CN112461489B - 用于低压测量的电子扫描阀参考压力控制系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低压测量的电子扫描阀参考压力控制系统及应用方法，包括扫描阀参考端、试验段驻室、数字压力控制器；其中，所述扫描阀参考端通过第一气路，以及设置在其上的第一电磁阀与试验段驻室、数字压力控制器连通；所述第一气路上分别设置有与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及相配合的第二电磁阀、第三电磁阀；各电磁阀、各压力传感口感通过相配合的线路与控制器连通，且压力传感器的量程具有差异性。本发明提供了一种低压测量的电子扫描阀参考压力控制的系统及应用方法，通过电磁阀切换电子扫描阀的参考端压力源，在风洞流场调节过程中，将驻室静压作为扫描阀参考端压力源，有效避免超量程风险，确保了设备安全。

Description

用于低压测量的电子扫描阀参考压力控制系统及应用方法

技术领域

本发明涉及风洞试验领域。更具体地说，本发明涉及一种用低压测量风洞中的电子扫描阀参考压力控制系统及应用方法。

背景技术

电子扫描阀具有快速、高精度及测量点数多的优点，被广泛应用于风洞、发动机等大规模压力测量领域。由于电子扫描阀是相对压力测量设备，即测量的是运行端相对于参考端的压差，按照电子扫描阀使用规范，当压差超过扫描阀模块量程的1倍时，可能会对扫描阀模块内的压力应变计产生难以恢复的变形，造成测量失真；当压差超过量程2倍时，扫描阀模块内的压力传感器可能会损坏。

在进行风洞测压试验时，通常选择大气压作为参考端的压力源，采用将扫描阀测值与大气压值相加得到测点压力值。然而，在风洞降速压运行时，驻室静压、模型表面静压将会降低到千帕(kPa)量级(该量级在风洞测量中认定为低压)，为了避免大秤称小量现象，应选用与待测压力值相匹配的扫描阀模块(量程为2psi或更低)进行测量，如果仍选用大气压(约为95kPa)作为参考端压力源，则运行端与参考端的压差将达量程的7倍，极易造成设备损坏。

如果选用驻室静压作为参考端压力源，需增加压力传感器测量驻室静压值，再将测值代入数据处理程序，得到待测点压力值。这种方式虽能确保压差不超过扫描阀量程，但难以保证电子扫描阀与传感器测值的时间同步性，而驻室静压值又将随着风洞运行总压、模型状态、洞体结构参数的变化而波动，进而直接影响测量结果精准度；另一方面，因模型表面静压测点压力值与驻室静压值在量值上相差不大，即模型表面静压测值集中在扫描阀的零点附近，而测量误差又与扫描阀模块的满量程有关，给模型表面静压测值引入了较大相对误差。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于低压测量的电子扫描阀参考压力控制系统及应用方法，包括扫描阀参考端、试验段驻室、数字压力控制器；

其中，所述扫描阀参考端通过第一气路，以及设置在其上的第一电磁阀与试验段驻室、数字压力控制器连通；

所述第一气路上分别设置有与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器相配合的第二气路、第三气路、第四气路；

所述第三气路、第四气路上分别设置有与第二压力传感器、第三压力传感器相配合的第二电磁阀、第三电磁阀；

各电磁阀、各压力传感口感通过相配合的线路与控制器连通，且压力传感器的量程具有差异性。

一种应用低压测量中对电子扫描阀参考压力控制系统的方法，包括：

步骤一、通过切换第一电磁阀将风洞试验段驻室与电子扫描阀参考端进行连接，将驻室静压作为扫描阀参考端压力源，以避免超量程；

步骤二、通过第一电磁阀将电子扫描阀参考端的气路连接至数字压力控制器输出端；

步骤三、在电子扫描阀参考端与数字压力控制器的气路上切换第二电磁阀、第三电磁阀的工作状态，以选择不同量程的压力传感器对电子扫描阀的参考压力值进行测量，进而对数字压力控制器输出进行调整。

优选的是，在步骤一中，对压力控制器输出进行调整是通过将数字压力控制器切换到控制模式，控制数字压力控制器按目标值p_S进行输出，所述目标值p_S是基于公式一得到：

p_S＝p₀(1+0.2Ma²)^-3.5-0.6p_R

其中，所述p₀为目标总压、Ma为目标马赫数、p_R为电子扫描模块量程的最小值。

优选的是，在步骤二中，在风洞流程稳定以及数字压力控制器输出值稳定后，通过第一电磁阀切断电子扫描阀的参考端气路与风洞试验段驻室的连接气路，使电子扫描阀的参考端与数字压力控制器输出气路相连通。

优选的是，在步骤三中，通过第一传感器对扫描阀参考端气路中的压力值进行测量，并基于此测量值与第二传感器、第三传感器的量程范围进行判断，以根据判断结果对第二电磁阀和第三电磁阀的通断状态进行切换；

在最小量程的传感器对应的电磁阀处于工作状态时，通知电子扫描阀系统采集数据，并将第二电磁阀、第三电磁阀的状态及各传感器的测值分别发送到控制器，以计算当前电子扫描阀系统测量的最大绝对值p_max；

并判断p_max是否大于电子扫描阀模块量程的80％，如果大于则按照公式二对数字压力控制器的输出压力值进行二次计算，以基于计算的结果对数字压力控制器的输出进行调节；

p_S＝p₀(1+0.2Ma²)^-3.5-p_max+0.6p_R。

优选的是，还包括步骤四，重复步骤三直到测量结束，控制第一电磁阀将电子扫描阀参考端与驻室连通，控制数字压力控制器进入测量模式，直到试验结束。

本发明至少包括以下有益效果：本发明提供了一种应用低压测量的电子扫描阀参考压力控制系统的方法，通过电磁阀切换电子扫描阀的参考端压力源，在风洞流场调节过程中，将驻室静压作为扫描阀参考端压力源，可有效避免超量程风险，确保了设备安全。

本发明在风洞流场稳定以后，通过电磁阀切换以高精度数字压力控制器输出作为参考压力源，并选用适合量程的高精度压力传感器测量参考压力值，一方面提供了稳定、可靠、高精度的参考压力源；另一方面该输出值与风洞运行的目标总压、马赫数等先验信息有关，还可根据扫描阀模块实际测值进行动态调整，使得待测压力点的测量值分布在扫描阀模块量程上限的60％附近，降低了低压测点压力值的相对测量误差。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明系统组成结构示意图；

图2为本发明算法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，一种用于低压测量的电子扫描阀参考压力控制系统及应用方法，包括扫描阀参考端1、试验段驻室2、数字压力控制器3；

其中，所述扫描阀参考端通过第一气路4，以及设置在其上的第一电磁阀5与试验段驻室、数字压力控制器连通；

所述第一气路上分别设置有与第一压力传感器6、第二压力传感器7、第三压力传感器8相配合的第二气路9、第三气路10、第四气路11；

所述第三气路、第四气路上分别设置有与第二压力传感器、第三压力传感器相配合的第二电磁阀12、第三电磁阀13；

各电磁阀、各压力传感口感通过相配合的线路与控制器连通，且压力传感器的量程具有差异性，通常情况下，第一压力传感器的量程大于第二、第三压力传感器的量程，第二传感器的量程大于第三传感器的量程，以根据不同量程的压力传感器对气路上的压力值进行精确测量，避免大秤称小量的情况出现，进而保证对数字压力控制器输出的精确控制，以提供精确的参考压力。在实际使用中可通过电磁阀切换电子扫描阀的参考端压力源，有效避免了扫描阀模块超量程的风险；同时提供了稳定、可靠、高精度的参考压力源；可动态调整高精度数字压力控制器输出值，使得待测压力点的测值分布在扫描阀模块量程上限的60％附近，降低了低压测点压力值的相对测量误差。

实施例：

1.试验前，关闭电磁阀12、电磁阀13，控制电磁阀5将电子扫描阀的参考端与风洞试验段驻室连通；

2.试验开始后，根据目标总压p₀、目标马赫数Ma，电子扫描阀模块量程的最小值p_R，按照(1)式计算高精度数字压力控制器的输出压力目标值p_S，将高精度数字压力控制器切换到控制模式，并控制高精度数字压力控制器按目标值p_S进行输出；

p_S＝p₀(1+0.2Ma²)^-3.5-0.6p_R (1)

3.待风洞流场、高精度数字压力控制器输出值稳定后，控制电磁阀5切断电子扫描阀的参考端气路与风洞试验段驻室的连接气路，使电子扫描阀的参考端与高精度数字压力控制器输出气路相连通；

4.使用第一传感器6测量扫描阀参考端气路中的压力值，根据测值，若该测值在第二传感器7的量程范围内，打开第二电磁阀12和第三电磁阀13；若该测值超过第二传感器7的量程且仍在第三传感器8的量程范围内，则打开第三电磁阀13；

5.通知电子扫描阀系统采集数据，同时发送第二电磁阀12、第三电磁13的状态及第一压力传感器6、第二压力传感器7、第三压力传感器8的测值；

6.计算电子扫描阀系统测值绝对值的最大值记为p_max，如果最大值p_max大于电子扫描阀模块量程的80％，则按照(2)式计算高精度数字压力控制器的输出压力目标值，并控制高精度数字压力控制器输出；

p_S＝p₀(1+0.2Ma²)^-3.5-p_max+0.6p_R (2)

7.重复步骤3到6，直到完成全部测量内容，控制电磁阀1将电子扫描阀参考端与驻室连通，控制高精度数字压力控制器进入测量模式，其具体的算法流程图如图2所示。

本发明通过电磁阀切换电子扫描阀的参考端压力源，在风洞流场调节过程中，以驻室静压作为扫描阀参考端压力源，有效避免扫描阀模块测值超过量程的风险；在流场稳定后，以高精度数字压力控制器输出作为参考压力源，为电子扫描阀系统提供了稳定、可靠、高精度的参考压力源。

本发明的高精度数字压力控制器输出值，是与风洞运行的目标总压、马赫数等先验信息有关，还可根据扫描阀模块实际测值进行动态调整，使得待测压力点的测值分布在扫描阀模块量程上限的60％附近，可有效降低低压测点压力值的相对测量误差。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种用于低压测量的电子扫描阀参考压力控制系统，其特征在于，包括扫描阀参考端、试验段驻室、数字压力控制器；

其中，所述扫描阀参考端通过第一气路，以及设置在其上的第一电磁阀与试验段驻室、数字压力控制器连通；

所述第一气路上分别设置有与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器相配合的第二气路、第三气路、第四气路；

所述第三气路、第四气路上分别设置有与第二压力传感器、第三压力传感器相配合的第二电磁阀、第三电磁阀；

各电磁阀、各压力传感口感通过相配合的线路与控制器连通，且压力传感器的量程具有差异性。

2.一种应用如权利要求1所述系统的方法，其特征在于，包括：

步骤一、通过切换第一电磁阀将风洞试验段驻室与电子扫描阀参考端进行连接，将驻室静压作为扫描阀参考端压力源，以避免超量程；

步骤二、通过第一电磁阀将电子扫描阀参考端的气路连接至数字压力控制器输出端；

步骤三、在电子扫描阀参考端与数字压力控制器的气路上切换第二电磁阀、第三电磁阀的工作状态，以选择不同量程的压力传感器对电子扫描阀的参考压力值进行测量，进而对数字压力控制器输出进行调整；

在步骤二中，在风洞流程稳定以及数字压力控制器输出值稳定后，通过第一电磁阀切断电子扫描阀的参考端气路与风洞试验段驻室的连接气路，使电子扫描阀的参考端与数字压力控制器输出气路相连通；

在步骤三中，通过第一传感器对扫描阀参考端气路中的压力值进行测量，并基于此测量值与第二传感器、第三传感器的量程范围进行判断，以根据判断结果对第二电磁阀和第三电磁阀的通断状态进行切换；

在最小量程的传感器对应的电磁阀处于工作状态时，通知电子扫描阀系统采集数据，并将第二电磁阀、第三电磁阀的状态及各传感器的测值分别发送到控制器，以计算当前电子扫描阀系统测量的最大绝对值p_max；

并判断p_max是否大于电子扫描阀模块量程的80％，如果大于则按照公式二对数字压力控制器的输出压力值进行二次计算，以基于计算的结果对数字压力控制器的输出进行调节；

p_S＝p₀(1+0.2Ma²)^-3.5-p_max+0.6p_R。

3.如权利要求2所述的系统应用方法，其特征在于，在步骤一中，对压力控制器输出进行调整是通过将数字压力控制器切换到控制模式，控制数字压力控制器按目标值p_S进行输出，所述目标值p_S是基于公式一得到：

p_S＝p₀(1+0.2Ma²)^-3.5-0.6p_R

其中，所述p₀为目标总压、Ma为目标马赫数、p_R为电子扫描模块量程的最小值。

4.如权利要求2所述的系统应用方法，其特征在于，还包括步骤四，重复步骤三直到测量结束，控制第一电磁阀将电子扫描阀参考端与驻室连通，控制数字压力控制器进入测量模式，直到试验结束。

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