CN110849539A - 一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置 - Google Patents

一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，属于计量测试领域。本发明带管腔的压力测量系统的校准装置包含：压力控制器、温度加热与控制装置、带管腔的压力测量系统、压力容腔、信号发生器、功率放大器、电声换能器、标准传感器组成。本发明通过电声换能器作为压力激励源，其体征在于利用电声转换原理在密闭压力容腔内推动压力介质产生动态压力，产生的压力重复性高、稳定性高、频率分辨率高。本发明还可通过温度加热与控制装置模拟带管腔的压力测量系统实际工作环境，在环境温度与压力的共同作用下进行校准，方法简单可靠，性能可控性方面显著提高，适合于带管腔的压力测量系统的动态压力校准与模拟试验。

Description

一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置
技术领域
本发明涉及一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，属于计量测试领域。
背景技术
带管腔的压力测量系统用于受温度、结构等的影响限制，压力无法直接测量的情况，带管腔的压力测量系统通常包括：压力探针、压力受感部、带引压管形式的传感器等感压前端带有管腔形式的压力测量系统。管腔结构会降低压力测量系统的动态响应，而现有校准装置通常也含有一定容腔，管腔与压力发生器容腔会产生耦合效应，这会影响校准结果。目前带管腔的压力测量系统还没有专门的校准装置，主要采用出入口调制型正弦压力校准装置对带管腔的压力测量系统进行校准，通过电机带动旋转阀周期性改变气室出入口气流实现正弦压力的校准，现有的校准方式存产生的正弦压力稳定性低，幅值重复性差，正弦频率分辨率低等问题，并且不能实现在高温环境和设定静态压力下校准。
发明内容
本发明的目的提供一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置；该装置在压力容腔内安装电声换能器，压力容腔可实现完全密封，电声换能器能够在设定的静态压力环境下进行工作，利用电声换能原理可以产生准确和稳定的高分辨率正弦压力，采用温度加热与控制装置对带管腔的压力测量系统进行加热，模拟温度环境，达到同时在高温环境和设定静态压力下进行测试，能够提升带管腔的压力测量系统测试和校准的客观性，客观准确地评价管腔的压力测量系统的动态性能，以满足越来越多管道、管腔、探针式压力传感器等的动态压力校准的需求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，包括：压力控制器(1)、温度加热与控制装置(2)、带管腔的压力测量系统(3)、压力容腔(4)、信号发生器(5)、功率放大器(6)、电声换能器(7)和标准传感器(8)。
压力容腔(4)底部固定安装电声换能器(7)，顶部连接带管腔的压力测量系统(3)和标准传感器(8)。压力控制器(1)连接气源，用于稳定流量以及控制压力大小，将稳定的压力输入压力容腔(4)中，实现静态压力的可调性。
温度加热与控制装置(2)缠绕在带管腔的压力测量系统(3)外部，用于在内部对带管腔的压力测量系统(3)进行加热和温度控制，实现温度环境的可调性。
信号发生器(5)产生的电信号经过功率放大器(6)放大后输出给电声换能器(7)，使电声换能器产生(7)振动。
所述的电声换能器(7)推动压力容腔(4)内的密闭压力介质产生不同频率的动态压力。
标准传感器(8)获得动态压力信号，用于校准带管腔的压力测量系统(3)。
所述温度加热与控制装置(2)为中空筒形结构。所述温度加热与控制装置(2)的加热原理为电流热效应或电磁感应式加热，温度控制方式为热电偶测温反馈调节产生的温度。
所述的带管腔的压力测量系统(3)包括探针型压力传感器、外接引压管的压力系统以及压力传感器感压面前端带有空腔形式的压力测量系统。
所述压力容腔(4)为圆柱筒形结构，为密闭的压力环境。
所述的电声换能器(7)的主要功能是，推动压力容腔(4)内的密闭压力介质产生动态压力，不同的激励信号可以产生不同频率的压力。
所述的电信号，包括正弦、方波、脉冲或任意波形信号。
所述温度加热与控制装置(2)包括电热丝、管腔结构、温度控制器和热电偶；电热丝缠绕在管腔结构外部；温度控制器和热电偶用于设定加热温度值并进行反馈调节使带管腔的压力测量系统(3)处于稳定的温度环境中。
有益效果
1、本发明的一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，利用电声转换原理，可以通过控制电流的方式控制产生的压力大小和压力波形，达到操作可控性强，测量重复性高的目的；解决对管道、管腔、探针式压力传感器等的动态压力校准的需求。
2、本发明的一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，利用电声换能器作为激励源，可以实现频率输出的分辨率很低，动态响应快；
3、本发明的一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，可以为带管腔的压力测量系统产生设定的静态压力环境和温度环境，模拟现场使用情况，使校准结果更为准确；
4、本发明的一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置结构简单稳定，有利于后期维护和更换。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中装置结构示意图；
其中，1—压力控制器、2—温度加热与控制装置、3—带管腔的压力测量系统、4—压力容腔、5—信号发生器、6—功率放大器、7—电声换能器、8—标准传感器。
图2为本发明具体实施方式中加热与温度控制结构示意图；
其中，a—电热丝、b—管腔结构、c—温度控制器、d—热电偶。
图3为不同静态压力下带管腔的压力测量系统输出响应曲线；
图4为不同温度环境下带管腔的压力测量系统输出响应曲线；
图5为相同条件下不同装置与理论计算结果对比图。
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。
本实施例中的一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，结构示意图如图1所示，包括压力控制器(1)、温度加热与控制装置(2)、带管腔的压力测量系统(3)、压力容腔(4)、信号发生器(5)、功率放大器(6)、电声换能器(7)、标准传感器(8)。
压力控制器(1)连接气源，稳定流量与控制压力大小，将稳定的压力输入压力容腔(4)中，产生稳定的静态压力环境。
压力容腔(4)底部固定安装电声换能器(7)，顶部连接带管腔的压力测量系统(3)，管腔长度30cm。
温度加热与控制装置(2)为中空筒形结构，内部安装带管腔的压力测量系统(3)，在内部为带管腔的压力测量系统进行加热和温度控制，产生稳定的温度环境。
温度加热与控制装置(2)采用电流热效应原理加热，电热丝(a)绕在在管腔结构(b)上进行加热，温度控制方式为热电偶(d)测量温度，反馈调节控制温度控制器(c)产生的温度，可以产生设定的温度，如图2所示。
信号发生器(5)产生正弦电流信号，并输出给功率放大器(6)，经过功率放大器(6)的放大作用输出给电声换能器(7)，使电声换能器(7)产生正弦振动。
所述的电声换能器(7)采用扬声器结构，推动压力容腔(4)内的密闭压力介质产生正弦压力，通过调节信号发生器(5)的频率，可以产生不同频率的正弦压力。
如图2所示，所述温度加热与控制装置(2)包括电热丝、管腔结构、温度控制器和热电偶；电热丝缠绕在管腔结构外部；温度控制器和热电偶用于设定加热温度值并进行反馈调节使带管腔的压力测量系统(3)处于稳定的温度环境中。
标准传感器(8)获得动态压力信号，用于校准带管腔的压力测量系统(3)。
测试过程：
将带管腔的压力测量系统(3)和标准传感器(8)的感压端齐平安装于压力容腔(4)上，打开气源，通过压力控制器(1)设定压力容腔(4)中的静态压力，分别预设0.2MPa，0.5MPa，1.0MPa达到预设值后关闭所有阀门，首先不进行温度控制，打开信号发生器(5)和功率放大器(6)，调节信号频率和电压，电声换能器(7)开始产生设定的动态压力信号，采集标准传感器(8)测量的动态压力信号和带管腔的压力测量系统(3)输出的电压信号，即可在设定静态压力环境下进行动态校准，测试结果如图3。
在0.5MPa静态压力下，将温度加热与控制装置(2)包裹安装在带管腔的压力测量系统(3)上进行加热，分别预设100℃、200℃、400℃达到预设值后开始校准，打开信号发生器(5)和功率放大器(6)，调节信号频率和电压，电声换能器(7)开始产生设定的动态压力信号，采集标准传感器(8)测量的动态压力信号和带管腔的压力测量系统(3)输出的电压信号，即可在设定静态压力环境下进行动态校准，测试结果如图4。
经过上述测试过程可以实现静压和温度模拟环境下的带管腔的压力测量系统(3)的动态校准过程。
在不加热与不控制静态压力的情况下，根据现有出入口调制型正弦压力校准装置与本发明的一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置在同样频率范围下校准得到的结果校准对比，如图5，得到现有装置由于分辨率低导致校准结果曲线明显锯齿状，频率越大其校准结果偏差越大，本发明的一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置得到的校准结果曲线光滑与理论计算值和趋势基本保持一致。
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 (6)

1.一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，其特征在于：包括：压力控制器(1)、温度加热与控制装置(2)、带管腔的压力测量系统(3)、压力容腔(4)、信号发生器(5)、功率放大器(6)、电声换能器(7)和标准传感器(8)；
压力容腔(4)底部固定安装电声换能器(7)，顶部连接带管腔的压力测量系统(3)和标准传感器(8)；压力控制器(1)连接气源，用于稳定流量以及控制压力大小，将稳定的压力输入压力容腔(4)中，实现静态压力的可调性；
温度加热与控制装置(2)缠绕在带管腔的压力测量系统(3)外部，用于对内部的带管腔的压力测量系统(3)进行加热和温度控制，实现温度环境的可调性；
信号发生器(5)产生的电信号经过功率放大器(6)放大后输出给电声换能器(7)，使电声换能器产生(7)振动；
所述的电声换能器(7)推动压力容腔(4)内的密闭压力介质产生不同频率的动态压力；
标准传感器(8)获得动态压力信号，用于校准带管腔的压力测量系统(3)。
2.如权利要求1所述一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，其特征在于：所述温度加热与控制装置(2)为中空筒形结构；所述温度加热与控制装置(2)的加热原理为电流热效应或电磁感应式加热，温度控制方式为热电偶测温反馈调节产生的温度。
3.如权利要求1所述一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，其特征在于：所述的带管腔的压力测量系统(3)包括探针型压力传感器、外接引压管的压力系统以及压力传感器感压面前端带有空腔形式的压力测量系统。
4.如权利要求1所述一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，其特征在于：所述压力容腔(4)为圆柱筒形结构，为密闭的压力环境。
5.如权利要求1所述一种用于带管腔的压力测量系统的校准装置，其特征在于：所述温度加热与控制装置(2)包括电热丝、管腔结构、温度控制器和热电偶；电热丝缠绕在管腔结构外部；温度控制器和热电偶用于设定加热温度值并进行反馈调节使带管腔的压力测量系统(3)处于稳定的温度环境中。
6.采用如权利要求1至4任意一项所述的校准装置对带管腔的压力测量系统进行校准的方法，其特征在于：将带管腔的压力测量系统(3)和标准传感器(8)的感压端齐平安装于压力容腔(4)上，打开气源，通过压力控制器(1)设定压力容腔(4)中的静态压力，达到预设值后关闭所有阀门，即可在设定静态压力环境下进行动态校准；将温度加热与控制装置(2)包裹安装在带管腔的压力测量系统(3)上进行加热，达到预设值后开始校准；打开信号发生器(5)和功率放大器(6)，调节信号频率和电压，电声换能器(7)开始产生设定的动态压力信号；采集标准传感器(8)测量的动态压力信号和带管腔的压力测量系统(3)输出的电压信号，经过计算可以实现静压和温度模拟环境下的带管腔的压力测量系统(3)的动态校准过程。
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