CN107655627B - 一种正弦压力发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正弦压力发生装置，包括旋转活塞、固定活塞筒，两者同轴设置，两者之间具有设定的气隙；旋转活塞侧壁沿圆周方向等距设置一圈矩形气孔；固定活塞筒上特定部位设置一排排气圆孔，排气圆孔均匀设置于矩形气孔出口位置；排气圆孔出口与正弦压力发生腔连通，正弦压力发生腔的入口设置稳流滤波器，正弦压力发生腔的两侧对称位置分别与标准压力传感器及被测压力传感器连接。本发明压力出气口属于径向出口，避免了传统横向出口的轴向力产生，提高了工作压力范围；旋转活塞与固定活塞筒之间会存在一种气体薄膜，提升了旋转活塞转动的平稳性；在不扩大旋转活塞外径的基础上，尽可能的提升了波幅，并保证了较高的频率。

Description

一种正弦压力发生装置
技术领域
本发明涉及一种正弦压力发生装置，属于正弦压力发生装置技术领域。
背景技术
正弦压力信号是动态压力测试中最常用的周期类信号，通过它可以非常准确地得到压力传感器的幅频特性和相频特性，是压力传感器动态测试中极为重要的检测装置。然而，目前为止，国内比较法正弦压力发生器主要有活塞型、转盘型、射流式和驻波管等。
活塞型正弦压力发生器是通过活塞往复运动压缩密闭空间内的介质产生正弦压力信号，它所产生的压力峰峰值最大，但其工作频率较低，只有几十赫兹左右，且这种结构往往需要特定的曲轴连杆等机构配合，曲轴一旦磨损，活塞往复的行程将改变，造成正弦信号失真度变大。
射流式正弦发生器工作频率虽可高达10kHz，但在高频范围内其产生的压力峰峰值很小，而且正弦波形失真度很大。
驻波管型发生器是利用激励管道内气体介质发生谐振的方法来产生正弦压力的，产生的最大压力峰峰值为数十千帕，工作频率达7000Hz。
以上几种正弦压力发生装置所产生的正弦压力信号在高频率范围内不但失真度大，而且压力幅值也很小。
而转盘型正弦压力发生器技术相对成熟，它采用固定的容腔容积，通过转盘上的圆孔控制进出口的气体流量，进而产生正弦脉动压力。但是，这种模式下旋转圆盘受力为轴向力，与圆盘平面垂直，导致发生器的工作压力受到限制，且由于机械精加工能力的限制，难以实现旋转圆盘表面与压力腔间隙足够小且圆盘运转平稳，导致正弦发生器工作频率的范围受到限制；同时压力峰值较低、难以满足需求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：现有的转盘型正弦压力发生器，旋转圆盘受力为轴向力，与圆盘平面垂直，导致发生器的工作压力受到限制，且由于机械精加工能力的限制，难以实现旋转圆盘表面与压力腔间隙足够小且圆盘运转平稳，导致正弦发生器工作频率的范围受到限制；同时压力峰值较低、难以满足需求。
本发明采取以下技术方案：
一种正弦压力发生装置，包括旋转活塞1、固定活塞筒2，两者同轴设置，两者之间具有设定的气隙；旋转活塞1侧壁沿圆周方向等距设置一圈矩形气孔101；固定活塞筒2上特定部位设置一排排气圆孔3，所述排气圆孔3均匀设置于矩形气孔101出口位置；所述排气圆孔3出口与正弦压力发生腔连通，所述正弦压力发生腔的入口设置稳流滤波器5，所述正弦压力发生腔的两侧对称位置分别与标准压力传感器4及被测压力传感器6连接。
进一步的，所述旋转活塞1具有中心孔，所述中心孔上端开口，作为气体出口。
进一步的，所述矩形气孔101内依次相切设置四个竖直分布的排气圆孔3。
进一步的，所述旋转活塞1由转速可调的马达驱动。
进一步的，所述正弦压力发生腔的上下两侧具有圆弧倒角。
进一步的，所述稳流滤波器5的结构具有密排的小通孔。
进一步的，所述气体源通过减压调压器对气体压力进行调节。
本发明的有益效果在于：
1)压力出气口属于径向出口，避免了传统横向出口的轴向力产生，提高了工作压力范围；
2)增加了自主设计的稳流滤波器，优化了进入正弦压力发生腔内部的气体状态，减少湍流等不稳定现象，减少了高次谐波的产生；
3)在不扩大旋转活塞外径的基础上，尽可能的提升了波幅，并保证了较高的频率。
4)旋转活塞与固定活塞筒之间会存在一种气体薄膜，提升了旋转活塞转动的平稳性；
5)通过动网格数值仿真分析，优化了压力发生腔体的尺寸与结构，扩展了正弦动态压力标准装置的工作频率和工作压力的范围，改善了正弦压力的波形，在8MPa输入压力和10KHz工作频率下，也具有近2MPa的压力峰峰值。
6)正弦发生腔的上部和下部均设置圆弧倒角，使气流更加平稳，进一步优化了正弦波形。
附图说明
图1是本发明正弦压力发生装置的立体外形图。
图2是本发明正弦压力发生装置的内部结构透视图。
图3是正弦压力腔及其上连接部件的示意图。
图中，1.旋转活塞，2.固定活塞筒，3.排气圆孔，4.标准压力传感器，5.稳流滤波器，6.被测压力传感器，7.气体入口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参见图1-3，一种正弦压力发生装置，包括旋转活塞1、固定活塞筒2，两者同轴设置，两者之间具有设定的气隙；旋转活塞1侧壁沿圆周方向等距设置一圈矩形气孔101；固定活塞筒2上特定部位设置一排排气圆孔3，所述排气圆孔3均匀设置于矩形气孔101出口位置；所述排气圆孔3出口与正弦压力发生腔连通，所述正弦压力发生腔的入口设置稳流滤波器5，所述正弦压力发生腔的两侧对称位置分别与标准压力传感器4及被测压力传感器6连接。
在此实施例中，参见图1-2，所述旋转活塞1具有中心孔，所述中心孔上端开口，作为气体出口。
在此实施例中，参见图2-3，所述矩形气孔101内依次相切设置四个竖直分布的排气圆孔3。
在此实施例中，所述旋转活塞1由转速可调的马达驱动。
在此实施例中，参见图3，所述正弦压力发生腔的上下两侧具有圆弧倒角。
在此实施例中，参见图3，所述稳流滤波器5的结构具有密排的小通孔。
在此实施例中，所述气体源通过减压调压器对气体压力进行调节。
具体进一步说明如下：将标准压力传感器4和被测压力传感器6分别安装在正弦压力腔的两侧；启动电机，控制旋转活塞的转速；从高压源流出的高压气体经过减压调压器产生一个稳定的工作压力源,其压力大小由压力控制器进行调节，经过稳压的气体通过图中的稳流滤波器5，进入正弦压力腔内部，稳流滤波器5的结构是密排的小通孔，作用是稳定气流，减少高次谐波的产生；正弦压力腔内部的气体又随着底部4个圆孔与旋转活塞1的矩形孔的开关状态，排出腔外；由于正弦腔内部的4个圆孔是竖直分布，即与旋转活塞侧壁的厚度方向一致，随着旋转活塞的转动，4个圆孔的通道状态同步变化，圆孔都堵住时，正弦腔内部的气压与进气压力一致，4个圆孔与旋转活塞矩形孔都全部对齐时，此时正弦腔排气面积处于最大值，即正弦腔内部压力处于最低值；正弦压力腔体底部的4个圆孔通道与旋转活塞侧壁的矩形排气孔之间，通气面积按照正弦规律变化，这样就在压力室内产生一个正弦压力波；安装有被测压力传感器6和标准压力传感器4的活塞筒的正弦压力发生腔是固定不动的，其出口与周向均布几十个小孔的旋转活塞配合，通过压力控制系统改变压力幅值，而压力的变化频率则由旋转活塞上所设矩形排气孔数目和其转速确定，通过转速控制系统即可改变正弦压力的频率。
本发明在旋转活塞侧壁设计矩形气孔101，在固定活塞筒内部设计正弦压力腔、稳流滤波器5，且固定活塞筒上设有4个排气圆孔，与旋转活塞侧壁的矩形排气孔正好相切，通过周期性改变排气面积和活塞旋转速度，实现正弦压力信号的调幅调频功能，具备较少的正弦压力波形失真度与较高的动静幅值比，满足动态压力规程的检定条件，保障工业领域动态压力的检测需求。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当数属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种正弦压力发生装置，其特征在于：
包括旋转活塞(1)、固定活塞筒(2)，两者同轴设置，两者之间具有设定的气隙；旋转活塞与固定活塞筒之间会存在一种气体薄膜，提升了旋转活塞转动的平稳性；
旋转活塞(1)侧壁沿圆周方向等距设置一圈矩形气孔(101)；固定活塞筒(2)上特定部位设置一排排气圆孔(3)，所述排气圆孔(3)均匀设置于矩形气孔(101)出口位置；
所述排气圆孔(3)出口与正弦压力发生腔连通，所述正弦压力发生腔的入口设置稳流滤波器(5)，所述正弦压力发生腔的两侧对称位置分别与标准压力传感器(4)及被测压力传感器(6)连接；
所述旋转活塞(1)具有中心孔，所述中心孔上端开口，作为气体出口；
所述矩形气孔(101)内依次相切设置四个竖直分布的排气圆孔(3)；
所述稳流滤波器(5)的结构具有密排的小通孔；
所述正弦压力发生腔的上下两侧具有圆弧倒角，所述圆弧倒角分别位于排气圆孔(3)的上方和下方。
2.如权利要求1所述的正弦压力发生装置，其特征在于：所述旋转活塞(1)由转速可调的马达驱动。
3.如权利要求1所述的正弦压力发生装置，其特征在于：气体源通过减压调压器对气体压力进行调节。
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