CN116256101A - 一种动态压力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态压力测量装置，包括：前置引压段，其两端分别设有第一安装接头和第二安装接头；传感器安装座，具有彼此连通并呈T字形布置的第一接口、第二接口和第三接口，其中，所述第一接口和所述第二接口同轴，并且所述第一接口与所述第二安装接头连接，所述第三接口与压力传感器连接；后置导波段，其一端与所述第二接口连接，并且所述后置导波段的长度是所述前置引压段的长度5倍以上；以及吸声模块，其密封安装在所述后置导波段的另一端。本发明通过在后置导波段末端设置吸声模块，可以避免末端声波反射对测量信号的干扰，从而提升半无限长管法测量动态压力的可用性，并且可以减小后置导波段的长度，使装置结构简化。

Description

一种动态压力测量装置

技术领域

本发明属于动态压力测量技术领域，具体涉及一种可适用于高温环境的动态压力测量装置。

背景技术

测量腔体内的动态压力是腔体声学测量和腔体状态监测的重要内容。腔体内的动态压力测量通常有两种方式，直接测量和间接测量。直接测量是将动态压力传感器或者麦克风直接安装在腔体壁面，传感器受感部与腔体内壁面重合或者接近。间接测量是采用引压的方式，将腔体内部压力引出，在腔体外部完成腔体动态压力的测量。对于腔体壁温和内部气体温度较高的情形，一般传感器无法适用，而采用高温型传感器则成本很高且灵敏度较低。采用间接测量方法可规避高温腔体温度对传感器的限制，同时可大大降低测量系统的成本，并提高测量的灵敏度。

采用引压方式测量动态压力的理论依据是声学半无限长管方法。通过将引压管的后半段长度增大至足够长，声波传递经过传感器受感部位后其能量将大大衰减，这在引压管内就不会形成驻波，从而可以实现宽频范围内的动态压力测量。然而，实际的测量中末端导波管道不可能无限长，声波到达管道末端后不可避免存在一定反射。此外，通过大幅度加长末端导波管也会导致系统更加复杂，装置更重，不便于实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态压力测量装置，以解决上述问题。为此，本发明采用的技术方案如下：

一种动态压力测量装置，包括：

前置引压段，所述前置引压段的两端分别设有第一安装接头和第二安装接头；

传感器安装座，所述传感器安装座具有彼此连通并呈T字形布置的第一接口、第二接口和第三接口，其中，所述第一接口和所述第二接口同轴，并且所述第一接口与所述第二安装接头连接，所述第三接口与压力传感器连接；

后置导波段，所述后置导波段的一端与所述第二接口连接，并且所述后置导波段的长度是所述前置引压段的长度5倍以上；以及

吸声模块，所述吸声模块密封安装在所述后置导波段的另一端。

在较佳实施例中，所述后置导波段包括直管段和螺旋管段，所述直管段一端与所述第二接口同轴连接并且另一端与所述螺旋管段连接。

在较佳实施例中，所述螺旋管段的长度是所述直管段的长度的10倍以上。

在较佳实施例中，所述直管段与所述螺旋管段之间通过直通接头连接。

在较佳实施例中，所述直管段的内径小于或等于所述螺旋管段的内径。

在较佳实施例中，所述后置导波段小于所述前置导波段的内径。

在较佳实施例中，所述前置导波段的内径小于6毫米。

在较佳实施例中，所述吸声模块包括卡套接头、吸声腔体和吸声体，所述卡套接头一端与所述后置导波段密封连接并且另一端与所述吸声腔体密封连接，所述吸声体固定安装在所述吸声腔体内。

在较佳实施例中，所述吸声体的表面具有均匀分布的多孔凸起结构。

在较佳实施例中，所述吸声体与所述卡套接头的距离大于1毫米。

本发明通过创新的装配式结构设计和末端消声结构设计使整个动态压力测量装置安装更加方便，占用空间更小，从而提升半无限长管法测量动态压力的可用性，具有以下优点：

1)本发明装置结构简洁，安装方便，可长期使用，使用成本低，有利于实际应用；

2)本发明装置适应高温环境的动态压力测量而无需采用额外的冷却结构，有利于应用于不同的场景，特别是航空发动机和燃气轮机燃烧室和相关腔体高温高压环境下的热声振荡信号测量；

3)本发明装置末端设置简易可置换吸声部件，可降低末端声波反射对测量结果的干扰，提升装置的测量信号质量，提高测量精度。

附图说明

图1是根据本发明实施例的动态压力测量的立体示意图；

图2是图1所示的动态压力测量的立体分解图；

图3是图1所示的动态压力测量的传感器安装座的剖视图；

图4是图1所示的动态压力测量的吸声模块的立体分解图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，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。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申请中的具体含义。

如图1和2所示，一种动态压力测量装置，包括：

前置引压段1，该前置引压段1的两端分别设有第一安装接头(也称为前安装接头)11和第二安装接头(也称为后安装接头)12；其中，前安装接头11与被测腔体的安装座装配连接；

传感器安装座2，该传感器安装座2具有彼此连通并呈T字形布置的第一接口(称为前接口)21、第二接口(也称为后接口)22和第三接口(也称为传感器安装孔)23，其中，前接口21和后接口22同轴，并且前接口21与前置引压段1的后安装接头12连接，传感器安装孔23与压力传感器(未示出)连接；

后置导波段3，该后置导波段3的前端与传感器安装座2的后接口22连接，并且后置导波段3的长度远大于前置引压段1的长度，例如，后置导波段3的长度是前置引压段1的长度5倍以上；以及

吸声模块4，该吸声模块4密封安装在后置导波段4的后端，以使引压管中的气体不从末端泄漏排出。

本发明通过在后置导波段3末端设置吸声模块4，可以避免末端声波反射对测量信号的干扰，从而提升半无限长管法测量动态压力的可用性，并且可以减小后置导波段3的长度，使装置结构简化。

为了方便安装，前安装接头11和后安装接头12可以采用法兰或者螺纹连接结构。在本实施例中，前安装接头11和后安装接头12为具有中心通孔的外六角螺栓，其分别焊接于前置引压段1的前后端并与前置引压段1同轴连通。该中心通孔与前置引压段1的内孔大小相同。

前置引压段1可以采用内壁光滑的金属管，而后置导波段3的内壁粗糙度没有特殊要求。被测腔体内部处于高温环境时，引压管段无需采用额外冷却方式，因为前置引压段的较细金属管的壁面散热可快速降低高温气体的温度。在本实施例中，前置引压段1是直管，后置导波段3包括直管段31和螺旋管段32。螺旋管段32的长度比直管段31的长度大得多，例如10倍以上，以减小后置导波段3的占用空间。后置导波段3的直管段31和螺旋管段32通过直通接头33连接，以方便安装。当然，直管段31和螺旋管段32也可以直接焊接在一起。

前置引压段1和后置导波段3的长度可以根据需要设置。在一具体实施例中，前置引压段1的长度是200mm，后置导波段3的直管段31的长度是25mm，螺旋管段32的长度是1500mm。

前置引压段1和后置导波段3的内径一般均小于6毫米。后置导波段3的直管段31的内径小于前置引压段1的内径，并且后置导波段3的直管段31的内径小于或者等于后置导波段3的螺旋管段32的内径。这样可以优化调节内部声波传播的阻抗条件，防止波导管内部形成低频驻波声模态，提高测量结果的稳定性。

如图2和3所示，传感器安装座2的前接口21设有内螺纹，以方便与前置引压段1连接。传感器安装座2的后接口22为快接插口，使得后置导波段3可以通过快接接头5连接于传感器安装座2的后接口22。前接口21和后接口22同轴连通，形成与前置引压段1和后置导波段3连通的导波通道24，该导波通道24的内径小于6毫米。传感器安装孔23与导波通道24垂直连通。当传感器安装在传感器安装孔23时，传感器的感应部平面与传感器安装孔23的底部的距离为0.5～10mm。传感器安装座2可以由金属或非金属材料一体成型。

如图4所示，吸声模块4包括卡套接头41、吸声腔体42和吸声体43，其中，卡套接头41一端(即，前端)与后置导波段3密封连接并且另一端(即，后端)与吸声腔体42密封连接，吸声体43固定安装在吸声腔体42内。具体地，卡套接头41与吸声腔体43之间采用O圈方式进行密封，以避免气体泄漏。吸声体43未完全充满吸声腔体42，并且卡套接头41与吸声体43之间的距离大于1毫米。这样可以优化吸声腔体内部声场，通过卡套接头41出口处的旋涡脱落，强化了声波的耗散与吸收效果，提高了半无限长管测量准确性和可靠性。吸声体43可以由柔性多孔吸声材料(例如聚氨酯海绵，弹性金属丝网，以及3D打印的金属或非金属弹性吸声材料等)制成，以提高吸声效果。优选地，吸声体43的表面具有均匀分布的多孔凸起结构。吸声体43可以是圆柱体，也可以是多面体，例如长方体等。吸声体43的外径可以稍大于吸声腔体42的内径，以使吸声体43能够塞紧在吸声腔体42内，避免在使用过程中松动。优选地，吸声体43靠近吸声腔体42的一端内径较小，即，吸声体43为圆锥台状，以方便吸声体43塞入吸声腔体42内，提高安装效率。

下面简单说明一下本发明的安装过程和工作原理。首先，将前置引压段1的前安装接头11与被测腔体的安装座装配连接，接着依次将传感器安装座2与前置引压段1连接，后置引压段3与传感器安装座2连接，然后将吸声模块4安装在后置引压段3的末端；最后将测量动态压力的传感器安装在传感器安装座2上。被测腔体的动态压力信号以平面波形式从前置引压段1传播至传感器的感应部，获得所测动态压力信号，声波经过传感器位置继续沿后置波导段3向末端传播，达到吸声模块4，在吸声模块4中声波转换为局部流体热能而被耗散掉，从而削弱了声波的反射，避免了声波反射带来的干扰，提高了半无限长管测量准确性和可靠性。

相对于现有技术，本发明具有如下益处：

1)本发明装置结构简洁，安装方便，可长期使用，使用成本低，有利于实际应用；

2)本发明装置适应高温环境的动态压力测量而无需采用额外的冷却结构，有利于应用于不同的场景，特别是航空发动机和燃气轮机燃烧室和相关腔体高温高压环境下的热声振荡信号测量；

3)本发明装置末端设置简易可置换吸声部件，可降低末端声波反射对测量结果的干扰，提升装置的测量信号质量，提高测量精度。

以上已详细描述了本发明的优选实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种动态压力测量装置，其特征在于，包括：

前置引压段，所述前置引压段的两端分别设有第一安装接头和第二安装接头；

传感器安装座，所述传感器安装座具有彼此连通并呈T字形布置的第一接口、第二接口和第三接口，其中，所述第一接口和所述第二接口同轴，并且所述第一接口与所述第二安装接头连接，所述第三接口与压力传感器连接；

后置导波段，所述后置导波段的一端与所述第二接口连接，并且所述后置导波段的长度是所述前置引压段的长度5倍以上；以及

吸声模块，所述吸声模块密封安装在所述后置导波段的另一端。

2.根据权利要求1所述的动态压力测量装置，其特征在于，所述后置导波段包括直管段和螺旋管段，所述直管段一端与所述第二接口同轴连接并且另一端与所述螺旋管段连接。

3.根据权利要求2所述的动态压力测量装置，其特征在于，所述螺旋管段的长度是所述直管段的长度的10倍以上。

4.根据权利要求2所述的压力测量装置，其特征在于，所述直管段与所述螺旋管段之间通过直通接头连接。

5.根据权利要求4所述的动态压力测量装置，其特征在于，所述直管段的内径小于或等于所述螺旋管段的内径。

6.根据权利要求1或2所述的动态压力测量装置，其特征在于，所述后置导波段小于所述前置导波段的内径。

7.根据权利要求1所述的动态压力测量装置，其特征在于，所述前置导波段的内径小于6毫米。

8.根据权利要求1所述的动态压力测量装置，其特征在于，所述吸声模块包括卡套接头、吸声腔体和吸声体，所述卡套接头一端与所述后置导波段密封连接并且另一端与所述吸声腔体密封连接，所述吸声体固定安装在所述吸声腔体内。

9.根据权利要求8所述的动态压力测量装置，其特征在于，所述吸声体的表面具有均匀分布的多孔凸起结构。

10.根据权利要求8所述的动态压力测量装置，其特征在于，所述吸声体与所述卡套接头的距离大于1毫米。

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