一种带巡回电测数显的排式测压装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及实验量测领域，特别涉及一种带巡回电测数显的排式测压装置。
【背景技术】
[0002]水力学及流体力学是工科院校许多专业的一门主要专业基础课。现代水力学是建立在实验、理论、计算三大支柱上的，因此，实验是教学环节中不可或缺的内容。其中，测压管是水力学及流体力学实验过程中最为常用的压强量测仪器之一，它是最简单的一种液柱式压力计，用一直径8-lOmm的透明直玻璃管，管的下端与量测点通过软管密封连接，管的上端开口与大气相通，据测压管中液柱上升的高度，就可得到该点的压强。在教学实验中液体通常为水，即测压管水头，它是以测压管水面到基准面的高度表示的单位重量水的总势能。测压管通常安装在测压架上，测压管水头高度会用在测压管上标刻度线、测压架上铺设坐标纸或在测压架上固定刻度尺形式，通过人眼手工测量水柱高度。而在实际一个实验中，往往需要同时量测实验管道或水箱中多个部位的压力信号，因此根据实验需要将多个测压管按同一水平高度并排安装在测压架上，构成一组排式测压管，并且这类实验教学用测压管的高度一般都在10cm以内，以测量低压水头为主。
[0003]随着现代量测技术的发展，流体力学类实验教学仪器也引入应用了不少。比如对需要用到排式测压管测压的多个测压点，国内外这类实验教学仪器都直接用多个压力传感器取代，并配合压力变送器、多路输入数显表头或带微电脑多路A/D输入巡回切换的数显单表头。但作为学生教学实验仪器，我们始终认为，像排式测压管这类传统最为常用压强量测仪器的使用，是学生实验教学中应该学习掌握的基本知识，不可或缺，但同时也应该学习现代量测技术，并可用更精准的现代量测仪器去校准人眼手测的误差，从而在对比中提高传统的基本实验动手能力。
[0004]因此配备现代量测技术的排式测压管应该是这样的，它既能对实验多个测压点分别用传统的测压管人眼手工测量水头高度，又能同步通过相连的压力传感器配合压力变送表头实时数显各测压管水头值。这种带同步数显的排式测压管市场上却找不到，也未有什么设计方案，其中涉及的几个问题可能比较难很好解决:
[0005](I)排式测压管是通过架子并排固定竖直立在实验台上，排式测压管的刻度标尺也同样如此，较好的有底调式测压架发明专利用了滑槽式同一根固定高度标尺来统一量测各并排测压管的水柱高度。然而标尺零点悬空在靠近实验台面的某个位置高度，随安装位置高低，相对实验台面有上下偏差，如何让多个测压管标尺悬空的高程零点(测压管水头基准零位高程)与压差传感器测量的压差零点准确的保持等零位是个难点。
[0006](2)多个传感器会产生多个零点，不但成本高、实验调节时麻烦，且在相互比较引用并代入一个公式计算时，也容易将多个传感器自身不同的测量误差累积叠加的更大。
[0007](3)若传感器测压端与水体测压点通过水路直接相连通，因为传感器的压力是通过水体传送的，传感器端接口端是密封的，内有密封空腔，很难彻底排空空气，残留微小气泡，连通管中的有压水柱不能直接作用在传感器的压力芯片上，又由于传感器内的压力传递通道很细小，因而在液气交界面上会产生很大的表面张力，其值可达到1-5厘米水柱，甚至更大，对通常10cm内的实验用测压管低压水头，压力测量误差可达10%以上。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种带巡回电测数显的排式测压装置，可广泛替代流体力学水力学基本实验中量测水头压强的传统排式测压管，巧妙的应用了流体力学基本原理，很好的统一了传统量测手段与现代量测技术，兼具极佳的教学效果。
[0009]一种带巡回电测数显的排式测压装置，包括:
[0010]两组以上的测压组件，每组测压组件包括:测压筒、设在在所述测压筒顶部的连通定位管、与所述连通定位管连接的测压管、与所述测压筒内压缩空气连通的导管以及设置在所述导管上的阀门；
[0011]压差传感器，两组以上的测压组件通过各自阀门与所述压差传感器连接；
[0012]用于标定各个测压组件中测压管内液位的直尺。
[0013]本发明中，两组以上(包括两组)的测压组件，每组测压组件包括:测压筒、设在在所述测压筒顶部的连通定位管、与所述连通定位管连接的测压管、与所述测压筒内压缩空气连通的导管以及设置在所述导管上的阀门。因此，每组测压组件均包括:一个测压筒、一个连通定位管、一个测压管、一个导管以及一个阀门，通过一个导管连接有一个阀门，每组测压组件中的阀门都与压差传感器连接，可以通过打开或关闭阀门来用压差传感器检测不同测压组件中测压筒内压缩空气与外界空气压差。因此，可以减少多个传感器叠加误差，多零点的调整麻烦，对排式测压管用同一压差传感器巡回切换测量会更准确。
[0014]为了减少多个传感器叠加误差，多零点的调整麻烦，对排式测压管(即不同的测压组件)用同一压差传感器巡回切换测量会更准确。为此专门设计了多气路通断择一的气路通断控制切换通路。η根测压管通过η个测压筒的通气测压软管，分别密封连接到η个2通电控微型气阀(阀门的一种)的一路通气口，η个2通气阀的另一端通气口再通过软管密封连接到(η+1)通路气管接头上，最后将气管接头第η+1通路用通气软管密封连接到压差传感器的一个测量接口上，压差传感器另一个测量接口直接通大气，压差信号最后送入电测仪表的压力变送器智能表头。这类直流电控微型气阀都是常闭型的，通电时即开启气路通路，因此通过电测仪表的波段选择开关巡回切换控制η个电控微型气阀的直流电路通断，即可控制η个气阀的气路通断，实现用一个压差传感器巡回测量η根测压管水头(即测压管水柱标尺读值、测点相对大气压的压强值)的功能。
[0015]当然，上述这样的测压筒结构会随着密封空气柱的压缩，实际测压筒内部水位会略高于联通定位管底面参考零高程，假设其差值为△ h，在此我们可以计算分析一下其误差对这个测量装置有多大影响。对于桌面型流体力学水力学实验的测压管水头高度都是Im以下的低压水头，若达Im测压管水头时，会产生最大绝对误差，假设密封空气柱未压缩前体积为V1，压缩后体积为V2，计算如下:
[0016]根据气体方程可知，PV/T = nR，气体P压力(空气就是大气压)，V为空气体积，T为空气的开氏温度(273.15+摄氏度)，η为空气物质的量(摩尔数)，R为气体常数。
[0017]对于测压筒内密封空气柱，T，n，R均为固定值不变；
[0018]已知，初始未压缩前？:= I个大气压=100cm水柱，密封空气柱高度h = Icm ；
[0019]压缩后P2= 1000cm 水柱 +10cm 水柱=IlOOcm 水柱；
[0020]P1XV1= P2XV2;
[0021]PlXh = P2XQ1-Ah);
[0022]计算绝对误差:Ah= I1-P1XhZP2= 0.091cm ；
[0023]相对误差=Ah/测压管水柱高度=0.091/100 = 0.091% ；
[0024]当测压管水柱为Icm时，P2= 10lcm水柱，
[0025]绝对误差:Δh = 0.000999cm,相对误差为:0.0999%
[0026]由上计算可知，这种空气压缩带来的误差远远小于系统的设计误差I级精度，在O?10cm水柱低压测量范围内，绝对误差最大也小于0.91mm，完全可以忽略。根据上述计算，也可得到测压筒设计时，顶部插入的联通定位管底面与测压筒顶面距离高度越小，误差越小，留有Icm距离误差已小于千分之一，足够。
[0027]若再考虑连接的通气测压管中压缩空气误差，计算如下:一般通气测压管长度〈100cm，内径约2mm，考虑长度100cm，测压管最大水头10cm水柱时的最大误差，设通气测压管中压缩减