CN111998997A - 一种低温脉动压力校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种低温脉动压力校准装置，属于动态压力测试校准技术领域。本发明包括脉动压力发生器、低温校准装置和压力转力装置。所述的脉动压力发生器，包括基座、振动台、活塞、气缸。脉动压力发生器能生成频率、平均值、幅值均可调的正弦脉动压力，然后将脉动压力供给至压力室内。所述的低温校准装置，包括压力室、低温腔、被校压力传感器。所述的压力转力装置，包括外壳、力传感器工装、力传感器、传力杆、隔离膜片。本发明通过隔离膜片、传力杆将力传感器与低温被测流体隔离，进而通过常温力传感器测量低温流体介质的动态压力变化，最终在低温环境下完成被校压力传感器的动态校准。本发明具有溯源关系明确的优点。

Description

一种低温脉动压力校准装置

技术领域

本发明属于动态压力测试校准技术领域，涉及一种低温脉动压力校准装置。

背景技术

风洞实验中动态压力传感器的工作温度一般比较低，如飞行器在平流层中飞行时温度可达-55℃，某些低温高雷诺数风洞工作温度低于-100℃，在低温环境下压力传感器的各项参数都会发生变化，尤其对动态特性影响会更加明显，由于传感器温度性能的影响给测量带来的误差最高达10％。目前对压力传感器的动态校准只能在实验室常温环境下进行，低温气体脉动压力校准技术还是一片空白，为了确保国防军工领域动态压力测量的准确可靠，迫切需要开展低温条件下动态压力校准技术的研究，从而保证如风洞、航空飞行器等装备动态性能参数评估的可靠性及故障诊断的准确性。

力传感器相比于压力传感器，一般具有更为简单的原理和结构，因此精度更高、价格低很多、适用性更好。压力与力通过受力面积可以相互转换。

当压力传感器测量爆炸环境或腐蚀环境的压力时，常用一种隔离膜片来隔离传感器的敏感元件和待测量环境，避免敏感元件被损坏、污染，防止传感器的性能被影响甚至毁坏传感器。隔离膜片具有耐腐蚀、厚度薄、弹性好等特点，实现了压力传感器的充油隔离封装。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温脉动压力校准装置，能够在低温环境下对压力传感器进行动态校准，具有溯源关系明确的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种低温脉动压力校准装置，通过隔离膜片、传力杆将力传感器与低温被测流体隔离，进而通过常温力传感器测量低温流体介质的动态压力变化，最终在低温环境下完成被校压力传感器的动态校准。本发明包括脉动压力发生器、低温校准装置和压力转力装置。

所述的脉动压力发生器，包括基座、振动台、活塞、气缸。脉动压力发生器能生成频率、平均值、幅值均可调的正弦脉动压力，然后将脉动压力供给至压力室内。

所述的基座固定，为气缸、压力室、低温腔等结构提供支撑。

所述的振动台的台体固定，工作时台面做正弦往复运动，台面与活塞的杆部连接。

所述的气缸缸体与基座固定连接，活塞边缘与气缸内壁动密封，组成气缸-活塞结构。

所述的低温校准装置，包括压力室、低温腔、被校压力传感器。

所述的压力室与气缸连通，因此压力室内的压力与气缸内压力相同，也为正弦脉动压力。此外，压力室内有两个对称的孔位，其中一个安装被校压力传感器，另一个安装压力转力装置。

所述低温腔能够降低并保持内部环境的温度，将压力室与被校压力传感器都包裹在内。

所述的压力转力装置，包括外壳、力传感器工装、力传感器、传力杆、隔离膜片。隔离膜片固定安装在外壳的一侧。力传感器固定安装在力传感器工装上，力传感器工装安装在外壳的另一侧，两者能够进行轴向移动。传力杆一端与隔离膜片连接，另一端顶在力传感器的感压面。

作为优选，所述的力传感器选用谐振频率高、动态性能好的力传感器。

所述的力传感器工装和传力杆能将力传感器与低温腔内的低温环境隔离开来，作为优选，力传感器工装和传力杆都使用陶瓷或其他隔热材料。

所述的传力杆外形为柱状，作为优选，为直径较大、长度较短的圆柱形，进而提高传力杆的谐振频率，减少共振的发生。

所述的隔离膜片为一圆形金属薄片，膜片中心保证平整，与传力杆完全贴合。作为优选，在膜片边缘加工出一圈或多圈波纹，进而提高膜片的弹性。

本发明公开的一种低温脉动压力校准装置的工作方法为：

振动台的台面振动，带动活塞做正弦往复运动，活塞反复压缩气缸内的气体生成脉动压力。生成的脉动压力进入压力室内，温度降低，形成校准所需的低温脉动压力。被校压力传感器安装在压力室上，受到压力室内的低温脉动压力，并且传感器完全处于低温腔之内，校准过程始终保持低温。

隔离膜片一面受到低温脉动压力，由于另一面被传力杆顶住不会产生弹性位移，隔离膜片将脉动压力转换成脉动力，经过传力杆传递到力传感器的感压面，力传感器输出对应的电信号。隔离膜片受到的脉动压力P为：

P＝F/S+P0

式中：F为力传感器测得的力值，S为波纹膜片的受力面积，P0为考虑隔离膜片受力回弹的压力修正值。

有益效果：

1、本发明公开的一种低温脉动压力校准装置，采用气缸-活塞结构作为脉动压力发生器，生成的脉动压力频率、平均值、幅值均能调节：通过振动台调节脉动压力的频率和幅值，通过调整活塞初始位置来改变脉动压力的平均值，进而使本发明同时满足正压和负压条件下的测试、校准需求。

2、本发明公开的一种低温脉动压力校准装置，使用的隔离膜片弹性好，灵敏度高，能感知高频的动态压力信号。

3、本发明公开的一种低温脉动压力校准装置，使用的传力杆强度高，直径大、长度短，在较大的力作用下不产生形变，且在传递高频的脉动力时不会产生共振。

4、本发明公开的一种低温脉动压力校准装置，使用隔离膜片作为感压元件，使用传力杆作为传力元件，将力传感器与低温流体隔离，将低温环境下的脉动压力值溯源至常温环境下的动态力值，溯源关系明确。因此本发明能使用标准力传感器完成低温脉动压力的测试，进而在低温环境下完成对压力传感器的动态校准。

5、本发明公开的一种低温脉动压力校准装置，使用低温腔将压力室和被校传感器全部包裹，尽可能还原被校传感器实际应用的低温工作环境，测试、校准结果更有说服力。

附图说明

图1本发明公开的一种低温脉动压力校准装置的原理示意图；

其中：1-基座，2-振动台，3-活塞，4-气缸，5-压力室，6-低温腔，7-被校压力传感器，8-外壳，9-力传感器工装，10-力传感器，11-传力杆，12-隔离膜片。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例：

如图1所示，本实施例公开一种低温脉动压力校准装置，包括脉动压力发生器、低温校准装置和压力转力装置三部分。

所述的脉动压力发生器，包括基座1、振动台2、活塞3、气缸4。脉动压力发生器能生成频率、平均值、幅值均可调的正弦脉动压力，然后将脉动压力供给至压力室5内。所述的基座1固定，为气缸4、压力室5、低温腔6等结构提供支撑。所述的振动台2的台体固定，工作时台面做正弦往复运动，台面与活塞3的杆部连接。所述的气缸4缸体与基座1固定连接，活塞3边缘与气缸4内壁动密封，组成气缸-活塞结构。

所述的低温校准装置，包括压力室5、低温腔6、被校压力传感器7。所述的压力室5与气缸3连通，因此压力室5内的压力与气缸4内压力相同，也为正弦脉动压力。此外，压力室内有两个对称的孔位，其中一个安装被校压力传感器7，另一个安装压力转力装置。所述低温腔6可以降低并保持内部温度，将压力室5与被校压力传感器7都包裹在内。

所述的压力转力装置，包括外壳8、力传感器工装9、力传感器10、传力杆11、隔离膜片12。隔离膜片12固定安装在外壳8的一侧。力传感器10固定安装在力传感器工装9上，力传感器工装9安装在外壳8的另一侧，两者能够进行轴向移动。传力杆11一端与隔离膜片12连接，另一端顶在力传感器工装9感压面。所述的力传感器10选用谐振频率高、动态性能好的力传感器。所述的力传感器工装9和传力杆11都使用陶瓷或其他隔热材料，能将力传感器10与低温腔6内的低温环境隔离开来。所述的传力杆11外形为直径较大、长度较短的圆柱形，进而提高传力杆11的谐振频率，减少共振的发生。所述的隔离膜片12为一圆形金属薄片，膜片中心保证平整，与传力杆11完全贴合，在膜片边缘加工出一圈波纹，进而提高膜片的弹性。

本实施例公开的一种低温脉动压力校准装置的工作方法为：

振动台2台面振动，带动活塞3做正弦往复运动，活塞3反复压缩气缸4内的气体生成脉动压力。生成的脉动压力进入压力室5内，温度降低，形成校准所需的低温脉动压力。被校压力传感器7安装在压力室5上，受到压力室5内的低温脉动压力，并且传感器完全处于低温腔6之内，校准过程始终保持低温。

隔离膜片12一面受到低温脉动压力，由于另一面被传力杆11顶住不会产生弹性位移，隔离膜片12将脉动压力转换成脉动力，经过传力杆11传递到力传感器10的感压面，力传感器10输出对应的电信号。隔离膜片12受到的脉动压力P为：

P＝F/S+P0

式中：F为力传感器测得的力值，S为波纹膜片的受力面积，P0为考虑隔离膜片12受力回弹的压力修正值。

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。

尽管本文较多的使用了基座1，振动台2，活塞3，气缸4，压力室5，低温腔6，被校压力传感器7，外壳8，力传感器工装9，力传感器10，传力杆11，隔离膜片12等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语,是为了更方便地描述和解释本发明的本质把他们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种低温脉动压力校准装置，其特征在于：通过隔离膜片(12)、传力杆(11)将力传感器(10)与低温被测流体隔离，进而通过常温力传感器(10)测量低温流体介质的动态压力变化，最终在低温环境下完成被校压力传感器(7)的动态校准。

2.如权利要求1所述的一种低温脉动压力校准装置，其特征在于：包括脉动压力发生器、低温校准装置和压力转力装置；

所述的脉动压力发生器，包括基座(1)、振动台(2)、活塞(3)、气缸(4)；脉动压力发生器能生成频率、平均值、幅值均可调的正弦脉动压力，然后将脉动压力供给至压力室(5)内；

所述的基座(1)固定，为气缸(4)、压力室(5)、低温腔(6)提供支撑；

所述的振动台(2)的台体固定，工作时台面做正弦往复运动，台面与活塞(3)的杆部连接；

所述的气缸(4)缸体与基座(1)固定连接，活塞(3)边缘与气缸(4)内壁动密封，组成气缸-活塞结构；

所述的低温校准装置，包括压力室(5)、低温腔(6)、被校压力传感器(7)；

所述的压力室(5)与气缸(3)联通，因此压力室(5)内压力也为正弦脉动压力；此外，压力室内有两个对称的孔位，其中一个安装被校压力传感器(7)，另一个安装压力转力装置；

所述低温腔(6)能够降低并保持内部温度，将压力室(5)与被校压力传感器(7)都包裹在内；

所述的压力转力装置，包括外壳(8)、力传感器工装(9)、力传感器(10)、传力杆(11)、隔离膜片(12)；隔离膜片(12)固定安装在外壳(8)的一侧；力传感器(10)固定安装在力传感器工装(9)上，力传感器工装(9)安装在外壳(8)的另一侧，两者能够进行轴向移动；传力杆(11)一端与隔离膜片(12)连接，另一端顶在力传感器工装(9)感压面。

3.如权利要求2所述的一种低温脉动压力校准装置，其特征在于：所述的力传感器(10)选用谐振频率高、动态性能好的力传感器。

4.如权利要求2所述的一种低温脉动压力校准装置，其特征在于：所述的力传感器工装(9)和传力杆(11)能将力传感器(10)与低温腔(6)内的低温环境隔离开来，力传感器工装(9)和传力杆(11)都使用陶瓷或其他隔热材料。

5.如权利要求2所述的一种低温脉动压力校准装置，其特征在于：所述的传力杆(11)外形为柱状，为直径较大、长度较短的圆柱形，进而提高传力杆(11)的谐振频率，减少共振的发生。

6.如权利要求2所述的一种低温脉动压力校准装置，其特征在于：所述的隔离膜片(12)为一圆形金属薄片，膜片中心保证平整，与传力杆(11)完全贴合；在膜片边缘加工出一圈或多圈波纹，进而提高膜片的弹性。

7.如权利要求2、3、4、5或6所述的一种低温脉动压力校准装置，其特征在于：

工作方法为：振动台(2)台面振动，带动活塞(3)做正弦往复运动，活塞(3)反复压缩气缸(4)内的气体生成脉动压力；生成的脉动压力进入压力室(5)内，温度降低，形成校准所需的低温脉动压力；被校压力传感器(7)安装在压力室(5)上，受到压力室(5)内的低温脉动压力，并且传感器完全处于低温腔(6)之内，校准过程始终保持低温；

隔离膜片(12)一面受到低温脉动压力，由于另一面被传力杆(11)顶住不会产生弹性位移，隔离膜片(12)将脉动压力转换成脉动力，经过传力杆(11)传递到力传感器(10)的感压面，力传感器(10)输出对应的电信号；隔离膜片(12)受到的脉动压力P为：

P＝F/S+P0

式中：F为力传感器测得的力值，S为波纹膜片的受力面积，P0为考虑隔离膜片(12)受力回弹的压力修正值。

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