CN102192999A - 基于探针自动测量气流压力和速度的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于探针自动测量气流压力和速度的装置，包括探针、探针旋转运动调节机构、探针直线运动调节机构、安装支撑机构、数据采集和控制系统，其特征在于，探针的一端安装于中空电机的中空轴内，由定位锁紧装置固定，探针的另一个测量端穿过密封装置延伸至被测物件内的运动流体中，密封装置固定于运动平台托架的垂直架体通孔内；探针旋转调节机构通过中空电机托架安装在运动平台上；探针直线运动调节结构整体安装在运动平台托架的水平架体上；数据采集和控制系统通过数据采集端C与探针相连实现数据采集；数据采集和控制系统通过第一接线端D与中空电机相连实现旋转运动控制，通过第二接线端E与直线运动电机相连实现直线运动控制。

Description

基于探针自动测量气流压力和速度的装置
技术领域
本发明属于流动测量技术领域，涉及一种基于探针自动测量气流压力和速度的装置。
背景技术
探针被广泛应用于气流运动参量的测量当中，根据探针类型的不同及其对应的测量方法，可以用于测量气流的速度矢量大小、方向及总压和静压等。在使用探针测量上述物理参量的过程中，需要不断改变探针在气流中的位置及测量孔相对于气流的方向，从而实现不同位置中气流速度和压力的测量。由于在实际测试过程中，往往需要测量不同位置处气流的速度和压力，而且难以预先知道当地气流的流动方向，因此采用传统手动方法不断调整探针的位置和测量孔方向是一件十分繁琐的工作，并且效率十分低下。针对上述缺陷，曾有专利(CN101329218A)中提出了一种自动控制探针运动的装置，具体实施中采用三个数控电机及其配套部件分别控制探针实现俯仰、偏转、水平运动的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、控制精度高、能够显著提高实验测量速度并降低实验误差的气流压力和速度的自动测量装置。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种基于探针自动测量气流压力和速度的装置，包括探针、由中空电机及其托架和定位锁紧装置组成的探针旋转运动调节机构、由直线运动电机、丝杠、运动平台组成的探针直线运动调节机构、由运动平台托架和密封装置组成的安装支撑机构、由计算机软件和硬件组成的数据采集和控制系统，其特征在于，所述探针的一端安装于中空电机的中空轴内，由定位锁紧装置固定，探针的另一个测量端穿过密封装置延伸至被测物件内的运动流体中，密封装置固定于运动平台托架的垂直架体通孔内；所述探针旋转调节机构通过中空电机托架安装在运动平台上；所述探针直线运动调节结构整体安装在运动平台托架的水平架体上；所述数据采集和控制系统通过数据采集端C与探针相连实现数据采集；数据采集和控制系统通过第一接线端D与中空电机相连实现旋转运动控制，通过第二接线端E与直线运动电机相连实现直线运动控制。
上述方案中，所述的定位锁紧装置包括两个分别置于中空电机中空轴两侧的定位套及其上的顶丝，定位套与中空轴固联。
所述的探针密封装置包括中空的双头螺栓、密封垫片、焊接在被测物件表面的搭子，双头螺栓固定在运动平台托架的垂直架体通孔内，探针的测量端穿过双头螺栓延伸至被测物件内的运动流体中，双头螺栓靠近探针测量端的一侧通过密封垫片与搭子相连。该连接方式为内螺纹连接或外螺纹连接。
所述的数据采集和控制系统包括依次串联的压力变送器、信号调理器、数据处理系统和运动控制器，压力变送器通过数据采集端C采集得到信号，经过信号调理器调理后，由数据处理系统读取分析，数据处理系统的控制信号通过运动控制器一路经第一接线端D输出到中空电机，另一路经第二接线端E输出到直线运动电机。
本发明的有益效果是，采用两套数控电机分别实现探针的直线和旋转运动来快速测量不同位置气流的速度矢量大小和方向及静压和总压等物理参量。直线运动电机控制探针水平运动，中空旋转电机控制探针的旋转运动，装置结构简单，结合计算机数据采集和控制系统，在提前设定好测量点几何坐标位置条件情况下，实现了多测量点物理参量数据采集过程的完全自动化，显著提高了实验速度，同时降低了手动控制和操作人员读数的误差，提高并保证了实验精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
图1是本发明装置的总体结构图。
图2是本发明装置测量端的一种连接结构。
图3是本发明装置测量端的另一种连接结构。
图1到图3中：1、探针；2、中空电机；3、中空电机托架；4、直线运动电机；5、丝杠；6、直线运动平台；7、运动平台托架；8、定位套、9、定位锁紧螺母；10、螺丝；11、垫片A；12、顶丝；13、垫片B；14、锁紧螺母；15、O型圈；16、螺母；17、顶丝；18、密封垫片；19、搭子；20、双头螺栓。
具体实施方式
如图1所示，一种控制探针自动运动的气流压力和速度的测量装置，包括探针旋转运动调节机构，探针直线运动调节机构，安装支撑结构和数据采集及控制系统四部分。
探针旋转运动调节机构包括中空电机2、中空电机托架3及探针定位锁紧装置，其中定位锁紧装置由定位套8、定位锁紧螺母9、螺丝10、垫片11及顶丝12组成。定位套8置于中空电机2中空轴的左侧并与中空轴内壁和探针1通过过盈配合实现固联，其上顶丝12锁紧定位套8与探针1之间的连接。定位锁紧螺母9、垫片11与中空电机2中空轴的右侧通过轴向作用力锁紧，此外，定位锁紧螺母9的内壁与探针1之间由螺丝10采用过盈配合连接，螺丝10上设有顶丝12锁紧定位锁紧螺母9与探针1之间的连接。上述连接方式最终实现探针1、中空电机2中空轴、定位套8、定位锁紧螺母9、螺丝10、垫片11及顶丝12之间的固有连接，在测量过程中由中空电机2驱动探针1及上述部件绕轴O1-O1做旋转运动。
探针直线运动调节机构包括直线运动电机4、丝杠5、直线运动平台6，其中探针旋转运动调节机构通过中空电机托架3安装在直线运动平台6上。在测量过程中，直线运动电机4驱动丝杠5带动直线运动平台6、中空电机托架3、探针旋转运动调节机构及探针1沿轴O1-O1做直线运动。
安装支撑结构包括运动平台托架7和探针密封装置，其中探针密封装置包括中空的双头螺栓20、搭子19和密封垫片18，双头螺栓20由垫片13、O型圈15、锁紧螺母14、螺母16、顶丝17固定在运动平台托架的垂直架体通孔内，探针的测量端穿过双头螺栓20延伸至被测物件内的运动流体中。双头螺栓20靠近探针测量端的一侧通过密封垫片18与焊接在被测物件表面的搭子19相连，有两种不同的连接形式。如图2和图3所示，两种连接形式的不同之处在于，连接形式一(图2)中搭子19和双头螺栓20采用内螺纹连接，连接形式二(图3)中搭子19和双头螺栓20采用外螺纹连接。
在测量准备时，探针1的一端通过定位锁紧装置安装固定在中空电机2的中空轴内；探针1的另一测量端穿过双头螺栓20延伸至被测物件内的运动流体中。根据实验测量的具体情况，分别定位锁紧两端。计算得到探针测量端的初始位置，输入到计算机系统中，并通过计算机软件设定需要测量的位于同一直线上的多个测量点坐标位置。
在测量过程中，中空电机驱动探针1和定位锁紧装置绕O1-O1轴旋转运动，直线运动电机4驱动丝杠5使直线运动平台6及探针旋转运动调节机构沿O1-O1轴向做直线运动。
数据采集和控制系统包括压力变送器、信号调理器、数据处理系统、运动控制器。探针1通过数据采集端C与压力变送器连接，经信号调理器接入数据处理系统，进行数据分析处理、存储和输出。数据处理系统的输出与运动控制器的输入连接，运动控制器的输出分两路，一路经接线端D连接至中空电机2；另一路经接线端E连接至直线运动电机4，分别实现探针的旋转和直线运动控制。
本发明装置自动测量的工作原理是：首先通过压力变送器采集、转换探针测量孔在初始测量点位置时的压力信号输入到计算机系统中，基于计算机软件分析测量得到的信号，计算出探针需要旋转的角度，通过计算机系统输出控制命令驱动中空电机调整测量端的方向，直到达到满足要求的方向为止，然后采集数据，得到该测量点需要测量的物理参量。完成当地测量点的数据采集后，由计算机控制系统输出控制命令，驱动直线运动电机实现探针的直线运动，到达下一个测量点位置，重复上述过程调整探针测量孔的方向，实现该测量点的物理参量测量。反复执行上述步骤，逐点实现该直线方向上各测量点位置的物理参量测量。本发明在测量完成时，分别松开探针两端的锁紧装置，将探针分别退出运动平台托架通孔和中空电机的中空轴。

Claims (4)

1.一种基于探针自动测量气流压力和速度的装置，包括探针、由中空电机及其托架和定位锁紧装置组成的探针旋转运动调节机构、由直线运动电机、丝杠、运动平台组成的探针直线运动调节机构、由运动平台托架和密封装置组成的安装支撑机构、由计算机软件和硬件组成的数据采集和控制系统，其特征在于，所述探针的一端安装于中空电机的中空轴内，由定位锁紧装置固定，探针的另一个测量端穿过密封装置延伸至被测物件内的运动流体中，密封装置固定于运动平台托架的垂直架体通孔内；所述探针旋转调节机构通过中空电机托架安装在运动平台上；所述探针直线运动调节结构整体安装在运动平台托架的水平架体上；所述数据采集和控制系统通过数据采集端C与探针相连实现数据采集；数据采集和控制系统通过第一接线端D与中空电机相连实现旋转运动控制，通过第二接线端E与直线运动电机相连实现直线运动控制。
2.如权利要求1基于探针自动测量气流压力和速度的装置，其特征在于，所述的定位锁紧装置包括两个分别置于中空电机中空轴两侧的定位套及其上的顶丝，定位套与中空轴固联。
3.如权利要求1基于探针自动测量气流压力和速度的装置，其特征在于，所述的探针密封装置包括中空的双头螺栓、密封垫片、焊接在被测物件表面的搭子，双头螺栓固定在运动平台托架的垂直架体通孔内，探针的测量端穿过双头螺栓延伸至被测物件内的运动流体中，双头螺栓靠近探针测量端的一侧通过密封垫片与搭子相连，该连接方式为内螺纹连接或外螺纹连接。
4.如权利要求1基于探针自动测量气流压力和速度的装置，其特征在于，所述的数据采集和控制系统包括依次串联的压力变送器、信号调理器、数据处理系统和运动控制器，压力变送器通过数据采集端C采集得到信号，经过信号调理器调理后，由数据处理系统读取分析，数据处理系统的控制信号通过运动控制器一路经第一接线端D输出到中空电机，另一路经第二接线端E输出到直线运动电机。
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