【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电弧加热器，具体涉及一种电弧加热器弧斑位置、转速测试装置及测试方法。
技术介绍
1、电弧加热器是开展高超声速飞行器热环境模拟试验的重要设备，电弧加热器采用电弧放电加热空气形成高温气流，高温气流加热目标材料或试验模型。电弧加热器运行时，电极的电压高、电流大，对电极的烧损严重，通过控制电弧弧斑位置、旋转运动速度及分析弧斑的传热，对延长电极寿命，提高试验可靠性，降低试验成本具有重要的作用。
2、由于电弧加热器电极带高压电，电极上的参数测试困难。电弧管内高温、高压、强辐射，使弧斑位置及旋转运动速率也难以确定，给电弧加热器电极的烧蚀研究带来极大的困难。
3、当前，亟需发展一种电弧加热器弧斑位置、转速测试装置及测试方法。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种电弧加热器弧斑位置、转速测试方法，用以实现弧斑定量测量。
2、本专利技术的电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，其特点是，所述的测试装置包括从前至后顺序连接的阴极、绝缘圈和阳极，在阴极、绝缘圈和阳极的外部套装外壳，阴极、绝缘圈和阳极与外壳之间设置有冷却管道；
3、在外壳左端的端面内安装有观察玻璃，高速相机正对观察玻璃拍摄；在外壳左侧的外壁面上设置有无线信号采集器，在外壳中段的外壁面上设置有磁场线圈；
4、阴极的管壁上沿周向均匀分布若干条传热肋，其中一条传热肋a内从前至后等
5、进一步地，所述的热电偶为铠装热电偶，偶丝为端露型，偶丝前端与阴极内壁面之间的径向距离为2mm～4mm。
6、进一步地，所述的热电偶焊接在螺钉的中心轴线上，螺钉固定在传热肋的螺孔内。
7、进一步地，所述的热电偶与无线信号采集器之间连接信号隔离器。
8、进一步地，所述的传热肋a相邻的传热肋b上设置若干个热电偶，传热肋b的上的热电偶与传热肋a的上的热电偶一一对应、轴向坐标相同，传热肋a的上的热电偶与阴极内壁面之间的径向距离为δ1，传热肋b的上的热电偶与阴极内壁面之间的径向距离为δ2，δ1＞δ2。
9、本专利技术的电弧加热器弧斑位置、转速测试方法，包括以下步骤：
10、s10.建立信号采集及传输通道；
11、将热电偶的热电偶连接线连接信号隔离器，信号隔离器连接无线信号采集器，无线信号采集器无线连接试验大厅的无线ap，无线ap连接工控机；
12、s20.开始试验，产生电弧；
13、设备通电，在阴极、绝缘圈和阳极之间贯通的内腔产生电弧；
14、s30.数据处理；
15、s31.数据传输；
16、无线信号采集器采集到热电偶的温度值，通过无线发射器传输到试验大厅的无线ap，再传输到工控机；
17、s32.确定弧斑的轴向坐标；
18、由于弧斑位置的温度高于无弧斑位置，通过相邻的两个热电偶的温度值大于剩余的热电偶的温度值判断弧斑位置，具体步骤如下：
19、设弧斑的轴向坐标为x0，弧根位置的最高温度为t0；
20、选取温度最高的且临近的三个热电偶，温度分别为t1、t2、t3，对应坐标值分别为x1、x2，x3，且x1＜x2＜x3，由于弧斑面积小，温度高，无弧斑位置的温度相对弧斑急剧下降，为了预测弧斑位置，假设t0温度分布呈三角形对称的线性分布，热电偶温度越高距弧斑距离越近；设两个热电偶之间的间距为d＝x2-x1；
21、确定弧斑轴向坐标可分为以下三种情况：
22、a.若t2＞t1＝t3，则认为弧斑轴向坐标为x0＝x2；
23、b.若t2＞t1＞t3，则认为弧斑轴向坐标在x1和x2之间；
24、由于假设温度为线性分布，因此热电偶温度与距弧斑距离成反比，弧斑与x1点热电偶距离为d1，与x2点热电偶距离为d2，则有：
25、
26、则：
27、
28、弧斑轴向坐标x0确定为：
29、
30、c.若t2>t3>t1，则认为弧斑轴向坐标在x2和x3之间；
31、由于假设温度为线性分布，因此热电偶温度与距弧斑距离成反比，弧斑与x2点热电偶的距离为d2，与x3点热电偶的距离为d3，则有：
32、
33、则：
34、
35、弧斑轴向坐标x0确定为：
36、
37、s33.确定弧斑的旋转速度；
38、弧斑沿圆周方向做旋转运动，导致各热电偶的温度值产生周期变化，根据周期变化的速率计算出弧斑的旋转速度；根据弧斑的旋转速度实时调节磁场线圈，减少弧斑对电极的烧蚀；
39、s34.计算弧斑加热的热流值；
40、利用传热肋a相邻和传热肋b上对应的热电偶，计算弧斑加热的热流值q：
41、q＝λ(t1-t2)/(δ1-δ2)
42、其中，t1为同一轴向位置传热肋a上的热电偶的温度值；t2为同一轴向位置传热肋b上的热电偶的温度值；λ为阴极材料的导热系数；
43、s35.拍摄弧斑的运动图像；
44、高速相机通过观察玻璃拍摄弧斑的运动图像。
45、本专利技术的电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，试验时，将无线数据采集器安装在电弧加热器高电压后电极，无线数据采集器采用电池供电，无线数据采集器与其他部件和地面均进行电气隔离。在阴极管壁上沿轴线等间距安装若干个热电偶，热电偶的接线通过冷却通道连接到无线数据采集器。无线数据采集器采集到温度值后通过无线发射器传输到试验大厅的无线ap，再传输到工控机。工作人员根据获得的温度值，分析各热电偶的温度值，由于弧斑位置的温度极高，相邻的两个热电偶的温度值大于剩余的热电偶的温度值，根据相邻的两个热电偶的轴向坐标位置确定弧斑的轴向位置。同时，弧斑沿圆周方向做旋转运动，导致各热电偶的温度值产生周期变化，根据周期变化的速率计算出弧斑的旋转速度。在后电极尾部设置的高速相机，也可以拍摄到弧斑的运动图像，与热电偶测试的数据进行对照分析。
46、本专利技术的电弧加热器弧斑位置、转速测试装置具有以下特点：
47、a.采用无线数据采集及传输的方式解决了电弧加热器高电压对测控系统的危害；
48、b.热电偶布置在阴极壁面的传热肋上，按照等间距布置，数量足够多，且距离内壁面较近，各热电偶能够获得阴极内壁面轴向温度分布数据；
49、c.热电偶选择直径较小的铠装热电偶，偶丝为端露型，能够实现测试信号的快速响应；
50、d.热电偶焊接在螺钉的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，其特征在于，所述的测试装置包括从前至后顺序连接的阴极(12)、绝缘圈(10)和阳极(9)，在阴极(12)、绝缘圈(10)和阳极(9)的外部套装外壳，阴极(12)、绝缘圈(10)和阳极(9)与外壳之间设置有冷却管道；
2.根据权利要求1所述的电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，其特征在于，所述的热电偶为铠装热电偶，偶丝为端露型，偶丝前端与阴极(12)内壁面之间的径向距离为2mm～4mm。
3.根据权利要求1所述的电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，其特征在于，所述的热电偶焊接在螺钉(13)的中心轴线上，螺钉(13)固定在传热肋的螺孔内。
4.根据权利要求1所述的电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，其特征在于，所述的热电偶与无线信号采集器(5)之间连接信号隔离器。
5.根据权利要求1所述的电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，其特征在于，所述的传热肋A相邻的传热肋B上设置若干个热电偶，传热肋B的上的热电偶与传热肋A的上的热电偶一一对应、轴向坐标相同，传热肋A的上的热电偶与阴极(12)内壁面之间的径向距离为
6.一种电弧加热器弧斑位置、转速测试方法，其基于权利要求1～权利要求5任意一种所述的电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，其特征在于，所述的测试装置包括从前至后顺序连接的阴极(12)、绝缘圈(10)和阳极(9)，在阴极(12)、绝缘圈(10)和阳极(9)的外部套装外壳，阴极(12)、绝缘圈(10)和阳极(9)与外壳之间设置有冷却管道；
2.根据权利要求1所述的电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，其特征在于，所述的热电偶为铠装热电偶，偶丝为端露型，偶丝前端与阴极(12)内壁面之间的径向距离为2mm～4mm。
3.根据权利要求1所述的电弧加热器弧斑位置、转速测试装置，其特征在于，所述的热电偶焊接在螺钉(13)的中心轴线上，螺钉(13)固定在传热肋的螺孔内。
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【专利技术属性】
技术研发人员：隆永胜，王磊，赵顺洪，王谌珏，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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