一種可溯源動態氣體溫度信號發生裝置的製作方法

2023-04-24 13:56:41 1

專利名稱：一種可溯源動態氣體溫度信號發生裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種信號發生裝置，更具體地說是基於激波管破膜產生激波的發生原理，實現產生可溯源的階躍溫度信號發生裝置。
(ニ)
背景技術：
在很多應用領域，都需要對溫度傳感器進行動態校準，研究溫度傳感器動態特性。研究溫度傳感器動態校準的目的就在於利用可溯源、快速變化的溫度信號來探明各類溫度傳感器的動態響應。其中如何產生快速變化的溫度信號是難點，把溫度動態參量溯源到國家的基本計量基準，是進行精確動態測量的基礎。目前，常見的產生快速變化溫度信號的發生裝置有投入實驗法，將被校溫度傳感 器在平衡初始溫度下，快速將其插入不同溫度的測量環境條件下，可以產生一個階躍溫度；但這種方法只能進行較小的溫度階躍，並且它還不能進行現場的動態校準，對時間常數很小的溫度傳感器通常也不能滿足要求。熱電偶瞬時電加熱法，熱電偶置於溫度場，達到平衡後，利用電流熱效應對熱電偶加熱，使熱接點溫度瞬時升高。然後切斷電源，使熱電偶又處於氣流溫度中，相當於產生ー個負階躍信號；但這種方法對組裝式的溫度傳感器是不適宜的，它無法計及屏蔽罩對溫度傳感器動態特性的影響。雷射法，這種方法使用雷射脈衝作為動態激勵信號源，把它打到溫度傳感器表面上產生瞬時的溫升，撤走雷射後，溫度傳感器在穩定的氣流中會產生負溫度階躍；這種方法產生溫度階躍的延遲時間短，並且激勵信號的頻譜能充分覆蓋被校準系統的全部模態，但是它同樣存在著熱電偶瞬時電加熱法的缺點。綜上所述，由於溫度傳感器的物理結構的特殊性，目前的瞬態溫度信號發生裝置所適用的溫度傳感器種類範圍窄，不能產生對溫度傳感器有意義的、可溯源的較為理想的階躍溫度信號。

發明內容
本發明為解決現有技術中存在的上述問題，提供ー種具有實驗可操作性、可溯源性、可量化評估的階躍溫度信號發生裝置。本發明要解決的技術問題1.產生的較為理想的階躍波動溫度信號；2.產生的階躍溫度信號具有可溯源性。本發明的技術解決方案針對現有方法，輸出響應能否達到穩態值與階躍信號上升時間無法協調統一。提出基於激波管破膜產生激波的原理，以可溯源高溫氣體為高壓腔氣體的動態溫度傳感器激勵信號發生裝置。克服現有方法缺點，產生較為理想階躍信號，且可以使溫度傳感器輸出響應達到穩態值。本發明為ー種快速溫度信號發生裝置，具體由高溫高壓氣體存儲腔、低壓腔、熱源動カ裝置、氣體循環動カ裝置、膜片、保溫隔熱裝置及裝置外殼組成。所述的高溫高壓氣體存儲腔，相當於激波管高壓段，這裡為一密閉回形管道。所述的低壓腔，相當於激波管低壓段，當膜片破碎後，入射激波及反射激波在低壓腔內的氣體中運動。在低壓腔長度方向中部安裝被校溫度傳感器及高頻壓カ傳感器。所述的熱源動カ裝置，採用電加熱棒，置於高溫高壓氣體存儲腔體內，為腔體內空氣加熱提供熱源。所述的氣體循環動力裝置，為高溫高壓氣體存儲腔內空氣循環流動提供動力。所述的膜片，採用鋁箔膜片。所述的保溫隔熱裝置，在外殼與高溫高壓氣體存儲腔及低壓腔之間空隙填充650 °C無石棉娃酸I丐絕熱製品。所述的裝置外売，同時為電機座提供平臺，保證電機軸與風機軸同軸度。本發明ー種快速變化溫度信號發生裝置的優點及功效在於 相對於相同信號發生裝置來說，體積小，便於實驗室環境操作； 相對於相同溫度傳感器動態校準來說，激勵信號變化更快； 相對於相同溫度傳感器動態校準過程來說，實現激勵信號可溯源； 相對於相同溫度傳感器動態校準時間延遲，實現激勵信號的起始時間準確定位； 採用電熱管加熱方式，使用方便，加熱效率高效； 通過採用不同壓カ臨界值膜片，可以實現不同條件下的校準要求 通過採用收縮擴張噴管可以實現相同膜片，實現不同激波馬赫數的實驗條件


圖I為快速溫度信號發生裝置主視2為快速溫度信號發生裝置俯視3為快速溫度信號發生裝置左視4為裝置外殼主視5為裝置外殼俯視6為裝置外殼左視7為整體裝置裝配機械中具體標號如下1-1-支架；1-2-DN100 不鏽鋼管；1-3-AK-1 壓カ傳感器座；1-4DN100180。彎管；1-5-K型熱電偶溫度傳感器；l-6-DN100不鏽鋼管；1-7-支架；1-8-DN100不鏽鋼管；1-9_支架；2_低壓腔；2-1_被校溫度傳感器'2-2-高頻壓カ傳感器；2-3_低壓腔法蘭；3_電加熱棒；4-1_風機葉輪；4-2_風機軸；4-3_機械密封外殼；4-4_深溝球軸承；4_5_圓柱滾子軸承；4-6_機械密封；4-7_聯軸器；4-8_機械密封外殼法蘭；4-9_直流電機；5_膜片；6_保溫隔熱材料；7-1-電機平臺；7-2-裝置外殼封蓋；7-3-裝置外殼底座；7-4-低壓腔置位槽；7-5-機械密封外殼置位槽；7-6_裝置外殼封蓋安裝座；7-7_裝置外殼側壁；7-8_裝置測控數據線引出孔。
具體實施例方式所述的快速變化溫度信號發生裝置由高溫高壓氣體存儲腔、低壓腔、熱源動力裝置、氣體循環動カ裝置、膜片、保溫隔熱裝置及裝置外殼組成。
下面結合附圖，對本發明的技術方案做進ー步的說明。如附圖1-3所示，高溫高壓氣體存儲腔採用DN100壁厚3mm不鏽鋼管1-2，1-4,1-8，一段DN100壁厚3mml80°彎管1_4構成回形氣體存儲腔；回形腔開ロ端與支架1_1、1-7焊接，與支架1-9提供整個裝置水平基準，支架1-1提供與低壓腔法蘭2-3連接面及螺紋孔，支架1-7提供與機械密封外殼法蘭4-8連接面及螺紋孔，法蘭之間密封採用石墨密封墊。高溫高壓氣體存儲腔壓カ由AK-I壓カ傳感器評估，安裝於壓カ傳感器座1-3上，螺紋連接，橡膠圈密封，壓カ傳感器座與高溫高壓氣體存儲腔採用螺紋連接，密封採用四氟墊。低壓腔採用DN100壁厚3mm不鏽鋼管2。被校溫度傳感器2_1與高頻響壓カ傳感器2-2均安裝於低壓腔長度方向中心位置，並使兩個傳感器敏感頭儘量靠近如附圖2所示，與低壓腔採用螺紋連接，密封採用四氟墊。熱源動力裝置3端頭與高溫高壓氣體存儲腔通過螺紋連接，插入高溫高壓氣體存儲腔內，具體由14隻120W/只電加熱棒組成，密封採用紫銅墊，在高溫高壓氣體存儲腔分布 如附圖2所示。溫度均勻性評估裝置由三隻K型熱電偶溫度傳感器1-5組成，如附圖2所示，與高溫高壓氣體存儲腔採用螺紋連接，四氟墊圈密封。氣體循環動カ裝置主要由旋轉密封、風機、電機組成。其中旋轉密封採用機械密封，機械密封外殼4-3採用304不鏽鋼製成，其中靠近高溫高壓氣體存儲腔位置的軸承4-4採用TS6005高溫深溝球軸承，遠離高溫高壓氣體存儲腔位置的軸承4-5採用NU303ECP圓柱滾子軸承軸承，軸承之間機械密封4-6採用非平衡式結構，型號BGM74D/25-G9，機械密封採用冷卻循環水，對密封摩擦面進行冷卻潤滑，位置關係如附圖2所示。風機採用軸流風機，風機葉輪4-1伸入高溫高壓氣體存儲腔內，通過螺釘與風機軸4-2連接。電機採用直流電機，風機軸通過聯軸器4-7與直流電機4-9連接。膜片採用厚度0.05mm鋁箔膜片，膜片兩側採用法蘭連接，石墨墊片密封，如附圖I所示。如附圖4一6所示，裝置外殼側壁7-7採用3mm鋼板，在低壓腔位置處加工低壓腔置位槽7-4，在機械密封外殼處加工機械密封外殼置位槽7-5，底座7-3採用5mm鋼板，底座在電機安裝處延伸出電機安裝平臺7-1，裝置外殼封蓋7-2開有3個測控數據線弓I出孔7-8，裝置外殼封蓋7-2通過裝置外殼封蓋安裝座7-6，用M6螺紋與裝置外殼連接。如附圖7所示，在快速變化溫度信號發生裝置與裝置外殼之間填充有保溫隔熱材料6,採用650°C無石棉娃酸I丐絕熱製品。工作前，高溫高壓氣體存儲腔和低壓腔內的氣體狀態為常溫常壓。安裝、固定溫度傳感器、壓カ傳感器，安裝膜片。首先利用熱源動力裝置對高溫高壓氣體存儲腔內空氣加熱，產生高溫氣體，同時通過氣體循環動力裝置使得回形腔體內空氣可以循環流動，在二者的共同作用下可以保證氣體在腔體內被循環加熱，提高加熱效率同時保證氣體加熱的均勻性。均勻性可以由分布在高溫高壓氣體存儲腔內的K型熱電偶溫度傳感器進行評估。將高溫高壓氣體存儲腔內氣體加溫到200°C，對低壓腔端抽真空，直到膜片左右側壓カ差達到膜片破裂臨界值並使得使膜片自然破裂。膜片破裂後，在入射激波的作用下，低壓腔內氣體被壓縮，溫度升高產生階躍波動溫度，入射激波在低壓腔端面反射產生反射激波，波動溫度信號直接作用在被校的溫度傳感器及高頻壓カ傳感器上。
通過氣體溫度測控系統實時監控氣體流量、溫度、壓カ等參數，對校準低壓腔的正階躍溫度信號進行 採集，最後進行動態溫度測量信號的處理。
權利要求
1.ー種快速溫度信號發生裝置，具體由高溫高壓氣體存儲腔、低壓腔、熱源動力裝置、氣體循環動カ裝置、膜片、保溫隔熱裝置及裝置外殼組成，其特徵在幹高溫高壓氣體存儲腔為ー密閉回形管道；低壓腔為一端封閉的密閉管道，高溫高壓氣體存儲腔自由開ロ端與低壓腔自由開ロ端密封連接並通過膜片隔開，在高溫高壓氣體存儲腔體內放置加熱體，風機通過旋轉密封置於高溫高壓氣體存儲腔內，電機為風機旋轉提供動力，裝置外殼與高溫高壓氣體存儲腔及低壓腔之間空隙填充有保溫隔熱材料。
2.根據權利要求I所述的ー種快速溫度信號發生裝置，其特徵是，所述高溫高壓氣體存儲腔是由三段DNlOO壁厚3mm不鏽鋼管與一段DN100壁厚3mml80°彎管構成。
3.根據權利要求I所述的ー種快速溫度信號發生裝置，其特徵是，所述高溫高壓氣體存儲腔自由開ロ端與低壓腔自由開ロ端密封連接是採用法蘭密封。
4.根據權利要求I所述的ー種快速溫度信號發生裝置，其特徵是，所述膜片為0.05mm的鋁箔膜片。
5.根據權利要求I所述的ー種快速溫度信號發生裝置，其特徵是，所述加熱體為高溫高壓氣體存儲腔內分布的14隻120W/只的電加熱棒。
6.根據權利要求I所述的ー種快速溫度信號發生裝置，其特徵是，所述風機為軸流風機。
7.根據權利要求I所述的ー種快速溫度信號發生裝置，其特徵是，所述旋轉密封為非平衡式機械密封。
8.根據權利要求I所述的ー種快速溫度信號發生裝置，其特徵是，所述電機採用直流電機。
9.根據權利要求I所述的ー種快速溫度信號發生裝置，其特徵是，所述保溫隔熱材料採用650°C無石棉娃酸I丐絕熱製品。
全文摘要
本發明一種快速溫度信號發生裝置，旨在產生較為理想的階躍溫度信號及信號具有可溯源性的問題。它包括高溫高壓氣體存儲腔、低壓腔、熱源動力裝置、氣體循環動力裝置、膜片、保溫隔熱裝置及裝置外殼。本發明通過下述方案實現高溫高壓氣體存儲腔為一密閉回形管道；低壓腔為一端封閉的密閉管道，高溫高壓氣體存儲腔與低壓腔自由開口端密封連接並通過膜片隔開，高溫高壓氣體存儲腔體內放置加熱體，風機通過旋轉密封置於高溫高壓氣體存儲腔內，電機為風機提供動力，裝置外殼與高溫高壓氣體存儲腔及低壓腔之間填充保溫隔熱材料，通過對高溫高壓氣體存儲腔內氣體加熱達到設定溫度，控制膜片兩端壓差，實現自然破膜，在低壓端可以形成階躍溫度信號。
文檔編號G01K15/00GK102778308SQ20121023864
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者孟曉風, 楊兆欣 申請人:北京航空航天大學