CN115326285B - 一种低温脉动压力校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低温脉动压力校准装置，该方案包括有静态压力保持与调节机构、脉动压力发生机构、温度调节机构以及测控系统；所述测控系统能够控制静态压力保持与调节机构、脉动压力发生机构以及温度调节机构的工作状态。该方案能够实现脉动压力传感器的低温幅频动态特性精确评估，根据校准结果判断脉动压力传感器在脉动压力频率、平均压力、压力峰峰值和介质温度范围等性能指标方面是否能满足测量要求，保证脉动压力的精确测量。

Description

一种低温脉动压力校准装置

技术领域

本发明涉及的是传感器校准装置，尤其是一种低温脉动压力校准装置。

背景技术

由飞行器表面非定常流动引起的气动脉动压力是飞行器振动与噪声的重要来源，飞行器脉动压力的测量主要依据脉动压力传感器，由于校准条件有限，国内脉动压力传感器多在使用前只进行静态校准，这种校准结果和动态校准存在一定差异，特别是在低温环境下，其动态特性会随温度下降发生改变，为了确保脉动压力传感器在常温和低温下测得的数据准确可靠，必须研制一套低温脉动压力动态校准平台，对其脉动压力传感器进行常低温动态校准，实现脉动压力传感器的低温幅频动态特性精确评估，根据校准结果判断脉动压力传感器在脉动压力频率、平均压力、压力峰峰值和介质温度范围等性能指标方面是否能满足测量要求，保证脉动压力的精确测量。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种低温脉动压力校准装置的技术方案，该方案能够实现脉动压力传感器的低温幅频动态特性精确评估，根据校准结果判断脉动压力传感器在脉动压力频率、平均压力、压力峰峰值和介质温度范围等性能指标方面是否能满足测量要求，保证脉动压力的精确测量。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种低温脉动压力校准装置，包括有静态压力保持与调节机构、脉动压力发生机构、温度调节机构以及测控系统；所述测控系统能够控制静态压力保持与调节机构、脉动压力发生机构以及温度调节机构的工作状态；

静态压力保持与调节机构包括有压力舱、高纯氮气瓶、加压缓冲舱、减压缓冲舱、真空泵、加压比例调节阀、减压比例调节阀、静态压力传感器、压力舱泄压阀以及电动分离装置；高纯氮气瓶、缓冲舱加压阀、加压缓冲舱、加压比例调节阀依次通过管路与压力舱内部连通；真空泵、减压缓冲舱、减压比例调节阀依次通过管路与压力舱内部连通；压力舱泄压阀通过管路与压力舱内部连通；静态压力传感器设置在压力舱舱壁上，能够监测压力舱内部气压数值；电动分离装置能够控制压力舱舱门的开闭；

脉动压力发生机构设置在压力舱内部；脉动压力发生机构包括有气缸、设置在气缸内的活塞、与活塞连接并能控制活塞运动的脉冲压力发生器；气缸外部包裹有气凝胶绝热层；气缸外壁上设置有高速激光测距仪、标准压力传感器、被校压力传感器、压力传感器、气缸温度传感器、气压平衡孔；气压平衡孔上通过管路与压力平衡阀连接；活塞包括有低频活塞和高频活塞；

温度调节机构包括有制冷机、制冷回路、设置在制冷回路上的冷媒比例调节阀、制冷器以及电加热器；制冷器和电加热器均设置在压力舱内并与气凝胶绝热层外壁贴合；制冷机设置在压力舱外部；所述制冷机和制冷器通过制冷回路连接。

作为本方案的优选：脉冲压力发生器能够控制低频活塞输出20Hz以下的低频脉动压力以及控制高频活塞输出20Hz以上的高频脉动压力。

作为本方案的优选：脉冲压力发生器包括有激振器和伺服电机；伺服电机能够驱动低频活塞产生低频标准脉动压力；激振器能够驱动高频活塞产生高频标准脉动压力。

作为本方案的优选：标准压力传感器和被校压力传感器对称布置在气缸上。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用设置压力舱的结构，同时结合静态压力保持与调节机构和温度调节机构能够对压力舱内部的温度和压力进行精准控制，再加上脉动压力发生机构能够产生高频标准脉动压力和低频标准脉动压力，能够模拟实现飞行器的真实飞行环境，使得被校压力传感器能够在模拟真实环境的情况下对脉动压力频率、平均压力、压力峰峰值和介质温度范围等性能指标方面均进行精准检测校准，实现了精确的动态校准，相比于现有技术中，仅仅针对脉动压力传感器进行静态校准而言，能够对脉动压力传感器的低温幅频动态特性进行更为精确的评估。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，1为高纯氮气瓶，2为缓冲舱加压阀，3为加压缓冲舱，4为加压调节比例阀，5为压力舱，6为真空泵，7为减压缓冲舱，8为减压调节比例阀，9为压力舱泄压阀，10为电动分离装置，11为脉冲压力发生器，12为高速激光测距仪，13为标准压力传感器，14为被校压力传感器、15为压力传感器、16为气缸温度传感器，17为气压平衡孔，18为气凝胶绝热层，19为压力平衡阀，20为制冷机，21为冷媒比例阀，22为制冷器，23为电加热器，24为静态压力传感器，25为活塞。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例：

通过图1能够看出，本实施例包括有静态压力保持与调节机构、脉动压力发生机构、温度调节机构以及测控系统；所述测控系统能够控制静态压力保与调节机构、脉动压力发生机构以及温度调节机构的工作状态；

静态压力保持与调节机构包括有压力舱、高纯氮气瓶、加压缓冲舱、减压缓冲舱、真空泵、加压比例调节阀、减压比例调节阀、静态压力传感器、压力舱泄压阀以及电动分离装置；高纯氮气瓶、缓冲舱加压阀、加压缓冲舱、加压比例调节阀依次通过管路与压力舱内部连通；真空泵、减压缓冲舱、减压比例调节阀依次通过管路与压力舱内部连通；压力舱泄压阀通过管路与压力舱内部连通；静态压力传感器设置在压力舱舱壁上，能够监测压力舱内部气压数值；电动分离装置能够控制压力舱舱门的开闭；

脉动压力发生机构设置在压力舱内部；脉动压力发生机构包括有气缸、设置在气缸内的活塞、与活塞连接并能控制活塞运动的脉冲压力发生器；气缸外部包裹有气凝胶绝热层；气缸外壁上设置有高速激光测距仪、标准压力传感器、被校压力传感器、压力传感器、气缸温度传感器、气压平衡孔；气压平衡孔上通过管路与压力平衡阀连接；活塞包括有低频活塞和高频活塞；

温度调节机构包括有制冷机、制冷回路、设置在制冷回路上的冷媒比例调节阀、制冷器以及电加热器；制冷器和电加热器均设置在压力舱内并与气凝胶绝热层外壁贴合；制冷机设置在压力舱外部；所述制冷机和制冷器通过制冷回路连接。

脉冲压力发生器能够控制低频活塞输出20Hz以下的低频脉动压力以及控制高频活塞输出20Hz以上的高频脉动压力。

脉冲压力发生器包括有激振器和伺服电机；伺服电机能够驱动低频活塞产生低频标准脉动压力；激振器能够驱动高频活塞产生高频标准脉动压力。

标准压力传感器和被校压力传感器对称布置在气缸上。

静态压力保持与调节机构主要功能是调节整个压力舱的静态压力，也就是脉动压力的平均压力，静态压力传感器安装于压力舱内，作为压力舱静态压力的控制目标。压力舱压力的调节分为加压部分和减压部分两级控制：加压控制时，首先打开缓冲舱加压阀，将高纯氮气瓶氮气注入加压缓冲舱，当加压缓冲舱填充到一定压力后，打开加压调节比例阀，以静态压力传感器为目标进行压力舱静态压力调节，直到压力舱内压力达到设定目标值。当压力舱压力高于设定目标值时，打开压力舱泄压阀进行压力调节。当设定压力舱压力目标值为负压时，需要进行减压控制，启动真空泵，当7减压缓冲舱真空度达到一定值后打开减压比例调节阀，以静态压力传感器为目标调节5压力舱压力，直到压力舱内压力达到设定目标值，当压力舱内压力低于目标值时可以启动加压控制。由于脉动压力发生机构和温度调节机构的主要部件都放置在压力舱内，压力舱的开关操作通过电动分离装置实现。

校准脉动压力平均值为低压时，采用低温脉动压力校准装置对脉动压力传感器校准的具体流程如下：

启动真空泵，将减压缓冲舱的压力抽到一定真空度。

打开减压比例调节阀，在测控系统控制下将压力舱的压力调节到设定的平均压力值。

打开压力平衡阀，通过压力平衡口实现气缸与压力舱联通，当压力平衡后精调压力舱压力，当达到设定目标压力值后关闭压力平衡阀。

按照设定温度启动制冷机或电加热器，当达到目标温度时打开压力平衡阀，压力平衡后关闭，重复调节直至气缸温度和压力达到设定值。

当设定脉动压力频率值低于或等于20Hz时，脉动压力发生部分激振器不启动保持静止，启动伺服电机，按照设定幅值在测控系统控制下，产生正弦输出信号，经功率放大器放大后驱动伺服电机带动低频活塞产生低频标准脉动压力。

当设定脉动压力频率值高于20Hz时，脉动压力发生部分伺服电机不启动保持静止，激振器启动，按照设定幅值在测控系统控制下，产生正弦输出信号，经功率放大器放大后驱动高频活塞产生高频标准脉动压力，脉动压力的幅值可以通过低频活塞位置调节。

当脉动压力发生机构产生稳定脉动压力后，采集标准压力传感器和被校压力传感器值，经比较计算对被校压力传感器进行校准，形成校准报告。

校准完成后，控制气缸温度值恢复到常温值，打开缓冲舱加压阀，高纯氮气瓶氮气注入加压缓冲舱，当加压缓冲舱填充到一定压力后，打开加压调节比例阀，直到压力舱内压力达到大气压值。

校准脉动压力平均值为加压时，采用低温脉动压力校准装置对脉动压力传感器校准的具体流程如下：

打开缓冲舱加压阀，高纯氮气瓶氮气注入加压缓冲舱，当加压缓冲舱填充到一定压力后，打开加压调节比例阀，在测控系统控制下将压力舱的压力调节到设定的平均压力值。

压力平衡阀，通过压力平衡口实现气缸与压力舱联通，当压力平衡后精调压力舱压力，当达到设定目标压力值后关闭压力平衡阀。

按照设定温度启动制冷机或电加热器，当达到目标温度时打开压力平衡阀，压力平衡后关闭，重复调节直至气缸温度和压力达到设定值。

当设定脉动压力频率值低于或等于20Hz时，脉动压力发生部分激振器不启动保持静止，启动伺服电机，按照设定幅值在测控系统控制下，产生正弦输出信号，经功率放大器放大后驱动伺服电机驱动低频活塞产生低频标准脉动压力。

当设定脉动压力频率值高于20Hz时，脉动压力发生部分伺服电机不启动保持静止，激振器启动，按照设定幅值在测控系统控制下，产生正弦输出信号，经功率放大器放大后驱动高频活塞产生高频标准脉动压力，脉动压力的幅值可以通过低频活塞位置调节。

当脉动压力发生机构产生稳定脉动压力后，采集标准压力传感器和被校压力传感器值，经比较计算对被校压力传感器进行校准，形成校准报告。

校准完成后，控制气缸温度值恢复到常温值，打开压力舱泄压阀，直到压力舱内压力达到大气压值，关闭压力舱泄压阀。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (3)

1.一种低温脉动压力校准装置，其特征是：包括有静态压力保持与调节机构、脉动压力发生机构、温度调节机构以及测控系统；所述测控系统能够控制静态压力保持与调节机构、脉动压力发生机构以及温度调节机构的工作状态；

所述静态压力保持与调节机构包括有压力舱、高纯氮气瓶、缓冲舱加压阀、加压缓冲舱、减压缓冲舱、真空泵、加压比例调节阀、减压比例调节阀、静态压力传感器、压力舱泄压阀以及电动分离装置；所述高纯氮气瓶、缓冲舱加压阀、加压缓冲舱、加压比例调节阀依次通过管路与压力舱内部连通；所述真空泵、减压缓冲舱、减压比例调节阀依次通过管路与压力舱内部连通；所述压力舱泄压阀通过管路与压力舱内部连通；所述静态压力传感器设置在压力舱舱壁上，能够监测压力舱内部气压数值；所述电动分离装置能够控制压力舱舱门的开闭；

所述脉动压力发生机构设置在压力舱内部；所述脉动压力发生机构包括有气缸、设置在气缸内的活塞、与活塞连接并能控制活塞运动的脉冲压力发生器；所述气缸外部包裹有气凝胶绝热层；所述气缸外壁上设置有高速激光测距仪、标准压力传感器、被校压力传感器、压力传感器、气缸温度传感器、气压平衡孔；所述气压平衡孔上通过管路与压力平衡阀连接；所述活塞包括有低频活塞和高频活塞；

所述温度调节机构包括有制冷机、制冷回路、设置在制冷回路上的冷媒比例调节阀、制冷器以及电加热器；所述制冷器和电加热器均设置在压力舱内并与气凝胶绝热层外壁贴合；所述制冷机设置在压力舱外部；所述制冷机和制冷器通过制冷回路连接；

所述标准压力传感器和被校压力传感器对称布置在气缸上。

2.根据权利要求1所述的一种低温脉动压力校准装置，其特征是：所述脉冲压力发生器能够控制低频活塞输出20Hz以下的低频脉动压力以及控制高频活塞输出20Hz以上的高频脉动压力。

3.根据权利要求1所述的一种低温脉动压力校准装置，其特征是：所述脉冲压力发生器包括有激振器和伺服电机；所述伺服电机能够驱动低频活塞产生低频标准脉动压力；所述激振器能够驱动高频活塞产生高频标准脉动压力。

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