放大器进行第三次放大，其中R14为可调电位器，并接于4的反相输入端和输出端之间，本级的放大倍率为(1+R14R13)]]>，改变R14便能改变整个放大电路的效益。R13确定之后，电路倍率的变化由R14的变化范围所决定，且倍率的变化是连续可调的。这就是为什么只用一只电位器就能取代不同规格的文杜里管的原因。由4输出的电压(V4)进入由运算放大器5、R15、R16、R17、R18、R19组成的加法是路。电压信号V4经过电阴R16接在5的同相输入端。R15为可变电位器并接在电源+V与-v之间，从R15上取出的电压(V7)经电阻R17接在5的同相输入端。电阻R18一端接5的反相输入端，另一端接地。R19为反馈电阻。设R16=R17=R18=R19，则V5=V4+V7。显然，当调整电位器R15的阻值时，V7随之改变，5的电压输出(V5)也发生变化，从而达到改变量仪光柱显示器零点位置的目的。R15也就是量仪的零位调整电位器，它取代了文杜里气动量仪的机械式零位调整阀。经过零位调整后的放大电压，通过由运算放大器6、R20、R21、C1、C2组成的二阶低通滤波电路处理后进入光柱显示电路，驱动100个发光二极管，进行被测尺寸的电子柱显示。光柱显示电路采用电压比较法。显示器由100个发光二极管组成，每10个发光二极管为一组，本文档来自技高网...

【技术保护点】
由压力传感器，运算放大器、电压比较器、发光二极管等组成的文杜里式气电转换电子柱量仪，经压力传感器转变的电压信号由运算放大器２、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４组成的差动放大器进行电压放大、放大后的信号进入由运算放大器３、Ｒ５、Ｒ７、Ｒ１１组成的放大器进行第二次放大，由三个串联电阻Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０组成取压电路，从Ｒ９上取出的电压Ｖ１通过电阻Ｒ６加到３的同相输入端，与压力传感器的差动放大信号电压叠加后再进行同相放大、运算放大器３的输出电压（Ｖ３）经过由运算放大器４、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４组成的同相放大器进行第三次放大、由运算放大器４输出的电压（Ｖ４）进入由运算放大器５、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９组成的加法电路，电压信号Ｖ４经过Ｒ１６接在５的同相输入端。最后，经过几次放大后的电压信号，通过由运算放大器６、Ｒ２０、Ｒ２１、Ｃ１、Ｃ２组成的二阶低通滤波电路处理后进入光柱显示电路，驱动发光二极管进行被测尺寸的电子柱显示。其特征是：ａ）、在由Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０组成的取压电路中，Ｒ８一端接压电源（＋Ｖ），Ｒ１０一端接负电源（－Ｖ），且Ｒ８＝Ｒ１０＝２Ｒ９ 。ｂ）在进行第三次放大的同相放大电路中，Ｒ１４接于４的反相输入端和输出端之间。ｃ）在由运算放大器５、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９组成的加法电路中，Ｒ１５接于＋Ｖ与－Ｖ之间，且Ｒ１６＝Ｒ１７＝Ｒ１８＝Ｒ１９。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中成，
申请(专利权)人：第一汽车集团公司，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]