CN109855723A - 一种腔体温度传递特性曲线的测试系统及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种腔体温度传递特性曲线的测试系统及测试方法。所述测试系统包括腔体、密封环、活塞、电机、驱动机构、压力传感器、传声器、自锁气接头等。所述测试方法主要包括以下步骤：通过位移幅值固定、波形按正弦变化的激励在密闭腔体内产生声压信号；调节激励处于静平衡位置，腔体内外压力均衡；采集压力传感器和声传感器的电压输出并记录；变换不同的激励频率，得到各频率下声压幅值与激励频率的关系曲线；将曲线作归一化处理得到温度传递特性曲线。采用所述测试系统及测试方法，既能得到连续的声压信号曲线，又能得到的温度传递函数，准确可靠、方便快捷。

Description

一种腔体温度传递特性曲线的测试系统及测试方法
技术领域：
本发明属于声学计量技术领域，特别是涉及一种腔体温度传递特性曲线的测试系统及测试方法。
背景技术：
温度传递是指当对象受到外部做功输入而产生热量，并由于对象与外界大气的热传递造成热量衰减的现象。当外部做功输入有不同的频率成分时，受到对象与外界大气间热传递特性的影响，温度传递特性在不同的频率将有一定区别，其表征即为温度传递特性，绘制成曲线即为温度传递特性曲线。
低频声学计量中，由于校准腔体与外界大气的热传递造成压力传感器和传声器等的计量精度不足。此外，空调制冷机、热力输送管道等与外界大气的热传递也会影响其能源利用率。确定上述设备中腔体的温度传递函数是优化腔体参数、改善热传递特性的前提，也是补偿相关理论研究中热传递损失的关键参数。
腔体的温度传递主要通过理论计算或数值仿真得到。理论计算的方法需要腔体形状十分规则，并进行大量的理想化假设，所得结果与实际情况的误差较大。数值仿真的方法方便、快捷，但温度场边界条件设置也需要理想化假设，所得结果与实际情况的有一定误差。针对以上两种方法的不足，本专利提出一种基于声压信号测量的腔体温度传递特性曲线的测试系统及测试方法，所得结果真实的反映温度传递特性，准确可靠、简单快捷。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是得到密封腔体内部的温度传递特性。为了达到上述目的，本发明提供了一种腔体温度传递特性曲线的测试系统及测试方法：
一种腔体温度传递特性曲线的测试系统，由腔体(1)、密封环(2)、活塞(3)、曲柄连杆机构(4)、电机(5)、压力传感器(6)、传声器(7)、自锁气接头(8-a、8-b)构成，以电机(5)驱动曲柄连杆机构(4)推动活塞(3)往复运动，以密封环(2)将腔体(1)与活塞(3)密封并对活塞(3)往复运动进行导向，进而在腔体(1)内产生声压信号，压力传感器(6)、传声器(7)安装在腔体(1)上，测量腔体内声压；
传声器(7)有效频带的频率下限要低于压力传感器(6)有效频带的频率上限，使二者有交叉的测量频带；腔体(1)上安装有自锁气接头(8-a、8-b)，自锁气接头(8-a)可与自锁气接头(8-b)连接或分离，使腔体(1)与外界大气连通或隔绝；
一种腔体温度传递特性曲线的测试方法，采用以上测试系统，将整个过程分为以下步骤：
步骤一，调整活塞(3)运行至其行程的中间位置，将自锁气接头(8-a)与自锁气接头(8-b)连接，使腔体(1)与外界大气连通，实现静压均衡，再将自锁气接头(8-a)与自锁气接头(8-b)分离，使腔体(1)与外界大气隔绝；
步骤二，设定电机(5)按某一转速匀速转动，驱动曲柄连杆机构(4)对活塞(3)施加于电机(5)转速对应频率、幅值固定、波形按正弦变化的位移激励，在腔体(1)内产生对应频率下按正弦规律变化的声压信号，电机转速对应的频率在腔体温度传递特性曲线的频率范围内；
步骤三，当激励频率处于传声器(7)的有效频带内时，用传声器(7)测量并记录腔体(1)内的声压信号幅值，当激励频率处于压力传感器(6)的有效频带内时，用压力传感器(6)测量并记录腔体(1)内的声压信号幅值；
步骤四，在温度传递特性曲线频率范围内选择其他频率点，重复步骤一至步骤三，直至覆盖整个频率范围，得到腔体(1)内产生的声压信号幅值与频率的对应关系；
步骤五，将各频率点测量得到的声压信号幅值均除以最高频率点测量得到的声压信号幅值，并绘制与频率的对应关系曲线，即为腔体的温度传递特性曲线。
以电机(5)控制驱动机构推动活塞(3)，实现腔体(1)内的压力变化，产生声压信号；通过密封环(2)进行密封，简单方便，易于实现；利用自锁气接头(8-a、8-b)的特性实现测量前的腔体内外压力均衡，保证测量的准确性；利用压力传感器(6)测量低频段信号，用传声器(7)测量高频段信号，传声器(7)频响范围的下限应低于压力传感器(6)频响范围的上限，进而可以保证得到连续频率的信号，此外，压力传感器(6)与传声器(7)同时进行测量，避免了单独使用的弊端，能得到连续的声压信号，也保证了温度传递特性测量的准确性。
附图说明：
图1为利用测试系统实现本发明测试方法具体流程图
图2为温度传递特性测试装置示意图
图3为腔体侧面剖视图
具体实施方式：
下面通过实例对本发明作进一步说明，利用本发明的测试系统及测试方法，将得到腔体温度传递特性曲线的过程分为五个步骤依次进行：
步骤一，调整活塞(3)运行至其行程的中间位置，将自锁气接头(8-a)与自锁气接头(8-b)连接，使腔体(1)与外界大气连通，实现静压均衡，再将自锁气接头(8-a)与自锁气接头(8-b)分离，使腔体(1)与外界大气隔绝；
步骤二，设定电机(5)按某一转速匀速转动，驱动曲柄连杆机构(4)对活塞(3)施加于电机(5)转速对应频率、幅值固定、波形按正弦变化的位移激励，在腔体(1)内产生对应频率下按正弦规律变化的声压信号，电机转速对应的频率在腔体温度传递特性曲线的频率范围内；
步骤三，当激励频率处于传声器(7)的有效频带内时，用传声器(7)测量并记录腔体(1)内的声压信号幅值，当激励频率处于压力传感器(6)的有效频带内时，用压力传感器(6)测量并记录腔体(1)内的声压信号幅值；
步骤四，在温度传递特性曲线频率范围内选择其他频率点，重复步骤一至步骤三，直至覆盖整个频率范围，得到腔体(1)内产生的声压信号幅值与频率的对应关系；
步骤五，将各频率点测量得到的声压信号幅值均除以最高频率点测量得到的声压信号幅值，并绘制与频率的对应关系曲线，即为腔体的温度传递特性曲线。
其中，通过密封环(2)进行密封，简单方便，易于实现；利用自锁气接头(8-a、8-b)的特性实现测量前的静压平衡，保证测量的准确性；压力传感器(6)与传声器(7)同时进行测量，避免了单独使用的弊端，能得到连续的声压信号，也保证了温度传递特性测量的准确性。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.一种腔体温度传递特性曲线的测试系统，由腔体(1)、密封环(2)、活塞(3)、曲柄连杆机构(4)、电机(5)、压力传感器(6)、传声器(7)、自锁气接头(8-a、8-b)构成，以电机(5)驱动曲柄连杆机构(4)推动活塞(3)往复运动，以密封环(2)将腔体(1)与活塞(3)密封并对活塞(3)往复运动进行导向，进而在腔体(1)内产生声压信号，压力传感器(6)、传声器(7)安装在腔体(1)上，测量腔体内声压，所述测试系统其特征在于：
所述传声器(7)有效频带的频率下限要低于所述压力传感器(6)有效频带的频率上限，使二者有交叉的测量频带；
所述腔体(1)上安装有自锁气接头(8-a、8-b)，自锁气接头(8-a)可与自锁气接头(8-b)连接或分离，使腔体(1)与外界大气连通或隔绝。
2.一种腔体温度传递特性曲线的测试方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的腔体温度传递特性曲线的测试系统，将整个过程分为以下步骤：
步骤一，调整活塞(3)运行至其行程的中间位置，将自锁气接头(8-a)与自锁气接头(8-b)连接，使腔体(1)与外界大气连通，实现静压均衡，再将自锁气接头(8-a)与自锁气接头(8-b)分离，使腔体(1)与外界大气隔绝；
步骤二，设定电机(5)按某一转速匀速转动，驱动曲柄连杆机构(4)对活塞(3)施加于电机(5)转速对应频率、幅值固定、波形按正弦变化的位移激励，在腔体(1)内产生对应频率下按正弦规律变化的声压信号，电机转速对应的频率在腔体温度传递特性曲线的频率范围内；
步骤三，当步骤二所述频率处于传声器(7)的有效频带内时，用传声器(7)测量并记录腔体(1)内的声压信号幅值，当所述频率处于压力传感器(6)的有效频带内时，用压力传感器(6)测量并记录腔体(1)内的声压信号幅值；
步骤四，在温度传递特性曲线频率范围内选择其他频率点，重复步骤一至步骤三，直至覆盖整个频率范围，得到腔体(1)内产生的声压信号幅值与频率的对应关系；
步骤五，将各频率点测量得到的声压信号幅值均除以最高频率点测量得到的声压信号幅值，并绘制与频率的对应关系曲线，即为腔体的温度传递特性曲线。
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