TW201307819A - 壓力感測裝置及其感測方法 - Google Patents

Abstract

一種壓力感測方法，用以感測一壓力源之壓力大小，該方法包含有下列步驟：先引導該壓力源之壓力驅動一用以產生磁力之磁性件接近或遠離一以導電材料製成之線圈，且利用該磁性件移動時之磁力變化，使該線圈產生相對應之感應電動勢，最後，利用該感應電動勢計算取得該壓力源之壓力變化值。另外，本發明同時揭露有使用上述方法達到壓力感測目的之壓力感測裝置。

Description

壓力感測裝置及其感測方法

本發明係與感測裝置有關，更詳而言之是指一種壓力感測裝置及其感測方法。

一般而言，業界通常是利用U型管壓力計、或是布頓式壓力計(Bourdon-tube gage)等壓力感測裝置來量測如胎壓、氣壓、水壓等壓力大小。

而上述之U型管壓力計通常用水或水銀做為管內之標準液體；當U型管兩端開口不加壓力時，其兩管液面在同一水平面上。如兩端存有壓力差，則兩管液柱高度將有高低差別，此液柱的高度差可適當的表現出U型管兩端的壓力差，藉以量測出壓力源之壓力大小。

另請參閱圖1，布頓式壓力錶3是將具橢圓形斷面之銅合金薄管90彎成圓弧形，該銅合金薄管90之一端密封且允許有活動伸展空間，其另一端不封閉且焊固於一管接頭92上。當氣體或液體壓力自管接頭92處引入時，會使彎管有向外伸展的趨勢，該銅合金薄管90末端經由一連桿94牽引，使附有指針的扇形齒輪96產生擺動。當銅合金薄管90外圓周與內圓周受力之差等於彎管本身之彈力時，指針98便會固定在刻度盤的某個位置上，其指向之刻度即表示出氣體或液體壓力。

然而，該U型管壓力計不僅量測之精密度較低，且所使用之管體大多係利用玻璃材料製成，而容易有破碎及保存不便之疑慮；另外，該U型管壓力計內部液體常因溫度變化而改變體積導至量測時容易有誤差產生。而該布頓式壓力錶之彎管的體積亦會隨著環境或壓力源溫度變化而變化，且其彎管伸展一定次數後亦容易有金屬疲乏之情型產生，而容易造成壓力量測時之準確度降低。

是以，業界遂研發有一種壓電式壓力感測裝置來改善上述之U型管壓力計與布頓式壓力錶之缺點。該壓電式壓力感測裝置係利用壓電材料製成，當壓電材料在受壓力源之壓力擠堆時，該壓電材料體內之電偶極矩因受壓縮而變短，此時，該壓電材料為抵抗這變化會在該壓電材料表面產生正負電荷以保持原狀，藉此便可透過量測該壓電材料表面產生正負電荷之多寡精密地推算出該壓力源之壓力值。

然而，上述之壓電式壓力感測裝置雖可改善習知壓力感測裝置低準確度以及易受溫度影響之缺點，但因壓電式壓力感測裝置係直接透過壓力源施給壓力予壓電材料，在使用一段時間過後，該壓電式壓力感測裝置容易有鏽蝕、受潮或是毀損之情形。另外，為避免電氣引燃之危險發生，該壓電式壓力感測裝置亦不適用於易燃氣體之壓力量測上，而使得該壓電式壓力感測裝置之可量測領域因此而受到限制。是以，綜合以上所述可得知，習用之壓力感測裝置及其所使用之感測方法仍未臻完善，且尚有待改進之處。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種壓力感測裝置及其感測方法，不僅感測時具有較佳之準確度，且亦可適用於各種不同量測領域。

緣以達成上述目的，本發明所提供之壓力感測方法係用以感測一壓力源之壓力大小，該方法包含有下列步驟：

A.　引導該壓力源之壓力驅動一用以產生磁力之磁性件接近或遠離一以導電材料製成之線圈；

B.　利用該磁性件移動時之磁力變化，使該線圈產生相對應之感應電動勢。

C.　利用該感應電動勢計算取得該壓力源之壓力變化值，以推算得知該壓力源之壓力值。

依據上述方法，本發明提供有一種壓力感測裝置，其包含有一殼體、一線圈、一伸縮膜層以及一磁性件。其中，該殼體具有一探測孔，該探測孔之一端用以與該壓力源接觸；該線圈係以導電材料製成，且設於該殼體上；該伸縮膜層設於該殼體中，且密封該探測孔之另一端，並可受該壓力源之壓力擠推而伸展；該磁性件以可相對該線圈移動之方式設於該殼體中，並與該伸縮膜層連接。

藉此，當該伸縮膜層透過該探測孔受該壓力源之壓力擠推而伸展時，將帶動該磁性件移動，而使該線圈受該磁性件移動時之磁力影響而產生相對應之感應電動勢。

另外，依據上述方法，本發明提供有另外一種壓力感測裝置，其包含有一殼體、一線圈以及一磁性件。其中，該殼體具有一探測槽，該探測槽之槽口用以供與該壓力源接觸；該線圈係以導電材料製成，且設於該殼體上；該磁性件以可受該壓力源之壓力擠推而相對該線圈移動之方式設於該探測槽中。

藉此，當該磁性件受該壓力源之壓力擠推而於該探測槽中移動時，該線圈受該磁性件移動時之磁力影響而產生相對應之感應電動勢。

依據上述之構思，本發明之壓力感測裝置更包含有一與該線圈電性連接之運算電路，用以接收線圈產生之感應電動勢，並依據該感應電動勢推算出該壓力源之壓力值。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後。

請參閱圖2，本發明第一較佳實施例之壓力感測裝置1係用依量測一壓力源之壓力大小，於本實施例中係量測一瓦斯管100內之瓦斯氣壓，但不以此為限。該壓力感測裝置1包含有一殼體10、一線圈20、一伸縮膜層25、一磁性件30、一彈簧35、一運算電路40以及一顯示器45。其中：

該殼體10包含有一基座11、一封蓋12以及一外殼13。該基座11上具有一探測孔111，且該探測孔111之一端用以與該瓦斯管100連通，而使該瓦斯管100中之瓦斯可透過該探測孔111引導進入該殼體10中。該封蓋12係設於該基座上，且該封蓋12具有一主體121以及一調整旋鈕122，該主體121內部具有一容置空間1211，且該本體121上具有一與該容置空間1211連通之螺孔1212；該調整旋鈕122設於該螺孔1212中。該外殼13則覆設於該封蓋12上且遮蔽該封蓋12。

該線圈20係以如銅、鐵、銀等導電材料製成。該線圈20係以環繞該容置空間1211周圍之方式設置在該封蓋12之主體121上。

該伸縮膜層25係以具伸縮效果之材料製成。該伸縮膜層25係套設於該基座11上，用以密封該探測孔111之另一端。且可受該瓦斯氣壓擠推而往該容置空間1211之方向伸展。

該磁性件30用以產生磁力，且以可相對該線圈20移動之方式設於該容置空間1211中，並與該伸縮膜25層連接。另外，於本實施例中，該磁性件30係以永久磁鐵為例，但不以此為限，亦可使用電磁鐵、磁石或是其他具有磁力之磁性件代替。

該彈簧35設於該容置空間1211中。該彈簧35一端與該調整旋鈕122接抵、且另一端與該磁性件30接抵，以透過旋動該調整旋鈕122推動該彈簧35來調整該磁性件30之位置。

該運算電路40係設於該殼體10中，且位於該封蓋12與該外殼13之間，並與該線圈20電性連接。

該顯示器45係設於該外殼13上，且與該運算電路40電性連接。

藉此，請參閱圖3，該壓力感測裝置1所使用之壓力感測方法包含有下列步驟：

A.　利用該探測孔111引導該瓦斯氣壓擠推該伸縮膜層25往該容置空間1211之方向伸展，藉以帶動該磁性件30相對該線圈20移動(如圖4)，且本步驟中之該磁性件30的移動幅度與該壓力源之瞬間壓力變化量成正比；

B.　利用該磁性件30移動時之磁力變化，使該線圈20產生相對應之感應電動勢，且本步驟中之該線圈20所產生的感應電動勢與步驟A.中之該磁性件30的移動幅度成正比；

C.　利用該運算電路40接收該線圈20產生之感應電動勢，並利用該感應電動勢大小及方向推算出該磁性件30之位移量及位移方向，再利用該位移量計算取得該瓦斯氣壓之壓力變化值，換言之，當該線圈20產生預定之感應電動勢時，表示該磁性件30於預定時間內位移了預定距離，即，該瓦斯氣壓之壓力產生預定數值之變化。藉此，便可透過磁力變化產生感應電動勢之方式推算出該瓦斯氣壓之壓力值，並於該顯示器45上顯示。

另外，透過磁力變化產生感應電動勢之方式可準確地感測到該磁性件30些微之移動幅度，而使得本發明之壓力感測裝置1可精確地推算出欲量測之壓力值。

再者，本發明透過該伸縮膜層25密封該偵測孔111之設計，使得利用具有電氣流動特性之該線圈20、該運算電路40以及該顯示器45等構件，與待量測之壓力源隔離來達到氣電分離或是液電分離之效果，使得該壓力感測裝置1除可適用於普通之氣、液體之壓力量測外，亦可適用於具有易燃特性之氣、液體之壓力量測，而達到可適用於不同量測環境之目的。

值得一提的是，透過上述之方法與構思，本發明除該壓力感測裝置1所揭示之結構來達到本發明之目的外，請參閱圖5，為本發明第二實施例之壓力感測裝置2，其同樣可用來量測該瓦斯管內之瓦斯氣壓，該壓力感測裝置2包含有一殼體50、一線圈60、一磁性件65、一彈簧70、一運算電路75以及一顯示器80。其中：

該殼體50包含有一基座51以及一外殼52。該基座51具有一主體511以及一調整旋鈕512，該主體511上具有一與該瓦斯管連通之探測槽5111，以及一與該探測槽5111連通之螺孔5112；該調整旋鈕512設於該螺孔5112中。該外殼52則覆設於該基座51上且遮蔽該基座51。

該線圈60係以環繞該探測槽5111周圍之方式設置於該基座51之本體511上。

該磁性件65用以產生磁力，且以可相對該線圈60移動之方式設於該探測槽5111中。

該彈簧70設於該探測槽5111中。該彈簧70一端與該調整旋鈕512接抵、且另一端與該磁性件65接抵，以透過旋動該調整旋鈕512推動該彈簧70來調整該磁性件65之位置。

該運算電路75係設於該殼體50中，且位於該基座51與該外殼52之間，並與該線圈60電性連接。

該顯示器80係設於該外殼52上，且與該運算電路75電性連接。

藉此，利用上述設置便可利用該瓦斯氣壓之壓力來推動該探測槽5111中之磁性件65產生相對該線圈60的移動，並利用該磁性件65移動時之磁力變化，而使得該線圈60產生相對應之感應電動勢；該運算電路75接收到該線圈60產生之感應電動勢後，便可利用前述之方法於該顯示器80顯示計算之結果。

是以，本實施例之壓力感測裝置2除利用封閉式之凹槽設計不僅能達到上述精密量測之效果，且亦能達到上述氣電分離或是液電分離之目的，而使本實施例之壓力感測裝置2同樣適用於不同量測環境。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，並不以此為限，只要是利用磁力變化產生感應電動勢之方式來達到量側壓力之目的者，亦應屬本發明另外可行之實施態樣而已，且舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構及製作方法變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

1．．．壓力感測裝置

10．．．殼體

11．．．基座

111．．．探測孔

12．．．封蓋

121．．．主體

1211．．．容置空間

1212．．．螺孔

122．．．調整旋鈕

13．．．外殼

20．．．線圈

25．．．伸縮膜層

30．．．磁性件

35．．．彈簧

40．．．運算電路

45．．．顯示器

2．．．壓力感測裝置

50．．．殼體

51．．．基座

511．．．主體

5111．．．探測槽

5112．．．螺孔

512．．．調整旋鈕

52．．．外殼

60．．．線圈

65．．．磁性件

70．．．彈簧

75．．．算電路

80．．．顯示器

100．．．瓦斯管

3．．．布頓式壓力錶

90．．．銅合金薄管

92．．．管接頭

94．．．連桿

96．．．扇形齒輪

98．．．指針

圖1為習知常用的布頓式壓力錶之示意圖。

圖2為本發明第一較佳實施例之結構圖。

圖3為本發明壓力感測方法之流程圖。

圖4為本發明第一較佳實施例感測壓力時之示意圖。

圖5為本發明第二較佳實施例之結構圖。

1．．．壓力感測裝置

10．．．殼體

11．．．基座

111．．．探測孔

12．．．封蓋

121．．．主體

1211．．．容置空間

1212．．．螺孔

122．．．調整旋鈕

13．．．外殼

20．．．線圈

25．．．伸縮膜層

30．．．磁性件

35．．．彈簧

40．．．運算電路

45．．．顯示器

Claims (16)

1. 一種壓力感測裝置，用以感測一壓力源之壓力大小；該壓力感測裝置包含有：一殼體，具有一探測孔，該探測孔之一端用以與該壓力源接觸；一線圈，係以導電材料製成，且設於該殼體上；一伸縮膜層，設於該殼體中，且密封該探測孔之另一端，並可受該壓力源之壓力擠推而伸展；以及一磁性件，以可相對該線圈移動之方式設於該殼體中，並與該伸縮膜層連接；藉此，當該伸縮膜層透過該探測孔受該壓力源之壓力擠推而伸展時，將帶動該磁性件移動，而使該線圈受該磁性件移動時之磁力影響而產生相對應之感應電動勢。
2. 如請求項1所述之壓力感測裝置，包含有一與該線圈電性連接之運算電路，用以接收線圈產生之感應電動勢，並依據該感應電動勢推算出該壓力源之壓力值。
3. 如請求項2所述之壓力感測裝置，更包含有一與該運算電路電性連接之顯示器，用以顯示該運算電路推算出之壓力值。
4. 如請求項1所述之壓力感測裝置，包含有一彈簧，其一端與該殼體接抵，而另一端則與該磁性件抵接；該伸縮膜層受該壓力源之壓力擠推而伸展時，係帶動該磁性件往該彈簧之方向移動。
5. 如請求項4所述之壓力感測裝置，其中，該殼體包含有一基座以及一封蓋；該基座上設有該探測孔；該封蓋係設於該基座上，且該封蓋內部具有一容置空間；該磁性件與該彈簧皆設於該容置空間中。
6. 如請求項5所述之壓力感測裝置，其中，該封蓋包含有一主體以及一調整旋鈕，該主體具有該容置空間以及一與該容置空間連通之螺孔；該調整旋鈕係螺設於該螺孔中，且與該彈簧之該端接抵，並可透過旋動該調整旋鈕推動該彈簧來調整該磁性件之位置。
7. 一種壓力感測裝置，用以感測一壓力源之壓力大小；該壓力感測裝置包含有：一殼體，具有一探測槽，該探測槽之槽口用以與該壓力源接觸；一線圈，係以導電材料製成，且設於該殼體上；一磁性件，以可受該壓力源之壓力擠推而相對該線圈移動之方式設於該探測槽中；藉此，當該磁性件受該壓力源之壓力擠推而於該探測槽中移動時，該線圈受該磁性件移動時之磁力影響而產生相對應之感應電動勢。
8. 如請求項7所述之壓力感測裝置，包含有一與該線圈電性連接之運算電路，用以接收線圈產生之感應電動勢，並依據該感應電動勢推算出該壓力源之壓力值。
9. 如請求項8所述之壓力感測裝置，更包含有一與該運算電路電性連接之顯示器，用以顯示該運算電路推算出之壓力值。
10. 如請求項7所述之壓力感測裝置，包含有一彈簧，係設於該探測槽中，且該彈簧之一端與該殼體接抵，而另一端則與該磁性件抵接；該壓力源之壓力係擠推該磁性件往該彈簧之方向移動。
11. 如請求項10所述之壓力感測裝置，其中，該殼體更包含有一調整旋鈕，且該探測槽之槽底具有一與該探測槽連通之螺孔；該調整旋鈕係螺設於該螺孔中，且與該彈簧之該端接抵，並可透過旋動該調整旋鈕推動該彈簧來調整該磁性件之位置。
12. 一種壓力感測方法，係用以感測一壓力源之壓力大小，該方法包含有下列步驟：A.　引導該壓力源之壓力驅動一用以產生磁力之磁性件接近或遠離一以導電材料製成之線圈；B.　利用該磁性件移動時之磁力變化，使該線圈產生相對應之感應電動勢。
13. 如請求項12所述之壓力感測方法，其中，步驟A.中之該磁性件的移動幅度與該壓力源之瞬間壓力變化量成正比。
14. 如請求項13所述之壓力感測方法，其中，步驟B.中之該線圈所產生的感應電動勢與步驟A.中之該磁性件的移動幅度成正比。
15. 如請求項12所述之壓力感測方法，於該步驟B後，更包含有一步驟C.，係利用該感應電動勢計算出該壓力源之壓力變化值，以推算得知該壓力源之壓力值。
16. 如請求項15所述之壓力感測方法，於步驟C中，係先利用該線圈產生之感應電動勢的大小及方向推算出該磁性件於預定時間內位移距離與方向後，再利用該磁性件於預定時間內位移距離與方向推算出該壓力源之壓力變化值，藉以推算出該壓力源之壓力值。