CN102778308B - 一种可溯源动态气体温度信号发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种快速温度信号发生装置，旨在产生较为理想的阶跃温度信号及信号具有可溯源性的问题。它包括高温高压气体存储腔、低压腔、热源动力装置、气体循环动力装置、膜片、保温隔热装置及装置外壳。本发明通过下述方案实现：高温高压气体存储腔为一密闭回形管道；低压腔为一端封闭的密闭管道，高温高压气体存储腔与低压腔自由开口端密封连接并通过膜片隔开，高温高压气体存储腔体内放置加热体，风机通过旋转密封置于高温高压气体存储腔内，电机为风机提供动力，装置外壳与高温高压气体存储腔及低压腔之间填充保温隔热材料，通过对高温高压气体存储腔内气体加热达到设定温度，控制膜片两端压差，实现自然破膜，在低压端可以形成阶跃温度信号。

Description

一种可溯源动态气体温度信号发生装置

（一）技术领域：

本发明涉及一种信号发生装置，更具体地说是基于激波管破膜产生激波的发生原理，实现产生可溯源的阶跃温度信号发生装置。

（二）背景技术：

在很多应用领域，都需要对温度传感器进行动态校准，研究温度传感器动态特性。研究温度传感器动态校准的目的就在于利用可溯源、快速变化的温度信号来探明各类温度传感器的动态响应。其中如何产生快速变化的温度信号是难点，把温度动态参量溯源到国家的基本计量基准，是进行精确动态测量的基础。

目前，常见的产生快速变化温度信号的发生装置有：投入实验法，将被校温度传感器在平衡初始温度下，快速将其插入不同温度的测量环境条件下，可以产生一个阶跃温度；但这种方法只能进行较小的温度阶跃，并且它还不能进行现场的动态校准，对时间常数很小的温度传感器通常也不能满足要求。热电偶瞬时电加热法，热电偶置于温度场，达到平衡后，利用电流热效应对热电偶加热，使热接点温度瞬时升高。然后切断电源，使热电偶又处于气流温度中，相当于产生一个负阶跃信号；但这种方法对组装式的温度传感器是不适宜的，它无法计及屏蔽罩对温度传感器动态特性的影响。激光法，这种方法使用激光脉冲作为动态激励信号源，把它打到温度传感器表面上产生瞬时的温升，撤走激光后，温度传感器在稳定的气流中会产生负温度阶跃；这种方法产生温度阶跃的延迟时间短，并且激励信号的频谱能充分覆盖被校准系统的全部模态，但是它同样存在着热电偶瞬时电加热法的缺点。

综上所述，由于温度传感器的物理结构的特殊性，目前的瞬态温度信号发生装置所适用的温度传感器种类范围窄，不能产生对温度传感器有意义的、可溯源的较为理想的阶跃温度信号。

（三）发明内容：

本发明为解决现有技术中存在的上述问题，提供一种具有实验可操作性、可溯源性、可量化评估的阶跃温度信号发生装置。

本发明要解决的技术问题：1.产生的较为理想的阶跃波动温度信号；2.产生的阶跃温度信号具有可溯源性。

本发明的技术解决方案：针对现有方法，输出响应能否达到稳态值与阶跃信号上升时间无法协调统一。提出基于激波管破膜产生激波的原理，以可溯源高温气体为高压腔气体的动态温度传感器激励信号发生装置。克服现有方法缺点，产生较为理想阶跃信号，且可以使温度传感器输出响应达到稳态值。

本发明为一种快速温度信号发生装置，具体由高温高压气体存储腔、低压腔、热源动力装置、气体循环动力装置、膜片、保温隔热装置及装置外壳组成。

所述的高温高压气体存储腔，相当于激波管高压段，这里为一密闭回形管道。

所述的低压腔，相当于激波管低压段，当膜片破碎后，入射激波及反射激波在低压腔内的气体中运动。在低压腔长度方向中部安装被校温度传感器及高频压力传感器。

所述的热源动力装置，采用电加热棒，置于高温高压气体存储腔体内，为腔体内空气加热提供热源。

所述的气体循环动力装置，为高温高压气体存储腔内空气循环流动提供动力。

所述的膜片，采用铝箔膜片。

所述的保温隔热装置，在外壳与高温高压气体存储腔及低压腔之间空隙填充650℃无石棉硅酸钙绝热制品。

所述的装置外壳，同时为电机座提供平台，保证电机轴与风机轴同轴度。

本发明一种快速变化温度信号发生装置的优点及功效在于：

●相对于相同信号发生装置来说，体积小，便于实验室环境操作；

●相对于相同温度传感器动态校准来说，激励信号变化更快；

●相对于相同温度传感器动态校准过程来说，实现激励信号可溯源；

●相对于相同温度传感器动态校准时间延迟，实现激励信号的起始时间准确定位；

●采用电热管加热方式，使用方便，加热效率高效；

●通过采用不同压力临界值膜片，可以实现不同条件下的校准要求

●通过采用收缩扩张喷管可以实现相同膜片，实现不同激波马赫数的实验条件

（四）附图说明：

图1为快速温度信号发生装置主视图

图2为快速温度信号发生装置俯视图

图3为快速温度信号发生装置左视图

图4为装置外壳主视图

图5为装置外壳俯视图

图6为装置外壳左视图

图7为整体装置装配机械图

图中具体标号如下：

1-1-支架；1-2-DN100不锈钢管；1-3-AK-1压力传感器座；1-4DN100180°弯管；1-5-K型热电偶温度传感器；1-6-DN100不锈钢管；1-7-支架；1-8-DN100不锈钢管；1-9-支架；2-低压腔；2-1-被校温度传感器；2-2-高频压力传感器；2-3-低压腔法兰；3-电加热棒；4-1-风机叶轮；4-2-风机轴；4-3-机械密封外壳；4-4-深沟球轴承；4-5-圆柱滚子轴承；4-6-机械密封；4-7-联轴器；4-8-机械密封外壳法兰；4-9-直流电机；5-膜片；6-保温隔热材料；7-1-电机平台；7-2-装置外壳封盖；7-3-装置外壳底座；7-4-低压腔置位槽；7-5-机械密封外壳置位槽；7-6-装置外壳封盖安装座；7-7-装置外壳侧壁；7-8-装置测控数据线引出孔。

（五）具体实施方式：

所述的快速变化温度信号发生装置由高温高压气体存储腔、低压腔、热源动力装置、气体循环动力装置、膜片、保温隔热装置及装置外壳组成。

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。

如附图1-3所示，高温高压气体存储腔采用DN100壁厚3mm不锈钢管1-2，1-4，1-8，一段DN100壁厚3mm180°弯管1-4构成回形气体存储腔；回形腔开口端与支架1-1、1-7焊接，与支架1-9提供整个装置水平基准，支架1-1提供与低压腔法兰2-3连接面及螺纹孔，支架1-7提供与机械密封外壳法兰4-8连接面及螺纹孔，法兰之间密封采用石墨密封垫。高温高压气体存储腔压力由AK-1压力传感器评估，安装于压力传感器座1-3上，螺纹连接，橡胶圈密封，压力传感器座与高温高压气体存储腔采用螺纹连接，密封采用四氟垫。

低压腔采用DN100壁厚3mm不锈钢管2。被校温度传感器2-1与高频响压力传感器2-2均安装于低压腔长度方向中心位置，并使两个传感器敏感头尽量靠近如附图2所示，与低压腔采用螺纹连接，密封采用四氟垫。

热源动力装置3端头与高温高压气体存储腔通过螺纹连接，插入高温高压气体存储腔内，具体由14只120W/只电加热棒组成，密封采用紫铜垫，在高温高压气体存储腔分布如附图2所示。温度均匀性评估装置由三只K型热电偶温度传感器1-5组成，如附图2所示，与高温高压气体存储腔采用螺纹连接，四氟垫圈密封。

气体循环动力装置主要由旋转密封、风机、电机组成。其中旋转密封采用机械密封，机械密封外壳4-3采用304不锈钢制成，其中靠近高温高压气体存储腔位置的轴承4-4采用TS6005高温深沟球轴承，远离高温高压气体存储腔位置的轴承4-5采用NU303ECP圆柱滚子轴承轴承，轴承之间机械密封4-6采用非平衡式结构，型号BGM74D/25-G9，机械密封采用冷却循环水，对密封摩擦面进行冷却润滑，位置关系如附图2所示。风机采用轴流风机，风机叶轮4-1伸入高温高压气体存储腔内，通过螺钉与风机轴4-2连接。电机采用直流电机，风机轴通过联轴器4-7与直流电机4-9连接。

膜片采用厚度0.05mm铝箔膜片，膜片两侧采用法兰连接，石墨垫片密封，如附图1所示。

如附图4—6所示，装置外壳侧壁7-7采用3mm钢板，在低压腔位置处加工低压腔置位槽7-4，在机械密封外壳处加工机械密封外壳置位槽7-5，底座7-3采用5mm钢板，底座在电机安装处延伸出电机安装平台7-1，装置外壳封盖7-2开有3个测控数据线引出孔7-8，装置外壳封盖7-2通过装置外壳封盖安装座7-6，用M6螺纹与装置外壳连接。

如附图7所示，在快速变化温度信号发生装置与装置外壳之间填充有保温隔热材料6，采用650℃无石棉硅酸钙绝热制品。

工作前，高温高压气体存储腔和低压腔内的气体状态为常温常压。安装、固定温度传感器、压力传感器，安装膜片。

首先利用热源动力装置对高温高压气体存储腔内空气加热，产生高温气体，同时通过气体循环动力装置使得回形腔体内空气可以循环流动，在二者的共同作用下可以保证气体在腔体内被循环加热，提高加热效率同时保证气体加热的均匀性。均匀性可以由分布在高温高压气体存储腔内的K型热电偶温度传感器进行评估。将高温高压气体存储腔内气体加温到200℃，对低压腔端抽真空，直到膜片左右侧压力差达到膜片破裂临界值并使得使膜片自然破裂。膜片破裂后，在入射激波的作用下，低压腔内气体被压缩，温度升高产生阶跃波动温度，入射激波在低压腔端面反射产生反射激波，波动温度信号直接作用在被校的温度传感器及高频压力传感器上。

通过气体温度测控系统实时监控气体流量、温度、压力等参数，对校准低压腔的正阶跃温度信号进行采集，最后进行动态温度测量信号的处理。

Claims (2)

1.一种快速温度信号发生装置，具体由高温高压气体存储腔、低压腔、热源动力装置、气体循环动力装置、膜片、保温隔热材料及装置外壳组成，其特征在于：高温高压气体存储腔为一密闭回形管道；低压腔为一端封闭的密闭管道，高温高压气体存储腔自由开口端与低压腔自由开口端密封连接并通过膜片隔开，在高温高压气体存储腔体内放置加热体，风机通过旋转密封置于高温高压气体存储腔内，电机为风机旋转提供动力，装置外壳与高温高压气体存储腔及低压腔之间空隙填充有保温隔热材料；

所述的加热体为高温高压气体存储腔内分布的14只120W/只的电加热棒；

所述高温高压气体存储腔自由开口端与低压腔自由开口端密封连接是采用法兰密封；

所述的热源动力装置采用14只120W/只电加热棒，置于高温高压气体存储腔体内，为腔体内空气加热提供热源；

所述的气体循环动力装置主要由旋转密封、风机及电机组成；所述旋转密封采用非平衡式机械密封；所述风机采用轴流风机；所述电机采用直流电机；

所述的保温隔热材料采用650℃无石棉硅酸钙绝热制品；

所述膜片为0.05mm的铝箔膜片。

2.根据权利要求1所述的一种快速温度信号发生装置，其特征是，所述高温高压气体存储腔是由三段DN100壁厚3mm不锈钢管与一段DN100壁厚3mm180°弯管构成。

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