CN108414136A - 一种高温流场压力测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温流场压力测量装置，包括热沉单元、引压管路和压力传感器；所述热沉单元包括隔热部和金属部，所述隔热部位于所述金属部的前端，用于防止所述金属部直接与高温流场接触，在所述隔热部和金属部上设有贯穿所述隔热部和金属部的气孔，所述引压管路的一端与所述气孔连通，另一端与所述压力传感器连接，使所述压力传感器的测量部与所述引压管路引入的气体接触；所述热沉单元嵌设在安装件内，所述气孔的进气口与沿所述安装件表面流动的高温流场接触。本发明提供的高温流场压力测量装置能够直接对高温气体进行测量，且结构简单，安装方便，对于研究高温流场气体压力具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种高温流场压力测量装置。
背景技术
气体压力测量通常采用压力传感器进行测量，其核心元件为压力敏感元件，当压力敏感元件表面压力发生变化时，其电学性能随之发生变化，从而将表面的压力信号转化为电信号输出。但是压力敏感元件受气体温度影响较大，当气体温度超过150℃时，压力传感器将无法工作。因此，目前的压力传感器无法在高温环境中使用，不能直接测量高温流场的压力。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种结构简单，能够直接测量高温流场气体压力的压力测量装置。
(二)技术方案
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高温流场压力测量装置包括热沉单元、引压管路和压力传感器；所述热沉单元包括隔热部和金属部，所述隔热部位于所述金属部的前端，用于防止所述金属部直接与高温流场接触，在所述隔热部和金属部上设有贯穿所述隔热部和金属部的气孔，所述引压管路的一端与所述气孔连通，另一端与所述压力传感器连接，使所述压力传感器的测量部与所述引压管路引入的气体接触；
所述热沉单元嵌设在安装件内，所述气孔的进气口与沿所述安装件表面流动的高温流场接触。
优选地，所述隔热部的厚度范围为5～25mm。
优选地，所述热沉单元的长度范围为10～125mm。
优选地，所述热沉单元为圆柱体，所述气孔沿所述圆柱体轴向设置。
优选地，若所述引压管路上包括转弯部，所述转弯部的曲率半径大于所述引压管路的外径的4倍。
优选地，所述引压管路的内径范围为0.5～10mm。
优选地，所述引压管路通过管接头与所述压力传感器的测量部连接。
优选地，所述管接头内设有管接头密封件，所述管接头密封件的两端分别与所述引压管路和所述压力传感器的测量部密封连接，其中，所述管接头密封件设有连通所述压力传感器的测量部与所述引压管路的通孔，所述引压管路插入所述通孔，所述压力传感器的测量部与所述通孔引出的气体密封接触。
优选地，所述热沉单元的金属部采用比热容范围为100J/(kg·℃)以上的金属或合金制成。
优选地，所述热沉单元的金属部和所述引压管路均采用不锈钢制成。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明的高温流场压力测量装置中，利用热沉单元中的金属部对高温气体进行降温，通过引压管路将降温后的气体传递到压力传感器的测量端，计算表明引压管路对于气体压力的影响可以忽略，压力传感器测量到的降温后气体压力，即为热沉单元表面接触到的高温流场压力，进而实现对高温流场中气体压力的测量，该测量装置结构简单，且操作方便。
附图说明
图1是本发明实施例中的高温流场压力测量装置结构示意图；
图2引压管路通过管接头与压力传感器连接示意图；
图中：1：热沉单元；2：引压管路；3：压力传感器；4：管接头；41：管接头密封件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种高温流场压力测量装置，包括热沉单元1、引压管路2和压力传感器3。热沉单元1包括隔热部和金属部，隔热部位于金属部的前端，此处的前端指的是靠近高温流场的一端，隔热部可用于防止金属部直接与高温流场接触。在隔热部和金属部上设有贯穿所述隔热部和金属部的气孔，引压管路2的一端与气孔的出气口连通，另一端与压力传感器3连接，使压力传感器3的测量部与引压管路2引入的气体接触。热沉单元1嵌设在与高温流场接触的安装件内，气孔的进气口与沿安装件表面流动的高温流场接触。
热沉单元1的隔热部与高温流场直接接触，由于隔热部分隔了金属部表面与高温流场，避免了热沉单元1中的金属部与高温流场中的气体持续发生热传递。隔热部的厚度不需过大，优选地，隔热部的厚度范围为5～25mm。本实施例中隔热部所用的材料与安装件相同。在其他实施例中，隔热部也可以采用与安装件不同的材质。
由于热沉单元1中设有金属部，进入气孔中的高温气体与金属部发生热交换，随进入深度的增加而不断降温，热沉单元1中的气体存在较为明显的温度梯度，前端的气体温度接近高温流场中的气体温度，后端气体温度接近隔热壁壁面内侧的空气温度。由于压力传感器3的测量部接触到的气体已经过降温，压力传感器3能够正常工作，在此不限制压力传感器3种类或形式。
在正常工作情况下，整个测量装置为密封结构，在气体充满测量装置内的空腔之后，不会有气体继续进入，因此热沉单元1中的金属部不会受到持续加热，由热沉单元1的气孔进入引压管路2的气体温度能够维持在正常水平。
为实现有效降低热沉单元1内气体的温度，优选地，热沉单元1中的金属部采用热导率大、热熔大、耐温高的金属或者合金材料制备而成，热导率范围为10W/(m·K)以上，比热容范围为100J/(kg·℃)以上，例如不锈钢、碳钢、紫铜等。进一步优选地，金属部的长度范围为5～100mm。
如图1所示，具体到本实施例中，热沉单元1为不锈钢材料制成的圆柱体，气孔沿圆柱体的轴向设置，热沉单元1前端与安装件接触的面为环形面，内径为5mm，外径为10mm，热沉单元1中隔热部长度为10mm，金属部长度为11mm。热沉单元1的底部设有法兰盘，方便将热沉单元1安装在与高温气体接触的隔热壁壁面上，显然在其他实施例中，热沉单元1也可采用其他安装方式。
由热沉单元1中的气孔进入的气体经由引压管路2传输到压力传感器3。优选地，引压管路2可选用热导率大、耐温较高、比热较大的材料，例如热导率范围为10W/(m·K)以上，比热容范围为100J/(kg·℃)以上的金属，本实施例所用的是不锈钢。本实施例中，引压管路2焊接在金属部的末端，在其他实施例中，也可以采用其他连接方式。
如图1所示，若引压管路2中存在管路转向的情况，引压管路2包括转弯部，则转弯部的曲率半径不小于引压管路2外径的4倍。进一步优选地，引压管路2的内径范围为0.5～5mm，长度范围为0.1～3m。
由于在本实施例所提供的测量装置中，热沉单元1对高温气体的降温效果明显，气体中的温度梯度只在热沉单元1入口附近处存在，引压管路2内气体的温度梯度可以忽略，因此，只有热沉单元1入口附近存在局部绕流，引压管路2中不存在气体流动，压力传感器3处测试到的气体压力与热沉单元1的入口处的压力基本相同，能够实现对高温流场的压力测量。
引压管路2引起的压降误差可以通过如下公式进行估算：
其中，l表示引压管路2的长度，d表示引压管路2的圆管直径，ρ表示流体密度，表示平均流速，雷诺数有效半径A表示引压管路2的有效截面积，c表示流体与固体边界接触的周长，平均流速与漏率Q之间的关系为：其中P为压强。
具体到本实施例中，引压管路2的内径为1.5mm，长度为1m，转弯处的半径大于4倍引压管路2外径的情况下，能够忽略引压管路2弯曲对压力的影响。取测试压强P为10kPa，引压管路2漏率为1×10-6Pa·m3/s，空气粘度μ＝1.5×10-5Pa·s，空气密度ρ取0.15kg/m3，带入压降误差公式计算可得：
即在上述情况下，引压管路2内部的压力损失对测量精度影响极小，不影响压力传感器3的测量精度，因此可忽略引压管路2对高温流场压力测量的影响。
优选地，如图2所示，本实施例中采用管接头4实现引压管路2与压力传感器3之间的连接和密封，即引压管路2通过管接头4与所述压力传感器3的测量部连接。管接头4设有两个接口，且管接头4内部设有管接头密封件41，管接头密封件41的两端分别与引压管路2和压力传感器3的测量部密封连接，其中，管接头密封件41设有连通压力传感器3的测量部与引压管路2的通孔。引压管路2的末端设置在一个接口内并插入通孔的一端，压力传感器3的测量部通过管接头4固定设置在通孔的另一端，与通孔引出的气体密封接触。管接头密封件41可选橡胶等材质。进一步优选地，管接头密封件41与压力传感器3连接的一端设有外锥面，能够与压力传感器3测量部的内锥面相互配合，保证密封。
在其他实施例中，也可根据压力传感器3的形式选择其他的连接和密封方式。
综上所述，本实施例所提供的高温流场压力测量装置，虽然是直接与高温流场接触，但热沉单元1能够有效降低高温气体的温度，保证压力传感器3的正常工作，该测量装置能够直接测量高温流场气体压力，对于研究高温流场具有重要意义，并且该高温流场压力测量装置结构简单、紧凑，安装方便，占用空间小。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种高温流场压力测量装置，其特征在于：包括热沉单元、引压管路和压力传感器；所述热沉单元包括隔热部和金属部，所述隔热部位于所述金属部的前端，用于防止所述金属部直接与高温流场接触，在所述隔热部和金属部上设有贯穿所述隔热部和金属部的气孔，所述引压管路的一端与所述气孔连通，另一端与所述压力传感器连接，使所述压力传感器的测量部与所述引压管路引入的气体接触；
所述热沉单元嵌设在安装件内，所述气孔的进气口与沿所述安装件表面流动的高温流场接触。
2.根据权利要求1所述的高温流场压力测量装置，其特征在于：所述隔热部的厚度范围为5～25mm。
3.根据权利要求1所述的高温流场压力测量装置，其特征在于：所述热沉单元的长度范围为10～125mm。
4.根据权利要求3所述的高温流场压力测量装置，其特征在于：所述热沉单元为圆柱体，所述气孔沿所述圆柱体轴向设置。
5.根据权利要求1所述的高温流场压力测量装置，其特征在于：若所述引压管路上包括转弯部，所述转弯部的曲率半径大于所述引压管路的外径的4倍。
6.根据权利要求5所述的高温流场压力测量装置，其特征在于：所述引压管路的内径范围为0.5～5mm。
7.根据权利要求1所述的高温流场压力测量装置，其特征在于：所述引压管路通过管接头与所述压力传感器的测量部连接。
8.根据权利要求7所述的高温流场压力测量装置，其特征在于：所述管接头内设有管接头密封件，所述管接头密封件的两端分别与所述引压管路和所述压力传感器的测量部密封连接，其中，所述管接头密封件设有连通所述压力传感器的测量部与所述引压管路的通孔，所述引压管路插入所述通孔，所述压力传感器的测量部与所述通孔引出的气体密封接触。
9.根据权利要求1所述的高温流场压力测量装置，其特征在于：所述热沉单元的金属部采用比热容范围为100J/(kg·℃)以上的金属或合金制成。
10.根据权利要求9所述的高温流场压力测量装置，其特征在于：所述热沉单元的金属部和所述引压管路均采用不锈钢制成。
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