專利名稱：用于動態(tài)壓力測試物體的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于動態(tài)壓力測試物體的設(shè)備和方法，尤其涉及用于模擬在物體的實際應用中暴露在腐蝕性或侵蝕性流體中的物體上的動態(tài)壓力的測試設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
物體的動態(tài)壓力測試是公知的，例如，用在各種應用中的壓力傳感器。當經(jīng)受若干隨時間變化的周期時，動態(tài)壓力測試典型地用來測試物體如壓力傳感器的耐久性。已經(jīng)利用了很多不同類型的動態(tài)壓力測試設(shè)備。例如，沖擊管測試提供了由薄隔膜片分隔的管路的兩個部分。當有差異的壓力施加到管部分而隔膜片破裂時，產(chǎn)生由此引起的壓力沖擊。沖擊管動態(tài)壓力測試的缺點包括建立測試的復雜性和難度，測試僅僅限于一個循環(huán)周期，在測試期間不能使用液態(tài)流體介質(zhì)，并且沖擊波提升了氣體溫度。無沖擊壓力階躍發(fā)生器使用快開閥門來產(chǎn)生動態(tài)壓力脈沖。然而，這種類型的發(fā)生器受到了閥門開啟的機械性限制，不能實現(xiàn)高頻率脈沖，即每秒的周期數(shù)。脈沖發(fā)生器典型地使用滴落在與包含在固定容量中的不可壓縮流體接觸的活塞上的物質(zhì)。然而，這種類型的發(fā)生器只限于單個階躍響應，即一個周期。同時存在振蕩基底系統(tǒng)，其利用安裝在振蕩器電樞上的填充液體的管子來產(chǎn)生動態(tài)壓力。然而，振蕩基底系統(tǒng)通常是笨重的，對于大壓力位移要求重載振蕩器，并且具有其自身的控制最大操作溫度。
活塞發(fā)聲儀利用氣缸中的活塞來產(chǎn)生正弦波的壓力變化。雖然這種類型的裝置典型地用作如麥克風等聲敏元件，活塞發(fā)聲儀受限于低頻和低振幅。最終，伺服閥通常使用液壓系統(tǒng)來控制動態(tài)部件。壓力由外部泵產(chǎn)生，并且通過在伺服閥上施加偏置的交互信號來動態(tài)控制。此信號移動伺服閥內(nèi)的機械構(gòu)件，依次引導工作流體通過各種端口，并且控制往復閥。最終結(jié)果是輸出的動態(tài)壓力信號。
這些動態(tài)壓力系統(tǒng)時常不能滿足許多應用中要求的振幅和頻率。此外，許多物體在使用中受到腐蝕性或侵蝕性流體侵蝕。由腐蝕性或侵蝕性流體和物體在使用中所經(jīng)受的壓力變化所導致的組合應力，通常不是現(xiàn)有技術(shù)的動態(tài)壓力測試系統(tǒng)解決的應力。在某些應用中也需要短時間周期內(nèi)極大量的壓力循環(huán)，如40天或更少天數(shù)內(nèi)10億個循環(huán)周期，從而確保足夠的動態(tài)壓力測試。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種動態(tài)壓力測試設(shè)備和動態(tài)壓力測試方法，其中，可以在相當寬的頻率范圍內(nèi)進行測試，尤其是高頻率下，經(jīng)受測試的物體也同時受到腐蝕性或侵蝕性流體的侵蝕，以及受到由此引起的應力。在一個優(yōu)選實施例中，具有與其相對滑動的活塞的第一筒安裝在振動器工作臺或其他合適的振動發(fā)生器上，由此在與活塞和筒接觸的第一流體中產(chǎn)生壓力脈沖。第二固定外殼或筒與第一流體流體連通，并包括響應于在第一流體中產(chǎn)生的壓力脈沖相對于固定外殼或筒可移動的活塞。經(jīng)歷測試的物體與第二流體連通，例如，腐蝕性或侵蝕性流體也與第二活塞連通，由此第一流體產(chǎn)生的壓力脈沖經(jīng)過第二活塞和第二流體傳遞到進行測試的物體上。由于物體與腐蝕性或侵蝕性的第二流體接觸并受到第二流體的壓力脈沖，動態(tài)壓力測試可以在選定的頻率和振幅以及僅由測試設(shè)備的材料所限定的溫度下進行。此外，通過變化第一活塞的質(zhì)量，如通過向第一活塞添加或去除質(zhì)量，產(chǎn)生的壓力脈沖的振幅和共振頻率能夠按照需求變化。例如，對于該測試結(jié)構(gòu)，可以在20-200p.s.i或更高的范圍內(nèi)以大約100赫茲到大約400赫茲之間的頻率來產(chǎn)生壓力。此類型的結(jié)構(gòu)能夠使使用腐蝕性流體的動態(tài)壓力測試在有限時間期限內(nèi)進行許多循環(huán)周期，例如，在數(shù)周內(nèi)進行10億個循環(huán)周期，以及成理想的共振頻率。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，提供了用來動態(tài)壓力測試物體的設(shè)備，該設(shè)備包括含第一流體的第一筒；與第一流體接觸且在第一筒內(nèi)可移動的第一活塞；安裝第一筒和第一活塞的振動器工作臺，用于振動第一筒和第一活塞，并在第一流體內(nèi)產(chǎn)生壓力脈沖；與第一流體連通的第二流體筒，第二筒和由第二筒可移動地承載的第二活塞獨立于振動器工作臺安裝，第二活塞與第一流體在其一側(cè)相接觸，使得產(chǎn)生的壓力脈沖能振動第二活塞；以及位于第二筒內(nèi)的第二流體，其在上述一側(cè)的相對側(cè)與第二活塞接觸，以接收由第二活塞的振動運動產(chǎn)生的壓力脈沖，并且將第二壓力脈沖傳遞到與第二流體接觸的進行動態(tài)壓力測試的物體上。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，提供了用來動態(tài)壓力測試物體的設(shè)備，該設(shè)備包括含第一流體的第一筒；與第一流體接觸且在第一筒內(nèi)可移動的第一活塞；用來振動第一筒和第一活塞的裝置，以在第一流體內(nèi)產(chǎn)生壓力脈沖；與第一流體連通的第二流體筒，第二筒和由第二筒可移動地承載的第二活塞獨立于振動裝置安裝，第二活塞與第一流體在其一側(cè)相接觸，使得產(chǎn)生的壓力脈沖能振動第二活塞；以及位于第二筒內(nèi)的第二流體，其在上述一側(cè)的相對側(cè)與第二活塞接觸，以接收由第二活塞的振動運動產(chǎn)生的壓力脈沖，并且將第二壓力脈沖傳遞到與第二流體接觸的進行動態(tài)壓力測試的物體上。
在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，提供了設(shè)備。


圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選方面的動態(tài)壓力測試設(shè)備的示意圖；圖2是動態(tài)壓力測試設(shè)備的透視圖；圖3是其截面視圖；以及圖4是測試設(shè)備一部分的放大截面視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，尤其是圖1，示意性描述了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面的動態(tài)壓力測試設(shè)備，通常標明為10。設(shè)備10包括流體筒12和活塞14，筒12和活塞14豎直放置。如圖所示，活塞14在筒12內(nèi)由密封件16密封，流體18位于活塞14下方的筒12內(nèi)。筒12最好位于振動器工作臺20上。振動器工作臺20可以包括傳統(tǒng)的振動器工作臺，如標記為M&B Dynamics Cal 50的振動器工作臺，最好在豎直方向上振動，使得固定在振動器工作臺上的筒12振動。可以理解可以使用任何其他合適的產(chǎn)生振動的傳統(tǒng)設(shè)備來代替振動器工作臺。
設(shè)備10也包括外殼22，其承載或形成第二筒24的一部分。筒24同時承載第二活塞26?；钊?6由密封件28密封到筒24的壁，并一端與流體18接觸?；钊?6相對端在筒24內(nèi)與腔室32內(nèi)的流體30接觸。流體30可以是腐蝕性或侵蝕性流體。因而，筒24和活塞26以及密封件28由與腐蝕性流體30介質(zhì)相容的材料構(gòu)成。腔室32遠離活塞26的相對端是進行測試的物體34。物體34最好固定到外殼22上。物體32的一個例子是用來測量腐蝕性環(huán)境中壓力的壓力傳感器。
一個或多個離散質(zhì)量或重塊36可以放置于上端部，即活塞14的暴露端，以根據(jù)需要產(chǎn)生的壓力脈沖的振幅和頻率來加重活塞。可以理解以垂直振動模式或至少具有垂直振動分量的方式來操作振動器工作臺20，筒12和加重活塞14在流體18中產(chǎn)生振動壓力脈沖。經(jīng)由半剛性連接38將振動脈沖傳遞到固定的外殼22，并用來振動外殼22內(nèi)的活塞26。筒22內(nèi)的活塞26的振動通過腐蝕性或侵蝕性流體30傳遞到進行測試的物體，如壓力傳感器的敏感表面。
現(xiàn)在參考圖2-4，這里說明了本發(fā)明的一個特定的優(yōu)選實施例。在圖2中，說明了安裝在振動器工作臺20上的筒12?；钊?4包括活動部分，即帶有一對密封件16的下部柄36(圖3和4)，在筒12的筒開口內(nèi)容納該柄和密封件?；钊?4也包括一對最好位于直徑相對側(cè)的開口40，其容納活塞螺釘42。這些螺釘42位于開口40內(nèi)，并且旋入筒12內(nèi)的內(nèi)螺紋開口44。彈簧46(圖3和4)也位于活塞14內(nèi)，其在彈簧低端的凸緣和若干重塊的第一重塊36之間。螺釘42和彈簧46用來將活塞14固定到筒12，同時允許活塞響應振動器工作臺而振動。重塊36可以固定在柄45上，其依靠有螺紋的螺母46從活塞14向上突伸。筒12內(nèi)的流體18也通過半剛性線38與外殼22連通。外殼22包括筒腔室，其容納由O形環(huán)密封件28適當密封在腔室內(nèi)的活塞26。此外，外殼22上部有內(nèi)螺紋50，用來與如壓力傳感器的物體34的一部分螺紋嚙合，從而將傳感器固定到測試設(shè)備上?？梢岳斫馕矬w34具有敏感表面，圖中未示出，其暴露于腔室32內(nèi)的流體中。
此操作類似于以前關(guān)于圖1的示意圖描述的操作。選定的一個或多個重塊36根據(jù)方程式p＝ma/A用來部分產(chǎn)生動態(tài)壓力，其中p是產(chǎn)生的壓力，m是重塊和活塞的質(zhì)量，a是響應振動的加速度，A是活塞與流體18接觸的表面面積。產(chǎn)生的壓力脈沖傳遞到活塞26，從而傳遞到第二流體30，如腐蝕性或侵蝕性流體。傳遞的壓力脈沖因此施加到物體32的敏感表面。在此優(yōu)選實施例中，可以理解活塞筒直徑和重量能夠按照需要變動，從而產(chǎn)生需要的壓力。例如，對于100和400赫茲之間操作，最好在大約300赫茲下操作以獲得共振頻率的設(shè)備，20-200p.s.i的壓力范圍能夠使測試設(shè)備在兩或三周的有限時間期限內(nèi)對進行測試的壓力傳感器32施加超過10億個壓力循環(huán)。更明確地說，例如，通過系統(tǒng)在300赫茲共振下振動，通過利用2磅質(zhì)量的重塊和0.1平方英寸的活塞面積以及10g的振動加速度，能夠產(chǎn)生20-200p.s.i的壓力波動。在300赫茲下，連續(xù)運轉(zhuǎn)，能夠在40天內(nèi)實現(xiàn)10億個循環(huán)。因此，可以理解測試設(shè)備可以在很大的壓力范圍下操作，能夠在任何需要的溫度下使用，只受測試設(shè)備材料的溫度限制。測試設(shè)備可以適應大多數(shù)能夠傳遞壓力波的流體介質(zhì)，并且對于經(jīng)受腐蝕性或侵蝕性流體和大壓力和頻率范圍的測試物體尤其有用。
雖然對本發(fā)明連同目前被認為是最實用和優(yōu)選實施例一起進行了描述，可以理解本發(fā)明不限于披露的實施例，相反，本發(fā)明意在包括包含在后附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種變體和等效裝置。部件列表

權(quán)利要求
1.一種用于動態(tài)壓力測試物體的設(shè)備，其包括包含第一流體(18)的第一筒(12)；與第一流體接觸且在所述第一筒內(nèi)可移動的第一活塞(14)；安裝所述第一筒(12)和所述第一活塞(14)的振動器工作臺(20)，用于振動第一筒和第一活塞，并且在所述第一流體中產(chǎn)生壓力脈沖；與所述第一流體(18)連通的第二流體筒(22)，所述第二筒和由所述第二筒可移動地承載的第二活塞(26)獨立于所述振動器工作臺安裝，所述第二活塞與第一流體在其一側(cè)相接觸，使得產(chǎn)生的壓力脈沖能振動所述第二活塞；以及位于所述第二筒內(nèi)的第二流體(30)，其在第二活塞的所述一側(cè)的相對側(cè)與所述第二活塞接觸，以接收由所述第二活塞的振動運動產(chǎn)生的壓力脈沖，并且將第二壓力脈沖傳遞到與第二流體接觸的進行動態(tài)壓力測試的物體(34)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括安裝在所述第一活塞上的預定數(shù)量的重塊(36)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括多個獨立的重塊(36)，以選擇性地安裝在所述第一活塞(14)上，從而改變產(chǎn)生的壓力脈沖的大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二流體(30)是腐蝕性或侵蝕性流體，所述第二活塞(26)包括密封件(28)，以將所述第一流體(18)和第二流體(30)相互密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二筒(22)包括用來將物體安裝其上的裝置(50)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括至少一個固定到所述第一筒的連桿(42)，以及在所述連桿和所述活塞之間協(xié)作的彈簧(46)，以使得所述第一活塞和所述第一筒之間能夠相對振動。
7.一種用于動態(tài)壓力測試物體(34)的設(shè)備，其包括包含第一流體(18)的第一筒(12)；與第一流體接觸且在所述第一筒內(nèi)可移動的第一活塞(14)；用來振動所述第一筒和所述第一活塞的裝置(20)，從而在所述第一流體(18)中產(chǎn)生壓力脈沖；與所述第一流體連通的第二流體筒(22)，所述第二筒和由所述第二筒可移動地承載的第二活塞(26)獨立于所述振動裝置安裝，所述第二活塞與第一流體在其一側(cè)相接觸，使得產(chǎn)生的壓力脈沖能振動所述第二活塞；以及位于所述第二筒內(nèi)的第二流體(30)，其在第二活塞的所述一側(cè)的相對側(cè)與所述第二活塞接觸，以接收由所述第二活塞(26)的振動運動產(chǎn)生的壓力脈沖，并且將第二壓力脈沖傳遞到與第二流體(30)接觸的進行動態(tài)壓力測試的物體上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，包括安裝在所述第一活塞(14)上的預定數(shù)量的重塊(36)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，包括多個獨立的重塊(36)，以選擇性地安裝在所述第一活塞上，從而改變產(chǎn)生的壓力脈沖的大小。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二流體(30)是腐蝕性或侵蝕性流體，所述第二活塞(26)包括密封件(28)，以將所述第一和第二流體相互密封。
全文摘要
動態(tài)壓力測試裝置包括第一筒(12)和相對于該筒可移動的第一活塞(14)?；钊?14)可以具有施加于其上的一個或多個重塊(36)。通過振動器工作臺(20)來振動筒，流體內(nèi)的壓力脈沖傳遞到固定外殼(22)以及外殼內(nèi)的第二活塞(26)?；钊南鄬?cè)接觸腐蝕性或侵蝕性流體(30)，該流體也接觸進行檢測的物體(34)的敏感表面。通過第二活塞(26)和腐蝕性流體(30)將壓力脈沖傳遞到敏感表面，以能夠在腐蝕性流體內(nèi)進行動態(tài)壓力測試。
文檔編號G01N17/00GK1657893SQ20051000830
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者A·貝爾, C·麥克米倫 申請人:通用電氣公司