【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种热线标定装置，具体涉及一种组合式高精度热线标定装置，属于热线风速仪测量。
技术介绍
1、热线风速仪热线测速技术是一种非常重要的测量流动速度矢量的技术，已经有近一百年的历史，它在湍流科学的发展中起到了重要的作用。热线式风速仪的原理是将一根通电加热的细金属丝置于气流中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。
2、从测量原理可知，为建立流速信号与电信号之间的联系，需通过速度和温度已知的标准气流进行标定，可产生速度和温度可知的标准气流装置即为热线标定装置。
3、常规的热线标定装置通常通过高压气源驱动，通过整流装置和收缩喷嘴，形成射流，通过测量射流的总温和压差，计算得到射流的速度，通过调节供气压力，可实现获得不同的射流速度。当需求的速度较低时，射流的总静压压差极低，通过压差传感器难以精确测得准确数值，因此常规热线标定装置的标定速度范围通常不包含极低速度段。
技术实现思路
1、本专利技术为了克服上述常规热线标定装置的标定速度范围不包含极低速度段的问题，提供了一种组合式高精度热线标定装置，在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。
2、本专利技术的技术方案：
3、组合式高精度热线标定装置，包括射流装置、活塞
4、其中，射流装置包含喷嘴、外筒、整流装置、分散器、三通、管路和高压气源接口；外筒的上部连接喷嘴，喷嘴上端穿出热线标定装置机箱，外筒的底部设置有进气口，进气口内安装分散器；三通设置在外筒的外部，三通的出气口与分散器连接，三通的两个进气口连接管路，一侧管路连接高压气源接口，另一侧管路连接到活塞气源；整流装置置于外筒内部，气体从管路经过三通和分散器后，进入外筒内部，经整流装置梳理，实现气流的均匀，通过喷嘴收缩加速实现射流；测量与控制系统用于测量射流装置内气体的压力和温度，并控制射流速度。
5、具体地：所述分散器为顶部封闭，周向开设有圆孔的圆管，气体进入分散器后，只能从周向的圆孔喷出，将气体初步扩散，将来流均匀的沿径向喷入到外筒内并充分掺混，避免来流直冲孔板；所述管路采用pu软管，耐压不低于1mpa。
6、进一步地：所述喷嘴通过光滑连续的曲线绕轴线旋转获得内部收缩型面，型面曲线采用文氏标准收敛曲线、二次曲线或三次曲线设计获得；所述喷嘴为可更换部件，其包含多种出口口径，全部喷嘴均具有相同的长度。不同口径的喷嘴适用于不同的速度段，喷嘴通过法兰或者螺纹与外筒连接，并通过密封圈密封。
7、进一步地：所述整流装置包括沿气流运动方向依次设置孔板、蜂窝器和多层阻尼网；所述孔板、蜂窝器和多层阻尼网与外筒的内壁建立连接；所述的整流装置可不含孔板和蜂窝器，仅使用多层阻尼网实现整流。
8、具体地：所述孔板为均匀分布圆孔的薄板，气体从圆孔流到下一级，使得气体初步实现均匀；所述蜂窝器为薄壁的六边形蜂窝格，蜂窝格长度大于其孔径的5倍及以上，因此气流从蜂窝格孔中流过时，气流角度被约束矫正成与外筒轴线平行的方向；所述阻尼网为细密钢丝网，网孔通常较小，相邻两层阻尼网的网孔呈45度设置，气流流经阻尼网后，进一步被梳理，形成均匀的流动。
9、进一步地：所述外筒的结构为多层串联或者嵌套夹持的形式。所述的多层串联形式实现方式为：外筒由多段筒体通过拉杆及螺栓组合连接成为一端封闭的圆筒，由多段筒体通过拉杆及螺栓组合连接，相邻两段筒体之间分别安装孔板、蜂窝器和阻尼网，多段筒体相互之间采用密封圈进行密封。所述的嵌套夹持形式实现方法为：外筒由多个长度不同的圆环和一端封闭的圆筒组成，圆环外径略小于圆筒内径，圆筒内部依次放入圆环、孔板、圆环、蜂窝器、圆环、阻尼网、圆环、阻尼网、圆环；圆环和整流装置之间不需要考虑密封。
10、进一步地：所述活塞气源包括活塞筒、活塞、连接杆、直线电机以及电机驱动器，所述活塞置于活塞筒内，活塞通过连接杆与直线电机连接，直线电机与电机驱动器连接，活塞筒底部出气口通过管路连接到三通的一个进气口上，气体通过该通道进入射流装置内。
11、具体地：所述活塞筒为一端封闭、内部光滑的圆筒，通常为金属材质，封闭端中心为出气口，圆筒内部为活塞，通常为金属材质，活塞可在活塞筒内部沿轴线运动，活塞与活塞筒通过密封圈配合，不漏气；所述连接杆连接直线电机与活塞，直线电机为活塞气源的动力部分，驱动连接杆和活塞做直线运动，运动方向与活塞筒轴线平行，活塞推动气体从活塞筒出口进入射流装置的管路；所述电机驱动器用于控制直线电机工作。
12、进一步地：所述测量与控制系统用于测量射流装置内气体的压力和温度参数，包含温度传感器探头、压力传感器探头、压力传感器、调压阀、电磁阀以及采集板卡等；
13、具体地：温度传感器探头为l型，安装在阻尼网与喷嘴之间的外筒内壁，温度传感器探头为空心钢管结构，头部与正对气流来流方向，温度传感器探头内部安装温度传感器，测量射流装置内的气流温度，温度传感器线缆从探头另一端引出，接到采集板卡上；
14、具体地：压力传感器探头为l型，安装在阻尼网与喷嘴之间的外筒内壁，探头头部正对气流方向，探头内部为中空钢管，通过钢管将探头位置的气体压力引到射流装置外部，再通过软管连接钢管与压力传感器，用采集板卡获取压力传感器的压力数据。
15、具体地：调压阀安装在管路上，且位于高压气源接口与三通之间；电磁阀安装在管路上，且位于活塞筒和三通之间；当射流速度在5m/s以下时，打开电磁阀，关闭调压阀，使用活塞气源作为射流装置的气源，通过测量喷嘴的射流速度建立活塞运动速度与喷嘴射流速度的关系，使用时仅需设定好直线电机的运动速度即可控制喷嘴的射流速度；当射流速度在5m/s以上时，关闭电磁阀，将高压气源接用气管连接到高压气源上，利用预先标定好的射流速度与调压阀的开度关系，设定目标射流速度下的调压阀开度，并实时采集温度和压差数据，计算得到喷嘴实际出口速度，通过软件，控制调压阀的开度，调整射流速度，使得射流实际速度与设定值之间的偏差量不超过0.5％，实现射流速度的闭环控制。
16、进一步地：所述热线标定装置机箱是整个装置的封装壳体，由上面板、底座、前后面板、侧板组成。上面板和底座为具有一定厚度的金属板，射流装置和活塞气源均安装在上面板上，喷嘴在上面板外部露出，上面板外部有螺纹孔，用于安装热线探头支架；底座与上面板四角通过四根立柱固定，底座底部四角有地脚。前后面板和侧板均为薄金属板，固定到四根立柱上，在前后面板上留有电源接口、网线接口、usb线接口、指示灯、进气口等。
17、进一步地：所述热线标定装置机箱顶部设置有探头支架，热线探头通过探头支架置于喷嘴上方，热线探头通过bnc线与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.组合式高精度热线标定装置，其特征在于，包括射流装置(22)、活塞气源(23)、测量与控制系统(24)以及热线标定装置机箱(21)，所述射流装置(22)、活塞气源(23)和测量与控制系统(24)均置于热线标定装置机箱(21)内；
2.根据权利要求1所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述整流装置包括沿气流运动方向依次设置的孔板(5)、蜂窝器(4)和多层阻尼网(3)；所述孔板(5)、蜂窝器(4)和多层阻尼网(3)与外筒(2)的内壁建立连接。
3.根据权利要求2所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述活塞气源(23)包括活塞筒(16)、活塞(17)、连接杆(18)、直线电机(19)以及电机驱动器(20)，所述活塞(17)置于活塞筒(16)内，活塞(17)通过连接杆(18)与直线电机(19)连接，直线电机(19)与电机驱动器(20)连接，活塞筒(16)底部出气口与管路(8)连接，气体通过该通道进入射流装置内。
4.根据权利要求3所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述测量与控制系统(24)包括温度传感器探头(10)、压力传感
5.根据权利要求4所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述热线标定装置机箱(21)顶部设置有探头支架(28)，热线探头(29)通过探头支架(28)置于喷嘴(1)上方，热线探头(29)通过BNC线与热线主机(26)连接，计算机(27)通过网线或者USB线连接热线主机(26)和热线标定装置机箱(21)，采集板卡(14)将传感器数据通过信号线缆传输到计算机(27)上。
6.根据权利要求5所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述喷嘴(1)通过光滑连续的曲线绕轴线旋转获得内部收缩型面，型面曲线采用文氏标准收敛曲线、二次曲线或三次曲线等方法设计获得；所述喷嘴(1)为可更换部件，其包含多种出口口径，全部喷嘴(1)均具有相同的长度。
7.根据权利要求5所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述外筒(2)的结构为多层串联或者嵌套夹持的形式。
8.根据权利要求7所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述的多层串联形式实现方式为：外筒(2)由多段筒体通过拉杆及螺栓组合连接成为一端封闭的圆筒，由多段筒体(1-2)通过拉杆(1-1)及螺栓组合连接，相邻两段筒体(1-2)之间分别安装孔板(5)、蜂窝器(4)和阻尼网(3)，多段筒体(1-2)相互之间采用密封圈进行密封。
9.根据权利要求7所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述的嵌套夹持形式实现方法为：外筒(2)由多个长度不同的圆环(1-3)和一端封闭的圆筒(1-4)组成，圆环(1-3)外径略小于圆筒(1-4)内径，圆筒(1-4)内部依次放入圆环(1-3)、孔板(5)、圆环(1-3)、蜂窝器(5)、圆环(1-3)、阻尼网(3)、圆环(1-3)、阻尼网(3)、圆环(1-3)。
10.根据权利要求5所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述热线标定装置机箱(21)是整个装置的封装壳体，由上面板、底座、前后面板、侧板组成，上面板和底座为具有一定厚度的金属板，射流装置和活塞气源均安装在上面板上，喷嘴(1)在上面板外部露出，上面板外部有螺纹孔，用于安装探头支架(28)；底座与上面板四角通过四根立柱固定，底座底部四角有地脚；前后面板和侧板均为薄金属板，固定到四根立柱上，在前后面板上留有电源接口、网线接口、USB线接口、指示灯和进气口。
...【技术特征摘要】
1.组合式高精度热线标定装置，其特征在于，包括射流装置(22)、活塞气源(23)、测量与控制系统(24)以及热线标定装置机箱(21)，所述射流装置(22)、活塞气源(23)和测量与控制系统(24)均置于热线标定装置机箱(21)内；
2.根据权利要求1所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述整流装置包括沿气流运动方向依次设置的孔板(5)、蜂窝器(4)和多层阻尼网(3)；所述孔板(5)、蜂窝器(4)和多层阻尼网(3)与外筒(2)的内壁建立连接。
3.根据权利要求2所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述活塞气源(23)包括活塞筒(16)、活塞(17)、连接杆(18)、直线电机(19)以及电机驱动器(20)，所述活塞(17)置于活塞筒(16)内，活塞(17)通过连接杆(18)与直线电机(19)连接，直线电机(19)与电机驱动器(20)连接，活塞筒(16)底部出气口与管路(8)连接，气体通过该通道进入射流装置内。
4.根据权利要求3所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述测量与控制系统(24)包括温度传感器探头(10)、压力传感器探头(11)、压力传感器(15)、调压阀(12)、电磁阀(13)以及采集板卡(14)；
5.根据权利要求4所述的组合式高精度热线标定装置，其特征在于：所述热线标定装置机箱(21)顶部设置有探头支架(28)，热线探头(29)通过探头支架(28)置于喷嘴(1)上方，热线探头(29)通过bnc线与热线主机(26)连接，计算机(27)通过网线或者usb线连接热线主机(26)和热线标定装置机箱(21)，采集板卡(14)将传感器数据通过信号线缆传输到计算机(27)上。
6.根据权利要求5所述的组合式高精度热线标定装置，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：李玉军，宋孝宇，许东洋，王猛，赵民，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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