CN113551695A - 一种高精度五孔探针的定位装置及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度五孔探针的定位装置及定位方法，包括调平仪、三维坐标架、刻度盘、五孔探针、叶栅试验件、台架以及压气机；调平仪上设有三维坐标架，三维坐标架的Z轴沿Y轴的一侧设有刻度盘，刻度盘上设有旋转件，旋转件内设有五孔探针。本发明设计的高精度定位装置其操作简单，试验台装置易搭建，可适用于多种实验场合；其定位方法当五孔探针的同一方向的测压孔压力均一致时，且中心测量孔与第一气流的测量压力在误差范围值内时，即可完成五孔探针的定位；基于该定位装置的定位方法具有响应速度快，准确测量气流出口流场的流动特性，可获得较高的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及旋转叶轮机械技术领域，尤其涉及一种高精度五孔探针的定位装置及定位方法。
背景技术
气体参数的测量研究在旋转机械技术相关领域是非常重要的。在叶轮机械运行中，准确测量流体内部流场速度大小的过程也是对相关工质的运动状态的了解的一个重要过程，想要全面的知道热力机械中的运动情况以及工质在内部的工作状态，机械内部工质的速度是很重要的一个参数；目前采用的压差法测量技术包括皮托管测量等借助各类气动探针进行压力采集，相对来说，基于压差法测速的多孔探针原理简单，使用方便，应用较为广泛，但是对于多孔探针前期的定位及校核工作比较复杂，对于五孔探针的加工制作的要求也比较高。因此，如何解决五孔探针前期的定位及校核问题，降低五孔探针的校核成本且提升测量结果的准确性是非常重要的。
发明内容
本发明提供一种高精度五孔探针的定位装置及定位方法，以解决五孔探针的初始定位校核问题，提高测量准确度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种高精度五孔探针的定位装置，包括：调平仪、三维坐标架、刻度盘、五孔探针、叶栅试验件、台架以及压气机；
所述调平仪上设有所述三维坐标架，所述三维坐标架的Z轴沿Y轴的一侧设有所述刻度盘，所述刻度盘上设有旋转件，所述旋转件内设有所述五孔探针；
所述台架上设有所述叶栅试验件，且所述台架的一侧设有所述压气机；
所述五孔探针的测压头设置在所述叶栅试验件上。
进一步地，所述旋转件与所述五孔探针之间设有第一固定件，所述五孔探针通过所述第一固定件与所述旋转件固定。
进一步地，所述叶栅试验件上设有静压测量孔。
进一步地，所述台架内设有引流管、气流分流装置、第一压力测量表以及第二压力测量表；所述引流管一端与所述静压测量孔连接，另一端与气流分流装置连接；所述气流分流装置与所述压气机连接，所述气流分流装置与所述引流管连接的一侧设置有所述第一压力测量表；所述引流管上设置有第二压力测量表。
一种高精度五孔探针的定位装置的定位方法，包括以下步骤：
S1：将刻度盘固定在三维坐标架上，将五孔探针固定在刻度盘上，调节三维坐标架使得五孔探针的探针头置于台架上的叶栅试验件的导叶上，并将刻度盘上刻度归零及夹角调至90度；
S2：打开压气机将气流导入气流分流装置进行分流得到第一气流和第二气流；
S3：通过第一压力测量表采集第一气流的压力值，将第二气流通过所述引流管引入到所述叶栅试验件上的静压测量孔内；
S4：采集五孔探针的第一测压孔、第二测压孔、第三测压孔、第四测压孔以及中心测量孔的压力值，将第一测压孔与第三测压孔、第二测压孔与第四测压孔以及中心测量孔与第一气流的三组测量压力分别进行比较，若满足第一测压孔与第三测压孔的测量压力一致、第二测压孔和第四测压孔的测量压力一致以及中心测量孔与第一气流的测量压力在误差范围值内时，停止调节三维坐标架上Z轴的高度，则五孔探针的位置与静压测量孔的位置正对，继续调节刻度盘上的旋转件将五孔探针的探针头转至预设角，即五孔探针的定位完成；若不满足，继续调节三维坐标架上Z轴的高，待三组测量压力满足时，调节刻度盘上的旋转件将五孔探针的探针头转至预设角。
进一步地，所述S4中的误差范围值为≤0.05％。
本发明设计的高精度定位装置其操作简单，试验台装置易搭建，可适用于多种实验场合；基于该定位装置的定位方法具有响应速度快，准确测量气流出口流场的流动特性，可获得较高的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明五孔探针装置示意图；
图2为五孔探针部分区域示意图；
图3为五孔探针结构示意图；
图4为五孔探针静压测量示意图；
图5为刻度盘结构示意图。
图中，1、调平仪，2、三维坐标架，3、台架，4、五孔探针，5、静压测量孔，6、叶栅试验件上表面，7、预设角，8、第一测压孔，9、第二测压孔，10、第三测压孔，11、第四测压孔，12、中心测量孔，13、第一气流，14、第二气流，15、叶片，16、第一压力测量表，17、气流分流装置，18、引流嘴，19、压气机，20、第一紧固件，21、刻度盘，22、旋转件，23、夹角，24、叶栅试验件，25、第二压力测量表。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示为高精度五孔探针的定位装置，包括调平仪1、三维坐标架2、刻度盘21、五孔探针4、叶栅试验件24、台架3以及压气机19；在本实施例中，优选的，所述调平仪设有四个，用来调整坐标架各个方向的水平性。
所述调平仪1上设有所述三维坐标架2，所述三维坐标架的Z轴沿Y轴的一侧设有所述刻度盘21，所述刻度盘21上设有旋转件22，所述旋转件22内设有所述五孔探针4；在本实施例中，三维坐标架2上的圆形刻度盘中心固定五孔探针4，三维坐标架可分别在XYZ方向上以0.01mm为单位和刻度盘21上周向以0.1°为单位进行移动，对五孔探针的空间位置进行高精度的调节，三维坐标架2在移动过程中稳定度高，可保证探针移动状态下的稳定性。
所述台架3上设有所述叶栅试验件24，且所述台架3的一侧设有所述压气机19；
所述五孔探针4的测压头设置在所述叶栅试验件24上。
进一步的，所述旋转件22与所述五孔探针4之间设有第一固定件20，所述五孔探针4通过所述第一固定件20与所述旋转件22固定。在本实施例中，所述第一固定件为固定螺母，五孔探针4通过固定螺母和旋转件22固定在刻度盘21中间，调节旋转件22即可实现五孔探针4角度的改变。
进一步的，所述叶栅试验件24上设有静压测量孔5。在本实施例中，叶栅试验件上表面上设有所述静压测量孔5。
进一步地，所述台架3内设有引流管18、气流分流装置17、第一压力测量表16以及第二压力测量表25；所述引流管18一端与所述静压测量孔5连接，另一端与气流分流装置17连接；所述气流分流装置17与所述压气机19连接，所述气流分流装置与所述引流管18连接的一侧设置有所述第一压力测量表16；所述引流管18上设置有第二压力测量表25。
一种高精度五孔探针的定位装置的定位方法，包括以下步骤：
S1：将刻度盘21固定在三维坐标架2上，将五孔探针4固定在刻度盘21上，调节三维坐标架2使得五孔探针4的探针头置于台架3上的叶栅试验件24的导叶15上，并将刻度盘21上刻度归零及夹角23调至90度；在本实施例中，所述夹角23为叶栅试验件上表面6与YOZ平面之间的夹角。
S2：打开压气机19将气流导入气流分流装置17进行分流得到第一气流13和第二气流14；在本实施例中，所述第一气流13的压力通过第一压力测量表16测量，所述第二气流14的压力通过第二压力测量表25测量。
S3：通过第一压力测量表16采集第一气流13的压力值，将第二气流14通过所述引流管18引入到所述叶栅试验件24上的静压测量孔5内；
S4：采集五孔探针的第一测压孔8、第二测压孔9、第三测压孔10、第四测压孔11以及中心测量孔12的压力值，将第一测压孔8与第三测压孔10、第二测压孔9与第四测压孔11以及中心测量孔12与第一气流13的三组测量压力分别进行比较，若满足第一测压孔8与第三测压孔10的测量压力一致、第二测压孔9和第四测压孔11的测量压力一致以及中心测量孔12与第一气流13的测量压力在误差范围值内时，停止调节三维坐标架上Z轴的高度，则五孔探针4的位置与静压测量孔的位置正对，继续调节刻度盘21上的旋转件22将五孔探针的探针头转至预设角7，即五孔探针的定位完成；若不满足，继续调节三维坐标架2上Z轴的高度，待三组测量压力满足时，调节刻度盘21上的旋转件22将五孔探针的探针头转至预设角7。在本实施例中，优选的，所述五孔探针4测孔直径为2mm，其中，第一测压孔8和第三测压孔10设置在Z轴方向上，第二测压孔9和第四测压孔11设置在在Y轴方向上。根据机械加工确定的叶栅试验件24的确定，其叶栅试验件上表面6上的静压测量孔5、预设角7(叶片15与叶栅试验件24之间固有的夹角)以及叶片15的空间位置随之确定；选用不同的叶栅试验件24时，五孔探针4校准时的预设角7不同。
进一步的，所述S4中的误差范围值为≤0.05％。在本实施例中，误差范围值为第一气流13的压力值与第二气流14的压力值的差值的绝对值比上第一气流13的压力值的比值，即为误差范围值。其中，误差范围值的范围为小于0.05％。
本发明的高精度五孔探针的定位装置采用不转动法测量，不转动法是在相对静止的状态下通过给定的出口气流的出气角，模拟在转动状态下的出气方向，并且保证静压孔与出口气流的静压相同。本定位原理适用于多种类型气流测量定位，以准确确定出口气流与五孔探针之间的偏转角，进一步获得高精度的气流出气角度和速度方向，如可用于对压气机叶栅气流流场的测量，或预旋喷嘴出口流场的测量等。
使用本发明的高精度五孔探针定位装置时，首先将三维坐标架调节至水平位移状态，将三维坐标架2归零，然后将五孔探针4的探针头与叶栅试验件24之间的夹角23(叶栅试验件上表面6与YOZ平面之间的夹角)调至90度。打开压气机19导入气流，采用气流分流装置17进行分流得到压力相等的第一气流13和第二气流14；其次将第一气流13引入到第一压力测量表16测量压力大小，将第二气流14通过引流管18引入到静压测量孔5，第二气流14的压力通过第二压力测量表25，观察第一压力测量表16和第二压力测量表25的压力值，待两个压力表数值相等。当五孔探针4中竖直方向的测量孔9和11的测量压力一致，水平方向上的测量孔8和10的测量压力一致，并且满足五孔探针的中心测量孔12的测量压力与气流13的压力在误差范围值内，则五孔探针4的位置与静压测量孔5的位置正对，停止调节三维坐标架上Z轴的高度，则五孔探针4的位置与静压测量孔的位置正对，继续调节刻度盘21上的旋转件22将五孔探针的探针头转至预设角7，即五孔探针的定位完成；若不满足，继续调节三维坐标架2上Z轴的高度，待三组测量压力满足时，调节刻度盘21上的旋转件22将五孔探针的探针头转至预设角7即五孔探针的定位完成。另外，由于机械加工的叶栅试验件24构件和静压测量孔5的空间位置的不同，从而确定五孔探针4在XYZ轴方向上的位置。考虑到五孔探针气动校准时普遍在-30°～30°之间，则气流与五孔探针4之间的偏转角度也在此角度范围内，调整刻度盘21上五孔探针的角度，旋转五孔探针至预设角7，使五孔探针4的五孔满足上述的压力条件，则五孔探针的角度定位完成。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种高精度五孔探针的定位装置，其特征在于，包括：调平仪(1)、三维坐标架(2)、刻度盘(21)、五孔探针(4)、叶栅试验件(24)、台架(3)以及压气机(19)；
所述调平仪(1)上设有所述三维坐标架(2)，所述三维坐标架的Z轴沿Y轴的一侧设有所述刻度盘(21)，所述刻度盘(21)上设有旋转件(22)，所述旋转件(22)内设有所述五孔探针(4)；
所述台架(3)上设有所述叶栅试验件(24)，且所述台架(3)的一侧设有所述压气机(19)；
所述五孔探针(4)的测压头设置在所述叶栅试验件(24)上。
2.根据权利要求1所述的一种高精度五孔探针的定位装置，其特征在于，所述旋转件(22)与所述五孔探针(4)之间设有第一固定件(20)，所述五孔探针(4)通过所述第一固定件(20)与所述旋转件(22)固定。
3.根据权利要求2所述的一种高精度五孔探针的定位装置，其特征在于，所述叶栅试验件(24)上设有静压测量孔(5)。
4.根据权利要求3所述的一种高精度五孔探针的定位装置，其特征在于，所述台架(3)内设有引流管(18)、气流分流装置(17)、第一压力测量表(16)以及第二压力测量表(25)；所述引流管(18)一端与所述静压测量孔(5)连接，另一端与气流分流装置(17)连接；所述气流分流装置(17)与所述压气机(19)连接，所述气流分流装置与所述引流管(18)连接的一侧设置有所述第一压力测量表(16)；所述引流管(18)上设置有第二压力测量表(25)。
5.一种基于权利要求4所述的一种高精度五孔探针的定位装置的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将刻度盘(21)固定在三维坐标架(2)上，将五孔探针(4)固定在刻度盘(21)上，调节三维坐标架(2)使得五孔探针(4)的探针头置于台架(3)上的叶栅试验件(24)的导叶(15)上，并将刻度盘(21)上刻度归零及夹角(23)调至90度；
S2：打开压气机(19)将气流导入气流分流装置(17)进行分流得到第一气流(13)和第二气流(14)；
S3：通过第一压力测量表(16)采集第一气流(13)的压力值，将第二气流(14)通过所述引流管(18)引入到所述叶栅试验件(24)上的静压测量孔(5)内；
S4：采集五孔探针的第一测压孔(8)、第二测压孔(9)、第三测压孔(10)、第四测压孔(11)以及中心测量孔(12)的压力值，将第一测压孔(8)与第三测压孔(10)、第二测压孔(9)与第四测压孔(11)以及中心测量孔(12)与第一气流(13)的三组测量压力分别进行比较，若满足第一测压孔(8)与第三测压孔(10)的测量压力一致、第二测压孔(9)和第四测压孔(11)的测量压力一致以及中心测量孔(12)与第一气流(13)的测量压力在误差范围值内时，停止调节三维坐标架(2)上Z轴的高度，则五孔探针(4)的位置与静压测量孔的位置正对，继续调节刻度盘(21)上的旋转件(22)将五孔探针(4)的探针头转至预设角(7)，即五孔探针的定位完成；若不满足，继续调节三维坐标架(2)上Z轴的高，待三组测量压力满足时，调节刻度盘(21)上的旋转件(22)将五孔探针(4)的探针头转至预设角(7)。
6.根据权利要求5所述的一种高精度五孔探针的定位装置的定位方法，其特征在于，所述S4中的误差范围值为≤0.05％。
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