CN114422927B - 一种可变温度的传声器校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种可变温度的传声器校准装置，属于空气声计量领域。本装置中，外恒温槽为内部中空的四通结构，两端通高低温液体介质，一端通声波，使高低温传声器既处在高低温环境中，又能接收声波；同时外恒温槽带有内部隔断，在结构上隔离温度场与声场,避免高低温介质流入耦合腔造成影响。与现有常规传声器通用的校准装置相比，该校准装置可在进行高低温传声器校准时，使高低温传声器校准环境与真实使用环境保持一致，从而提高高低温传声器校准结果的准确性与可信程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种可变温度的传声器校准装置，属于空气声计量领域。
背景技术
目前，对于常规传声器的耦合腔互易法或比较法等校准技术已日臻成熟，校准装置可以通用，校准准确度也有保证。现有传声器计量校准的技术方案均为常温环境下校准装置，通常装置由前至后依次连接消声器、待校准传声器安装段、标准传声器安装段与声源。根据不同的频率选择安装两个不同的标准传声器，测量得到消声器复反射系数，继而获得待校准传声器的复灵敏度曲线；由声源分别发出不同频率的声波，得到待校准传声器的复灵敏度曲线，从而达到了待校准传声器校准的目的。由于本身并没有引入高低温环境，也不考虑隔断问题，因此多为单个密封腔体、外界接口为双通或三通结构，没有为高低温环境预留出接口与空间，基本不能进行高温环境的改进与扩展。
然而对于工作在高低温环境下的高低温传声器，如果仍以常温校准结果衡量传声器的灵敏度等指标，会造成传声器校准结果与实际测量应用产生偏差，导致噪声测试的准确性降低，尤其会对航空、航天、车辆等涉及高低温环境的降噪设计、可靠性验证等带来影响。
发明内容
本发明针对高低温传声器校准装置缺失的问题，公开一种可变温度的传声器校准装置，目的是对高低温传声器进行高低温校准，提高高低温传声器校准准确性与可信度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明公开的一种可变温度的传声器校准装置，外恒温槽为内部中空的四通结构，两端通高低温液体介质，一端通声波，使高低温传声器既处在高低温环境中，又能接收声波；同时外恒温槽带有内部隔断，在结构上隔离温度场与声场避免高低温介质流入耦合腔造成影响。
本发明的具体内容如下：
装置本体包含内恒温槽、循环泵、介质管路、标准传声器、高低温传声器、外恒温槽、高低温耦合腔、声源。
内恒温槽、外恒温槽及循环泵通过介质软管连接；
高低温耦合腔由耦合腔上盖与耦合腔下半腔构成，二者之间采用螺纹连接。高低温耦合腔上盖与外恒温槽通过密封胶粘接；耦合腔下半腔与声源通过螺纹连接。
外恒温槽由外恒温槽上盖与外恒温槽腔体构成，二者之间采用耐腐蚀耐压力的胶粘密封或焊接密封。外恒温槽上盖有介质管路接口与传声器插口各两个。两个介质管路接口与介质管路通过管螺纹连接，分别连接由内恒温槽接出的两根高低温介质管路；传声器插口为光滑圆孔。外恒温槽腔体内有传声器插槽两个，插槽外径与传声器插口配合，缝隙由耐腐蚀耐压力的胶粘密封或焊接密封；两个插槽内径分别与标准传声器和高低温传声器过盈配合。
外恒温槽腔体为封闭的温场空间，标准传声器与高低温传声器依靠传声器插槽与介质隔绝，同时通过传声器插槽的壁面与温场进行热交换，从而达到升降温的目的。
内恒温槽为金属槽，其中不少于1/2的空间利用金属壳板隔离出搅拌区，用于介质的加热与制冷搅拌，使介质温度均匀，槽内介质通过反馈温度计进行温度控制。内恒温槽壁面有两个管路接口，用于连接高低温介质管路，使介质流入流出。管路上串联循环泵提供介质流动动力。
本发明公开的一种可变温度的传声器校准装置的工作方法为：
校准工作时，先将标准传声器与高低温传声器由外恒温槽的传声器插口插入；开启内恒温槽控温功能，待介质温度达到目标且稳定后，开启循环泵，介质经介质管路在内恒温槽与外恒温槽之间形成循环；然后开启声源，对高低温传声器进行校准。
有益效果：
1、本发明公开的一种可变温度的传声器校准装置，高低温介质可通过介质管路循环流动，且与传声器插槽内腔隔断，通过传声器插槽的壁面导热来调节传声器温度，在避免介质对传声器造成损坏的同时，达到在不同温度下对传声器校准的目的。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明高低温耦合腔的3D装配拆分示意图；
图3是本发明的外恒温槽的3D装配拆分示意图；
附图标记：
1-内恒温槽、2-循环泵、3-介质管路、4-标准传声器、5-高低温传声器、6-外恒温槽、7-高低温耦合腔、8-声源、9-耦合腔上盖、10-耦合腔下半腔、11-外恒温槽上盖、12-外恒温槽腔体、13-介质管路接口、14-传声器插口、15传声器插槽。
具体实施方案
下面将结合附图和实施例对本发明加以详细说明。同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，本实施例公开的一种可变温度的传声器校准装置，并辅以3D装配拆分如图2图3进行补充。校准对象为高低温传声器5，参照对象为标准传声器4。装置本体包含内恒温槽1，为高低温传声器校准的温场环境提供高低温介质，304不锈钢材质，尺寸400mm×400mm×400mm；循环泵2，为介质循环提供动力，流量不少于0.2m3/min，流量越大，介质循环越快，外恒温槽温度维持的越稳定；介质管路3，介质传递通道，材质选取不锈钢软管即可，波纹式或编织式均可，不宜选择过硬样式造成安装困难，外包棉垫隔热，根据经验选取内径约5mm，壁厚约0.5mm，管长1m，两端与内外恒温槽及循环泵采用G1/2管螺纹连接；外恒温槽6，为高低温传声器提供温场环境，304不锈钢材质，内径100mm，内高20mm，顶部与侧面壁厚5mm，底部厚度8mm，可酌情增加厚度，使其尽量减小与外界的热交换；高低温耦合腔7，为高低温传声器校准提供一个耦合声场环境，304不锈钢材质，内径160mm，内高30mm，壁厚5mm；声源8，为高低温传声器提供声信号，腔内可达到的最大声压级不小于120dB。
其中高低温耦合腔7结构如图2所示，主要由耦合腔上盖9与耦合腔下半腔10构成，二者之间采用公制螺纹连接。耦合腔上盖9主要与外恒温槽连接6，本实例选用硅胶密封粘接，硅胶密封所能耐受的压力应不小于循环泵2的工作压力，如本实例中循环泵2的压力为0.3MPa，则硅胶密封耐受压力应不小于0.3MPa，耦合腔下半腔10与声源连接8，采用M3公制螺钉安装连接。
外恒温槽6结构如图3所示，主要由外恒温槽上盖11与外恒温槽腔体12构成。外恒温槽上盖11上分布有介质管路接口13与传声器插口14各两个，介质管路接口13为G1/2外管螺纹，与介质管路3的G1/2内管螺纹连接，传声器插口14为光滑面，内径13mm。外恒温槽腔体12内有传声器插槽15两个，外恒温槽上盖11与外恒温槽腔体12之间采用硅胶密封安装，传声器插槽15外径尺寸13mm，与传声器插口14配合，缝隙选用硅胶密封，内径尺寸为12.5mm，光滑面，与制式1/2英寸(12.7mm)传声器过盈配合。安装后外恒温槽腔体12则形成封闭的温场空间，标准传声器4与高低温传声器5依靠传声器插槽15与介质隔绝，同时通过传声器插槽15的壁面与温场进行热交换，从而达到升降温的目的。
高低温介质管路管长尽量短，全长不宜超过2m，减少介质流动过程中的温度损耗。
高低温介质选择高温硅油，极限能满足-40℃～150℃的温度，基本可以覆盖市面上绝大多数传声器温度范围。在低温方面，如果高温硅油不能满足要求，则介质替换为酒精，氟化物为其次，可以满足最低-80℃需求。介质管路内介质流动按照极限40ml/s计算(约为1/4介质管路容积)，油液密度不超过0.95g/cm3,可得总质量约为38g。则极限情况下，从室温20℃在1s内升温至100℃，油液比热一般为2.14J/g℃，则最大实际加热功率为2.14×38×80＝6505W。酒精计算过程相同，不再重复，可得制冷功率约为4000W。
内恒温槽总体设计成为0.1m3～0.2m3左右的金属槽，形状以长方体或圆柱体为宜。其中不少于1/2的空间利用金属壳板隔离出搅拌区，搅拌区位置不限，用于介质的加热与制冷搅拌，使介质温度均匀。高温采用电阻丝加热，低温采用压缩机制冷，搅拌电机在工作期间不停进行搅拌。内恒温槽壁面约中部位置(200mm高度左右)开两个管路接口，用于连接高低温介质管路，使介质流入流出。管路上串联循环泵等动力设备提供介质流动动力。内恒温槽内介质通过反馈温度计进行温度控制。
校准工作前，按照介质流向逻辑，做如下装配：内恒温槽1通过G1/2管螺纹的介质管路3连接到外恒温槽6的介质管路接口13上，开启循环泵2测试各处管路与连接位置是否有介质渗漏，如无介质渗漏则可开始校准工作。
校准工作时，先将标准传声器4与高低温传声器5由外恒温槽6的传声器插口14插入，开启内恒温槽1控温功能，待介质温度达到目标且稳定后，开启循环泵2，介质经介质管路3在内恒温槽1与外恒温槽6之间形成循环；然后开启声源8，对高低温传声器进行校准，校准方法为耦合腔比较法(参照JJG1019-2007《工作标准传声器(耦合腔比较法)》，具体流程不再赘述)。
校准结束后，先关闭声源8，再关闭循环泵2，最后关闭内恒温槽1控温功能。待标准传声器4与高低温传声器5自然恢复到室温后，将其拔出。
如装置长时间不使用，则需要拆卸介质管路3，清空外恒温槽6内的介质后进行保存。
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。
Claims (4)
1.一种可变温度的传声器校准装置，其特征在于：包含内恒温槽、循环泵、介质管路、标准传声器、高低温传声器、外恒温槽、高低温耦合腔、声源；
内恒温槽、外恒温槽及循环泵通过介质软管连接；
高低温耦合腔由耦合腔上盖与耦合腔下半腔构成，二者之间采用螺纹连接；高低温耦合腔上盖与外恒温槽通过密封胶粘接；耦合腔下半腔与声源通过螺纹连接；
外恒温槽由外恒温槽上盖与外恒温槽腔体构成，二者之间采用耐腐蚀耐压力的胶粘密封或焊接密封；外恒温槽上盖有介质管路接口与传声器插口各两个；两个介质管路接口与介质管路通过管螺纹连接，分别连接由内恒温槽接出的两根高低温介质管路；传声器插口为光滑圆孔；外恒温槽腔体内有传声器插槽两个，插槽外径与传声器插口配合，缝隙由耐腐蚀耐压力的胶粘密封或焊接密封；两个插槽内径分别与标准传声器和高低温传声器过盈配合。
2.如权利要求1所述的一种可变温度的传声器校准装置，其特征在于：外恒温槽腔体为封闭的温场空间，标准传声器与高低温传声器依靠传声器插槽与介质隔绝，同时通过传声器插槽的壁面与温场进行热交换，从而达到升降温的目的。
3.如权利要求1所述的一种可变温度的传声器校准装置，其特征在于：内恒温槽为金属槽，其中不少于1/2的空间利用金属壳板隔离出搅拌区，用于介质的加热与制冷搅拌，使介质温度均匀，槽内介质通过反馈温度计进行温度控制；内恒温槽壁面有两个管路接口，用于连接高低温介质管路，使介质流入流出；管路上串联循环泵提供介质流动动力。
4.如权利要求1所述的一种可变温度的传声器校准装置，其特征在于：装置的工作方式为，校准工作时，先将标准传声器与高低温传声器由外恒温槽的传声器插口插入；开启内恒温槽控温功能，待介质温度达到目标且稳定后，开启循环泵，介质经介质管路在内恒温槽与外恒温槽之间形成循环；然后开启声源，对高低温传声器进行校准。
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