CN103954798B - 高温加速度传感器的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温加速度传感器的试验装置，包括振动台、安装于振动台上的连接夹具、电热炉和支架，电热炉安装于支架的顶板的上方，振动台安装于支架的顶板的下方，支架的顶板上和电热炉的底板上均设有通孔，连接夹具的上部穿过通孔置于电热炉的炉体内，连接夹具的上部或顶部设有待测加速度传感器安装台，电热炉的炉体壁上设有用于引出待测加速度传感器的信号输出线的引线管，连接夹具的下部位于支架的顶板下方的位置设有标准加速度传感器安装台。本发明通过增加电热炉和支架，并将连接夹具设计为分段结构，实现对待测加速度传感器和标准加速度传感器的独立安装，构成温度-振动复合环境，实现待测加速度传感器的高温标定和性能试验。

Description

高温加速度传感器的试验装置

技术领域

本发明涉及一种加速度传感器的试验装置，尤其涉及一种用于高温环境下的高温加速度传感器的试验装置。

背景技术

加速度传感器作为振动测量传感器，已经广泛应用于水利、动力、采矿、交通、建筑、地震、船舶、桥梁、航空、航天、兵器、化爆和建筑等部门的振动和冲击测试、信号分析、振动校准、机械动态实验等，特别是在航空和航天领域中更是有它的特殊地位。不同性质的测量应用场合对压电加速度计特性和具体技术指标的要求不同。加速度传感器的应用通常可归纳为：机械转动，高频振动，低频振动，冲击，微振动，小物体上振动，高温环境，低温环境，辐射环境，设备状态监测。近些年由于相关应用领域的迅速发展和崛起，在相关应用的迅速发展和需求下，高温加速度传感器发展迅速，对于高温环境下振动测量的研究也日趋深入。

对当前国内和国外传感器调研可知，普通加速度传感器稳定工作温度通常低于200℃，而基于压电式的加速度传感器温度上限较高。国产的典型高温加速度传感器可以在450℃环境下稳定工作，国外的器件甚至可在700℃条件下工作。瑞士Vibrometer公司生产的型号为CA250M8XX的产品，该传感器主要利用电气石的纵向效应原理制成的，耐高温压电加速度传感器能够承受最高760℃的高温，是目前世界上可以批量生产的耐受温度最高的加速度传感器。但是随着测试的需求，满足超高温度(≥1200℃)实验要求的加速度传感器仍在研发中。

加速度传感器在制造、装配完毕后需要对原设计指标进行一系列试验，以确定传感器的实际性能。传感器的性能标定是通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系，同时确定出不同条件下的误差关系。传统的加速度传感器动态标定试验是将被测传感器与标准传感器处于同样激励环境下，以其间输出差别来评价被测传感器响应特性。标定过程中，将标准传感器与被测传感器背靠背或刚性连接安装在振动台上，测试过程中两者将受到相同加速度激励作用，以被测传感器动态输出特性与标准加速度传感器比较，来评价其动态特性。传统频响标定系统由信号发生器发出振动信号，经功率放大器推动振动台振动，被测传感器和标准传感器输出的信号经电荷放大器放大，然后进入比较器对照电压比，测试电压比随频响变化的情况。振动台从低频向高频扫描，可使用记录仪绘制出测试曲线。整套系统包括振动台、信号源、功率放大器、电荷放大器和数据采集装置。其中最为关键的设备是振动台，由磁路部分、可动部分、动圈及弹簧等组成，信号发生器正弦交流模拟电压输出经功率放大后传给振动台，提供动圈激励信号，标准传感器和被测传感器，置于动圈内，在电磁力的作用下产生振动。但是，振动台的磁路部分、动圈等关键部件不能承受高温(工作温度≤100℃)，因此在传统的试验标定装置中，没有高温加热系统，不能构成温度-振动复合环境，从而不能进行高温加速度传感器的标定和性能试验。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于200℃以上的高温环境下的高温加速度传感器的试验装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种高温加速度传感器的试验装置，包括振动台和安装于所述振动台上的连接夹具，所述连接夹具上能够安装标准加速度传感器和待测加速度传感器，所述试验装置还包括电热炉和支架，所述电热炉安装于所述支架的顶板的上方，所述振动台安装于所述支架的顶板的下方，所述支架的顶板上和所述电热炉的底板上均设有通孔，所述连接夹具的上部穿过所述通孔置于所述电热炉的炉体内，所述连接夹具的上部或顶部设有待测加速度传感器安装台，所述电热炉的炉体壁上设有用于引出所述待测加速度传感器的信号输出线的引线管，所述连接夹具的下部位于所述支架的顶板下方的位置设有标准加速度传感器安装台。

上述结构中，连接夹具用于安装待测加速度传感器和标准加速度传感器，同时安装于振动台，将振动传递给待测加速度传感器和标准加速度传感器，通过将待测加速度传感器和标准加速度传感器分别安装于连接夹具的不同位置，并使待测加速度传感器置于电热炉内，实现对待测加速度传感器的单独加热，不对标准加速度传感器和振动台造成高温影响或影响很小；电热炉用于为待测加速度传感器提供独立的封闭加热空间，使其处于高温环境，达到实验目的；支架的作用在于将电热炉和振动台上下隔离安装，为待测加速度传感器的独立加热提供条件。

具体地，所述电热炉的炉体内壁上安装有含电热丝的陶瓷纤维炉芯，所述电热炉的内壁上还安装有两个热电偶，所述连接夹具上的待测加速度传感器安装台位于两个所述热电偶之间。这种加热结构具有快速升温和稳定保温的功能。

为了更好地实现电热炉内的保温，并将电热炉的高温与支架下方隔离，所述电热炉的炉体外壁上包覆有隔热保温层。

为了进一步提高电热炉内的高温与振动台之间的隔热效果，所述连接夹具包括水冷底座和安装于所述水冷底座上的耐温支撑杆，所述水冷底座内设有用于冷水储存或流动的循环水槽，所述标准加速度传感器安装台设置于所述水冷底座的侧壁上，所述待测加速度传感器安装台设置于所述耐温支撑杆的顶部。这种结构能够尽量减小连接夹具将电热炉内的高温传递给振动台的热量。

所述耐温支撑杆为耐内热合金钢或钼。具体地，使用温度≤800℃时，采用耐内热合金钢；使用温度＞800℃时，采用金属钼。

优选地，所述连接夹具通过螺钉安装于所述振动台上。

本发明的有益效果在于：

本发明通过增加电热炉和支架，并将连接夹具设计为分段结构，实现对待测加速度传感器和标准加速度传感器的独立安装和对待测加速度传感器的独立加热，构成温度-振动复合环境，从而能够进行待测加速度传感器在高温环境中的标定和性能试验，满足超高温度(≥1200℃)实验要求的加速度传感器的测试需求，为高温加速度传感器的深度研发和应用打下基础。

附图说明

图1是本发明所述高温加速度传感器的试验装置的剖视结构示意图；

图2是本发明所述电热炉和支架的剖视结构示意图；

图3是本发明所述连接夹具的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2和图3所示，本发明所述高温加速度传感器的试验装置包括振动台31、安装于振动台31上的连接夹具、电热炉17和支架18，所述连接夹具包括水冷底座23和安装于水冷底座23上的耐温支撑杆22，水冷底座23通过螺钉安装于振动台31上，水冷底座23内设有用于冷水储存或流动的循环水槽25，水冷底座23的侧壁上设置有标准加速度传感器安装台24，耐温支撑杆22的顶部设置有待测加速度传感器安装台21(待测加速度传感器安装台21也可以设置于耐温支撑杆22的上部的其它位置)，电热炉17安装于支架18的顶板的上方，振动台31安装于支架18的顶板的下方，支架18的顶板上和所述电热炉的底板上均设有通孔19(由于两个通孔相互靠近并连通，所以只用19标记了)，耐温支撑杆22的上部穿过通孔19置于电热炉17的炉体内，电热炉17的炉体壁上设有用于引出待测加速度传感器(图中未示出)的信号输出线的引线管15，电热炉17的炉体内壁上安装有含电热丝的陶瓷纤维炉芯13，电热炉17的内壁上还安装有两个热电偶14，待测加速度传感器安装台21位于两个热电偶14之间，电热炉17的炉体外壁上包覆有隔热保温层16。为保证耐温支撑杆22与振动台31之间的连接刚性，使用温度≤800℃时，耐温支撑杆22采用耐内热合金钢；使用温度＞800℃时，耐温支撑杆22采用金属钼。

图1和图2中还示出了电热炉17的炉口12和炉盖11，图3中还示出了水冷底座23的安装孔26。

下面以一个待测加速度传感器的实验为例进行本试验装置的应用说明：

结合图1、图2和图3，将标准加速度传感器(加速度传感器也称压电加速度计)和待测加速度传感器分别安装于标准加速度传感器安装台24和待测加速度传感器安装台21，将标准电荷放大器与标准加速度传感器相接，将工作电荷放大器与待测加速度传感器相接，采用示波器接收输出并调整信号发生器激励信号幅度。启动控制系统将电热炉17的温度升高，分别稳定在100℃、200℃、300℃、400℃。在各个温度下，启动振动台31并分别设置全量程分为若干点，逐点增加或减小输入标准量值，正、反行程往复循环多次，并逐次逐点记录下对应各标准输入量值的输出值，根据数据得出待测加速度传感器的灵敏度、非线性、迟滞、重复性指标，得到在待测加速度传感器在高温下的静态特性，并根据标准加速度传感器的输出信号进行校准。上述过程中，水冷底座23的循环水槽25内装有静态或流动的冷却水，若为前者，根据需要可以对冷却水进行实时更换，若为后者，将循环水槽25接入外置的冷却水循环系统即可。这种方法可成为该种传感器出厂的标准校验方法。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，比如：电热炉17和连接夹具的具体结构都可以根据应用需求而有所改变；只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种高温加速度传感器的试验装置，包括振动台和安装于所述振动台上的连接夹具，所述连接夹具上能够安装标准加速度传感器和待测加速度传感器，其特征在于：还包括电热炉和支架，所述电热炉安装于所述支架的顶板的上方，所述振动台安装于所述支架的顶板的下方，所述支架的顶板上和所述电热炉的底板上均设有通孔，所述连接夹具的上部穿过所述通孔置于所述电热炉的炉体内，所述连接夹具的上部或顶部设有待测加速度传感器安装台，所述电热炉的炉体壁上设有用于引出所述待测加速度传感器的信号输出线的引线管，所述连接夹具的下部位于所述支架的顶板下方的位置设有标准加速度传感器安装台。

2.根据权利要求1所述的高温加速度传感器的试验装置，其特征在于：所述电热炉的内壁上还安装有两个热电偶，所述连接夹具上的待测加速度传感器安装台位于两个所述热电偶之间。

3.根据权利要求1或2所述的高温加速度传感器的试验装置，其特征在于：所述连接夹具包括水冷底座和安装于所述水冷底座上的耐温支撑杆，所述水冷底座内设有用于冷水储存或流动的循环水槽，所述标准加速度传感器安装台设置于所述水冷底座的侧壁上，所述待测加速度传感器安装台设置于所述耐温支撑杆的顶部。

4.根据权利要求3所述的高温加速度传感器的试验装置，其特征在于：所述耐温支撑杆为耐内热合金钢或钼。

5.根据权利要求1或2所述的高温加速度传感器的试验装置，其特征在于：所述连接夹具通过螺钉安装于所述振动台上。