CN110006587A - 一种用于高温高压传感器的标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于高温高压传感器的标定装置，该装置包括一个通过中空管(2)与高压釜(3)连接的高压计量泵(1)，在高压釜(3)设置待标定传感器(6)，其特征在于：在高压釜(3)内设置一个有于加热待标定传感器(6)的电阻片(4)，电阻片(4)包裹在待标定传感器(6)周围，在高压釜(3)内设置一个绝热罩(5)，电阻片(4)和待标定传感器(6)放置在绝热罩(5)内。标定时需要使用高压计量泵通过中空管对高压釜进行加压，待压力稳定到设置值时，然后给电阻片通直流电实现在高压斧中的局部快速加热，通过数据采集器读出的压力数据，便可绘制出温度‑压力曲线，通过与高压计量泵显示的压力釜中的压力作对比，就可以在不同温度下对高温压力传感器进行标定。

Description

一种用于高温高压传感器的标定装置

技术领域

本发明是一种用于高温高压传感器的标定装置，属于测量测试技术领域。

背景技术

随着航空航天技术的快速发展，一些在高温极端环境下服役的高推重比发动机、高比冲航天飞机等对动态压力检测基础了越来越高的要求，飞行器/发动机的一些关键部位需要在1000℃以上的环境下对其压力进行在线监测，而传感器是在线测量压力参数的重要工具，可获得实时准确的测量参数。所以研发在极端的高温环境下进行高压监测的传感器对于实现航空机燃烧不稳定性控制和调节极其重要，对评价发动机的工作性能、提高发动机的设计水平具有重要意义。

近年来，国内外学者通过压电、压阻、光纤等原理开发出了不同规格和应用对象的高温压力传感器。如美国凯斯西储大学研制出的多晶SIC电容式压力传感器，弗吉尼亚理工大学研制出的光纤式压力传感器均可突破1000℃的高温压力测试难题。但是为了确保所测取资料的准确可靠性，对所采用的传感器必须进行事先测试。与此同时，很多传感器包括温度传感器、压力传感器都会存在漂移问题，因此需要校正。在常温常压下，对传感器的标定相对简单，直接在实验室环境下就可以开展测试与标定工作。但是对于上述提到的高温高压传感器，就需要在高温高压环境下对其进行测试与标定，这就对检测设备及技术提出了极高要求。一般来说，随着温度的升高，材料的强度会逐渐减低，承受压力、压强的能力也会随着下降。因此，目前对高于1000℃温度下压力传感器的标定一直是困扰业内人士的一个难题。专利申请号为200520141911.2的实用新型专利“一种用于光纤类传感器的高温高压釜实验装置”中通过在恒温箱内放置一高压釜，通过对高压釜的整体加热对光纤类传感器进行测试及标定，这种方法可以在温度较低(500℃)的环境下对压力传感器进行测试和标定，但是当温度高于500℃时，甚至高于1000摄氏度时，由于是对压力釜进行整体加热，会使压力釜材料的强度大幅下降，能够承受压力、压强的能力也大幅下降，进而产生危险，因此，该装置不能满足高于1000℃环境下压力传感器的测试与标定。

发明内容

本发明的目在于针对上述现有加热装置的缺点而设计提供了一种用于高温高压传感器的标定装置，其目的是提供一种可在高温高压下(0℃-1300℃、0.1MPa-60MPa)用于高温压力传感器的测试与标定试验的装置，该装置结构简单，成本低，而且使用方法简单，重复性好，有利于在传感器标定试验中的推广。

本发明的技术方案是：

该种用于高温高压传感器的标定装置，该装置包括一个通过中空管2与高压釜3连接的高压计量泵1，在高压釜3设置待标定传感器6，其特征在于：在高压釜3内设置一个有于加热待标定传感器6的电阻片4，电阻片4包裹在待标定传感器6周围，在高压釜3内设置一个绝热罩5，电阻片4和待标定传感器6放置在绝热罩5内。

进一步，在高压釜3上安装有法兰盘8，电阻片4的通电导线7通过法兰盘8与高压釜3外的直流电源10连接，高压釜3内的待标定传感器6的测量导线11通过法兰盘8与高压釜3外的压力采集表9连接。

进一步，电阻片4的宽度大于待标定传感器6探头高度。

进一步，电阻片4采用铁铬铝电热合金、T301不锈钢、Ta或Re材质的电阻片。

进一步，电阻片4的两端连接通电导线7处的宽度大于中间部分的宽度。

进一步，电阻片4的表面进行绝缘处理。

进一步，绝热罩5的材料为陶瓷纤维、晶体纤维或者含锆纤维。

本发明通过经绝缘处理的电阻片4对待标定传感器6探头进行局部快速加热，使其升温到标定温度，而高压釜3其他部位温度并不能达到此温度，有利于保护高压釜3的安全性。法兰盘8与高压釜3的接触面采用线密封。

本发明将电阻片4和待标定传感器6置于绝热罩5内，防止热量快速扩散到釜体其他位置，有效保护了高压釜3。由于是局部快速加热且有绝热罩5的隔热效果，所以高压釜3周围的温度不会达到标定温度，因此，可以大幅提升温度上限。

本发明的有益效果是：本发明利用简单的资源和简单的方法，设计了一种用于高温压力传感器的标定装置，解决了现有高温高压传感器标定装置不安全、结构复杂，且无法满足在超高温度(1000℃)下进行标定等问题，具有结构简单，成本低，而且使用方法简单，重复性好，能够在超高温度下(1000℃)对高温压力传感器进行标定与测试。本发明专利既能对高温高压传感器进行单独温度、单独压力单参数的标定与测试，又能对高温高压传感器进行温度压力双参数的标定与测试。由于这种采用特殊形状电阻片对待标定传感器进行局部快速加热，且在外面吊挂一不封闭绝热罩的方法国内外还没有人采用过，因此本发明在科学研究中有非常大的优势，而且推广上具有很大潜力。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图

图2是本发明装置中加热电阻片的结构图

图3是本发明装置中绝热罩的结构图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图图1～3所示，该种用于高温高压传感器的标定装置，该装置包括一个通过中空管2与高压釜3连接的高压计量泵1，在高压釜3设置待标定传感器6，其特征在于：在高压釜3内设置一个有于加热待标定传感器6的电阻片4，电阻片4包裹在待标定传感器6周围，电阻片4在设计上包括以下技术要求：

电阻片4的宽度大于待标定传感器6探头高度；

电阻片4采用铁铬铝电热合金、T301不锈钢、Ta或Re材质的电阻片；当使用铁铬铝电热合金作为电阻片时，可以对待标定传感器进行1300℃的加热，且压力范围可以为0-60Mpa；

电阻片4的两端连接通电导线7处的宽度大于中间部分的宽度；

电阻片4的表面进行绝缘处理；

在高压釜3内设置一个绝热罩5，绝热罩5的材料为陶瓷纤维、晶体纤维或者含锆纤维；电阻片4和待标定传感器6放置在绝热罩5内。

在高压釜3上安装有法兰盘8，电阻片4的通电导线7通过法兰盘8与高压釜3外的直流电源10连接，高压釜3内的待标定传感器6的测量导线11通过法兰盘8与高压釜3外的压力采集表9连接。

电阻片4加热方法是在高压DAC技术的基础上，通过对电阻片4形状进行改进，连接通电导线7的电阻片两端宽度大于中间加热区的宽度即中间样品加热区域电阻宽度较窄，由于两边和中间横截面积的不同，其电阻值也不同。通电流之后，中间区域即电阻大的区域温度升高更快，实现了对待标定传感器6探头的有针对性的快速加热，在较短时间内便可达到要求标定的温度。

由于电阻片的形状为两端宽、中间窄，所以电阻片中间的横截面积小于两端的横截面积，所以根据电学知识：

可知电阻片中间区域电阻大于两端区域的电阻，由于楞次——焦耳定律，对电阻片通以直流电流，中间区域的温度在短时间内就会大幅度提高。

进行标定试验时，首先在高压釜3外装配好待标定传感器6、电阻片4以及绝热罩5，然后将法兰盘8与高压釜3进行密封。高压计量泵1产生的压力通过中空管2给高压釜3进行加压，此时压力就会作用到待标定传感器6上。待标定传感器6通过法兰盘8将数据传输到压力采集器9进行分析。闭合直流电源10对电阻片4进行通电加热，通过电流的大小控制加热的温度。这样就可以在不同温度下对高压计量泵1显示的压力数据与压力数据采集器9显示的压力数据进行对比，进而对待标定传感器6的压力值进行标定。

电阻片4通过激光切割技术以及精细打磨制作而成，装配时，用电阻片中间部分包裹待标定传感器的探头，对其进行局部快速加热，电阻片表面经过绝缘处理。可以用实心铜线作为导线，用激光焊焊接在电阻片两端。为避免待标定传感器与导线联通，并能起到加固作用，导线外部需要套上瓷管。

绝热罩采用电弧法、湿法将其加工，上底面为半开口的圆柱形结构，所以整个结构是不封闭的，绝热罩内外压强一样。在绝热罩上底面加工两个吊钩，通过用相同陶瓷纤维制成的细线吊挂绝热罩。

本发明技术方案解决了现有高温高压标定装置的不安全、结构复杂且无法满足在超高温(1000℃以上)下对压力传感器进行标定等问题，具有结构简单，可重复性好，成本低，容易安装和拆卸，高压实验室就可以轻松完成本系统的搭建，可安全地对在不同温度压力情况下的高温压力传感器进行测量、标定，不仅可以对高温压力传感器温度、压力传感器进行单独温度、压力单参数的测试与标定，还可以进行温度压力双参数的测量与标定。

Claims (7)

1.一种用于高温高压传感器的标定装置，该装置包括一个通过中空管(2)与高压釜(3)连接的高压计量泵(1)，在高压釜(3)设置待标定传感器(6)，其特征在于：在高压釜(3)内设置一个有于加热待标定传感器(6)的电阻片(4)，电阻片(4)包裹在待标定传感器(6)周围，在高压釜(3)内设置一个绝热罩(5)，电阻片(4)和待标定传感器(6)放置在绝热罩(5)内。

2.根据权利要求1所述的用于高温高压传感器的标定装置，其特征在于：在高压釜(3)上安装有法兰盘(8)，电阻片(4)的通电导线(7)通过法兰盘(8)与高压釜(3)外的直流电源(10)连接，高压釜(3)内的待标定传感器(6)的测量导线(11)通过法兰盘(8)与高压釜(3)外的压力采集表(9)连接。

3.根据权利要求1所述的用于高温高压传感器的标定装置，其特征在于：电阻片(4)的宽度大于待标定传感器(6)探头高度。

4.根据权利要求1所述的用于高温高压传感器的标定装置，其特征在于：电阻片(4)采用铁铬铝电热合金、T301不锈钢、Ta或Re材质的电阻片。

5.根据权利要求1所述的用于高温高压传感器的标定装置，其特征在于：电阻片(4)的两端连接通电导线(7)处的宽度大于中间部分的宽度。

6.根据权利要求1所述的用于高温高压传感器的标定装置，其特征在于：电阻片(4)的表面进行绝缘处理。

7.根据权利要求1所述的用于高温高压传感器的标定装置，其特征在于：绝热罩(5)的材料为陶瓷纤维、晶体纤维或者含锆纤维。