CN111413004B - 温度探针及气流温度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度探针以及气流温度的测量方法，用于测量压气机出口流道的气流的温度，包括用于伸入压气机内的测量杆、安装于测量杆上的测温度模块以及安装于测量杆上的测方向模块，测温度模块的连接端与温度数据采集系统连接，测方向模块的连接端与方向数据采集系统连接，测温模块的测量端用于与压气机出口流道的气流相接触，测方向模块的测量端用于与压气机出口流道的气流相接触，测温模块的测量端和测方向模块的测量端分别朝不同方向布设于测量杆的内伸端上，通过测方向模块测得压气机出口流道的气流方向，进而并根据气流方向以及测温模块的测量端和测方向模块的测量端之间的布设角度转动测量杆，使测温度模块的测量端正对气流的方向，从而测得压气机出口流道的气流温度。

Description

温度探针及气流温度的测量方法

技术领域

本发明涉及探针技术领域，特别地，涉及一种温度探针，此外，还涉及一种气流温度的测量方法。

背景技术

随着压气机科研型号数量的增加，不同结构的压气机涌现，使得理论计算的气流的方向具有不确定性，若温度探针未正对着气流方向与气流相接触，则会影响气流温度测量的准确性，目前做法是针对每一个型号设计一种特定的方向探针对气流方向进行测定，然后根据测得的气流方向或者理论计算出的气流方向再进行温度探针设计，但由于压气机试验状态的不同，实际的气流角度也会改变，导致温度探针仍未正对气流，但若根据实际测得的气流方向重新设计温度探针，这样以来就增加了型号研制的周期，浪费了大量的人力物力财力。

发明内容

本发明提供了一种温度探针及气流温度的测量方法，以解决目前测量气流温度时温度探针仍未正对气流而造成气流温度测量不准确的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种温度探针，用于测量压气机出口流道的气流温度，包括用于伸入压气机内的测量杆、安装于测量杆上的测温度模块以及安装于测量杆上的测方向模块，测温度模块的连接端与温度数据采集系统连接，测方向模块的连接端与方向数据采集系统连接，测温模块的测量端用于与压气机的出口流道的气流相接触，测方向模块的测量端用于与压气机的出口流道的气流相接触，测温模块的测量端和测方向模块的测量端分别朝不同方向布设于测量杆的内伸端上，通过测方向模块测得压气机的出口流道的气流方向，进而并根据气流方向以及测温模块的测量端和测方向模块的测量端之间的布设角度转动测量杆，使测温度模块的测量端正对气流的方向，从而测得压气机出口流道的气流温度。

进一步地，测方向模块包括三根并排布设的用于气流进入的空气管，空气管的输入端为测方向模块的测量端，位于中间的空气管的管口端面垂直于空气管的轴向，位于两侧的空气管的管口端面均为向外倾斜的斜面且向外倾斜的角度相等，空气管的输出端与方向数据采集处理系统连接，通过方向数据采集处理系统分别测得三根空气管内气流的压力，从而根据三根空气管内气流的压力确定气流的方向。

进一步地，测方向模块还包括用于将空气管的输出端与方向数据采集处理系统连接的螺纹接嘴。

进一步地，空气管穿设于测量杆上，空气管的输入端从测量杆的内伸端伸出，空气管的输出端从测量杆的外伸端伸出并套设有具备散热功能和防止空气管受损的铜管。

进一步地，测量杆上设有测量架，铜管固定于测量架上。

进一步地，测温度模块包括穿设于测量杆内的热电偶，热电偶的探头端为测温度模块的测量端，测量杆的内伸端上设有用于气流进入与热电偶的探头端相接触的进气口，热电偶的接线端从测量杆的外伸端伸出，用于与温度数据采集处理系统连接，通过热电偶的探头端和接线端的温度差产生电势信号并输出至温度数据采集处理系统进行处理和分析，从而测得压气机出口流道的气流的温度。

进一步地，测温度模块还包括设于进气口处的滞止罩，以使气流经通过滞止罩将经过的气流减速后从进气口进入并与热电偶的探头端相接触，以提高温度的测量精度。

进一步地，滞止罩入口处设有径向尺寸逐渐变小的锥面结构，滞止罩沿径向开设有疏流孔。

进一步地，测量杆上设有用于安装于压气机上的测量位置处的安装机构，压气机的测量位置处设有用于安装温度探针的安装孔，安装机构包括套设于测量杆上并与安装孔相配套的连接轴、用于将连接轴固定于压气机上的安装座以及用于套设于连接轴上的安装垫片以及用于铺设于压气机与安装座之间的安装垫片，连接轴上设有铺设于安装孔周围的安装边。

进一步地，测量杆设有基准线，安装座设有角度刻线，以便于读取测量杆的转动角度。

根据本发明的另一方面，还提供一种气流温度的测量方法，采用上述温度探针，包括以下步骤：将测温度模块与温度数据采集处理系统连接以及将测方向模块与方向数据采集处理系统连接；将测量杆从测量位置处伸入压气机的出口流道内，并使测方向模块的测量端正对出口流道的方向，从而测得测量位置处的气流方向；根据测温模块的测量端与测方向模块的测量端之间的布设角度以及测量位置处的气流方向与出口流道方向之间的夹角转动测量杆，使测温度模块的测量端正对气流的方向，从而更为精确的测得测量位置处的气流温度。

本发明具有以下有益效果：

本发明的温度探针，通过在测量杆上安装测温度模块和测方向模块，且测温模块的测量端和测方向模块的测量端分别朝不同方向布设于测量杆的内伸端上，测量气流温度时，首先将测量杆的内伸端伸于压气机出口流道内，并使测方向模块的测量端正对着出口流道的方向，从而测得气流方向，进而根据气流方向以及测温模块的测量端和测方向模块的测量端之间的布设角度转动测量杆，使测温度模块的测量端正对气流的方向，从而测得压气机出口流道的气流温度，确保气流温度测量准确，因此，无论是任何型号的压气机且在不同的试验状态下，均能使测温度模块的测量端正对气流的方向，准确测得气流温度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的温度探针的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的空气管的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的空气管的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的滞止罩的结构示意图；

图5是本发明优选实施例的压气机上安装孔的结构示意图。

图例说明：

1、测量杆；11、测量架；12、连接轴；13、垫片；14、安装座；15、转接座；2、热电偶；3、滞止罩；4、空气管；5、螺纹接嘴；6、铜管；100、压气机；101、安装孔；102、出口流道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的温度探针的结构示意图；图2是本发明优选实施例的空气管的结构示意图；图3是本发明优选实施例的空气管的结构示意图；图4是本发明优选实施例的滞止罩的结构示意图；图5是本发明优选实施例的压气机上安装孔的结构示意图。

如图1所示，本实施例的温度探针，用于测量压气机100出口流道102的气流温度，包括用于伸入压气机100内的测量杆1、安装于测量杆1上的测温度模块以及安装于测量杆1上的测方向模块，测温度模块的连接端与温度数据采集系统连接，测方向模块的连接端与方向数据采集系统连接，测温模块的测量端用于与压气机100出口流道102的气流相接触，测方向模块的测量端用于与压气机100出口流道102的气流相接触，测温模块的测量端和测方向模块的测量端分别朝不同方向布设于测量杆1的内伸端上，通过测方向模块测得压气机100出口流道102的气流方向，并根据气流方向以及测温模块的测量端和测方向模块的测量端之间的布设角度转动测量杆1，使测温度模块的测量端正对气流的方向，从而测得压气机100出口流道102的气流温度。本发明的温度探针，通过在测量杆1上安装测温度模块和测方向模块，且测温模块的测量端和测方向模块的测量端分别朝不同方向布设于测量杆1的内伸端上，测量气流温度时，首先将测量杆1的内伸端伸于压气机100出口流道102内，并使测方向模块的测量端正对着出口流道102的方向，从而测得气流方向，进而根据气流方向以及测温模块的测量端和测方向模块的测量端之间的布设角度转动测量杆1，使测温度模块的测量端正对气流的方向，从而测得压气机100出口流道102的气流温度，确保气流温度测量准确，因此，无论是任何型号的压气机100且在不同的试验状态下，均能使测温度模块的测量端正对气流的方向，准确测得气流温度。

如图2和图3所示，测方向模块包括三根并排布设的用于气流进入的空气管4，空气管4的输入端为测方向模块的测量端，位于中间的空气管4的管口端面垂直于空气管4的轴向，位于两侧的空气管4的管口端面均为向外侧倾斜的斜面且向外倾斜的角度相等，空气管4的输出端与方向数据采集处理系统连接，通过方向数据采集处理系统分别测得三根空气管4内气流的压力，并根据三根空气管4内气流的压力确定气流的方向。当气流正对着中间的空气管4的管口端面流入三根空气管4中时，中间的空气管4内气流的压力为总压，而两侧的空气管4内气流的压力相等且为总压与静压之间的值，因此，只要预先将测温度模块在校准风洞中进行标定，测方向模块就可以测出平面流场中气流的总压、静压、气流速度以及气流方向。在本实施例中，位于两侧的空气管4的管口端面均向外侧倾斜45度，位于两侧的空气管4的管口端面之间的布设角度为90度，空气管4的径向尺寸为1mm。

如图1所示，测方向模块还包括用于将空气管4的输出端与方向数据采集处理系统连接的螺纹接嘴5。空气管4穿设于测量杆1上，空气管4的输入端从测量杆1的内伸端伸出，空气管4的输出端从测量杆1的外伸端伸出并套设有具备散热功能和防止空气管受损的铜管6。测量杆1上设有测量架11，铜管6固定于测量架11上。通过转动测量架11带动测量杆1转动，以调整测温模块的测量端和测方向模块的测量端的朝向。

如图1和图4所示，测温度模块包括穿设于测量杆1内的热电偶2，热电偶2的探头端为测温度模块的测量端，测量杆1的内伸端上设有用于气流进入与热电偶2的探头端相接触的进气口，热电偶2的接线端从测量杆1的外伸端伸出，用于与温度数据采集处理系统连接，通过热电偶2的探头端和接线端的温度差产生电势信号并输出至温度数据采集处理系统进行处理和分析，从而测得压气机100出口流道102的气流的温度。测温度模块还包括设于进气口处的滞止罩3，以通过滞止罩3将经过的气流减速后从进气口进入并与热电偶2的探头端相接触，以提高温度的测量精度。滞止罩3入口处设有径向尺寸逐渐变小的锥面结构，滞止罩3沿径向开设有疏流孔。在本实施例中，滞止罩3入口的径向尺寸为4mm，锥面结构入口处的径向尺寸为3.5mm，锥面结构出口处的径向尺寸为3mm，两个疏流孔沿滞止罩3的径向相对布设，疏流孔的径向尺寸为0.7mm，疏流孔与滞止罩3入口之间的距离为2.8mm，滞止罩3的总长度为5mm，测量杆1的内伸端的径向尺寸为6mm。测量杆1上设有用于装设热电偶2中间部分和穿设空气管4的转接座15。

如图1所示，测量杆1上设有用于安装于压气机100上的测量位置处的安装机构。压气机100的测量位置处设有用于安装温度探针的安装孔101。安装机构包括套设于测量杆1上并与安装孔101相配套的连接轴12、用于将连接轴12固定于压气机100上的安装座14以及用于套设于连接轴12上的安装垫片13以及用于铺设于压气机100与安装座14之间的安装垫片13，连接轴12上设有铺设于安装孔101周围的安装边。通过紧固螺钉将安装座14固定于压气机100上，使安装边压紧固定于压安装孔101周围，从而将温度探针安装于压气机100的测量位置处。

如图1所示，在本实施例中，测方向模块的测量端和测温度模块的测量端分别朝相反的方向布设，即布设角度为180度，易于加工。测量杆1设有基准线，安装座14设有角度刻线，以便于读取测量杆1的转动角度。可选地，基准线上分别设有测方向模块的测量端和测温度模块的测量端布设位置的标识。

本实施例的气流温度的测量方法，采用上述温度探针，包括以下步骤：将测温度模块与温度数据采集处理系统连接以及将测方向模块与方向数据采集处理系统连接；将测量杆1从测量位置处伸入压气机100的出口流道102内，并使测方向模块的测量端正对出口流道102的方向，从而测得测量位置处的气流方向；根据测温模块的测量端与测方向模块的测量端之间的布设角度以及测量位置处的气流方向与出口流道102方向之间的夹角转动测量杆1，使测温度模块的测量端正对气流的方向，从而更为准确地测得测量位置处的气流温度。

在本实施例中，测量时，首先将测量杆1的内伸端从压气机100上的安装孔101伸入压气机100出口流道102内并使空气管4正对着出口流道102的方向，通过紧固螺钉将安装座14固定于压气机100上，使安装边压紧固定于压安装孔101周围，从而将温度探针安装于压气机100的测量位置处，测得压气机100出口流道102内的气流方向即气流方向与出口流道102的方向之间的夹角，再将紧固螺钉松开，转动测量杆1，测量杆1转动的角度等于气流方向和出口流道102的方向之间夹角的角度与空气管4和滞止罩3之间的布设角度之和，使滞止罩3正对气流的方向，经滞止罩3入减速后的气流与热电偶2的探头端相接触，从而准确测得气流温度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种温度探针，用于测量压气机（100）出口流道（102）的气流温度，其特征在于，

包括用于伸入压气机（100）内的测量杆（1）、安装于测量杆（1）上的测温度模块以及安装于测量杆（1）上的测方向模块，测温度模块的连接端与温度数据采集系统连接，测方向模块的连接端与方向数据采集系统连接，

测温模块的测量端用于与压气机（100）出口流道（102）的气流相接触，测方向模块的测量端用于与压气机（100）出口流道（102）的气流相接触，测温模块的测量端和测方向模块的测量端分别朝不同方向布设于测量杆（1）的内伸端上，

通过测方向模块测得压气机（100）出口流道（102）的气流方向，并根据气流方向以及测温模块的测量端和测方向模块的测量端之间的布设角度转动测量杆（1），使测温度模块的测量端正对气流的方向，从而测得压气机（100）出口流道（102）的气流温度;

测量杆（1）上设有用于安装于压气机（100）上的测量位置处的安装机构，压气机（100）的测量位置处设有用于安装温度探针的安装孔（101），

安装机构包括套设于测量杆（1）上并与安装孔（101）相配套的连接轴（12）、用于将连接轴（12）固定于压气机（100）上的安装座（14）以及用于套设于连接轴（12）上的安装垫片（13）以及用于铺设于压气机（100）与安装座（14）之间的安装垫片（13），连接轴（12）上设有铺设于安装孔（101）周围的安装边；

通过紧固螺钉将安装座（14）固定于压气机（100）上，使安装边压紧固定于压安装孔（101）周围，从而将温度探针安装于压气机（100）的测量位置处；

测量杆（1）设有基准线和测量架（11），安装座（14）设有用于读取测量杆（1）的转动角度的角度刻线，

基准线上分别设有测方向模块的测量端和测温度模块的测量端布设位置的标识，

测方向模块的测量端和测温度模块的测量端分别朝相反的方向布设，

通过转动测量架（11）带动测量杆（1）转动，以调整测温模块的测量端和测方向模块的测量端的朝向。

2.根据权利要求1所述的温度探针，其特征在于，

测方向模块包括三根并排布设的用于气流进入的空气管（4），空气管（4）的输入端为测方向模块的测量端，位于中间的空气管（4）的管口端面垂直于空气管（4）的轴向，位于两侧的空气管（4）的管口端面均为向外倾斜的斜面且向外倾斜的角度相等，

空气管（4）的输出端与方向数据采集处理系统连接，通过方向数据采集处理系统分别测得三根空气管（4）内气流的压力，从而根据三根空气管（4）内气流的压力确定气流的方向。

3.根据权利要求2所述的温度探针，其特征在于，

测方向模块还包括用于将空气管（4）的输出端与方向数据采集处理系统连接的螺纹接嘴（5）。

4.根据权利要求2所述的温度探针，其特征在于，

空气管（4）穿设于测量杆（1）上，空气管（4）的输入端从测量杆（1）的内伸端伸出，空气管（4）的输出端从测量杆（1）的外伸端伸出并套设有用于散热和防止空气管（4）受损的铜管（6）。

5.根据权利要求3所述的温度探针，其特征在于，

测量杆（1）上设有测量架（11），铜管（6）固定于测量架（11）上。

6.根据权利要求1所述的温度探针，其特征在于，

测温度模块包括穿设于测量杆（1）内的热电偶（2），

热电偶（2）的探头端为测温度模块的测量端，测量杆（1）的内伸端上设有用于气流进入与热电偶（2）的探头端相接触的进气口，

热电偶（2）的接线端从测量杆（1）的外伸端伸出，用于与温度数据采集处理系统连接，通过热电偶（2）的探头端和接线端的温度差产生电势信号并输出至温度数据采集处理系统进行处理和分析，从而测得压气机（100）出口流道（102）的气流的温度。

7.根据权利要求6所述的温度探针，其特征在于，

测温度模块还包括设于进气口处的滞止罩（3），以通过滞止罩（3）将经过的气流减速后从进气口进入并与热电偶（2）的探头端相接触，以提高温度的测量精度。

8.根据权利要求7所述的温度探针，其特征在于，

滞止罩（3）入口处设有径向尺寸逐渐变小的锥面结构，滞止罩（3）沿径向开设有疏流孔。

9.一种气流温度的测量方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的温度探针，包括以下步骤：

将测温度模块与温度数据采集处理系统连接以及将测方向模块与方向数据采集处理系统连接；

将测量杆（1）从测量位置处伸入压气机（100）出口流道（102）内，并使测方向模块的测量端正对出口流道（102）的方向，从而测得测量位置处的气流方向；

根据测温模块的测量端与测方向模块的测量端之间的布设角度以及测量位置处的气流方向与出口流道（102）方向之间的夹角转动测量杆（1），使测温度模块的测量端正对气流的方向，从而更为精确的测得测量位置处的气流温度。

Images