CN109341945B - 基于双管腔的脉动压力测量修正方法 - Google Patents

基于双管腔的脉动压力测量修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的基于双管腔的脉动压力测量修正方法，属于计量技术领域。所述的双管腔的脉动压力结构主要由主测管腔压力传感器、补偿管腔压力传感器、补偿管腔、主测管腔组成；其中补偿管腔和主测管腔采用相同材料、相同内径、相同厚度、相同内壁光滑度的直管道制成，但补偿管腔和主测管腔的直管道长度不同。本发明公开的基于双管腔的脉动压力测量修正方法，通过两个引压管腔所得测量结果对脉动压力进行解算，能够显著提高脉动压力动态测量的精度；在相同的测量误差情况下提高测量带宽，并能够减少对管腔内传压介质温度、粘性、湿度、密度等物理属性精确量值的依赖性。

Description

基于双管腔的脉动压力测量修正方法
技术领域
本发明涉及一种带双引压管腔的脉动压力动态测量修正方法，属于计量技术领域。
背景技术
传感器受安装空间、高温环境和复杂介质等情况的限制，压力测量系统中往往需要引压管腔来传递被测点的压力，如航空发动机、风洞等脉动压力的测量常常需要引压管腔来传递被测点压力，而管腔的存在又成为限制脉动压力测量系统频响的主要因素。目前采用单引压管腔进行脉动压力测量时，只能通过理论模型对测量结果进行修正，然而此方法受管腔内传压介质的物理属性(温度、湿度、粘性、压强等)影响较大，且传压介质物理属性往往不能得到精确量值，导致测量修正结果偏差较大；此外，用单引压管腔进行脉动压力动态测量修正时，适用的测量频带也较小。因此，急需一种方法实现脉动压力的准确测量修正。
发明内容
针对现有技术中引压管腔脉动压力测量中精度低、测量频带小、对管腔内传压介质物理属性精确量值依赖大的问题，本发明公开的基于双管腔的脉动压力测量修正方法要解决的技术问题是：提供一种基于双引压管腔结构且能高精度测量修正脉动压力的方法，能够提高引压管腔脉动压力测量精度、拓宽测量频带，并且能够降低对管腔内传压介质物理属性精确量值的依赖性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明公开的基于双管腔的脉动压力测量修正方法，所述的双管腔的脉动压力结构主要由主测管腔压力传感器、补偿管腔压力传感器、补偿管腔、主测管腔组成。
其中补偿管腔和主测管腔采用相同材料、相同内径、相同厚度、相同内壁光滑度的直管道制成，但补偿管腔和主测管腔的直管道长度不同。
所述的补偿管腔和主测管腔长度满足如下关系：
L2＝1.38L1 (1)
其中，L2为补偿管腔的长度，L1为主测管腔的长度。
所述的补偿管腔和主测管腔用于同时测量一点的脉动压力，利用补偿管腔和主测管腔测量所得结果，解算出被测点脉动压力的幅值与相位。
所述的基于双管腔的脉动压力测量修正方法，最终测量修正的频率上限为主测管腔第一阶谐振频率fr的二分之一，主测管腔的第一阶谐振频率fr满足如下关系：
Figure BDA0001876643920000021
式中，a为压力介质的声速。
本发明还公开用于上述基于双管腔的脉动压力测量修正方法，包括如下步骤：
第一步：将补偿管腔和主测管腔的一个端面齐平安装在同一被测点上，另一端面分别安装主测管腔压力传感器和补偿管腔压力传感器；
第二步：通过主测管腔压力传感器测量得到主测管腔的脉动压力幅值pA1与相位
Figure BDA0001876643920000022
补偿管腔压力传感器测量得到补偿管腔的脉动压力幅值pA2与相位
Figure BDA0001876643920000023
第三步：修正后的被测点压力幅值pA与修正后的相位
Figure BDA0001876643920000024
按如下公式(3)、(4)得到：
Figure BDA0001876643920000025
Figure BDA0001876643920000026
第四步：按式(3)得主测管腔、补偿管腔及修正后幅频特性曲线，按式(4)得主测管腔、补偿管腔及修正后相频特性曲线，并解算得到修正后的幅值结果与相位结果的精度。
有益效果：
1、本发明公开的基于双管腔的脉动压力测量修正方法，采用两个引压管腔(补偿管腔和主测管腔)得到的测量结果对测量点的脉动压力进行解算，相比单引压管腔直接测量的方法，能够显著提高脉动压力动态测量的精度。
2、现有的单引压管腔直接测量脉动压力时，需要考虑管腔内传压介质的物理属性，测量误差偏大，本发明公开的基于双管腔的脉动压力测量修正方法，通过两个引压管腔同时对同一点的脉动压力进行解算，进而减少对管腔内传压介质温度、粘性、湿度、密度等物理属性精确量值的依赖性。
3、本发明公开的基于双管腔的脉动压力测量修正方法，采用两个引压管腔的结构关系，相比单引压管腔结构的方法，能够有效扩展测量频带。
附图说明
图1为基于双管腔脉动压力测量结构示意图；
其中，1—主测管腔压力传感器，2—补偿管腔压力传感器，3—补偿管腔，4—主测管腔。
图2为基于双管腔脉动压力测量修正方法流程图；
图3为幅频特性曲线图；
其中，a为主测管腔测量得到幅频特性曲线，b为补偿管腔测量得到幅频特性曲线，c为修正后得到幅频特性曲线。
图4为相频特性曲线图。
其中，①为主测管腔测量得到相频特性曲线，②为补偿管腔测量得到相频特性曲线，③为修正后得到相频特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例公开的基于双管腔的脉动压力测量修正方法，所述基于双管腔脉动压力测量结构如图1，由主测管腔压力传感器1、补偿管腔压力传感器2、补偿管腔3、主测管腔4组成。
其中补偿管腔3和主测管腔4采用相同材料、相同内径、相同厚度、相同内壁光滑度直管道制成，但补偿管腔3和主测管腔4的直管道长度不同。
所述的补偿管腔3和主测管腔4的长度满足如下关系：
L2＝1.38L1 (1)
其中，L2为补偿管腔3的长度，L1为主测管腔4的长度。
设定主测管腔4内直径为D1＝4mm，长度L1＝300mm，材质为铜，厚度为t＝2mm，内壁光滑。
根据公式(1)得到补偿管腔3内直径为D2＝4mm，长度L2＝414mm，材质为铜，厚度为t＝2mm，内壁光滑。
所述的一种基于双管腔的脉动压力测量修正方法，最终测量修正的频率上限为二分之一的主测管腔4的第一阶谐振频率fr，主测管腔4的第一阶谐振频率fr满足如下关系：
Figure BDA0001876643920000041
其中，a为压力介质的声速。
设定补偿管腔3和主测管腔4管腔内传压介质均为空气，温度设定为20℃，空气运动粘度为1.5×10-5m2/s，空气声速a＝343m/s，根据(2)式得到主测管腔4的第一阶谐振频率fr＝285Hz。
如图3所示，本实施例还公开基于双管腔的脉动压力测量修正方法，具体测量修正步骤为：
第一步：将补偿管腔3和主测管腔4的一个端面齐平安装在同一被测点上，另一端面分别安装主测管腔压力传感器1和补偿管腔压力传感器2；
第二步：通过主测管腔压力传感器1测量得到主测管腔4的脉动压力幅值pA1与相位
Figure BDA0001876643920000042
补偿管腔压力传感器2测量得到补偿管腔3的脉动压力幅值pA2与相位
Figure BDA0001876643920000043
第三步：则测量修正后的被测点压力幅值pA与相位
Figure BDA0001876643920000044
按如下公式(3)、(4)得到：
Figure BDA0001876643920000045
Figure BDA0001876643920000046
第四步：按式(3)得主测管腔、补偿管腔及修正后幅频特性曲线，修正后的幅值误差在5％时，测量频带上限由53Hz提高至133Hz；幅值误差为2％时，测量频带上限由33.5Hz提高至108.5Hz；在
Figure BDA0001876643920000047
点处，幅值测量误差由8.8％降低至0.4％，在
Figure BDA0001876643920000048
点处，幅值测量误差由42％降低至-6.8％，如图3；按式(4)得主测管腔、补偿管腔及修正后相频特性曲线，修正后相位误差在1°时，测量频带上限由86.5Hz提高至130Hz；在点处，相位误差由-0.7°降低至0.4°，如图4；
第五步：根据第四步中采用双管腔脉动压力测量修正方法解算所得结果的精度，通过与主测管腔4的单管腔的测量方法的测量结果相比，结果表明，本实施例具有如下优点：(1)采用两个引压管腔(补偿管腔3和主测管腔4)得到的测量结果对测量点的脉动压力进行解算，相比单引压管腔直接测量的方法，能够显著提高脉动压力动态测量的精度；(2)通过两个引压管腔同时对同一点的脉动压力进行解算，进而减少对管腔内传压介质温度、粘性、湿度、密度等物理属性精确量值的依赖性；(3)采用两个引压管腔的结构关系，相比单引压管腔结构的方法，能够有效扩展测量频带。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于双管腔的脉动压力测量修正方法，其特征在于：所述的双管腔的脉动压力结构主要由主测管腔压力传感器(1)、补偿管腔压力传感器(2)、补偿管腔(3)、主测管腔(4)组成；
其中补偿管腔(3)和主测管腔(4)采用相同材料、相同内径、相同厚度、相同内壁光滑度的直管道制成，但补偿管腔(3)和主测管腔(4)的直管道长度不同；
所述的补偿管腔(3)和主测管腔(4)长度满足如下关系：
L2＝1.38L1 (1)
其中，L2为补偿管腔(3)的长度，L1为主测管腔(4)的长度；
所述的补偿管腔(3)和主测管腔(4)用于同时测量一点的脉动压力，利用补偿管腔(3)和主测管腔(4)测量所得结果，解算出被测点脉动压力的幅值与相位；
具体测量步骤为，
第一步：将补偿管腔(3)和主测管腔(4)的一个端面齐平安装在同一被测点上，另一端面分别安装主测管腔压力传感器(1)和补偿管腔压力传感器(2)；
第二步：通过主测管腔压力传感器(1)测量得到主测管腔(4)的脉动压力幅值pA1与相位
Figure FDA0002451682380000011
补偿管腔压力传感器(2)测量得到补偿管腔(3)的脉动压力幅值pA2与相位
Figure FDA0002451682380000012
第三步：测量修正后的被测点压力幅值pA与相位
Figure FDA0002451682380000013
按如下公式(3)、(4)得到：
Figure FDA0002451682380000014
Figure FDA0002451682380000015
第四步：按式(3)得主测管腔(4)、补偿管腔(3)及修正后幅频特性曲线，按式(4)得主测管腔、补偿管腔及修正后相频特性曲线，并解算得到修正后的幅值结果与相位结果的精度。
2.如权利要求1所述的基于双管腔的脉动压力测量修正方法，其特征在于：最终测量修正的频率上限为主测管腔(4)第一阶谐振频率fr的二分之一，主测管腔(4)的第一阶谐振频率fr满足如下关系：
Figure FDA0002451682380000016
式中，a为压力介质的声速。
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