CN115824574A - 一种具备温度自调节功能的天平装置及安装与调节方法 - Google Patents

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李小刚
路遥
李勇
郭举光
张傲男
刘力夫
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Abstract

一种具备温度自调节功能的天平装置及安装与调节方法,属于航空航天测力试验气动力测量技术领域。本发明解决了目前针对风洞实验过程中天平受温度变化产生测量偏差的问题。本发明的风洞天平包括天平模型端、天平支杆端和天平测量元件,天平模型端、天平测量元件和天平支杆端依次设置,天平模型端的模型端等直段和天平支杆端的支杆端等直段上分别圆周阵列有多个安装槽,每个安装槽内安装有半导体制冷片,安装槽内设置有铍青铜散热片,铍青铜散热片布置在半导体制冷片上方,天平测量元件上设置有温度传感器和应变计。通过本发明的具备温度自调节功能的天平装置可实现制冷和制热的快速切换,保证天平处于最佳温度范围内,提高试验数据的可靠性。

Description

一种具备温度自调节功能的天平装置及安装与调节方法
技术领域
本发明属于航空航天测力试验气动力测量技术领域,具体为一种具备温度自调节功能的天平装置及安装与调节方法。
背景技术
风洞测力试验中所使用的应变天平可直接测量作用在航空模型上的气动力和力矩,是测力风洞试验中最为关键的高精度传感器之一。应变天平利用粘贴在测量元件表面的应变计组成的惠斯登桥路将气动载荷引起的测量元件变形转换为电压信号,通过校准得到的电信号与力、力矩的对应矩阵,计算获得作用在试验模型上的气动力。风洞试验过程中,试验开始与试验结束后会有温度的变化,而天平弹性元件上的应变计会受到该环境温度变化的影响,其原因,一是应变片电阻本身具有电阻温度系数;二是弹性元件与应变片两者之间的线膨胀系数不同,即使无外力作用,即无应变现象,由于环境温度的变化引起应变片电阻值的改变,从而产生测量误差。
目前,针对风洞试验过程中天平受温度环境变化产生测量偏差,主要解决方案包括以下几种:
1.专利公开号为CN114674520A公开了一种用于测力风洞试验应变天平的灵敏度温度效应修正方法,通过灵敏度修正的方式实现温度补偿,然而其弊端有两个方面:一是需要消耗大量时间进行温度补偿,特别是对于风洞试验来说,对数量众多的天平进行温度补偿需要消耗大量的人力与时间成本,二是由于温度补偿并非线性,当温度偏差过大的时候,温度补偿效果依然存在偏差;
2.专利公开号为CN104180966B公开了一种水冷天平,通过液体冷却的方式,保证天平一直处于与校准状态一致的温度,然而该专利存在以下弊端:一是体积较大,在天平布置水冷管占用天平的可设计空间,二是无法实现精确地温控,三是由于冷却液的回转效应,影响天平的测量精准度,产生额外的误差,四是加工困难,并且存在漏水的风险;
3.采用波纹管式水冷天平,其弊端为阻力测量误差大,调试安装繁琐,容易损坏等问题。
发明内容
本发明研发目的是为了解决目前针对风洞实验过程中天平受温度变化产生测量偏差的问题,因此提出一种具备温度自调节功能的天平装置及安装与调节方法用以解决上述问题。在下文中给出了关于本发明的简要概述,以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解,这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分,也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案:
方案一:一种具备温度自调节功能的天平装置,包括风洞天平,所述风洞天平包括天平模型端、天平支杆端和天平测量元件,天平模型端、天平测量元件和天平支杆端依次设置,天平模型端的模型端等直段和天平支杆端的支杆端等直段上分别圆周阵列有多个安装槽,每个安装槽内安装有半导体制冷片,安装槽内设置有铍青铜散热片,铍青铜散热片布置在半导体制冷片上方,天平测量元件上设置有温度传感器和应变计。
进一步的,所述模型端等直段和支杆端等直段上圆周阵列有多个走线槽,每个走线槽与安装槽连通,半导体制冷片的外引线放置在走线槽内。
进一步的,所述半导体制冷片与安装槽之间设置有导热硅脂,半导体制冷片与铍青铜散热片之间设置有导热硅脂。
进一步的,所述半导体制冷片上安装有绝热橡胶,铍青铜散热片上加工有散热槽。
进一步的,所述温度传感器为PT100温度传感器,半导体制冷片为T.E.C半导体制冷片。
方案二:基于方案一所述的一种具备温度自调节功能的天平装置的安装方法,包括以下步骤:
步骤一:在风洞天平的模型端等直段、支杆端等直段上分别加工四个安装槽和走线槽,相邻安装槽之间呈90°夹角设置,安装槽尺寸为10mm*10mm*4mm,走线槽的尺寸为2mm*1mm,安装槽表面平面度小于0.03mm;
步骤二:将温度传感器通过胶水粘贴在天平测量元件上,温度传感器与应变计的距离控制在2mm以上,温度传感器的灵敏度高于0.1℃;
步骤三:将绝热橡胶安装在每个安装槽内,在每个安装槽内涂抹一层导热硅脂,导热硅脂的厚度小于0.5mm,再将半导体制冷片放置在绝热橡胶内,用于制冷作用的半导体制冷片,将半导体制冷片的制冷端与安装槽的底面接触,用于制热作用的半导体制冷片,将半导体制冷片的制热端与安装槽的底面接触;
步骤四:将半导体制冷片向上的面涂抹一层导热硅脂,将铍青铜散热片安装在半导体制冷片的上方,使用螺丝将铍青铜散热片与风洞天平连接,完成半导体制冷片的安装。
方案三:基于方案一所述的一种具备温度自调节功能的天平装置的调节方法,包括以下步骤:
步骤一:将所有安装槽内的半导体制冷片与电源连接,选用电源为直流1V电源,电源文波系数高于10%;
步骤二:选用风洞天平校准温度为24.2℃,将目标温度设定为24.2℃;
步骤三:进行风洞实验,温度传感器测得的温度高于24.2℃时,用于制冷作用的半导体制冷片通电工作,将风洞天平的温度下降至24.2℃后,半导体制冷片停止通电;
步骤四:当温度传感器测得的温度低于24.2℃时,用于制热作用的半导体制冷片通电工作,将风洞天平的温度提升至24.2℃后,半导体制冷片停止通电。
本发明具有以下有益效果:
1.本发明的一种具备温度自调节功能的天平装置可实现制冷和制热的快速切换,根据温度传感器所感应到的温度对制热或制冷作用的半导体制冷片进行通电,保证天平处于最佳温度范围内,减少温度效应造成的天平测量误差,提高试验数据的可靠性;
2.本发明的一种具备温度自调节功能的天平装置在制冷过程中不会使用任何制冷剂,也没有旋转部件,因此相比于水冷方式不会产生回转效应,不会影响天平测量的精度,在半导体制冷片工作的过程中不会产生任何的电子信号干扰,不会影响风洞天平的测量;
3.本发明的一种具备温度自调节功能的天平装置所采用的的半导体制冷片为T.E.C半导体制冷片,其寿命超过20万小时,失效率低,温度传感器采用的是PT100温度传感器,通过输入电流的控制,可实现在0.1℃范围内的精准温控,半导体制冷片可以便捷的拆卸或安装在不同天平的安装槽内,可反复进行使用。
附图说明
图1是风洞天平的结构示意图;
图2是半导体制冷片的安装示意图;
图3是一种具备温度自调节功能的天平装置的总体布局示意图;
图4是铍青铜散热片的示意图;
图5是半导体制冷片的示意图;
图6是绝热橡胶的示意图;
图7是一种具备温度自调节功能的天平装置自动化程序流程图。
图中1-风洞天平,2-温度传感器,3-半导体制冷片,4-铍青铜散热片,5-绝热橡胶,6-导热硅脂,7-应变计,8-散热槽,11-天平模型端,12-天平支杆端,13-天平测量元件,14-模型端等直段,15-支杆端等直段,16-安装槽,17-走线槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接,所述固定连接(即为不可拆卸连接)包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式,所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式,未明确限定具体连接方式时,默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能,本领域技术人员可根据需要自行选择。例如:固定连接选择焊接连接,可拆卸连接选择铰链连接。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1,结合图1-图7说明本实施例,本实施例的一种具备温度自调节功能的天平装置,包括风洞天平1,所述风洞天平1包括天平模型端11、天平支杆端12和天平测量元件13,天平模型端11、天平测量元件13和天平支杆端12依次设置,天平模型端11的模型端等直段14和天平支杆端12的支杆端等直段15上分别圆周阵列有多个安装槽16,每个安装槽16内安装有半导体制冷片3,根据制冷作用和制热作用的不同,半导体制冷片3的布置方式也不同,具有制冷作用的半导体制冷片3,将半导体制冷片3的制冷端与安装槽16的底面接触,具有制热作用的半导体制冷片3,将半导体制冷片3的制热端与安装槽16的底面接触,安装好半导体制冷片后,将铍青铜散热片4放置在半导体制冷片3的上方,风洞天平1的天平测量元件13上设置有温度传感器2和应变计7;
所述安装槽16上分别连接有走线槽17,走线槽17用于放置半导体制冷片3的外引线,半导体制冷片3与安装槽16之间涂抹有导热硅脂6,半导体制冷片3与铍青铜散热片4之间也涂抹有一层导热硅脂6,导热硅脂6提高风洞天平1、半导体制冷片3与铍青铜散热片4之间温度传递的效果;
所述半导体制冷片3的四周安装有绝热橡胶5,绝热橡胶5起到防止半导体制冷片3制冷端与制热端窜热的问题,铍青铜散热片4上加工有散热槽8,在散热槽8的作用下,铍青铜散热片4的散热效果更好,所述温度传感器2为PT100温度传感器,半导体制冷片3为T.E.C半导体制冷片。
实施例2,结合图1-图7说明本实施例,本实施例的一种具备温度自调节功能的天平装置的安装方法,包括以下步骤:
步骤一:在风洞天平1的模型端等直段14、支杆端等直段15上分别加工四个安装槽16和走线槽17,相邻安装槽16之间呈90°夹角设置,安装槽16尺寸为10mm*10mm*4mm,走线槽17的尺寸为2mm*1mm,安装槽表面平面度小于0.03mm;
步骤二:将温度传感器2通过胶水粘贴在天平测量元件13上,温度传感器2与应变计7的距离控制在2mm以上,温度传感器2的灵敏度高于0.1℃;
步骤三:将绝热橡胶5安装在每个安装槽16内,在每个安装槽16内涂抹一层导热硅脂6,导热硅脂6的厚度小于0.5mm,再将半导体制冷片3放置在绝热橡胶5内,用于制冷作用的半导体制冷片3,将半导体制冷片3的制冷端与安装槽16的底面接触,用于制热作用的半导体制冷片3,将半导体制冷片3的制热端与安装槽16的底面接触;
步骤四:将半导体制冷片3向上的面涂抹一层导热硅脂6,将铍青铜散热片4安装在半导体制冷片3的上方,使用螺丝将铍青铜散热片4与风洞天平1连接,完成半导体制冷片3的安装。
实施例3,结合图1-图7说明本实施例,本实施例的一种具备温度自调节功能的天平装置的调节方法,包括以下步骤:
步骤一:将所有安装槽16内的半导体制冷片3与电源连接,选用电源为直流1V电源,电源文波系数高于10%;
步骤二:选用风洞天平校准温度为24.2℃,将目标温度设定为24.2℃;
步骤三:进行风洞实验,温度传感器2测得的温度高于24.2℃时,用于制冷作用的半导体制冷片3通电工作,将风洞天平1的温度下降至24.2℃后,半导体制冷片3停止通电;
步骤四:当温度传感器2测得的温度低于24.2℃时,用于制热作用的半导体制冷片3通电工作,将风洞天平1的温度提升至24.2℃后,半导体制冷片3停止通电。
本实施例只是对本发明的示例性说明,并不限定它的保护范围,本领域技术人员还可以对其局部进行改变,只要没有超出本发明的精神实质,都在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种具备温度自调节功能的天平装置,其特征在于:包括风洞天平(1),所述风洞天平(1)包括天平模型端(11)、天平支杆端(12)和天平测量元件(13),天平模型端(11)、天平测量元件(13)和天平支杆端(12)依次设置,天平模型端(11)的模型端等直段(14)和天平支杆端(12)的支杆端等直段(15)上分别圆周阵列有多个安装槽(16),每个安装槽(16)内安装有半导体制冷片(3),安装槽(16)内设置有铍青铜散热片(4),铍青铜散热片(4)布置在半导体制冷片(3)上方,天平测量元件(13)上设置有温度传感器(2)和应变计(7)。
2.根据权利要求1所述的一种具备温度自调节功能的天平装置,其特征在于:所述模型端等直段(14)和支杆端等直段(15)上圆周阵列有多个走线槽(17),每个走线槽(17)与安装槽(16)连通,半导体制冷片(3)的外引线放置在走线槽(17)内。
3.根据权利要求2所述的一种具备温度自调节功能的天平装置,其特征在于:所述半导体制冷片(3)与安装槽(16)之间设置有导热硅脂(6),半导体制冷片(3)与铍青铜散热片(4)之间设置有导热硅脂(6)。
4.根据权利要求3所述的一种具备温度自调节功能的天平装置,其特征在于:所述半导体制冷片(3)上安装有绝热橡胶(5),铍青铜散热片(4)上加工有散热槽(8)。
5.根据权利要求4所述的一种具备温度自调节功能的天平装置,其特征在于:所述温度传感器(2)为PT100温度传感器,半导体制冷片(3)为T.E.C半导体制冷片。
6.权利要求5所述的一种具备温度自调节功能的天平装置的安装方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:在风洞天平(1)的模型端等直段(14)、支杆端等直段(15)上分别加工四个安装槽(16)和走线槽(17),相邻安装槽(16)之间呈90°夹角设置,安装槽(16)尺寸为10mm*10mm*4mm,走线槽(17)的尺寸为2mm*1mm,安装槽表面平面度小于0.03mm;
步骤二:将温度传感器(2)通过胶水粘贴在天平测量元件(13)上,温度传感器(2)与应变计(7)的距离控制在2mm以上,温度传感器(2)的灵敏度高于0.1℃;
步骤三:将绝热橡胶(5)安装在每个安装槽(16)内,在每个安装槽(16)内涂抹一层导热硅脂(6),导热硅脂(6)的厚度小于0.5mm,再将半导体制冷片(3)放置在绝热橡胶(5)内,用于制冷作用的半导体制冷片(3),将半导体制冷片(3)的制冷端与安装槽(16)的底面接触,用于制热作用的半导体制冷片(3),将半导体制冷片(3)的制热端与安装槽(16)的底面接触;
步骤四:将半导体制冷片(3)向上的面涂抹一层导热硅脂(6),将铍青铜散热片(4)安装在半导体制冷片(3)的上方,使用螺丝将铍青铜散热片(4)与风洞天平(1)连接,完成半导体制冷片(3)的安装。
7.权利要求5所述的一种具备温度自调节功能的天平装置的调节方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将所有安装槽(16)内的半导体制冷片(3)与电源连接,选用电源为直流1V电源,电源文波系数高于10%;
步骤二:选用风洞天平校准温度为24.2℃,将目标温度设定为24.2℃;
步骤三:进行风洞实验,温度传感器(2)测得的温度高于24.2℃时,用于制冷作用的半导体制冷片(3)通电工作,将风洞天平(1)的温度下降至24.2℃后,半导体制冷片(3)停止通电;
步骤四:当温度传感器(2)测得的温度低于24.2℃时,用于制热作用的半导体制冷片(3)通电工作,将风洞天平(1)的温度提升至24.2℃后,半导体制冷片(3)停止通电。
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