CN100485338C - 用于动态压力测试物体的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

动态压力测试装置包括第一筒(12)和相对于该筒可移动的第一活塞(14)。活塞(14)可以具有施加于其上的一个或多个重块(36)。通过振动器工作台(20)来振动筒，流体内的压力脉冲传递到固定外壳(22)以及外壳内的第二活塞(26)。活塞的相对侧接触腐蚀性或侵蚀性流体(30)，该流体也接触进行检测的物体(34)的敏感表面。通过第二活塞(26)和腐蚀性流体(30)将压力脉冲传递到敏感表面，以能够在腐蚀性流体内进行动态压力测试。

Description

用于动态压力测试物体的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于动态压力测试物体的设备和方法，尤其涉及用于模拟在物体的实际应用中暴露在腐蚀性或侵蚀性流体中的物体上的动态压力的测试设备和方法.
背景技术
物体的动态压力测试是公知的，例如，用在各种应用中的压力传感器.当经受若干随时间变化的周期时，动态压力测试典型地用来测试物体如压力传感器的耐久性.已经利用了很多不同类型的动态压力测试设备.例如，冲击管测试提供了由薄隔膜片分隔的管路的两个部分.当有差异的压力施加到管部分而隔膜片破裂时，产生由此引起的压力冲击.冲击管动态压力测试的缺点包括建立测试的复杂性和难度，测试仅仅限于一个循环周期，在测试期间不能使用液态流体介质，并且冲击波提升了气体温度.无冲击压力阶跃发生器使用快开阀门来产生动态压力脉冲.然而，这种类型的发生器受到了阀门开启的机械性限制，不能实现高频率脉冲，即每秒的周期数.脉冲发生器典型地使用滴落在与包含在固定容量中的不可压缩流体接触的活塞上的物质.然而，这种类型的发生器只限于单个阶跃响应，即一个周期.同时存在振荡基底系统，其利用安装在振荡器电枢上的填充液体的管子来产生动态压力.然而，振荡基底系统通常是笨重的，对于大压力位移要求重载振荡器，并且具有其自身的控制最大操作温度.
活塞发声仪利用气缸中的活塞来产生正弦波的压力变化.虽然这种类型的装置典型地用作如麦克风等声敏元件，活塞发声仪受限于低频和低振幅.最终，伺服阀通常使用液压系统来控制动态部件.压力由外部泵产生，并且通过在伺服阀上施加偏置的交互信号来动态控制.此信号移动伺服阀内的机械构件，依次引导工作流体通过各种端口，并且控制往复阀.最终结果是输出的动态压力信号.
这些动态压力系统时常不能满足许多应用中要求的振幅和频率.此外，许多物体在使用中受到腐蚀性或侵蚀性流体侵蚀.由腐蚀性或侵蚀性流体和物体在使用中所经受的压力变化所导致的组合应力，通常不是现有技术的动态压力测试系统解决的应力.在某些应用中也需要短时间周期内极大量的压力循环，如40天或更少天数内10亿个循环周期，从而确保足够的动态压力测试.
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种动态压力测试设备和动态压力测试方法，其中，可以在相当宽的频率范围内进行测试，尤其是高频率下，经受测试的物体也同时受到腐蚀性或侵蚀性流体的侵蚀，以及受到由此引起的应力.在一个优选实施例中，具有与其相对滑动的活塞的第一筒安装在振动器工作台或其他合适的振动发生器上，由此在与活塞和筒接触的第一流体中产生压力脉冲.第二固定外壳或筒与第一流体流体连通，并包括响应于在第一流体中产生的压力脉冲相对于固定外壳或筒可移动的活塞.经历测试的物体与第二流体连通，例如，腐蚀性或侵蚀性流体也与第二活塞连通，由此第一流体产生的压力脉冲经过第二活塞和第二流体传递到进行测试的物体上.由于物体与腐蚀性或侵蚀性的第二流体接触并受到第二流体的压力脉冲，动态压力测试可以在选定的频率和振幅以及仅由测试设备的材料所限定的温度下进行.此外，通过变化第一活塞的质量，如通过向第一活塞添加或去除质量，产生的压力脉冲的振幅和共振频率能够按照需求变化.例如，对于该测试结构，可以在20-200p.s.i或更高的范围内以大约100赫兹到大约400赫兹之间的频率来产生压力.此类型的结构能够使使用腐蚀性流体的动态压力测试在有限时间期限内进行许多循环周期，例如，在数周内进行10亿个循环周期，以及成理想的共振频率.
在根据本发明的优选实施例中，提供了用来动态压力测试物体的设备，该设备包括含第一流体的第一筒；与第一流体接触且在第一筒内可移动的第一活塞；安装第一筒和第一活塞的振动器工作台，用于振动第一筒和第一活塞，并在第一流体内产生压力脉冲；与第一流体连通的第二筒，第二筒和由第二筒可移动地承载的第二活塞独立于振动器工作台安装，第二活塞与第一流体在其一侧相接触，使得产生的压力脉冲能振动第二活塞；以及位于第二筒内的第二流体，其在上述一侧的相对侧与第二活塞接触，以接收由第二活塞的振动运动产生的压力脉冲，并且将第二压力脉冲传递到与第二流体接触的进行动态压力测试的物体上.
在根据本发明的优选实施例中，提供了用来动态压力测试物体的设备，该设备包括含第一流体的第一筒；与第一流体接触且在第一筒内可移动的第一活塞；用来振动第一筒和第一活塞的装置，以在第一流体内产生压力脉冲；与第一流体连通的第二流体筒，第二筒和由第二筒可移动地承载的第二活塞独立于振动装置安装，第二活塞与第一流体在其一侧相接触，使得产生的压力脉冲能振动第二活塞；以及位于第二筒内的第二流体，其在上述一侧的相对侧与第二活塞接触，以接收由第二活塞的振动运动产生的压力脉冲，并且将第二压力脉冲传递到与第二流体接触的进行动态压力测试的物体上.
在根据本发明的优选实施例中，提供了设备.
附图说明
图1是根据本发明优选方面的动态压力测试设备的示意图；
图2是动态压力测试设备的透视图；
图3是其截面视图；以及
图4是测试设备一部分的放大截面视图.
具体实施方式
现在参考附图，尤其是图1，示意性描述了根据本发明的优选方面的动态压力测试设备，通常标明为10.设备10包括流体筒12和活塞14，筒12和活塞14竖直放置.如图所示，活塞14在筒12内由密封件16密封，流体18位于活塞14下方的筒12内.筒12最好位于振动器工作台20上.振动器工作台20可以包括传统的振动器工作台，如标记为M&B Dynamics Cal 50的振动器工作台，最好在竖直方向上振动，使得固定在振动器工作台上的筒12振动.可以理解：可以使用任何其他合适的产生振动的传统设备来代替振动器工作台.
设备10也包括外壳22，其承载或形成第二筒24的一部分.筒24同时承载第二活塞26.活塞26由密封件28密封到筒24的壁，并一端与流体18接触.活塞26相对端在筒24内与腔室32内的流体30接触.流体30可以是腐蚀性或侵蚀性流体.因而，筒24和活塞26以及密封件28由与腐蚀性流体30介质相容的材料构成.腔室32远离活塞26的相对端是进行测试的物体34.物体34最好固定到外壳22上.物体32的一个例子是用来测量腐蚀性环境中压力的压力传感器.
一个或多个离散质量或重块36可以放置于上端部，即活塞14的暴露端，以根据需要产生的压力脉冲的振幅和频率来加重活塞。可以理解：以垂直振动模式或至少具有垂直振动分量的方式来操作振动器工作台20，筒12和加重活塞14在流体18中产生振动压力脉冲.经由半刚性连接38将振动脉冲传递到固定的外壳22，并用来振动外壳22内的活塞26.筒22内的活塞26的振动通过腐蚀性或侵蚀性流体30传递到进行测试的物体，如压力传感器的敏感表面.
现在参考图2-4，这里说明了本发明的一个特定的优选实施例.在图2中，说明了安装在振动器工作台20上的筒12.活塞14包括活动部分，即带有一对密封件16的下部柄37(图3和4)，在筒12的筒开口内容纳该柄和密封件.活塞14也包括一对最好位于直径相对侧的开口40，其容纳活塞螺钉42.这些螺钉42位于开口40内，并且旋入筒12内的内螺纹开口44.弹簧46(图3和4)也位于活塞14内，其在弹簧低端的凸缘和若干重块的第一重块36之间.螺钉42和弹簧46用来将活塞14固定到筒12，同时允许活塞响应振动器工作台而振动.重块36可以固定在柄45上，其依靠有螺纹的螺母47从活塞14向上突伸.筒12内的流体18也通过半刚性线38与外壳22连通.外壳22包括筒腔室，其容纳由O形环密封件28适当密封在腔室内的活塞26。此外，外壳22上部有内螺纹50，用来与如压力传感器的物体34的一部分螺纹啮合，从而将传感器固定到测试设备上.可以理解：物体34具有敏感表面，图中未示出，其暴露于腔室32内的流体中.
此操作类似于以前关于图1的示意图描述的操作.选定的一个或多个重块36根据方程式p＝ma/A用来部分产生动态压力，其中p是产生的压力，m是重块和活塞的质量，a是响应振动的加速度，A是活塞与流体18接触的表面面积.产生的压力脉冲传递到活塞26，从而传递到第二流体30，如腐蚀性或侵蚀性流体.传递的压力脉冲因此施加到物体32的敏感表面.在此优选实施例中，可以理解：活塞筒直径和重量能够按照需要变动，从而产生需要的压力.例如，对于100和400赫兹之间操作，最好在大约300赫兹下操作以获得共振频率的设备，20-200p.s.i的压力范围能够使测试设备在两或三周的有限时间期限内对进行测试的压力传感器32施加超过10亿个压力循环.更明确地说，例如，通过系统在300赫兹共振下振动，通过利用2磅质量的重块和0.1平方英寸的活塞面积以及10g的振动加速度，能够产生20-200p.s.i的压力波动.在300赫兹下，连续运转，能够在40天内实现10亿个循环.因此，可以理解：测试设备可以在很大的压力范围下操作，能够在任何需要的温度下使用，只受测试设备材料的温度限制.测试设备可以适应大多数能够传递压力波的流体介质，并且对于经受腐蚀性或侵蚀性流体和大压力和频率范围的测试物体尤其有用.
虽然对本发明连同目前被认为是最实用和优选实施例一起进行了描述，可以理解：本发明不限于披露的实施例，相反，本发明意在包括包含在后附文件的请求保护的精神和范围内的各种变体和等效装置.
部件列表
 
12 第一筒
14 第一活塞
18 第一流体
20 工作台
22 第二筒
26 第二活塞
28 密封件
30 第二流体
34 物体
36 重块
42 连杆
46 弹簧
50 装置

Claims (10)

1、一种用于动态压力测试物体的设备，其包括：
包含第一流体(18)的第一筒(12)；
与第一流体接触且在所述第一筒内可移动的第一活塞(14)；
安装所述第一筒(12)和所述第一活塞(14)的振动器工作台(20)，用于振动第一筒和第一活塞，并且在所述第一流体中产生压力脉冲；
与所述第一流体(18)连通的第二筒(22)，所述第二筒和由所述第二筒可移动地承载的第二活塞(26)独立于所述振动器工作台安装，所述第二活塞与第一流体在其一侧相接触，使得产生的压力脉冲能振动所述第二活塞；以及
位于所述第二筒内的第二流体(30)，其在第二活塞的所述一侧的相对侧与所述第二活塞接触，以接收由所述第二活塞的振动运动产生的压力脉冲，并且将第二压力脉冲传递到与第二流体接触的进行动态压力测试的物体(34)上。
2、根据权利要求1所述的设备，包括安装在所述第一活塞上的预定数量的重块(36)。
3、根据权利要求1所述的设备，包括多个独立的重块(36)，以选择性地安装在所述第一活塞(14)上，从而改变产生的压力脉冲的大小。
4、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二流体(30)是腐蚀性或侵蚀性流体，所述第二活塞(26)包括密封件(28)，以将所述第一流体(18)和第二流体(30)相互密封。
5、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二筒(22)包括用来将物体安装其上的装置(50)。
6、根据权利要求1所述的设备，包括至少一个固定到所述第一筒的连杆(42)，以及在所述连杆和所述第一活塞之间协作的弹簧(46)，以使得所述第一活塞和所述第一筒之间能够相对振动。
7、一种用于动态压力测试物体(34)的设备，其包括：
包含第一流体(18)的第一筒(12)；
与第一流体接触且在所述第一筒内可移动的第一活塞(14)；
用来振动所述第一筒和所述第一活塞的装置(20)，从而在所述第一流体(18)中产生压力脉冲；
与所述第一流体连通的第二筒(22)，所述第二筒和由所述第二筒可移动地承载的第二活塞(26)独立于所述振动装置安装，所述第二活塞与第一流体在其一侧相接触，使得产生的压力脉冲能振动所述第二活塞；以及
位于所述第二筒内的第二流体(30)，其在第二活塞的所述一侧的相对侧与所述第二活塞接触，以接收由所述第二活塞(26)的振动运动产生的压力脉冲，并且将第二压力脉冲传递到与第二流体(30)接触的进行动态压力测试的物体上。
8、根据权利要求7所述的设备，包括安装在所述第一活塞(14)上的预定数量的重块(36)。
9、根据权利要求7所述的设备，包括多个独立的重块(36)，以选择性地安装在所述第一活塞上，从而改变产生的压力脉冲的大小。
10、根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第二流体(30)是腐蚀性或侵蚀性流体，所述第二活塞(26)包括密封件(28)，以将所述第一和第二流体相互密封。
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