CN113514551A - 一种多孔吸声材料稳态流阻测量筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔吸声材料稳态流阻测量筒，包括顶盖、外套筒、测量座，以及连接在外套筒和测量座之间的支撑筒或橡胶密封环；其顶盖是在盖板底面连接一段内筒体，内筒体的侧壁上开设内筒体气流狭缝；外套筒有筒形内腔，并有上半筒和下半筒，在其上半筒的侧壁上开设有外套筒气流狭缝；利用顶盖与内套筒的配合形成气流膨胀腔，从外套筒气流狭缝中引入的气流经气流膨胀腔后进入上半筒内腔；测量座的内腔与支撑筒相贯通；本发明可以将支撑筒和橡胶密封环进行替换，即可分别用于实现体积型多孔材料试件的流阻测量，以及实现薄片型材料试件的流阻测量，其兼具有损测量和无损测量的能力，能有效减少外界环境对流阻测量的影响，提高测量精度。

Description

一种多孔吸声材料稳态流阻测量筒

技术领域

本发明涉及流阻测量技术领域，更具体地说是一种多孔吸声材料稳态流阻测量筒。

背景技术

声学多孔材料在吸声降噪领域有着较广泛的应用，其吸声性能与材料毕奥参数之一的流阻有重要联系。目前，声学材料流阻的直接测量已由ISO_9053标准化，通过测量稳态气流通过多孔材料两侧产生的压差和空气体积流量计算获得。流阻测量主要分为直流测量和交流测量。直流测量和交流测量可依据气流类型进行分类，公开号为CN106918442的“一种多孔吸声材料流阻测量仪”和公开号为CN108717032 A的“一种多孔吸声材料流阻测试装置及测试方法”均属于直流测量；公开号为CN109632965的“交流型多孔吸声材料流阻测量装置及测试方法”属于交流测量；另一方面，依据是否改变材料各向同性，即是否对其进行切割，可分为无损测量和有损测量。

有损测量广泛用于体积型多孔材料，即声波波长小于材料厚度，但是，对于声学材料而言，有损测量与实际应用条件下材料原始流阻值存在较大差异。这样的差异直接导致有损测量无法正确指导吸声降噪。同时，对于较薄较柔软的薄片型吸声材料而言，即声波波长大于材料厚度，如汽车顶棚，织物，窗帘等，在进行有损测量时，需要将材料粘附于刚性支撑上，这一情况改变了边界条件，更增加了测量误差。

针对于薄片型吸声材料，由于其流阻偏小，在低速气流通过其表面时产生的压差较小，因此，其流阻测量极易受到环境声压变化的影响，比如受到环境噪声的影响。

发明内容

本发明为了避免上述现有技术所存在的不足，提供一种多孔吸声材料稳态流阻测量筒，兼具有损测量和无损测量的能力，减少外界环境对流阻测量的影响，提高测量精度。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明多孔吸声材料稳态流阻测量筒的结构特点是包括：

一顶盖，是在盖板的底面连接一段内筒体，并在盖板底面外圈设置有外螺纹段，在所述内筒体的侧壁上沿环向等间隔分布有内筒体气流狭缝；

一外套筒，其筒形内腔由外套筒内台阶分隔为上半筒和下半筒，在所述上半筒的侧壁上沿环向等间隔分布有外套筒气流狭缝；在所述上半筒的顶端有内螺纹段，所述外套筒利用内螺纹段与顶盖中外螺纹段形成螺纹连接，使顶盖中内筒体的底部端面与外套筒内台阶面搭接，从而形成由顶盖中的内筒体和外套筒中的上半筒所构成的气流膨胀腔，从外套筒气流狭缝中引入的气流经所述气流膨胀腔后进入上半筒内腔；在所述下半筒的顶部开设上压力测量孔，在所述下半筒的底部设置外套筒法兰；

一测量座，其具有封底的测量座筒体，其通过设置在测量座筒体顶端的测量座法兰与支撑筒下端的支撑筒法兰连接，测量座筒体的内腔与支撑筒的内腔相贯通，在所述测量座筒体侧壁上分别设置下压力测量孔和流量测量孔，用于采集压力检测信号和流量检测信号；

在所述外套筒和测量筒之间由支撑筒相连接；所述支撑筒具有支撑筒体，支撑筒体的上端和下端通过支撑筒法兰一一对应地与外套筒法兰和测量座法兰相连接，沿所述支撑筒体的内侧壁设有一圈支撑环，体积型多孔材料试件置于所述支撑环上。

本发明多孔吸声材料稳态流阻测量筒的结构特点也在于：在外套筒的底部端面设有外套筒凸缘，在测量座的顶部端面设有测量座凸缘，在所述外套筒凸缘和测量座凸缘的端面上粘接有密封垫圈，位于支撑筒的顶部端面以及底部端面分别对应设置环形支撑筒凹槽，所述环形外套筒凸缘和测量座凸缘分别与对应位置上的环形支撑筒凹槽承插配合。

本发明多孔吸声材料稳态流阻测量筒的结构特点也在于：将所述支撑筒替换为橡胶密封环，所述橡胶密封环套装在相互对接的外套筒凸缘和测量座凸缘的外壁上，使外套筒和测量筒实现连接，薄片型材料试件夹持在外套筒凸缘和测量座凸缘之间。

本发明多孔吸声材料稳态流阻测量筒的结构特点也在于：将所述外套筒内台阶设置为2阶或更多阶，配备具有相应直径的内筒体的顶盖与外套筒内台阶形成搭接，用于调节气流膨胀腔的腔体厚度。

本发明多孔吸声材料稳态流阻测量筒的结构特点也在于：所述外套筒气流狭缝和内筒体气流狭缝位于不同的水平高度，用于增加气流膨胀腔的等效厚度。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明多孔吸声材料稳态流阻测量筒具有与阻性消声器相似的降噪特性，空气从筒外部进入筒内腔需经过一层气流膨胀腔，气流膨胀腔的腔体厚度等于入射声波波长的奇数倍时，声波透射系数最小，反射系数最大，由此构成对部分频段声波进行滤波，有效降低环境噪声对压差测量精度的影响，更加适于工厂生产条件下测量；

2、本发明多孔吸声材料稳态流阻测量筒兼顾了对吸声材料流阻有损测量和无损测量的功能，针对薄板型材料如织物，无需切割成指定形状，也无需粘附于刚性支撑上，能够将大片原材料置于外套筒和测量座之间经密封后直接进行测量，便于在材料出厂前进行流阻测量，进行材料吸声品质把控，提升材料良品率；

3、本发明甚至针对建筑吸声用的窗帘，也能够直接在悬挂使用状态下进行流阻测量，在实地进行室内声学设计考察时，便于快速估算，能更快获取主要设计参数，方便高效，同时其测量的流阻值更贴合实际应用条件；

4、本发明测量筒结构简单、易拆装，易更换调整顶盖内筒体的尺寸和内筒体气流狭缝水平高度从而改变气流膨胀腔厚度，能够根据应用场景和测量目的的不同而选择不同的结构组合。

附图说明

图1为本发明结构分解图；

图1a为图1所示结构轴测图；图1b为图1所示结构剖视图；

图2为本发明另一实施方式结构分解图；

图2a为图2所示结构轴测图；图2b为图2所示结构剖视图；

图3为本发明中顶盖轴测图；图3a为本发明中顶盖结构剖视图；

图4为本发明中外套筒轴测图；

图4a为本发明中外套筒纵剖视图；图4b为本发明中外套筒横剖视图；

图5为本发明中支撑筒轴测图；图5a为本发明中支撑筒结构示意图；

图6为本发明中测量座轴测图；图6a为本发明中测量座结构示意图；

图7为本发明中密封垫圈轴测图；

图8为本发明中橡胶密封环轴测图。

图中标号：1顶盖，1a盖板，1b内筒体，1c内筒体气流狭缝，2外套筒，2a上半筒，2b外套筒法兰，2c外套筒气流狭缝，2d外套筒凸缘，2e上压力测量孔，2f外套筒内台阶，2g下半筒，3支撑筒，3a支撑筒法兰，3b支撑筒体，3c支撑筒凹槽，3d支撑环，4密封橡胶环，5测量座，5a测量座筒体，5b测量座法兰，5c下压力测量孔，5d测量座凸缘，5e流量测量孔，6密封垫圈，7体积型多孔材料试件，8薄片型材料试件，9气流膨胀腔。

具体实施方式

本实施例中多孔吸声材料稳态流阻测量筒中各构件包括顶盖1、外套筒2、测量座5，支撑筒3以及与支撑筒3替换使用的橡胶密封环4。

如图3和图3a所示，顶盖1是在盖板1a的底面连接一段内筒体1b，并在盖板底面外圈设置有外螺纹段，在内筒体1b的侧壁上沿环向等间隔分布有内筒体气流狭缝1c。

如图4、图4a和图4b所示，外套筒2，其筒形内腔由外套筒内台阶2f分隔为上半筒2a和下半筒2g，在上半筒的侧壁上沿环向等间隔分布有外套筒气流狭缝2c；在上半筒2a的顶端有内螺纹段，外套筒2利用内螺纹段与顶盖1中外螺纹段形成螺纹连接，使顶盖1中内筒体1b的底部端面与外套筒内台阶2f面搭接，从而形成由顶盖1中的内筒体1b和外套筒2中的上半筒2a所构成的气流膨胀腔9，从外套筒气流狭缝2c中引入的气流经气流膨胀腔9后进入上半筒2a内腔；在下半筒2g的顶部开设上压力测量孔2e，在下半筒2g的底部设置外套筒法兰2b。

如图6和图6a所示，测量座5，其具有封底的测量座筒体5a，其通过设置在测量座筒体5a顶端的测量座法兰5b与支撑筒3下端的支撑筒法兰3a连接，测量座筒体5a的内腔与支撑筒3的内腔相贯通，在测量座筒体5a侧壁上分别设置下压力测量孔5c和流量测量孔5e，用于采集压力检测信号和流量检测信号。

为实现体积型多孔材料试件7的流阻测量，如图1图1a和图1b所示，在外套筒2和测量筒5之间由支撑筒3相连接；图5和图5a示出支撑筒3具有支撑筒体3b，支撑筒体3b的上端和下端通过支撑筒法兰3a一一对应地与外套筒法兰2b和测量座法兰5b相连接，沿支撑筒体3b的内侧壁设有一圈支撑环3d，体积型多孔材料试件7置于支撑环3d上。

为了保证密封，图4a示出在外套筒2的底部端面设有外套筒凸缘2d，图6a示出在测量座5的顶部端面设有测量座凸缘5d，并且在外套筒凸缘2d和测量座凸缘5d的端面粘接有图7示出的密封垫圈6，图5a示出位于支撑筒3的顶部端面以及底部端面分别对应设置环形支撑筒凹槽3c，图1b示出环形外套筒凸缘2d和测量座凸缘5d分别与对应位置上的环形支撑筒凹槽3c承插配合。

为实现薄片型材料试件8的流阻测量，如图2、图2a和图2b所示，将支撑筒3替换为橡胶密封环4，橡胶密封环4套装在相互对接的外套筒凸缘2d和测量座凸缘5d的外壁上，使外套筒2和测量筒5实现连接，并实现密封，薄片型材料试件8夹持在外套筒凸缘2d和测量座凸缘5d之间。

具体实施中，可以将外套筒内台阶2f设置为2阶或更多阶，并且配备具有相应直径的内筒体1b的顶盖1与外套筒内台阶2f形成搭接，用于调节气流膨胀腔9的腔体厚度；还可以将外套筒气流狭缝2c和内筒体气流狭缝1c设置在不同的水平高度，以此增加气流膨胀腔9的等效厚度。

图1、图1a和图1b所示的实施方式一用于常见的体积型多孔材料流阻有损测量，如海绵、吸音棉等，试件厚度通常为10-70mm，主要依靠粘滞阻力对声能进行吸收，有效的吸声范围集中在中高频，且能产生较为稳定的压差，外界环境影响小。切割后的体积型多孔材料试件7置于支撑筒3内壁的环形支撑环3d上，在上压力测量孔2e和下压力测量孔5c的孔中连接压力测量用的硅胶软管，管路至流阻测量仪的压力测量的正负端口，以实现测量试件两端的压力测量，流量测量孔5e的孔中连接气流输出硅胶管路至气流源，以实现管道内的气体流通和通过测量试件的体积流量测量。

测量过程：采用压力泵或水箱虹吸提供稳态气流源，将外界环境中的空气从外套筒气流狭缝2c引入气流膨胀腔9，而后进入上半筒2a内腔，穿过待测试件，从流量测量孔5e流出；还可以采用压缩机提供稳态气流源，压缩机压缩后的空气在释放压力后输出至硅胶管路中，通过流量测量孔5e进入测量筒内腔，穿过待测试件后，进入上半筒2a的内腔，通过气流膨胀腔9并从外套筒气流狭缝2c流出。

图2、图2a和图2b所示的实施方式二用于常见的薄板型多孔材料流阻无损测量，如织物，窗帘等，试件通常厚度为0.05-1mm，有效吸声范围集中在中低频，主要依靠表面漫反射和声腔共振对声能进行消耗，吸声频带主要在1000HZ以内，且低频的噪声对测量产生影响，对应的膨胀腔厚度为D＝λ/4，又因为λ＝c/f，因此可以求出对应1000Hz下的气流膨胀腔的厚度为0.0785m，若要降低低频频带内环境噪声的影响，则应增加膨胀腔的厚度D。

测量过程：将密封橡胶环4套在测量座凸缘5d上，将薄片型材料试件8平放于密封橡胶环4上，将外套筒凸缘2d与测量座凸缘5d同轴心对齐，外套筒凸缘2d与测量座凸缘5d端面的密封垫圈6使薄片型材料试件8密封并夹持在测量座凸缘5d与外套筒凸缘2d之间，同样的采用压力泵或水箱虹吸提供稳态气流源，将外界环境中的空气从外套筒气流狭缝2c引入气流膨胀腔9，而后进入上半筒2a内腔，穿过待测试件，从流量测量孔5e流出。

实施方式一和实施方式二针对两种不同类型多孔吸声材料，本发明将其稳态流阻测量集成于一体，拓宽了测量范围，为多孔吸声材料稳态流阻测量实验室以外的实际应用场景进行了拓展，为生活生产提供了便利。

Claims (5)

1.一种多孔吸声材料稳态流阻测量筒，其特征是包括：

一顶盖(1)，是在盖板(1a)的底面连接一段内筒体(1b)，并在盖板底面外圈设置有外螺纹段，在所述内筒体(1b)的侧壁上沿环向等间隔分布有内筒体气流狭缝(1c)；

一外套筒(2)，其筒形内腔由外套筒内台阶(2f)分隔为上半筒(2a)和下半筒(2g)，在所述上半筒的侧壁上沿环向等间隔分布有外套筒气流狭缝(2c)；在所述上半筒(2a)的顶端有内螺纹段，所述外套筒(2)利用内螺纹段与顶盖(1)中外螺纹段形成螺纹连接，使顶盖(1)中内筒体(1b)的底部端面与外套筒内台阶(2f)面搭接，从而形成由顶盖(1)中的内筒体(1b)和外套筒(2)中的上半筒(2a)所构成的气流膨胀腔(9)，从外套筒气流狭缝(2c)中引入的气流经所述气流膨胀腔(9)后进入上半筒(2a)内腔；在所述下半筒(2g)的顶部开设上压力测量孔(2e)，在所述下半筒(2g)的底部设置外套筒法兰(2b)；

一测量座(5)，其具有封底的测量座筒体(5a)，其通过设置在测量座筒体(5a)顶端的测量座法兰(5b)与支撑筒(3)下端的支撑筒法兰(3a)连接，测量座筒体(5a)的内腔与支撑筒(3)的内腔相贯通，在所述测量座筒体(5a)侧壁上分别设置下压力测量孔(5c)和流量测量孔(5e)，用于采集压力检测信号和流量检测信号；

在所述外套筒(2)和测量筒(5)之间由支撑筒(3)相连接；所述支撑筒(3)具有支撑筒体(3b)，支撑筒体(3b)的上端和下端通过支撑筒法兰(3a)一一对应地与外套筒法兰(2b)和测量座法兰(5b)相连接，沿所述支撑筒体(3b)的内侧壁设有一圈支撑环(3d)，体积型多孔材料试件(7)置于所述支撑环(3d)上。

2.根据权利要求1所述的多孔吸声材料稳态流阻测量筒，其特征是：

在外套筒(2)的底部端面设有外套筒凸缘(2d)，在测量座(5)的顶部端面设有测量座凸缘(5d)，在所述外套筒凸缘(2d)和测量座凸缘(5d)的端面上粘接有密封垫圈(6)，位于支撑筒(3)的顶部端面以及底部端面分别对应设置环形支撑筒凹槽(3c)，所述环形外套筒凸缘(2d)和测量座凸缘(5d)分别与对应位置上的环形支撑筒凹槽(3c)承插配合。

3.根据权利要求1所述的多孔吸声材料稳态流阻测量筒，其特征是：

将所述支撑筒(3)替换为橡胶密封环(4)，所述橡胶密封环(4)套装在相互对接的外套筒凸缘(2d)和测量座凸缘(5d)的外壁上，使外套筒(2)和测量筒(5)实现连接，薄片型材料试件(8)夹持在外套筒凸缘(2d)和测量座凸缘(5d)之间。

4.根据权利要求1所述的多孔吸声材料稳态流阻测量筒，其特征是：

将所述外套筒内台阶(2f)设置为2阶或更多阶，配备具有相应直径的内筒体(1b)的顶盖(1)与外套筒内台阶(2f)形成搭接，用于调节气流膨胀腔(9)的腔体厚度。

5.根据权利要求1所述的多孔吸声材料稳态流阻测量筒，其特征是：

所述外套筒气流狭缝(2c)和内筒体气流狭缝(1c)位于不同的水平高度，用于增加气流膨胀腔(9)的等效厚度。

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