本實(shí)用新型涉及一種壓力傳感器冷卻結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種適用于高溫環(huán)境測(cè)試的壓力傳感器冷卻裝置。

背景技術(shù)：
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壓力是表征被研究對(duì)象流體力學(xué)特性的重要狀態(tài)參量，對(duì)于非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程，工質(zhì)的壓力、溫度等狀態(tài)參量將隨時(shí)間而變化，具有動(dòng)態(tài)變化特征。目前，動(dòng)態(tài)壓力廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域中，例如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓力基本都是動(dòng)態(tài)的，槍炮的膛壓及爆炸沖擊波均是動(dòng)態(tài)壓力，各種工業(yè)控制設(shè)備和動(dòng)力機(jī)械中的液壓、氣動(dòng)裝置的脈沖壓力也是動(dòng)態(tài)壓力。因此需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量，以研究其流體力學(xué)特性。

由于動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量通常要求較快的響應(yīng)時(shí)間，常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)壓力傳感器主要有壓電式傳感器和壓阻式傳感器。商業(yè)化使用的硅壓力傳感器主要是硅擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器，其工藝成熟且性能優(yōu)異，但其受P-N結(jié)耐溫限制，只能在120℃以下進(jìn)行壓力測(cè)量，超過(guò)120℃時(shí)，傳感器的性能會(huì)嚴(yán)重惡化以至失效，在600℃時(shí)會(huì)發(fā)生塑性變形和電流泄漏，導(dǎo)致信號(hào)處理系統(tǒng)和電路的極度失調(diào)，遠(yuǎn)不能滿足航空航天、發(fā)電、石油化工、汽車等領(lǐng)域高溫環(huán)境下的壓力測(cè)量需求。此外對(duì)于高溫燃燒流體工質(zhì)的測(cè)量，壓力傳感器存在熱沖擊問(wèn)題，即在燃料燃燒期間，傳遞到壓力傳感器感受元件的熱量急劇增加，從而發(fā)生熱沖擊，導(dǎo)致壓力傳感器變形失效。

傳統(tǒng)高溫環(huán)境流體工質(zhì)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量主要通過(guò)較長(zhǎng)的引壓管實(shí)現(xiàn)，高溫被測(cè)工質(zhì)經(jīng)引壓管后熱量逐漸散失，工質(zhì)溫度最終降到傳感器穩(wěn)定運(yùn)行所允許的最大工作溫度以下。這種測(cè)試方法比較適用于低頻脈動(dòng)流體工質(zhì)的動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量，但對(duì)于高頻非穩(wěn)態(tài)脈動(dòng)流動(dòng)工質(zhì)，采用較長(zhǎng)的引壓管后，傳感器所測(cè)量的壓力信號(hào)與流體工質(zhì)真實(shí)壓力信號(hào)之間的幅頻和相頻特性將存在較大的差別，且測(cè)量誤差的大小與引壓管長(zhǎng)度呈正比，引壓管越長(zhǎng)測(cè)量誤差越大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本實(shí)用新型的目的是為了減小現(xiàn)有高溫環(huán)境下非穩(wěn)態(tài)流體工質(zhì)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量的誤差，提供了一種適用于高溫環(huán)境測(cè)試的壓力傳感器冷卻裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種壓力傳感器冷卻裝置，包括具有中空腔體的冷卻熱交換結(jié)構(gòu)，該冷卻熱交換結(jié)構(gòu)的中空腔體分為內(nèi)外兩個(gè)腔體，且外腔體被間隔為底部連通的兩部分，冷卻熱交換結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)置有與一部分外腔體相連通的冷卻水入口管，以及與另一部分外腔體相連通的冷卻水出口管，內(nèi)腔體的頂部設(shè)置有傳感器安裝座，底部設(shè)置有引壓管，冷卻熱交換結(jié)構(gòu)的周向上設(shè)置有穿過(guò)一部分外腔體并與內(nèi)腔體相連通的溫度傳感器安裝座，以及穿過(guò)另一部分外腔體并與內(nèi)腔體相連通的氮?dú)夤┙o管。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，氮?dú)夤┙o管的安裝位置高于溫度傳感器安裝座的安裝位置。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，氮?dú)夤┙o管上還設(shè)置有氮?dú)饨刂归y，用于控制冷卻氮?dú)獾墓┙o。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，冷卻熱交換結(jié)構(gòu)的周向上還設(shè)置有冷卻裝置安裝座。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，冷卻裝置安裝座采用法蘭和螺紋安裝兩種形式。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，引壓管采用總壓引壓管和靜壓引壓管兩種，分別用來(lái)測(cè)量被測(cè)工質(zhì)的總壓和靜壓。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，傳感器安裝座通過(guò)螺紋連接設(shè)置在內(nèi)腔體的頂部，引壓管通過(guò)螺紋連接設(shè)置在內(nèi)腔體的底部。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，冷卻熱交換結(jié)構(gòu)包括同軸心布置的冷卻腔外壁和冷卻腔內(nèi)壁，設(shè)置在冷卻腔外壁頂部和冷卻腔內(nèi)壁頂部的冷卻腔蓋板，以及設(shè)置在冷卻腔外壁底部和冷卻腔內(nèi)壁底部的冷卻腔底板，其中，冷卻腔內(nèi)壁與冷卻腔蓋板和冷卻腔底板之間形成內(nèi)腔體，冷卻腔外壁和冷卻腔內(nèi)壁與冷卻腔蓋板和冷卻腔底板之間形成外腔體，該外腔體通過(guò)冷卻腔隔板間隔為兩部分，一部分為左半圓形冷卻流路，另一部分為右半圓形冷卻流路，左右半圓形冷卻流路通過(guò)冷卻腔隔板與冷卻腔底板之間形成相連通的左冷卻流路孔和右冷卻流路孔。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，冷卻腔內(nèi)壁圓形內(nèi)表面上等角度均勻布置有若干長(zhǎng)條形換熱肋片。

本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于，內(nèi)腔體為圓柱形腔體，外腔體為圓環(huán)形腔體。

本實(shí)用新型具有如下的有益效果：

本實(shí)用新型提出的一種壓力傳感器冷卻裝置，采用預(yù)充冷態(tài)氮?dú)?、水冷以及肋片換熱的方法，可有效隔離高溫被測(cè)工質(zhì)與壓力傳感器相接觸，同時(shí)加強(qiáng)了高溫被測(cè)工質(zhì)在測(cè)量流路中的熱量散失，防止了壓力傳感器測(cè)量端面受到被測(cè)高溫工質(zhì)的熱沖擊作用，提高了傳感器的熱適應(yīng)能力。

進(jìn)一步，氮?dú)夤┙o管的安裝位置高于溫度傳感器安裝座，這主要由于被測(cè)工質(zhì)是從冷卻裝置下端流向上端，當(dāng)溫度傳感器感受到被測(cè)工質(zhì)溫度超限時(shí)，即刻打開(kāi)氮?dú)饨刂归y，冷卻氮?dú)獬淙雮鞲衅鳒y(cè)量端，可有效阻止高溫被測(cè)工質(zhì)接觸傳感器測(cè)量元件。此外所設(shè)計(jì)的流體工質(zhì)溫度測(cè)點(diǎn)可監(jiān)測(cè)壓力傳感器測(cè)量端流體工質(zhì)的實(shí)時(shí)溫度，方便用戶掌握壓力傳感器的實(shí)時(shí)工作環(huán)境，并可為壓力傳感器損壞失效的原因分析提供有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，氮?dú)夤┙o管及氮?dú)饨刂归y，可在試驗(yàn)測(cè)試前預(yù)先引入略高于測(cè)試環(huán)境壓力的冷態(tài)氮?dú)?，待測(cè)試開(kāi)始時(shí)截?cái)嗬鋺B(tài)氮?dú)饬髀?，測(cè)試管路中預(yù)先充滿的冷態(tài)氮?dú)饧纯捎行ё柚垢邷毓べ|(zhì)對(duì)傳感器的直接熱沖擊作用，提高了壓力傳感器的熱適應(yīng)性。

進(jìn)一步，引壓管的螺紋連接方式方便引壓管的拆卸與安裝，可實(shí)現(xiàn)冷卻裝置總壓或靜壓測(cè)量功用。

進(jìn)一步，通過(guò)左右半圓形冷卻流路對(duì)冷卻腔內(nèi)壁進(jìn)行冷卻，加快了高溫被測(cè)工質(zhì)傳遞給冷卻腔內(nèi)壁的熱量散失；通過(guò)長(zhǎng)條形換熱肋片加強(qiáng)了高溫被測(cè)工質(zhì)與冷卻腔內(nèi)壁的換熱效率。上述均提高了被測(cè)高溫工質(zhì)的冷卻效率，加快被測(cè)工質(zhì)熱量的散失，縮短了被測(cè)工質(zhì)引壓流路的長(zhǎng)度，提高了冷卻裝置的固有動(dòng)態(tài)特性，減小了傳感器所測(cè)量的壓力信號(hào)與被測(cè)工質(zhì)真實(shí)壓力信號(hào)之間的幅頻和相頻差異，降低了高溫環(huán)境下非穩(wěn)態(tài)流體工質(zhì)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量誤差。

附圖說(shuō)明：

圖1是本實(shí)用新型螺紋安裝方式壓力傳感器冷卻裝置帶總壓引壓管的等軸測(cè)圖；

圖2a是圖1所示的壓力傳感器冷卻裝置的俯視圖，圖2b是圖2a的A-A向剖視圖；

圖3a是圖1所示的壓力傳感器冷卻裝置的正視圖，圖3b是圖3a的A-A向剖視圖，圖3c是圖3a的B-B向剖視圖；

圖4是本實(shí)用新型法蘭安裝方式壓力傳感器冷卻裝置帶總壓引壓管的等軸測(cè)圖；

圖5是本實(shí)用新型壓力傳感器冷卻裝置帶靜壓引壓管的正視圖。

圖中：1、冷卻水入口管；2、傳感器安裝座；3、冷卻水出口管；4、溫度傳感器安裝座；5、冷卻裝置安裝座；6、冷卻熱交換結(jié)構(gòu)；7、引壓管；8、氮?dú)夤┙o管；9、氮?dú)饨刂归y；10、冷卻腔隔板；11、換熱肋片；12、冷卻腔外壁；13、冷卻腔內(nèi)壁；14、冷卻腔底板；15、冷卻腔蓋板；16、左半圓形冷卻流路；17、右半圓形冷卻流路；18、左冷卻流路孔；19、右冷卻流路孔；20、被測(cè)工質(zhì)流路。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖1至圖5，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種壓力傳感器冷卻裝置，包括冷卻水入口管1、傳感器安裝座2、冷卻水出口管3、溫度傳感器安裝座4、冷卻裝置安裝座5、冷卻熱交換結(jié)構(gòu)6、引壓管7和氮?dú)夤┙o管8。

請(qǐng)參閱圖2a至圖3c，所述冷卻熱交換結(jié)構(gòu)6，由冷卻腔外壁12、冷卻腔內(nèi)壁13、換熱肋片11、冷卻腔隔板10、冷卻腔底板14、冷卻腔蓋板15組成。圓形冷卻腔外壁12和冷卻腔內(nèi)壁13呈同軸心布置，冷卻腔外壁12、冷卻腔內(nèi)壁13、冷卻腔底板14以及冷卻腔蓋板15之間形成的冷卻環(huán)形空間被冷卻腔隔板10平均分割成左半圓形冷卻流路16和右半圓形冷卻流路17，左右半圓形冷卻流路通過(guò)冷卻腔隔板10與冷卻腔底板14之間形成的左冷卻流路孔18和右冷卻流路孔19相連通。長(zhǎng)條形換熱肋片11等角度均勻布置在冷卻腔內(nèi)壁13圓形內(nèi)表面上，以提升冷卻腔內(nèi)壁13所形成的被測(cè)工質(zhì)流路20內(nèi)的高溫介質(zhì)的冷卻效率。冷卻腔內(nèi)壁13靠近冷卻腔底板14側(cè)的內(nèi)表面設(shè)計(jì)成內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，以方便總壓、靜壓等不同形式的引壓管7的拆卸與安裝。

所述冷卻水入口管1通過(guò)冷卻腔蓋板15與左半圓形冷卻流路16相連通，傳感器安裝座2的內(nèi)孔設(shè)計(jì)為螺紋孔，孔徑及軸心與冷卻腔內(nèi)壁13相同，其通過(guò)冷卻腔蓋板15與冷卻腔內(nèi)壁13內(nèi)孔相連通。冷卻水出口管3與冷卻水入口管1呈中心對(duì)稱布置，并通過(guò)冷卻腔蓋板15與右半圓形冷卻流路17相連通。溫度傳感器安裝座4的內(nèi)孔設(shè)計(jì)有螺紋，以方便溫度傳感器的安裝，其穿過(guò)冷卻腔外壁12、左半圓形冷卻流路16以及冷卻腔內(nèi)壁13與被測(cè)工質(zhì)流路20相連通。為方便所述壓力傳感器冷卻裝置的安裝，在冷卻腔外壁12上設(shè)計(jì)有冷卻裝置安裝座5，其有法蘭和螺紋安裝兩種形式。引壓管7通過(guò)冷卻腔內(nèi)壁13內(nèi)壁面螺紋與被測(cè)工質(zhì)流路20相連通，其設(shè)計(jì)有總壓引壓管和靜壓引壓管兩種，分別用來(lái)測(cè)量被測(cè)工質(zhì)的總壓和靜壓。氮?dú)夤┙o管8透過(guò)冷卻腔外壁12、右半圓形冷卻流路17以及冷卻腔內(nèi)壁13與被測(cè)工質(zhì)流路20相連通，其布置位置高于溫度傳感器安裝座4，氮?dú)夤┙o管8上設(shè)計(jì)有氮?dú)饨刂归y9，用于控制冷卻氮?dú)獾墓┙o。

實(shí)施例：

本實(shí)施例中冷卻熱交換結(jié)構(gòu)6長(zhǎng)80mm，冷卻腔外壁12與冷卻腔內(nèi)壁13呈同軸心布置，冷卻腔外壁12外徑25mm，內(nèi)徑21mm，壁厚2mm，冷卻腔內(nèi)壁13外徑9mm，內(nèi)徑5mm，壁厚2mm，在冷卻腔內(nèi)壁13距冷卻腔底板14端的內(nèi)表面上設(shè)計(jì)有長(zhǎng)15mm的M6×0.5標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋，冷卻腔底板14和冷卻腔蓋板15壁厚2mm；冷卻腔隔板10長(zhǎng)70mm，厚2mm，與冷卻腔外壁12及冷卻腔內(nèi)壁13相連，將冷卻腔外壁12及冷卻腔內(nèi)壁13之間形成的環(huán)形空間均分成左半圓形冷卻流路16和右半圓形冷卻流路17；8條換熱肋片11等角度均勻布置在冷卻腔內(nèi)壁13的內(nèi)表面，換熱肋片11厚0.5mm，寬1mm，長(zhǎng)65mm；冷卻水入口管1外徑5mm，內(nèi)徑3mm，冷卻水出口管3外徑5mm，內(nèi)徑3mm，二者呈中心對(duì)稱布置，且通過(guò)冷卻腔蓋板15分別與左半圓形冷卻流路16和右半圓形冷卻流路17相連通；傳感器安裝座2外徑9mm，高12mm，中心設(shè)計(jì)為M5×0.5的通孔標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋，其與冷卻腔內(nèi)壁13呈同軸心布置，通過(guò)冷卻腔蓋板15與被測(cè)工質(zhì)流路20相連通；氮?dú)夤┙o管8外徑5mm，內(nèi)徑3mm，其軸心離冷卻腔蓋板15之間的距離為13mm，氮?dú)夤┙o管8依次穿過(guò)冷卻腔外壁12和冷卻腔內(nèi)壁13與被測(cè)工質(zhì)流路20相連通，氮?dú)夤┙o管8上同時(shí)設(shè)計(jì)有氮?dú)饨刂归y9，以控制冷態(tài)氮?dú)獾墓┙o；溫度傳感器安裝座4外徑10mm，內(nèi)徑6mm，安裝段設(shè)計(jì)有長(zhǎng)15mm的M6×1.0的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋，其軸心離冷卻腔蓋板15之間的距離為20mm，溫度傳感器安裝座4依次穿過(guò)冷卻腔外壁12和冷卻腔內(nèi)壁13與被測(cè)工質(zhì)流路20相連通；引壓管7外徑6mm，內(nèi)徑3mm，引壓管7上端設(shè)計(jì)有長(zhǎng)15mm的M6×0.5標(biāo)準(zhǔn)外螺紋，通過(guò)螺紋將引壓管7和冷卻熱交換結(jié)構(gòu)6相連接；冷卻裝置安裝座5設(shè)計(jì)有長(zhǎng)15mm的M30×1.5的標(biāo)準(zhǔn)外螺紋，冷卻裝置安裝座5六角螺母的上端面離冷卻腔蓋板15之間的距離為35mm。

本實(shí)施例適用于高溫環(huán)境測(cè)試的壓力傳感器冷卻裝置的具體工作方式如下：

適用于高溫環(huán)境測(cè)試的壓力傳感器冷卻裝置工作時(shí)冷卻水經(jīng)冷卻水入口管1進(jìn)入左半圓形冷卻流路16，然后通過(guò)冷卻腔隔板10與冷卻腔底板14之間形成的左冷卻流路孔18及右冷卻流路孔19進(jìn)入右半圓形冷卻流路17，最后經(jīng)冷卻水出口管流出。高溫被測(cè)工質(zhì)直接與冷卻腔內(nèi)壁13及換熱肋片11相接觸，高溫被測(cè)工質(zhì)的熱量主要通過(guò)對(duì)流換熱形式最終傳遞給冷卻腔內(nèi)壁13，換熱肋片11因增加了換熱面積而提高了被測(cè)工質(zhì)熱量的傳遞效率；傳遞給冷卻腔內(nèi)壁13的熱量主要通過(guò)冷卻水與冷卻腔內(nèi)壁13外壁面對(duì)流換熱散失，剩余的一部分熱量則通過(guò)冷卻腔隔板10通過(guò)導(dǎo)熱方式傳遞給冷卻腔外壁12，再由冷卻腔外壁12與外部冷卻空氣以及內(nèi)部冷卻水對(duì)流換熱散失。

在壓力傳感器正式測(cè)量前，氮?dú)饨刂归y9打開(kāi)，壓力略高于被測(cè)工質(zhì)的冷態(tài)氮?dú)饨?jīng)氮?dú)夤┙o管8流入被測(cè)工質(zhì)流路20，充滿后經(jīng)引壓管7排出，待壓力傳感器正式測(cè)量時(shí)氮?dú)饨刂归y9關(guān)閉。在被測(cè)工質(zhì)流路20內(nèi)預(yù)先填充冷態(tài)氮?dú)?，使壓力傳感器與高溫被測(cè)工質(zhì)相隔開(kāi)，避免了壓力傳感器直接與高溫被測(cè)工質(zhì)相接觸，對(duì)傳感器具有較好的保護(hù)作用。壓力傳感器開(kāi)始測(cè)量時(shí)，充滿被測(cè)工質(zhì)流路內(nèi)滯止的冷態(tài)氮?dú)庾兂梢环N很好的壓力脈動(dòng)傳遞介質(zhì)，且在冷卻水的高效冷卻下，將長(zhǎng)時(shí)間維持在低溫狀態(tài)，有利于壓力傳感器高溫環(huán)境下的長(zhǎng)期測(cè)量，提高了壓力傳感器的熱適應(yīng)性。