專利名稱：惡劣環(huán)境中實驗壓力測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種壓力測量裝置，具體地說是一種能夠在高溫、強電和強干擾的環(huán)境中，對超高溫電弧壓力進行測量的裝置。
背景技術(shù)：
以等離子體電弧加熱器為核心的防熱材料地面模擬實驗系統(tǒng)中，實驗電弧的壓力對于實驗結(jié)果的影響是十分顯著的。要分析被測試件的燒蝕機理和考核試件的燒蝕性能，對實驗過程中電弧壓力的測量時十分重要的。但是，實驗過程中等離子體電弧溫度高達2500-3000℃，加熱器工作電壓在3000-10000VAC范圍，由于加熱器自身要求其三相中性點不能接地保護，而由于物理條件限制(加熱器三相電壓不平衡)其理論中性點的電壓不為零，加熱器在啟動和停止時空間電磁場會發(fā)生較大的變化形成電磁干擾，導致流場壓力測量裝置處在一個超高溫、強電和大干擾的環(huán)境中。要在這樣惡劣的流場環(huán)境中實現(xiàn)電弧流場壓力的測量，現(xiàn)在普遍采用的手段為測量加熱器氣源壓力輔以加熱器氣路的機械參數(shù)進行計算初步得到電弧流場壓力，但這種方法是大量外界因素的影響精度相當?shù)汀?br>
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種能夠在超高溫、強電、大干擾的流場環(huán)境中，對流場壓力進行高精度測量的惡劣環(huán)境中實驗壓力測量裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它包括受熱體，受熱體上開有進氣孔，進氣孔上連接有導氣管，導氣管位于由帶有進水孔及水流通道的進水件和帶有出水孔及水流通道的出水件中，進水件、出水件及受熱體相互連接，水流通道中設(shè)置有將水流通道分隔成內(nèi)、外通道的擋水板，導氣管后連接可將氣壓信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號的氣體壓力傳感器，模擬電壓信號由模擬電量采集裝置轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過光電隔離裝置后按RS-485異步串行通信準則經(jīng)過信號線上傳至計算機。導氣管與氣體壓力傳感器之間連接有聚乙烯管。
流場中的高溫高壓氣體通過受熱體的冷卻進入導氣管，通過導氣管的進一步冷卻后的氣體進入導氣管末端的聚乙烯管并最終進入氣體壓力傳感器，氣體壓力傳感器將氣壓信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，模擬電壓信號由模擬電量采集裝置將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過光電隔離裝置后按RS-485異步串行通信準則經(jīng)過信號線上傳至計算機統(tǒng)一處理供操作人員參考。整個測量裝置采用水冷方式冷卻，冷卻水由進水件進入裝置，經(jīng)過擋水件內(nèi)側(cè)對導氣管內(nèi)氣體進行冷卻后進入受熱體夾層內(nèi)，再經(jīng)過擋水件外側(cè)由出水件離開裝置。
本發(fā)明具有以下幾個主要技術(shù)特征
1、所述的受熱體為一個帶有夾層的圓形銅構(gòu)件，構(gòu)件中心轉(zhuǎn)有小孔，構(gòu)件尾部與前端小孔相對應的位置套有螺紋用來固定同樣為銅制的導氣管。受熱體的夾層為中空，而且空腔占其整體結(jié)構(gòu)的絕大部分，方便冷卻水流動和對受熱體前端面的冷卻，使得整個裝置可以在超高溫環(huán)境中正常工作。
2、本發(fā)明通過擋水件將裝置內(nèi)腔一分為二，使得進入裝置的冷卻水可以先對導氣管內(nèi)經(jīng)過受熱體初步冷卻的氣體進行進一步冷卻，然后再進入受熱體夾層對其進行冷卻，最后經(jīng)過大量換熱導致溫度升高的冷卻水經(jīng)由擋水件外側(cè)通過出水件離開裝置。這樣的設(shè)計使得冷卻水得到了充分的利用，整個裝置可以在并不需要很大的冷卻水流量的前提下達到自身和其內(nèi)部氣體的充分冷卻，大大提高了裝置的實用性并降低了實驗成本。
3、本發(fā)明通過光電隔離裝置實現(xiàn)了計算機與信號采集回路之間的物理隔斷，不但有效地消除了噪聲電壓干擾，而且也有效地解決了長線驅(qū)動和阻抗匹配等問題，同時也可以在被測設(shè)備短路時保護系統(tǒng)不受損壞。
本發(fā)明由進水件，出水件，擋水件和受熱體構(gòu)成裝置冷卻水回路。室溫狀態(tài)下的冷卻水經(jīng)過進水件進入裝置內(nèi)部，首先對導氣管中經(jīng)過受熱件初步冷卻溫度相對較低的氣體進行冷卻，流經(jīng)導氣管后溫度有所上升的冷卻水進入受熱體內(nèi)部空腔對溫度相對較高的受熱體進行冷卻，冷卻水在受熱體空腔內(nèi)經(jīng)過與其進行充分的熱交換后溫度驟升，完成冷卻任務的高溫冷卻水離開受熱體后流經(jīng)擋水件外側(cè)由出水件排出裝置。冷卻水經(jīng)過在裝置內(nèi)部的充分熱交換后出水溫度可高達40-60℃。流場中2500-3000℃的超高溫氣體流經(jīng)本裝置后進入氣體壓力傳感器的氣體溫度在20-30℃之間。
本發(fā)明的氣體通路由導氣管，聚乙烯管和氣體壓力傳感器共同構(gòu)成。流場中的氣流通過受熱體后進入導氣管，氣體在導氣管中經(jīng)過充分冷卻后經(jīng)過聚乙烯管進入氣體壓力傳感器。在導氣管和氣體壓力傳感器之間加入聚乙烯管可以充分利用聚乙烯管的絕緣性和韌性，一方面使得氣體壓力采集回路和裝置暴露在強電流場中的部分之間通過優(yōu)良絕緣體相連保護了采集裝置，另一方面聚乙烯管的韌性為裝置的整體安裝與維修帶來了方便。
信號采集裝置與計算機之間的通信線路上串聯(lián)高達10000VAC以上絕緣的光電隔離裝置，在系統(tǒng)測溫過程中，如果熱電偶測量端保護層失效，隔離裝置能有效保護中央計算機及操作人員不至于接觸到測試環(huán)境中的10000V高壓電。
本發(fā)明可以在超高溫，強電和大干擾環(huán)境中正常工作。經(jīng)實驗表明，本發(fā)明在10000VAC，2500-3000℃，強電磁干擾，存在一倍以上音速氣流的惡劣環(huán)境中，以最快10次/S的速度對4MPa以下的流場壓力進行實時測量，系統(tǒng)誤差在2級左右。


附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作更詳細的描述惡劣環(huán)境中實驗壓力測量裝置的組成包括受熱體1，受熱體上開有進氣孔，進氣孔上連接有導氣管5，導氣管位于由帶有進水孔及水流通道的進水件4和帶有出水孔及水流通道的出水件3中，進水件、出水件及受熱體相互連接，水流通道中設(shè)置有將水流通道分隔成內(nèi)、外通道的擋水板2，導氣管后連接可將氣壓信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號的氣體壓力傳感器7，模擬電壓信號由模擬電量采集裝置轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過光電隔離裝置8后按RS-485異步串行通信準則經(jīng)過信號線上傳至計算機。導氣管與氣體壓力傳感器之間連接有聚乙烯管6。
室溫狀態(tài)下的冷卻水經(jīng)過進水件4進入裝置內(nèi)部；冷卻水首先對導氣管5中經(jīng)過受熱件1初步冷卻溫度相對較低的氣體進行冷卻；流經(jīng)導氣管5后溫度有所上升的冷卻水進入受熱體1內(nèi)部空腔對溫度相對較高的受熱體進行冷卻；完成冷卻任務的冷卻水流經(jīng)擋水件2外側(cè)由出水件3排出裝置；流場中的氣流通過受熱體1后進入導氣管5；氣體在導氣管5中經(jīng)過充分冷卻后經(jīng)過聚乙烯管6進入氣體壓力傳感器7；氣體壓力傳感器7將氣壓信號轉(zhuǎn)化成為數(shù)字電壓信號經(jīng)過光電隔離裝置8傳給上位計算機統(tǒng)一處理。
權(quán)利要求
1.一種惡劣環(huán)境中實驗壓力測量裝置，它包括受熱體，其特征是受熱體上開有進氣孔，進氣孔上連接有導氣管，導氣管位于由帶有進水孔及水流通道的進水件和帶有出水孔及水流通道的出水件中，進水件、出水件及受熱體相互連接，水流通道中設(shè)置有將水流通道分隔成內(nèi)、外通道的擋水板，導氣管后連接可將氣壓信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號的氣體壓力傳感器，模擬電壓信號由模擬電量采集裝置轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過光電隔離裝置后按RS-485異步串行通信準則經(jīng)過信號線上傳至計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惡劣環(huán)境中實驗壓力測量裝置，其特征是導氣管與氣體壓力傳感器之間連接有聚乙烯管。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種惡劣環(huán)境中實驗壓力測量裝置。它包括受熱體，受熱體上開有進氣孔，進氣孔上連接有導氣管，導氣管位于由帶有進水孔及水流通道的進水件和帶有出水孔及水流通道的出水件中，進水件、出水件及受熱體相互連接，水流通道中設(shè)置有將水流通道分隔成內(nèi)、外通道的擋水板，導氣管后連接可將氣壓信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號的氣體壓力傳感器，模擬電壓信號由模擬電量采集裝置轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過光電隔離裝置后按RS－485異步串行通信準則經(jīng)過信號線上傳至計算機。本發(fā)明可以在超高溫，強電和大干擾環(huán)境中正常工作。經(jīng)實驗表明，本發(fā)明在10000VAC，2500－3000℃，強電磁干擾，存在一倍以上音速氣流的惡劣環(huán)境中，以最快10次/S的速度對4MPa以下的流場壓力進行實時測量，系統(tǒng)誤差在2級左右。
文檔編號G01L19/06GK1818591SQ20061000979
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者白光輝, 易法軍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學