一种温敏漆校准装置及校准方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种温敏漆校准装置及校准方法，涉及风洞试验和图像采集技术领域，包括：校准舱，其内层设置有低温冷舱和样片舱；所述内层与外层之间设置有真空夹层舱；样片台，其下端设置在低温冷舱中，上端伸入至样片舱中；样片舱的上壁开设有样片舱窗口，样片舱正上方开设有真空夹层舱窗口，真空夹层舱窗口的正上方设置有相机和激发光源；冷却控制组件，其通过传输管线与低温冷舱相连；压力控制组件，其分别与样片舱和真空夹层舱相连；温度控制组件，其与样片台相连。本发明专利技术的低温温敏漆校准方法适用于宽温域、不同校准温度范围的低温温敏漆涂料的校准和配方性能评估和优化，能充分满足低温温敏漆配方研制需求，具有重要的推广应用价值。应用价值。应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种温敏漆校准装置及校准方法


[0001]本专利技术属于风洞试验和图像采集
，更具体地说，本专利技术涉及一种温敏漆校准装置及校准方法。

技术介绍

[0002]温敏漆（Temperature Sensitive Paint，TSP）是风洞试验中飞行器模型表面温度和边界层转捩位置测量一种先进的非接触光学测试方法。温敏漆是以一种对温度敏感的高分子聚合物探针作为温度传感器，喷涂于试验模型表面，并用一定波长的激发光进行照射激发，当模型表面温度发生变化，将导致TSP（温敏漆）涂层的发光强度随之变化，然后利用科学级相机采集TSP发光图像，并根据预先校准结果，实现模型表面的温度测量。与传统的温度传感器测量方法相比，TSP方法具有空间分辨率高、流场干扰小、可开发不同温度范围TSP涂料来满足不同温度范围的测量需求，且能够避免因布置大量温度传感器带来的模型设计困难和成本增加等问题，是很有发展前景的一种全域表面温度测量方法。
[0003]TSP测温技术是基于温度敏感探针分子的热猝灭效应，即TSP探针分子的发光量子效率随着温度升高而降低，这种光强I和温度T之间的关系满足阿列纽斯（Arrhenius）公式：式中：E
nr
是无辐射过程活化能；R是普适气体常数；T
ref
是参考温度。要实现温度的精确测量，风洞试验前需要对TSP进行预先校准，获取模型表面温度与TSP发光强度的校准关系。
[0004]TSP静态校准需要设计专用校准装置来模拟风洞试验的温度和压力条件，并采集不同校准温度和压力下的发光强度图像来计算发光强度I与校准温度T间的校准系数。该装置对于低温TSP涂料配方研制、涂料改进和静态性能标定具有重要作用。不同配方的TSP涂料测温范围不同，因此对校准装置的温度范围要求也不同，如常温TSP，校准温度范围一般在273~353K，而低温TSP校准温度范围一般在110K~323K。为了满足不同类型TSP涂料的静态校准需求，亟需发展一套适用于从低温到高温宽温域范围的TSP校准装置，尤其是涵盖低温校准条件的校准装置，以解决低温TSP技术发展需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是解决上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0006]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种温敏漆校准装置，包括：校准舱，其为双层结构，其中内层设置有低温冷舱和位于低温冷舱上方的样片舱；所述内层与外层之间设置有真空夹层舱；样片台，其下端设置在低温冷舱中，上端伸入至样片舱中；所述样片舱的上壁开设有样片舱窗口，所述样片舱正上方开设有真空夹层舱窗口，所述真空夹层舱窗口的正上方设置有相机和激发光源；
冷却控制组件，其通过传输管线与低温冷舱相连；压力控制组件，其分别与所述样片舱和真空夹层舱相连；温度控制组件，其与所述样片台相连。
[0007]优选的是，其中，所述样片台的材质为外部镀金的高纯无氧铜；所述样片舱和低温冷舱的外部设置有一层铝质防热辐射屏。
[0008]优选的是，其中，所述冷却控制组件包括：液氮杜瓦罐，其通过设置有减压阀的管路连接有第一氮气瓶，所述低温冷舱通过多层绝热的传输管线与液氮杜瓦罐相连，其中所述传输管线中设置有真空绝热层；所述液氮杜瓦罐为铝合金或不锈钢双层罐体结构，包括：杜瓦罐体，其顶部设置有压力控制机构和取液延长管，所述杜瓦罐体的罐口设置有压密封接头。
[0009]优选的是，其中，所述压力控制组件包括：压力控制器，其内置有绝对压力控制模块，所述绝对压力控制模块通过绝热传输管路与样片舱的压力控制接口相连；第二氮气瓶，其通过设置有减压阀的管路与所述绝对压力控制模块相连；真空泵，其与所述绝对压力控制模块相连；分子泵，其通过安装有真空阀的管路与真空夹层舱或样片舱相连。
[0010]优选的是，其中，所述温度控制组件包括：加热控制器，其内置于所述样片台的上端；多个温度传感器，其设置在所述样片台的外部；PID温度控制器，其分别与所述加热控制器和温度传感器相连，所述PID控制器还内置有多个控制加热环。
[0011]优选的是，其中，还包括工控机，所述压力控制器和PID温度控制器分别与工控机相连，所述工控机还连接有同步控制器，所述同步控制器分别与相机和激发光源相连。
[0012]优选的是，其中，所述压力控制器的压力调节范围为0~350kPa，绝对压力控制模块的调节精度大于0.04％，所述绝对压力控制模块通过控制器RS232、以太网接口或USB接口与工控机相连；所述分子泵为无油涡轮分子泵，分子泵的氮气抽气速度大于47L/s，极限真空大于5
×
10
‑
10
mbar。
[0013]优选的是，其中，所述PID温度控制器温度测量范围为200mK~1500K，温度控制精度大于50mK，所述PID温度控制器包括4个独立输入通道，内置四个控制加热环；所述PID温度控制器的加热功率为0.5~100W；所述加热控制器为电阻式加热控制器，具体为硅二极管温度计或电阻型温度计，温度调节速率大于1K/min。
[0014]优选的是，其中，所述相机为CCD或CMOS灰度相机，动态范围大于等于14位，图像分辨率不低于100万像素，满幅帧频不低于3帧/秒，所述相机的镜头采用24mm、35mm、50mm或85mm定焦镜头，采用580nm高通滤镜；所述相机拍摄方向垂直于温敏漆样片表面；所述激发光源为波长365nm、400nm或460nm的LED光源，激发光源照射包括脉冲和连续两种模式，激发光源控制模型为TTL，激发光源照射面光强照度为8~20mW/cm2，激发光
源的光头与测量面距离1100mm。
[0015]一种温敏漆校准方法，包括以下步骤：步骤一、 温敏漆样片准备和喷涂；校准试验所使用的低温温敏漆为铕类或钌类低温温敏漆，适用测温范围100K~300K，低温温敏漆由低温环氧树脂底漆和低温温敏漆面漆组成，温敏漆校准所用样片为直径40mm、厚度2mm的低温钢材质18Ni
‑
200圆形样片，表面粗糙度Ra小于0.4μm；首先进行低温环氧树脂底漆喷涂，喷涂前用无水乙醇清理温敏漆样片表面，然后在样片测试面均匀喷涂白色低温环氧树脂底漆，涂层厚度控制在30μm以下；低温环氧树脂底漆喷涂完成后，室温静置3个小时后放置烘箱，设置固化温度70℃，6个小时后取出；分别依次用800目、1500目和3000目砂纸对低温环氧树脂底漆进行抛光处理，并用粗糙度仪进行测量，粗糙度Ra控制在0.4μm以下；然后，在低温环氧树脂底漆上进行低温温敏漆面漆喷涂，喷涂完成后室温静置3小时后，70℃温度下固化6小时；固化后，用3000目或以上砂纸对面漆进行轻微抛光处理，涂层厚度控制在40μm以下，得到温敏漆样片；步骤二、安装温敏漆样片；首先打开校准舱排气管腿上的泄压阀使真空夹层舱压力恢复至常压，然后分别打开真空夹层舱窗口和样片舱窗口，并将底部涂有低温导热脂的温敏漆样片放置在样片舱的样片台上，用压环压紧，保证温敏漆样片与样片台保持良好的导热性；安装样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温敏漆校准装置，其特征在于，包括：校准舱，其为双层结构，其中内层设置有低温冷舱和位于低温冷舱上方的样片舱；所述内层与外层之间设置有真空夹层舱；样片台，其下端设置在低温冷舱中，上端伸入至样片舱中；所述样片舱的上壁开设有样片舱窗口，所述样片舱正上方开设有真空夹层舱窗口，所述真空夹层舱窗口的正上方设置有相机和激发光源；冷却控制组件，其通过传输管线与低温冷舱相连；压力控制组件，其分别与所述样片舱和真空夹层舱相连；温度控制组件，其与所述样片台相连。2.如权利要求1所述的温敏漆校准装置，其特征在于，所述样片台的材质为外部镀金的高纯无氧铜；所述样片舱和低温冷舱的外部设置有一层铝质防热辐射屏。3.如权利要求1所述的温敏漆校准装置，其特征在于，所述冷却控制组件包括：液氮杜瓦罐，其通过设置有减压阀的管路连接有第一氮气瓶，所述低温冷舱通过多层绝热的传输管线与液氮杜瓦罐相连，其中所述传输管线中设置有真空绝热层；所述液氮杜瓦罐为铝合金或不锈钢双层罐体结构，包括：杜瓦罐体，其顶部设置有压力控制机构和取液延长管，所述杜瓦罐体的罐口设置有压密封接头。4.如权利要求1所述的温敏漆校准装置，其特征在于，所述压力控制组件包括：压力控制器，其内置有绝对压力控制模块，所述绝对压力控制模块通过绝热传输管路与样片舱的压力控制接口相连；第二氮气瓶，其通过设置有减压阀的管路与所述绝对压力控制模块相连；真空泵，其与所述绝对压力控制模块相连；分子泵，其通过安装有真空阀的管路与真空夹层舱或样片舱相连。5.如权利要求1所述的温敏漆校准装置，其特征在于，所述温度控制组件包括：加热控制器，其内置于所述样片台的上端；多个温度传感器，其设置在所述样片台的外部；PID温度控制器，其分别与所述加热控制器和温度传感器相连，所述PID控制器还内置有多个控制加热环。6.如权利要求3
‑
5任一项所述的温敏漆校准装置，其特征在于，还包括工控机，所述压力控制器和PID温度控制器分别与工控机相连，所述工控机还连接有同步控制器，所述同步控制器分别与相机和激发光源相连。7.如权利要求4所述的温敏漆校准装置，其特征在于，所述压力控制器的压力调节范围为0~350kPa，绝对压力控制模块的调节精度大于0.04％，所述绝对压力控制模块通过控制器RS232、以太网接口或USB接口与工控机相连；所述分子泵为无油涡轮分子泵，分子泵的氮气抽气速度大于47L/s，极限真空大于5
×
10
‑
10
mbar。8.如权利要求5所述的温敏漆校准装置，其特征在于，所述PID温度控制器温度测量范围为200mK~1500K，温度控制精度大于50mK，所述PID温度控制器包括4个独立输入通道，内
置四个控制加热环；所述PID温度控制器的加热功率为0.5~100W；所述加热控制器为电阻式加热控制器，具体为硅二极管温度计或电阻型温度计，温度调节速率大于1K/min。9.如权利要求1所述的温敏漆校准装置，其特征在于，所述相机为CCD或CMOS灰度相机，动态范围大于等于14位，图像分辨率不低于100万像素，满幅帧频不低于3帧/秒，所述相机的镜头采用24mm、35mm、50mm或85mm定焦镜头，采用580nm高通滤镜；所述相机拍摄方向垂直于温敏漆样片表面；所述激发光源为波长365nm、400nm或460nm的LED光源，激发光源照射包括脉冲和连续两种模式，激发光源控制模型为TTL，激发光源照射面光强照度为8~20mW/cm2，激发光源的光头与测量面距离1100mm。10.一种温敏漆校准方法，其基于权利要求1
‑
9任一项所述的温敏漆校准装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、 温敏漆样片准备和喷涂；校准试验所使用的低温温敏漆为铕类或钌类低温温敏漆，适用测温范围100K~300K，低温温敏漆由低温环氧树脂底漆和低温温敏漆面漆组成，温敏漆校准所用样片为直径40mm、厚度2mm的钢材质18Ni
‑
200圆形样片，表面粗糙度Ra小于0.4μm；首先进行低温环氧树脂底漆喷涂，喷涂前用无水乙醇清理温敏漆样片表面，然后在样片测试面均匀喷涂白色低温环氧树脂底漆，涂层厚度控制在30μm以下；低温环氧树脂底漆喷涂完成后，室温静置3个小时后放置烘箱，设置固化温度7...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红彪，刘祥，黄辉，熊健，夏洪亚，姚丹，王均浩，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：