CN115575079A - 一种用于应变天平的连接件、温控系统及温控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及实验空气动力学领域，具体涉及一种用于应变天平的连接件、温控系统及温控方法。连接件由低热导率材料制成，连接件包括第一连接部和第二连接部。第一连接部用于与空气桥连接；第二连接部用于与应变天平连接。温控系统采用了上述连接件。其能够有效地提高应变天平的测量精度，同时加强空气桥与应变天平之间的配合效果，使应变天平能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。

Description

一种用于应变天平的连接件、温控系统及温控方法
技术领域
本发明涉及实验空气动力学领域，具体而言，涉及一种用于应变天平的连接件、温控系统及温控方法。
背景技术
在一些特种实验空气动力学领域，高压空气常常被用于驱动发动机模拟器。高压空气经过应变天平时，会带来附加的载荷，影响天平测量真实的试验载荷。目前，这种影响主要通过空气桥技术进行消除。空气桥横跨天平固定端和浮动端，由可承载高压空气的管路和柔性节构成，通过柔性节的优化设计和巧妙布置，使得空气桥具有六个方向的自由度，能够有效减小高压空气对天平测量干扰。
但是，现有的应变天平在测量过程中容易受到干扰，测量精度不稳定，会直接影响实验结果的精确度。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种用于应变天平的连接件，其能够有效地提高应变天平的测量精度，同时加强空气桥与应变天平之间的配合效果，使应变天平能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
本发明的第二个目的在于提供一种应变测量温控系统，其能够有效地提高应变天平的测量精度，同时加强空气桥与应变天平之间的配合效果，使应变天平能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。其中的应变测量机构，能够有效地提高应变天平的测量精度，同时加强空气桥与应变天平之间的配合效果，使应变天平能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
本发明的第三个目的在于提供一种温控方法，其能够有效地提高应变天平的测量精度，同时加强空气桥与应变天平之间的配合效果，使应变天平能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
本发明的实施例是这样实现的：
一种用于应变天平的连接件，连接件由低热导率材料制成，连接件包括：第一连接部和第二连接部。第一连接部用于与空气桥连接；第二连接部用于与应变天平连接。
进一步地，第一连接部与空气桥的接触面开设有第一凹槽，和/或第二连接部与应变天平的接触面开设有第二凹槽。
进一步地，第一连接部开设有用于安装空气桥的安装通孔，第一凹槽开设于安装通孔的内壁；第一凹槽沿安装通孔的周向延伸并沿安装通孔的轴向间隔式分布，或第一凹槽沿安装通孔的轴向延伸并沿安装通孔的周向间隔式分布。
进一步地，第二连接部包括用于与应变天平的侧壁配合的配合槽，第二凹槽开设于配合槽的内壁；第二凹槽沿配合槽的宽度方向延伸并沿配合槽的长度方向间隔式分布，或第二凹槽沿配合槽的长度方向延伸并沿配合槽的宽度方向间隔式分布。
一种应变测量温控系统，其包括：换热器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、控制器和上述的应变测量机构。
应变测量机构包括：应变天平、空气桥和上述的用于应变天平的连接件；应变天平和空气桥通过连接件连接，空气桥连接于第一连接部，应变天平连接于第二连接部。
换热器的进口端与高压空气供应端连通，换热器的出口端与应变测量机构的空气桥连通；第一温度传感器设于空气桥，第二温度传感器设于应变天平，第三温度传感器设于换热器以用于检测换热介质的温度；第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和换热器均与控制器电性连接；控制器用于根据检测到的温度数据对换热器进行控制。
进一步地，应变测量温控系统还包括数字阀，数字阀设于高压空气供应端和换热器的进口端之间。
一种利用上述的应变测量温控系统的温控方法，其包括：
设定温差阈值；
利用第一温度传感器采集空气桥的温度T1，利用第二温度传感器采集应变天平的温度T2；
若T1和T2的温差小于或等于温差阈值，控制器不采取控温措施；
若T1和T2的温差大于温差阈值，控制器控制换热器的工作状态以缩小T1和T2的温差。
进一步地，控制器控制换热器工作包括：
利用第三温度传感器采集换热介质的温度T3；
若T3低于T2，控制器控制换热器对换热介质进行加热，并控制换热器与高压空气进行热交换使高压空气升温；
当T1和T2的温差小于或等于温差阈值时，控制器控制换热器停止工作。
进一步地，控制器控制换热器工作包括：
利用第三温度传感器采集换热介质的温度T3；
若T3高于T2，控制器控制换热器停止工作。
本发明实施例的技术方案的有益效果包括：
本发明实施例提供的连接件能够有效地减弱空气桥与应变天平之间的热传导，从而避免应变天平因为温度变化而导致测量精度降低，有效地保证了测量结果的准确性。
总体而言，本发明实施例提供的连接件能够有效地提高应变天平的测量精度，同时加强空气桥与应变天平之间的配合效果，使应变天平能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
本发明实施例提供的应变测量机构能够有效地提高应变天平的测量精度，同时加强空气桥与应变天平之间的配合效果，使应变天平能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
本发明实施例提供的应变测量温控系统能够有效地提高应变天平的测量精度，同时加强空气桥与应变天平之间的配合效果，使应变天平能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
本发明实施例提供的温控方法能够有效地提高应变天平的测量精度，同时加强空气桥与应变天平之间的配合效果，使应变天平能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的连接件的第一视角的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的连接件的第二视角的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的应变测量机构的结构示意图；
图4为本发明实施例3提供的应变测量温控系统的控制关系示意图；
图5为本发明实施例3提供的应变测量温控系统的连接关系示意图。
附图标记说明：
连接件100；第一连接部110；第一凹槽111；第二连接部120；第二凹槽121；应变测量机构200；空气桥210；应变天平220。
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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参照图1和图2，本实施例提供一种用于应变天平的连接件100。
连接件100由低热导率材料制成，包括但不限于：钛合金。可以理解，连接件100的具体材料可以根据实际需要灵活调整。
连接件100包括：第一连接部110和第二连接部120。第一连接部110用于与空气桥连接。第二连接部120用于与应变天平220连接。连接件100可以用于对空气桥和应变天平220进行连接。
本申请的发明人研究发现：采用常温高压空气进行试验时，高压空气形成超音速射流，会导致空气温度降低，低温高压空气经过空气桥时，空气桥温度随之降低，空气桥和天平之间会形成温度梯度，热量将通过连接件100由天平传递给空气桥，天平温度发生改变，从而导致应变片电阻值发生改变，这种电阻改变无法通过电桥进行消除，从而导致天平测量结果包含非真实的载荷，影响天平测量结果的精准度。
连接件100能够有效地减弱空气桥与应变天平220之间的热传导，从而避免应变天平220因为温度变化而导致测量精度降低，有效地保证了测量结果的准确性。
总体而言，本发明实施例提供的连接件100能够有效地提高应变天平220的测量精度，同时加强空气桥与应变天平220之间的配合效果，使应变天平220能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
具体在本实施例中，第一连接部110与空气桥的接触面开设有第一凹槽111，和/或第二连接部120与应变天平220的接触面开设有第二凹槽121。
其中，第一连接部110开设有用于安装空气桥的安装通孔，第一凹槽111开设于安装通孔的内壁；第一凹槽111沿安装通孔的周向延伸并沿安装通孔的轴向间隔式分布，或第一凹槽111沿安装通孔的轴向延伸并沿安装通孔的周向间隔式分布。
第二连接部120包括用于与应变天平220的侧壁配合的配合槽，第二凹槽121开设于配合槽的内壁；第二凹槽121沿配合槽的宽度方向（如图1中的a方向）延伸并沿配合槽的长度方向（如图1中的b方向）间隔式分布，或第二凹槽121沿配合槽的长度方向延伸并沿配合槽的宽度方向间隔式分布。
通过以上设计，第一连接部110便于安装和定位空气桥，而第二连接部120便于与应变天平220对接，从而实现与应变天平220的快速连接。
第一凹槽111可以减小第一连接部110与空气桥之间的接触面积，第二凹槽121可以减小第二连接部120与应变天平220之间的接触面积，对于进一步减弱空气桥和应变天平220之间的热传导具有显著效果，从而能够更好地保障应变天平220的检测精准度。
第一凹槽111可以是沿安装通孔的周向延伸并沿安装通孔的轴向间隔式分布，也可以是沿安装通孔的轴向延伸并沿安装通孔的周向间隔式分布。
第二凹槽121可以是沿配合槽的宽度方向延伸并沿配合槽的长度方向间隔式分布，也可以是沿配合槽的长度方向延伸并沿配合槽的宽度方向间隔式分布。
可以理解，第一凹槽111和第二凹槽121的分布方式还可以不同，并不限于此，可以根据实际情况灵活调整第一凹槽111和第二凹槽121的延伸方向和排布关系。
需要说明的是，在确定连接件100的尺寸时，可以逐步减小连接件100宽度，并通过有限元方法进行分析连接件100满足强度，直至连接件100恰好满足强度需要，确定出连接件100最小宽度，此时连接件100与应变天平220间的接触面积最小，空气桥与应变天平220之间的热传导最弱。但不限于此。
实施例2
请参阅图3，本实施例提供一种应变测量机构200，应变测量机构200包括：空气桥210、应变天平220和实施例1提供的用于应变天平的连接件100。
应变天平220和空气桥210通过连接件100连接，空气桥210连接于连接件100的第一连接部110，应变天平220连接于连接件100的第二连接部120。
由于连接件100的存在，在应变测量机构200中，空气桥210和应变天平220之间的热传导非常弱，应变天平220在检测过程中的温度变化非常小，应变天平220的检测精度得到了保障。
应变测量机构200能够有效地提高应变天平220的测量精度，同时加强空气桥210与应变天平220之间的配合效果，使应变天平220能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
实施例3
请参阅图4和图5，本实施例提供一种应变测量温控系统，应变测量温控系统包括：换热器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、控制器和实施例2提供的应变测量机构200。
换热器的进口端与高压空气供应端连通，换热器的出口端与应变测量机构200的空气桥210连通。
第一温度传感器设于空气桥210，第二温度传感器设于应变天平220，第三温度传感器设于换热器以用于检测换热介质的温度。
第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和换热器均与控制器电性连接，控制器用于根据检测到的温度数据对换热器进行控制。
在本实施例中，应变测量温控系统还包括数字阀，数字阀设于高压空气供应端和换热器的进口端之间，高压空气供应端供应的高压空气通过数字阀进入换热器。
应变测量温控系统通过各个温度传感器采集各个部位的实际温度，根据各部位的温度情况利用换热器对高压空气进行主动的温度调控，以充分地降低空气桥210与应变天平220之间的温度梯度，从而有效地弱化空气桥210和应变天平220之间的热传导效应，进一步提高了应变天平220在检测过程中的稳定性。
应变测量温控系统能够有效地提高应变天平220的测量精度，同时加强空气桥210与应变天平220之间的配合效果，使应变天平220能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
实施例4
本实施例提供一种利用实施例3提供的应变测量温控系统的温控方法，其包括：
设定温差阈值；
利用第一温度传感器采集空气桥210的温度T1，利用第二温度传感器采集应变天平220的温度T2；
若T1和T2的温差小于或等于温差阈值，控制器不采取控温措施；
若T1和T2的温差大于温差阈值，控制器控制换热器的工作状态以缩小T1和T2的温差。
其中，T1和T2的温差值得是T1和T2的差值的绝对值。一般情况下，高压空气通过数字阀之后形成超音速射流，会导致空气温度降低，低温高压空气经过空气桥210时，空气桥210温度随之降低，通常来说，在换热器不对高压空气进行温控的情况下，T1＜T2。
具体的，控制器控制换热器工作包括：
利用第三温度传感器采集换热介质的温度T3；
若T3低于T2，控制器控制换热器对换热介质进行加热，并控制换热器与高压空气进行热交换使高压空气升温；
当T1和T2的温差小于或等于温差阈值时，控制器控制换热器停止工作。
通过以上调节，当空气桥210温度T3与天平温度T1差异达到实验所需要求时，可开展试验。
另一方面，若T3高于T2，控制器控制换热器停止工作。换热器停止工作后，通过数字阀的超音速射流会使得温度较低，高压空气温度随之下降，当空气桥210温度T3与天平温度T1差异达到实验所需要求时，可开展试验。
温控方法实现了温度的闭环控制，温控方法与连接件100配合使用，可以在弱化空气桥210与应变天平220之间的热传导的情况下，进一步减弱了空气桥210与应变天平220之间的温度梯度，整体上使空气桥210与应变天平220之间的热传导效应变得更弱，从而充分保障了应变天平220的稳定性，保障了检测的精准度。
综上所述，本发明实施例提供的连接件100能够有效地提高应变天平220的测量精度，同时加强空气桥210与应变天平220之间的配合效果，使应变天平220能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
本发明实施例提供的应变测量机构200能够有效地提高应变天平220的测量精度，同时加强空气桥210与应变天平220之间的配合效果，使应变天平220能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
本发明实施例提供的应变测量温控系统能够有效地提高应变天平220的测量精度，同时加强空气桥210与应变天平220之间的配合效果，使应变天平220能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
本发明实施例提供的温控方法能够有效地提高应变天平220的测量精度，同时加强空气桥210与应变天平220之间的配合效果，使应变天平220能够更加精确地执行检测工作，保障实验结果的精确度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于应变天平的连接件，其特征在于，所述连接件由低热导率材料制成，所述连接件包括：
第一连接部，所述第一连接部用于与空气桥连接；
第二连接部，所述第二连接部用于与应变天平连接。
2.根据权利要求1所述的用于应变天平的连接件，其特征在于，所述第一连接部与所述空气桥的接触面开设有第一凹槽，和/或所述第二连接部与所述应变天平的接触面开设有第二凹槽。
3.根据权利要求2所述的用于应变天平的连接件，其特征在于，所述第一连接部开设有用于安装所述空气桥的安装通孔，所述第一凹槽开设于所述安装通孔的内壁；所述第一凹槽沿所述安装通孔的周向延伸并沿所述安装通孔的轴向间隔式分布，或所述第一凹槽沿所述安装通孔的轴向延伸并沿所述安装通孔的周向间隔式分布。
4.根据权利要求2所述的用于应变天平的连接件，其特征在于，所述第二连接部包括用于与所述应变天平的侧壁配合的配合槽，所述第二凹槽开设于所述配合槽的内壁；所述第二凹槽沿所述配合槽的宽度方向延伸并沿所述配合槽的长度方向间隔式分布，或所述第二凹槽沿所述配合槽的长度方向延伸并沿所述配合槽的宽度方向间隔式分布。
5.一种应变测量温控系统，其特征在于，包括：换热器、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、控制器和应变测量机构；
所述应变测量机构包括应变天平、空气桥和如权利要求1-4任一项所述的用于应变天平的连接件；所述应变天平和所述空气桥通过所述连接件连接，所述空气桥连接于所述第一连接部，所述应变天平连接于所述第二连接部；
所述换热器的进口端与高压空气供应端连通，所述换热器的出口端与所述应变测量机构的所述空气桥连通；所述第一温度传感器设于所述空气桥，所述第二温度传感器设于所述应变天平，第三温度传感器设于所述换热器以用于检测换热介质的温度；所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述换热器均与所述控制器电性连接；所述控制器用于根据检测到的温度数据对所述换热器进行控制。
6.根据权利要求5所述的应变测量温控系统，其特征在于，所述应变测量温控系统还包括数字阀，所述数字阀设于所述高压空气供应端和所述换热器的进口端之间。
7.一种利用如权利要求5或6所述的应变测量温控系统的温控方法，其特征在于，包括：
设定温差阈值；
利用所述第一温度传感器采集所述空气桥的温度T1，利用所述第二温度传感器采集所述应变天平的温度T2；
若T1和T2的温差小于或等于所述温差阈值，所述控制器不采取控温措施；
若T1和T2的温差大于所述温差阈值，所述控制器控制所述换热器的工作状态以缩小T1和T2的温差。
8.根据权利要求7所述的温控方法，其特征在于，所述控制器控制所述换热器工作包括：
利用所述第三温度传感器采集所述换热介质的温度T3；
若T3低于T2，所述控制器控制所述换热器对所述换热介质进行加热，并控制所述换热器与高压空气进行热交换使高压空气升温；
当T1和T2的温差小于或等于所述温差阈值时，所述控制器控制所述换热器停止工作。
9.根据权利要求7所述的温控方法，其特征在于，所述控制器控制所述换热器工作包括：
利用所述第三温度传感器采集所述换热介质的温度T3；
若T3高于T2，控制器控制所述换热器停止工作。
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