CN113804333B - 一种高温热流传感器动态性能标定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种高温热流传感器动态性能标定装置属于热流传感器测试领域，涉及一种用于高温热流传感器动态性能标定装置。标定装置由大热流环境供给部件、夹具部件、传感器组件、输送机构、炉口开闭控制机构组成。大热流环境供给部件由高温炉和炉口组成；夹具部件由螺纹手柄、大小V型块、夹具底板、夹具支撑架构成；传感器组件由传感器安装杆、多功能法兰盘、被测热流传感器、标准热流传感器组成；输送机构由导轨、电器控制箱、滑台、底座、驱动电机组成。本发明利用驱动电机驱动滑台，带动被测热流传感器和标准传感器，以相同的速率进入炉膛，采集两个传感器的输出信号分析对比，完成被测传感器的标定。装置结构设计巧妙、标定准确，适应范围广。
Description
技术领域
本发明是一种高温热流传感器动态性能标定装置，属于热流传感器测试领域，涉及一种用于高温热流传感器动态性能标定装置。
背景技术
目前，在实际生活中，无论是科学研究，还是生产活动，都存在着很多的热量传递问题亟待解决。随着科学技术的日益进步，仅仅使用温度作为热量传递的唯一指标已经不能满足需求。所以，热流检测的理论和方法受到越来越多的关注，测量热流密度所用的装置--热流探头和热流传感器的研发和应用也越来也普遍，然而热流传感器研发和使用过程的标定技术和装置仍相对滞后。专利号为201410285620.4的中国专利“一种用于高温大热流环境的热流传感器标定装置”，采用高温石墨平板提供静态热流环境，只能标定热流传感器的静态性能，不能满足实际动态热流工况的标定要求。专利号为201510861304.1的中国专利“一种热流传感器标定装置”，同样采用加热板提供热流，标定范围小，不能满足大量程传感器的标定需求。
发明内容
本发明针对现有热流传感器标定装置的不足，发明了一种高精度、大量程的新型高温动态热流传感器标定装置。该标定装置利用部件之间的相对运动，将热流传感器相对于热源运动起来，从而为传感器提供动态热流标定环境，使得标定环境更加接近实际使用工况，达到更高的标定精度。
本发明采用的技术方案是一种高温热流传感器动态性能标定装置，其特征是，标定装置由大热流环境供给部件、夹具部件、传感器组件、输送机构、炉口开闭控制机构组成；
所述大热流环境供给部件由高温炉1、炉口2组成；高温炉1放置在底座13上，二者用螺栓连接固定，炉口2开在高温炉1上；
所述夹具部件由螺纹手柄5、小V型块6、大V型块7、夹具底板8、夹具支撑架12构成；螺纹手柄5具有矩形螺纹杆，兼顾传动与自锁；螺纹手柄5用矩形螺纹杆与夹具支撑架12螺纹连接，小V型块6与螺纹手柄5的矩形螺纹杆底端连接，大V型块7与夹具底板8之间通过螺钉连接，夹具支撑架12通过螺钉固定在夹具底板8上；夹具底板8通过螺栓固定在滑台11上；
所述传感器组件由传感器安装杆4、多功能法兰盘20、被测热流传感器21、标准热流传感器22组成；传感器安装杆4为厚壁中空圆钢管结构，多功能法兰盘20焊接在传感器安装杆4的一端；被测热流传感器21、标准热流传感器22分别通过螺栓安装在多功能法兰盘20上；传感器安装杆4安装在小V型块6、大V型块7之间，通过旋转螺纹手柄5利用两个V型块将传感器安装杆4锁紧固定到夹具部件上。传感器的信号传输线9从传感器安装杆4的内孔引出与电器控制箱10连接；
所述输送机构由导轨3、电器控制箱10、滑台11、底座13、驱动电机23组成；滑台11安装在导轨3上，导轨3通过螺钉与底座13固连；电器控制箱10内装有电气控制系统，驱动电机23为高转速、大扭矩步进电机；启动驱动电机23驱动滑台11以及安装在其上的各部件实现高速移动以及急停；通过调整底座13的整体高度，保证传感器安装杆4与炉口2同轴线；使传感器安装杆4能够顺利进入高温炉1的炉膛内部进行标定；通过采集两个传感器的输出信号，进行分析对比，从而完成被测热流传感器21的标定；
所述炉口开闭控制机构由红外感应器14、炉口挡板15、滑道16、直线电机17、螺纹导杆18、挡板支撑柱19组成；两个红外感应器14安装在底座13的端部炉口2的两侧；炉口挡板15安装在滑道16之间，螺纹导杆18安装在直线电机17中，螺纹导杆18一端与挡板支撑柱19连接；
炉口开闭控制方法：当红外感应器14在检测到传感器安装杆4通过时，电器控制箱10中的控制系统控制直线电机17带动螺纹导杆18驱动炉口挡板15在滑道16内向下移动打开炉口2。直线电机17与驱动电机23形成电气互锁，以保证炉口挡板15及时移开，使得传感器安装杆4能够顺利进入炉口2内。待红外感应器14检测到传感器安装杆4离开炉口2时，则会控制炉口挡板15重新封闭炉口2避免被测热流传感器21或标准热流传感器22接触热流。
标定装置配备有用于对比法标定的标准热流传感器22，还有水冷设备、数据采集设备以及其他辅助设备。
本发明的有益效果是标定装置结构设计巧妙、灵活、结构简单、标定精确度高。本发明的高温热流传感器动态标定装置，利用驱动电机驱动导轨上的滑台，带动安装在传感器安装杆的多功能法兰盘上被测热流传感器和标准传感器，以相同的速率进入炉膛相同位置，使整个标定检测过程中处于动态热流环境。采集两个传感器的输出信号，进行分析对比，从而完成被测热流传感器的标定。标定操作简单快速，效率高，准确性高，适应范围广。
附图说明
图1是标定装置的整体结构立体示意图，图2是标定装置的右视图，图3是传感器安装示意图，图4是标定装置中控制炉口开关的结构示意图。
图中：1-高温炉、2-炉口、3-导轨、4-传感器安装杆、5-螺纹手柄、6-小V型块、7-大V型块、8-夹具底板、9-信号传输线、10-电器控制箱、11-滑台、12-夹具支撑架、13-底座、14-红外感应器、15-炉口挡板、16-滑道、17-直线电机、18-螺纹导杆、19-挡板支撑柱、20-多功能法兰盘、21-被测热流传感器、22-标准热流传感器、23-驱动电机。
具体实施方式：
以下结合技术方案和附图，详细说明本发明的实施。
如附图1、2、3、4所示，标定装置由大热流环境供给部件、夹具部件、传感器组件、输送机构、炉口开闭控制机构组成。
在本实施例中，热流供给装置为特制的高温炉1，它能够提供最高2000℃的高温。为保证炉腔内的温度，以及传感器的顺利进入，炉口2的大小要进行计算，使在炉膛敞开的状态下保持温度稳定，高温炉1的温度精度保持性要高，炉温波动范围应小于0.2℃/min。
如附图2、3所示，在本实施例中，传感器安装杆4的一端固定安装多功能法兰盘20，将被测热流传感器21、标准热流传感器22分别通过螺栓与多功能法兰盘20固定连接，设计的多功能法兰盘20可以满足不同大小传感器的安装测试。
如附图1、2所示，在本实施例中，装有传感器的传感器安装杆4，放置在小V型块6、大V型块7之间。螺纹手柄5具有矩形螺纹杆，兼顾传动与自锁。旋转螺纹手柄5通过矩形螺纹杆移动减小两个V型块的间距，从而夹紧传感器安装杆4，使其固定在夹具上。固定好传感器安装杆4的夹具部件通过螺钉将夹具底板8与滑台11固定连接。滑台11安装在导轨3上，导轨3固定在底座13上，通过底座13调节传感器安装杆4的水平高度，使其与炉口2同轴线。
在本实施例中，驱动电机23使用86HS50EC—1000型大扭矩伺服电机，使得滑台11以及安装在其上的各部件能够实现5m/s高速移动以及急停。
热流传感器的标定过程如下：把待测热流传感器21与标准热流传感器22安装在传感器安装杆4的多功能法兰盘20上后，标定测量时，启动驱动电动机23，驱动电动机23驱动滑台11带动安装在滑台11上的所有安装部件以一定的速率进入炉膛，即将传感器安装杆4和待测热流传感器21与标准热流传感器22，以相同的速率进入炉膛相同位置，使整个标定检测过程中处于动态热流环境。然后，通过采集两个传感器的信号输出，进行分析对比，从而完成被测热流传感器21的标定，标定操作简单，效率高，标定准确性高。
炉口开闭控制方法：当红外感应器14在检测到传感器安装杆4通过时，电器控制箱10中的控制系统控制直线电机17带动螺纹导杆18驱动炉口挡板15在滑道16内向下移动打开炉口2。直线电机17与驱动电机23形成电气互锁，以保证炉口挡板15及时移开，使得传感器安装杆4能够顺利进入炉口2内。待红外感应器14检测到传感器安装杆4离开炉口2时，则会控制炉口挡板15重新封闭炉口2避免被测热流传感器21或标准热流传感器22接触热流。
标定测量时，标定装置除配备有用于对比法标定的标准热流传感器，还需要配置水冷设备、数据采集设备以及其他辅助设备。
Claims (1)
1.一种高温热流传感器动态性能标定装置，其特征是，标定装置由大热流环境供给部件、夹具部件、传感器组件、输送机构、炉口开闭控制机构组成；
所述大热流环境供给部件由高温炉(1)、炉口(2)组成；高温炉(1)放置在底座(13)上，二者用螺栓连接固定；炉口(2)开在高温炉(1)上；
所述夹具部件由螺纹手柄(5)、小V型块(6)、大V型块(7)、夹具底板(8)、夹具支撑架(12)组成；螺纹手柄(5)具有自锁功能的矩形螺纹杆，螺纹手柄(5)用矩形螺纹杆与夹具支撑架12螺纹连接；小V型块(6)与螺纹手柄(5)的矩形螺纹杆底端连接，大V型块(7)与夹具底板(8)之间通过螺钉连接，夹具底板(8)与夹具支撑架(12)之间是螺钉连接；夹具支撑架(12)通过螺钉固定在夹具底板(8)上；夹具底板(8)通过螺栓固定在滑台(11)上；
所述传感器组件由传感器安装杆(4)、多功能法兰盘(20)、被测热流传感器(21)、标准热流传感器(22)组成；传感器安装杆(4)为厚壁钢管结构，多功能法兰盘(20)焊接在传感器安装杆(4)的一端；被测热流传感器(21)和标准热流传感器(22)分别通过螺栓与多功能法兰盘(20)相连接；传感器安装杆(4)安装在小V型块(6)、大V型块(7)之间，旋转螺纹手柄(5)利用两个V型块将传感器安装杆(4)锁紧固定安装到夹具部件上；传感器的信号传输线(9)从传感器安装杆(4)的内孔引出；
所述输送机构由导轨(3)、电器控制箱(10)、滑台(11)、底座(13)、驱动电机(23)组成；滑台(11)安装在导轨(3)上，导轨(3)通过螺钉与底座(13)固连；驱动电机(23)为高转速、大扭矩步进电机；电器控制箱(10)内装有电气控制系统，启动驱动电机(23)驱动滑台(11)以及安装在其上的各部件实现高速移动以及急停；底座(13)与导轨(3)通过螺钉固连，通过调整底座(13)的整体高度，保证传感器安装杆(4)与炉口(2)同轴线；使传感器安装杆(4)能够顺利进入高温炉(1)的炉膛内部进行标定；通过采集两个传感器的输出信号，进行分析对比，从而完成被测热流传感器（21）的标定；
所述炉口开闭控制机构由红外感应器(14)、炉口挡板(15)、滑道(16)、直线电机(17)、螺纹导杆(18)、挡板支撑柱(19)组成；炉口挡板(15)安装在滑道(16)之间，挡板支撑柱(19)与螺纹导杆(18)连接，螺纹导杆(18)安装在直线电机(17)内部；
炉口开闭控制方法：当红外感应器(14)在检测到传感器安装杆(4)通过时，会控制直线电机(17)带动螺纹导杆(18)驱动炉口挡板(15)在滑道(16)内向下移动打开炉口(2)；直线电机(17)与导轨(3)形成电气互锁，以保证炉口挡板(15)及时移开，使得传感器安装杆(4)能够顺利进入炉口(2)内；待红外感应器(14)检测到传感器安装杆(4)离开炉口(2)时，则会控制炉口挡板(15)重新封闭炉口(2)避免被测热流传感器(21)或标准热流传感器(22)接触热流；
标定装置配备有用于对比法标定的标准热流传感器(22)，还有水冷设备、数据采集设备。
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