【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种极低速度范围的单丝热线标定装置及方法，属于气流速度场测量领域。
技术介绍
1、热线风速仪是一种用于气流速度场测量的仪器，主要由主机、标定器和热线探头组成。热线探头的头部有一根用于感受气流速度的金属热丝，其两端通过导体连接在主机内部的惠斯通电桥中，并通电加热。当将热线探头放入流场中时，探头的热丝与周围流体之间发生强迫对流换热。当流速改变时，热交换就会发生变化，热丝的温度和电阻也随之改变，进而引起电桥的不平衡。通过建立流速与加热电压或加热电流之间的函数关系即可实现速度测量。而标定器就是用于产生给定速度，帮助热线风速仪标定热线探头的速度解算方程的装置。
2、传统的热线标定器是利用高压气体通过特定喷嘴产生低湍流度自由射流的方式进行热线标定的。但这种标定方式在极低速度条件下具有非常大的局限性，主要体现为极低速度的标定精度较低。一方面，由于标定器产生的是自由射流，因此标定器四周的环境气流对标定结果是有影响的，这种影响在较高速度时是可以忽略不计的。但随着射流速度的降低，环境气流的影响逐渐增强。当射流速度极低时，环境气流速度与射流速度仅相差一个数量级甚至处于同一量级，标定精度将很大程度上受到环境气流的影响。另一方面，受限于压力传感器的量程和精度，当速度极低时标定器的射流速度调节误差较大，从而达不到让人满意的标定精度。因此，使用热线风速仪对极低速度进行精确测量一直以来都是个难题，故亟需提出一种新型的极低速度范围的单丝热线标定装置，以解决上述技术问题。
技术实现思路
1、
2、本专利技术的技术方案：
3、方案一、一种极低速度范围的单丝热线标定装置，包括角度调节机构、密封舱、电动直线滑台、支撑机构、探头姿态调节机构、探头夹具、摄像头、环境监测与调节系统、隔板和热线探头，角度调节机构上安装有密封舱，密封舱通过隔板将其内部空间分为上层空间和下层空间，在密封舱的下层空间内设置有电动直线滑台，隔板上开设有直线槽，支撑机构一端固定安装于电动直线滑台上，支撑机构另一端穿过隔板上的直线槽后，探入密封舱的上层空间内与探头姿态调节机构建立连接，探头姿态调节机构上安装有探头夹具，探头夹具装夹有热线探头，所述密封舱内部设置有摄像头；
4、所述环境监测与调节系统包括高压气瓶、真空泵、压力控制器、压力传感器、温度控制器、温度传感器和换热器，所述高压气瓶和真空泵均通过压力控制器与密封舱连通，压力传感器、温度传感器和换热器均设置于密封舱内部，所述压力控制器与压力传感器电性连接，温度控制器与温度传感器和换热器电性连接。
5、优选的：还包括探头姿态调节机构控制器、角度调节机构控制器和电动直线滑台控制器，所述探头姿态调节机构控制器与探头姿态调节机构电性连接，所述角度调节机构控制器与角度调节机构电性连接，所述电动直线滑台控制器与电动直线滑台电性连接。
6、优选的：所述密封舱顶部具有口盖，口盖四周用密封垫做密封处理。
7、优选的：所述密封舱的壳体由内壁和外壁组成，在内壁和外壁之间填充保温层，所述换热器固定安装于密封舱的内壁上。
8、优选的：所述摄像头的数量为2个，分别安装在密封舱的上层空间的前后两个对角处。
9、优选的：所述热线探头包括保护壳、两根探针和热丝，保护壳内填充有绝缘材料，两根探针平行固定设置于保护壳内，同时热丝横跨在两根探针的尖端。
10、优选的：所述角度调节机构放置于水平台面上，所述热线探头运动方向与水平面之间的俯仰角度ω的范围为0°～90°；
11、所述热线探头的保护壳的轴线在热线探头运动方向所在竖直平面内的投影与热线探头运动方向之间的夹角为倾角θ，倾角θ的调节范围为-90°～90°；
12、热线探头的保护壳的轴线与热线探头运动方向所在竖直平面之间的夹角为偏角φ，偏角φ的调节范围为-90°～90°。
13、优选的：所述密封舱内外之间的电气连接通过密封舱壳体上的气密封电连接器实现，或在密封舱壳体上的电气接口处用密封胶和密封垫进行密封处理。
14、优选的：还包括计算机以及待标定的热线探头所配套的热线主机，所述摄像头、电动直线滑台控制器、探头姿态调节机构控制器、热线主机和角度调节机构控制器均与计算机电性连接，所述环境监测与调节系统的压力控制器和温度控制器均与计算机电性连接。
15、方案二、一种极低速度范围的单丝热线标定方法，其依托于方案一所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，包括以下步骤：
16、s1，将角度调节机构放置于水平台面上；
17、s2，开启密封舱的口盖，将热线探头固定在探头夹具上，热丝置于水平方向；
18、s3，关闭密封舱的口盖，通过计算机的控制程序或软件向环境监测与调节系统发送指令，调节密封舱内部压力和温度；
19、s4，通过计算机的相应控制程序或软件向探头姿态调节机构控制器和角度调节机构控制器发送指令，调节俯仰角度ω、倾角θ和偏角φ；
20、s5，待密封舱内部压力和温度稳定在指定数值且密封舱内部气体静止后，通过计算机的控制程序或软件向电动直线滑台控制器和热线主机发送指令，进行给定速度下的热线标定；
21、s6，通过计算机的控制程序或软件向电动直线滑台控制器发送指令使滑块回到初始位置后重复步骤s5直至完成所有速度点的热线标定。
22、本专利技术具有以下有益效果：
23、1.本专利技术的热线探头置于密封舱中，隔绝外界环境气流影响，能够有效提高极低速度条件下的标定精度；
24、2.本专利技术的密封舱中可以根据需求填充包括空气在内的多种气体，且腔内压力和温度均可以控制。即本专利技术可以根据热线使用的真实测量环境对热线探头进行标定，这样可以提高热线测量的精度；
25、3.本专利技术通过让热线探头在静止气体中做匀速直线运动来代替气流流经静止热线探头的方式进行标定，可以有效避免传统射流式标定器在极低速度时速度控制精度差的弊端；
26、4.本专利技术具有角度调节功能，不仅能够模拟真实安装条件对热线探头进行标定，消除由于标定和测量时热本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：包括角度调节机构（1）、密封舱（2）、电动直线滑台（3）、支撑机构（4）、探头姿态调节机构（5）、探头夹具（6）、摄像头（7）、环境监测与调节系统（8）、隔板（14）和热线探头（15），角度调节机构（1）上安装有密封舱（2），密封舱（2）通过隔板（14）将其内部空间分为上层空间和下层空间，在密封舱（2）的下层空间内设置有电动直线滑台（3），隔板（14）上开设有直线槽，支撑机构（4）一端固定安装于电动直线滑台（3）上，支撑机构（4）另一端穿过隔板（14）上的直线槽后，探入密封舱（2）的上层空间内与探头姿态调节机构（5）建立连接，探头姿态调节机构（5）上安装有探头夹具（6），探头夹具（6）装夹有热线探头（15），所述密封舱（2）内部设置有摄像头（7）；
2.根据权利要求1所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：还包括电动直线滑台控制器（9）、探头姿态调节机构控制器（10）和角度调节机构控制器（12），所述探头姿态调节机构控制器（10）与探头姿态调节机构（5）电性连接，所述角度调节机构控制器（12）与角度调节
3.根据权利要求2所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：所述密封舱（2）顶部具有口盖，口盖四周用密封垫做密封处理。
4.根据权利要求3所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：所述密封舱（2）的壳体由内壁（23）和外壁（24）组成，在内壁（23）和外壁（24）之间填充保温层（25），所述换热器（22）固定安装于密封舱（2）的内壁（23）上。
5.根据权利要求4所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：所述摄像头（7）的数量为2个，分别安装在密封舱（2）的上层空间的前后两个对角处。
6.根据权利要求5所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：所述热线探头（15）包括保护壳（26）、两根探针（27）和热丝（28），保护壳（26）内填充有绝缘材料，两根探针（27）平行固定设置于保护壳（26）内，同时热丝（28）横跨在两根探针（27）的尖端。
7.根据权利要求6所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：所述角度调节机构（1）放置于水平台面（29）上，所述热线探头（15）运动方向与水平面之间的俯仰角度ω的范围为0°～90°；
8.根据权利要求7所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：所述密封舱（2）内外之间的电气连接通过密封舱（2）壳体上的气密封电连接器实现，或在密封舱（2）壳体上的电气接口处用密封胶和密封垫进行密封处理。
9.根据权利要求8所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：还包括计算机（13）以及待标定的热线探头（15）所配套的热线主机（11），所述摄像头（7）、电动直线滑台控制器（9）、探头姿态调节机构控制器（10）、热线主机（11）和角度调节机构控制器（12）均与计算机（13）电性连接，所述环境监测与调节系统（8）的压力控制器（18）和温度控制器（20）均与计算机（13）电性连接。
10.一种极低速度范围的单丝热线标定方法，其依托于权利要求9所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：包括角度调节机构（1）、密封舱（2）、电动直线滑台（3）、支撑机构（4）、探头姿态调节机构（5）、探头夹具（6）、摄像头（7）、环境监测与调节系统（8）、隔板（14）和热线探头（15），角度调节机构（1）上安装有密封舱（2），密封舱（2）通过隔板（14）将其内部空间分为上层空间和下层空间，在密封舱（2）的下层空间内设置有电动直线滑台（3），隔板（14）上开设有直线槽，支撑机构（4）一端固定安装于电动直线滑台（3）上，支撑机构（4）另一端穿过隔板（14）上的直线槽后，探入密封舱（2）的上层空间内与探头姿态调节机构（5）建立连接，探头姿态调节机构（5）上安装有探头夹具（6），探头夹具（6）装夹有热线探头（15），所述密封舱（2）内部设置有摄像头（7）；
2.根据权利要求1所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：还包括电动直线滑台控制器（9）、探头姿态调节机构控制器（10）和角度调节机构控制器（12），所述探头姿态调节机构控制器（10）与探头姿态调节机构（5）电性连接，所述角度调节机构控制器（12）与角度调节机构（1）电性连接，所述电动直线滑台控制器（9）与电动直线滑台（3）电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：所述密封舱（2）顶部具有口盖，口盖四周用密封垫做密封处理。
4.根据权利要求3所述的一种极低速度范围的单丝热线标定装置，其特征在于：所述密封舱（2）的壳体由内壁（23）和外壁（24）组成，在内壁（23）和外壁（24）之间填充保温层（25），所述换热器（22）固定安装于密封舱（2）...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵民，王猛，许东洋，李玉军，宋孝宇，衷洪杰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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