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一种低速洞一体化方向动压组合探针测量装置

阅读:3发布:2021-07-10

专利汇可以提供一种低速洞一体化方向动压组合探针测量装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种低速 风 洞一体化方向动压组合探针测量装置,该装置包括有探针、 外壳 、气压转换 基座 、汇气室、PCB板、 电连接器 以及后盖;探针与外壳相连;气压转换基座安装于外壳内部;探针的引压管与基座前端通孔相连;基座的前端通孔右侧引压管通过气压软管连接到汇气室的左侧进气口;汇气室的右侧进气口通过气压软管连接到基座的后端通孔左侧引压管;基座的后端通孔右侧引压管由气压堵头密封;压 力 传感器 与汇气室的传感器连接孔相连;PCB板与电连接器相连;电连接器安装于后盖上;后盖安装于外壳尾部。该装置能够准确的测量出风洞中的流场参数,同时具有设备 稳定性 好、抗干扰能力强、制造成本低、安装维护方便以及装置静态校准简单等优点。,下面是一种低速洞一体化方向动压组合探针测量装置专利的具体信息内容。

1.一种低速洞一体化方向动压组合探针测量装置,其特征是:包括有探针、外壳、气压转换基座、汇气室、PCB板、电连接器以及后盖;所述探针与外壳通过工装结构固定在一条轴线上;所述气压转换基座通过螺钉固定于外壳内部;所述汇气室焊接于气压转换基座上;
所述气压转换基座的前端和后端分别设置有前端通孔和后端通孔;所述前端通孔的右侧与后端通孔的左侧及右侧均焊接有引压管;所述探针后端设置的引压管与气压转换基座的前端通孔左侧相连;所述气压转换基座的前端通孔右侧引压管通过气压软管连接到汇气室的左侧进气口;所述汇气室的右侧进气口通过气压软管连接到气压转换基座的后端通孔左侧引压管;所述气压转换基座的后端通孔右侧引压管由气压堵头密封;所述PCB板上安装有压传感器;所述压力传感器与汇气室的传感器连接孔相连;所述PCB板通过电缆与电连接器相连;所述电连接器通过螺钉固定于后盖上;所述后盖通过螺钉固定于外壳尾部。
2.根据权利要求1所述的一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置,其特征是:
所述探针上的前端为半球面,半球面顶部沿球心方向布置有一个感压孔P5,在半球面上距感压孔P5 与球心连线的45°位置沿球心方向对称布置有四个感压孔,分别为感压孔P1、感压孔P2、感压孔P3、感压孔P4,感压孔P1和感压孔P3对称设置,感压孔P2和感压孔P4对称设置;所述探针径向上设置有一个静压孔P0,静压孔P0沿探针轴线到探针半球球心的距离为探针直径的5倍;探针上所有所述感压孔与所述静压孔的孔径大小一致,且各自与一根引压管连接。
3.根据权利要求1所述的一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置,其特征是:
气压转换基座的前端布置有6个前端通孔,分别为前端通孔a0、前端通孔a1、前端通孔a2、前端通孔a3、前端通孔a4、前端通孔a5;气压转换基座的后端布置有6个后端通孔,分别为后端通孔b0、后端通孔b1、后端通孔b2、后端通孔b3、后端通孔b4、后端通孔b5;所有所述前端通孔的左侧与后端通孔的左侧及右侧各自焊接有一个根引压管。
4.根据权利要求3所述的一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置,其特征是:
所述前端通孔a0、前端通孔a1、前端通孔a2、前端通孔a3、前端通孔a4、前端通孔a5分别对应与静压孔P0、感压孔P1、感压孔P2、感压孔P3、感压孔P4各自连接的引压管连通。
5.根据权利要求1所述的一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置,其特征是:
所述气压转换基座上焊接固定有6个汇气室,分别为汇气室c0、汇气室c1、汇气室c2、汇气室c3、汇气室c4、汇气室c5;每个所述汇气室为长方体空腔结构,汇气室的左右两侧各有一个进气口,汇气室顶部具有传感器连接孔,其中,汇气室c5具有5个传感器连接孔,汇气室c0、汇气室c1、汇气室c2、汇气室c3、汇气室c4各自具有1个传感器连接孔;所述汇气室的左、右进气口和传感器连接孔在汇气室内部相通。
6.根据权利要求5所述的一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置,其特征是:
所述汇气室c0、汇气室c1、汇气室c2、汇气室c3、汇气室c4、汇气室c5的左侧进气口分别通过气压软管对应连接前端通孔a0的右侧引压管、前端通孔a1的右侧引压管、前端通孔a2的右侧引压管、前端通孔a3的右侧引压管、前端通孔a4的右侧引压管、前端通孔a5的右侧引压管。
7.根据权利要求5所述的一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置,其特征是:
所述汇气室c0、汇气室c1、汇气室c2、汇气室c3、汇气室c4、汇气室c5的右侧进气口分别通过气压软管对应连接后端通孔b0的左侧引压管、后端通孔b1的左侧引压管、后端通孔b2的左侧引压管、后端通孔b3的左侧引压管、后端通孔b4的左侧引压管、后端通孔b5的左侧引压管。
8.根据权利要求1所述的一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置,其特征是:
所述PCB板上设置有压力传感器、温度传感器、信号调理模、AD转换模块、数据采集及处理模块、以太网通讯模块;所述压力传感器为微型差压传感芯片,数量为5个;所述温度传感器为数字式温度传感芯片,数量为1个。
9.根据权利要求5所述的一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置,其特征是:
所述汇气室c5的5个传感器连接孔分别与PCB板上的5个压力传感器的测量端感压管CH0+、测量端感压管CH1+、测量端感压管CH2+、测量端感压管CH3+、测量端感压管CH4+相连,汇气室c0的传感器连接孔与压力传感器的参考端感压管CH0-相连,汇气室c1的传感器连接孔与压力传感器的参考端感压管CH1-相连,汇气室c2的传感器连接孔与压力传感器的参考端感压管CH2-相连,汇气室c3的传感器连接孔与压力传感器的参考端感压管CH3-相连,汇气室c4的传感器连接孔与压力传感器的参考端感压管CH4-相连。
10.根据权利要求1所述的一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置,其特征是:所述外壳为圆柱形结构,外壳的前端有锥形过渡段,外壳内部为长方体空腔结构,过渡段内部为圆柱形空腔结构,外壳过渡段空腔的直径与探针的外径相同;所述气压转换基座为U形结构。

说明书全文

一种低速洞一体化方向动压组合探针测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及的是风洞流场参数测量技术领域,尤其是一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置。

背景技术

[0002] 目前,风洞中的流场参数测量通常是采用气动探针来实现。即将气动探针置于风洞流场中,通过探针上的引压孔来获取风洞流场的气压,并使用引压管将气压引出到洞体外,然后,在洞体外部配置具有压传感器放大器数据采集器的测量系统对气压数据进行采集与处理,从而实现气流速度大小、气流方向偏、气流动压等风洞流场参数的测量。这种传统的测量方式主要存在以下不足:1)通过引压管将气压从风洞洞体内部引出到洞体外部再进行测量,由于引压距离比较长,因此,会使得引压管内气流的流动产生畸变、滞后和失真,从而导致无法准确的获取到流场中的动态信息。2)洞体外部配置的测量系统设备复杂,导致系统外部干扰引入点多,从而使得系统的稳定性与抗干扰能力差。此外,复杂的测量设备也使得系统的成本很高。3)由于引压管需要从洞体内引出到洞体外,因此,设备的安装维护非常麻烦,人力资源浪费大。

发明内容

[0003] 本发明的目的,就是针对现有技术所存在的不足,而提供一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置的技术方案,该方案将方向动压组合探针与测量单元融为一体,实现了风洞流场参数的准确测量,提高了装置的稳定性与抗干扰能力,降低了设备成本以及安装维护难度。
[0004] 本方案是通过如下技术措施来实现的:一种低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置,包括有探针、外壳、气压转换基座、汇气室、PCB板、电连接器以及后盖;探针与外壳通过工装结构固定在一条轴线上;气压转换基座通过螺钉固定于外壳内部;汇气室焊接于气压转换基座上;气压转换基座的前端和后端分别设置有前端通孔和后端通孔;所述前端通孔的右侧与后端通孔的左侧及右侧均焊接有引压管;探针后端设置的引压管与气压转换基座的前端通孔左侧相连;气压转换基座的前端通孔右侧引压管通过气压软管连接到汇气室的左侧进气口;汇气室的右侧进气口通过气压软管连接到气压转换基座的后端通孔左侧引压管;气压转换基座的后端通孔右侧引压管由气压堵头密封;PCB板上安装有压力传感器;压力传感器与汇气室的传感器连接孔相连;PCB板通过电缆与电连接器相连;电连接器通过螺钉固定于后盖上;后盖通过螺钉固定于外壳尾部。
[0005] 作为本方案的优选:探针上的前端为半球面,半球面顶部沿球心方向布置有一个感压孔P5,在半球面上距感压孔P5 与球心连线的45°位置沿球心方向对称布置有四个感压孔,分别为感压孔P1、感压孔P2、感压孔P3、感压孔P4,感压孔P1和感压孔P3对称设置,感压孔P2和感压孔P4对称设置;探针径向上设置有一个静压孔P0,静压孔P0沿探针轴线到探针半球球心的距离为探针直径的5倍;探针上所有所述感压孔与所述静压孔的孔径大小一致,且各自与一根引压管连接。
[0006] 作为本方案的优选:气压转换基座的前端布置有6个前端通孔,分别为前端通孔a0、前端通孔a1、前端通孔a2、前端通孔a3、前端通孔a4、前端通孔a5;气压转换基座的后端布置有6个后端通孔,分别为后端通孔b0、后端通孔b1、后端通孔b2、后端通孔b3、后端通孔b4、后端通孔b5;所有前端通孔的左侧与后端通孔的左侧及右侧各自焊接有一个根引压管。
[0007] 作为本方案的优选:前端通孔a0、前端通孔a1、前端通孔a2、前端通孔a3、前端通孔a4、前端通孔a5分别对应与静压孔P0、感压孔 P1、感压孔P2、感压孔P3、感压孔P4各自连接的引压管连通。
[0008] 作为本方案的优选:气压转换基座上焊接固定有6个汇气室,分别为汇气室c0、汇气室c1、汇气室c2、汇气室c3、汇气室c4、汇气室c5;每个所述汇气室为长方体空腔结构,汇气室的左右两侧各有一个进气口,汇气室顶部具有传感器连接孔,其中,汇气室c5具有5个传感器连接孔,汇气室c0、汇气室c1、汇气室c2、汇气室c3、汇气室c4各自具有1个传感器连接孔;所述汇气室的左、右进气口和传感器连接孔在汇气室内部相通。
[0009] 作为本方案的优选:汇气室c0、汇气室c1、汇气室c2、汇气室c3、汇气室c4、汇气室c5的左侧进气口分别通过气压软管对应连接前端通孔a0的右侧引压管、前端通孔a1的右侧引压管、前端通孔a2的右侧引压管、前端通孔a3的右侧引压管、前端通孔a4的右侧引压管、前端通孔a5的右侧引压管。
[0010] 作为本方案的优选:汇气室c0、汇气室c1、汇气室c2、汇气室c3、汇气室c4、汇气室c5的右侧进气口分别通过气压软管对应连接后端通孔b0的左侧引压管、后端通孔b1的左侧引压管、后端通孔b2的左侧引压管、后端通孔b3的左侧引压管、后端通孔b4的左侧引压管、后端通孔b5的左侧引压管。
[0011] 作为本方案的优选:PCB板上设置有压力传感器、温度传感器、信号调理模、AD转换模块、数据采集及处理模块、以太网通讯模块;压力传感器为微型差压传感芯片,数量为5个;温度传感器为数字式温度传感芯片,数量为1个。
[0012] 作为本方案的优选:汇气室c5的5个传感器连接孔分别与PCB板上的5个压力传感器的测量端感压管CH0+、测量端感压管CH1+、测量端感压管CH2+、测量端感压管CH3+、测量端感压管CH4+相连,汇气室c0的传感器连接孔与压力传感器的参考端感压管CH0-相连,汇气室c1的传感器连接孔与压力传感器的参考端感压管CH1-相连,汇气室c2的传感器连接孔与压力传感器的参考端感压管CH2-相连,汇气室c3的传感器连接孔与压力传感器的参考端感压管CH3-相连,汇气室c4的传感器连接孔与压力传感器的参考端感压管CH4-相连。
[0013] 作为本方案的优选:外壳为圆柱形结构,外壳的前端有锥形过渡段,外壳内部为长方体空腔结构,过渡段内部为圆柱形空腔结构,外壳过渡段空腔的直径与探针的外径相同;气压转换基座为U形结构。
[0014] 本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知,本发明的有益效果为:1、本发明装置采用探针感压孔P5的压力信号同时作为5个压力传感器的测量信号,并且采用静压孔P0、感压孔P1、感压孔P2、感压孔P3、感压孔P4的压力信号分别作为各个压力传感器的参考信号,通过测量感压孔P5与静压孔P0、感压孔P1、感压孔P2、感压孔P3、感压孔P4的压力差值来计算分析出风洞流场中动压、方向角等流场参数。通过这种方式,无需通过引压管从风洞外引入参考大气压或固定的参考压力,安装使用方便。同时,这种方式能够在低速风洞中提升探针压力传感器测量端与参考管的压力差值,易于高精度微差压传感器制造,提升测量精度。
[0015] 2、本发明装置内部具有静态校准接口,可以很方便、快捷的对该装置进行静态校准。即首先将探针上的感压孔与静压孔堵住,然后,取下后盖与气压堵头,并从气压转换基座后端通孔的右侧引压管施加标准压力,最后再由PCB板采集压力数据并与标准压力进行比对,进而实现装置的静态校准。
[0016] 3、本发明装置通过气压转换基座、汇气室和气压软管的固定连接进行压力信号的传输,制造工艺简单、工作可靠、维护和使用方便。
[0017] 4、本发明将气动探针与测量单元融为一体,使用测量单元上的压力传感器就近对风洞流场气压进行获取,大大的缩短了引压管的长度,从而能够很好的获取到流场中的动态信息,并更加准确的测量出风洞中的流场参数。
[0018] 5、本发明将压力传感器、信号调理模块、AD转换模块、数据采集及处理模块以及以太网通讯模块全部集成在一个PCB板上组成一个小型化测量单元,使用该测量单元就近对流场参数信息进行采集与处理,并将处理后的数据以数字信号的形式传输到风洞洞体外部。通过这种集成式的测量单元以及数字信号的传输方式,使得本发明装置的可靠性与抗干扰能力得到很大提高。
[0019] 此外,通过这种集成式的小型化测量单元还省去了传统气动探针测量系统中的放大器、数据采集器、稳压电源、机箱控制柜以及复杂传输线路等,大大的降低了设备成本。
[0020] 6、本发明由于省去了长距离的引压管路及外部复杂的测量系统,测量时只需要将本发明装置固定于风洞流场中即可,因此,本发明的安装维护非常方便,人力资源消耗很低。
[0021] 7、本发明的PCB板上布置有温度传感器,通过测量压力传感器的环境温度,可实现压力传感器测量值的温度补偿,进而提高风洞流场参数测量的准确性。
[0022] 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地进步,其实施的有益效果也是显而易见的。附图说明
[0023] 图1为本发明装置结构示意图。
[0024] 图2为探针结构示意图。
[0025] 图3为外壳内部结构示意图。
[0026] 图4为气压转换基座结构示意图。
[0027] 图5为PCB板的传感器布局示意图。
[0028] 图中,1为探针,2为外壳,3为后盖,4为电连接器,5为气压转换基座,6为汇气室,7为PCB板,8为压力传感器,9为电缆,10为气压堵头,11为气压软管,12为引压管,13为感压孔,14为温度传感器,15为前端通孔右侧引压管,16为后端通孔左侧引压管,17为后端通孔右侧引压管,P0为静压孔,P1至P5为各感压孔,a0至a5为各前端通孔,b0至b5为各后端通孔,c0至c5为各汇气室,CH0+至CH4+为各测量端感压管,CH0-至CH4-为各参考端感压管。

具体实施方式

[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 通过图1、图2、图3、图4能够看出,本方案的结构包括有探针、外壳、气压转换基座、汇气室、PCB板、电连接器以及后盖。探针与外壳通过工装结构固定在一条轴线上;气压转换基座通过螺钉固定于外壳内部;汇气室焊接于气压转换基座上;探针的引压管与气压转换基座的前端通孔相连;气压转换基座的前端通孔右侧引压管通过气压软管连接到汇气室的左侧进气口;汇气室的右侧进气口通过气压软管连接到气压转换基座的后端通孔左侧引压管;气压转换基座的后端通孔右侧引压管由气压堵头密封;PCB板上安装有压力传感器;压力传感器与汇气室的传感器连接孔相连;PCB板通过电缆与电连接器相连;电连接器通过螺钉固定于后盖上;后盖通过螺钉固定于外壳尾部。
[0032] 实施例:在某低速风洞中,风洞试验段最大风速为10m/s,采用低速风洞一体化方向动压组合探针测量装置对风洞中的流场参数进行测量,该装置的探针直径为12mm,探针长度为290mm,探针上感压孔与静压孔的孔径为0.8mm,外壳的直径为40mm,外壳整体长度为248mm,外壳过渡段的长度为60mm。该装置的PCB板有5路压力测量通道(差压),测压量程为0~100Pa,精度为±0.3%FS。该装置的PCB板采用以太网(TCP/IP)与测量系统计算机进行数据交互,数据更新率为50Hz。
[0033] 吹风试验前,首先将本发明装置安装于风洞流场中,并使用电缆从本发明装置的电连接器连接到洞体外部的测量计算机。吹风试验时,风洞流场中的气压从探针上的静压孔P0、感压孔P1、感压孔P2、感压孔P3、感压孔P4、感压孔P5进入,并沿着相应的压力传输路径(包括引压管、气压转换基座前端通孔、气压软管和汇气室)进入5个压力传感器的感压管,即是静压孔P0处的气压进入第0测量通道压力传感器的参考端感压管CH0-,感压孔P1处的气压进入第1测量通道压力传感器的参考端感压管CH1-,感压孔P2处的气压进入第2测量通道压力传感器的参考端感压管CH2-,感压孔P3处的气压进入第3测量通道压力传感器的参考端感压管CH3-,感压孔P4处的气压进入第4测量通道压力传感器的参考端感压管CH4-,感压孔P5处的气压分别进入5个压力传感器的测量端感压管CH0+、感压管CH1+、感压管CH2+、感压管CH3+,感压管CH4+,5个压力传感器所获取到的压力值再由装置内部的测量单元进行数据采集、温度补偿以及数据分析处理得到感压孔P5与静压孔P0的压力差值△P50、感压孔P5与感压孔P1的压力差值△P51、感压孔P5与感压孔P2的压力差值△P52、感压孔P5与感压孔P3的压力差值△P53、感压孔P5与感压孔P4的压力差值△P54。风洞流场的动压即为△P50,根据低速风洞动压与气流速度的关系,计算得到风洞流场的气流速度。通过△P51、△P52、△P53、△P54计算得到表征风洞气流偏角特性的压力系数,再根据探针的压力系数与气流方向偏角的校准曲线关系,分析得到风洞流场的气流偏角。最后,动压、气流速度、气流偏角等流场参数数据再由PCB上的以太网通讯模块传输到洞体外部的测量计算机上。
[0034] 当需要对本装置进行静态校准时,首先,将本发明装置从风洞中取出。然后,将探针上的感压孔与静压孔堵住,同时取下装置的后盖以及气压转换基座后端通孔右侧引压管上的气压堵头,并从气压转换基座后端通孔的右侧引压管施加标准压力,最后,再由PCB板采集压力数据并与标准压力进行比对,进而实现本装置的静态校准。
[0035] 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。
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