一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置的制作方法

1.本发明涉及一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，属于动态温度校准领域。


背景技术：

2.气流温度传感器的动态性能指标有很多种，如时间常数、固有频率、阻尼比等，目前国内主要采用时间常数来评价气流温度传感器的动态特性，通过在阶跃式动态温度标准装置上对气流温度传感器进行动态校准，得到传感器的时间常数。时间常数可以反映气流温度传感器的滞后时间，但无法给出气流温度传感器由于热滞后造成的动态误差，即幅值灵敏度误差，所以无法对气流温度传感器的动态性能进行全面而准确的评价。另外，很多气流温度传感器安装在武器型号的旋转部件下游，所测气流温度是周期性变化的交变信号。为保证交变气流温度测量结果的准确可靠，需要研制交变式动态温度标准装置，为气流温度传感器提供交变式动态温度激励，模拟实际使用条件，对传感器进行动态校准，得到传感器的幅频特性和相频特性(包括固有频率和阻尼比)，在校准结果的基础上，对气流温度传感器的测量结果进行补偿修正。综上所述，为保证武器型号的安全性、控制精度，提高温度传感器的设计水平，需要对交变式动态气流温度标准装置进行研制，以对气流温度传感器进行动态性能校准。
3.目前国内外建立的动态气流温度标准装置主要包括两类：一类是阶跃式，一类是交变式。采用阶跃式激励源进行气流温度传感器动态校准，装置相对比较简单，激励较容易实现，但该类装置无法模拟周期性变化的动态气流温度，另外，采用该方法得到的校准结果，不能给出温度传感器的幅值灵敏度误差、相位误差等频域信息，不能全面地评价温度传感器的动态性能，不便于对交变式动态气流温度测量结果进行补偿修正，最终影响到温度测量的准确性。采用交变式气源进行气流温度传感器动态校准，目前应用的是转盘式交变动态气流温度标准装置，用电机带动转盘高速旋转，交替提供冷气流和热气流，冷、热气流掺混后，在被校传感器周围形成交变气流温度，从而能得到温度传感器动态特性的频域信息。但转盘式交变气流温度发生装置体积大、产生的冷气流大小和频率不好控制且大直径圆盘高速旋转对现场操作人员和仪器设备易造成安全隐患。
4.射流元件是一种以流体为工作介质且本身没有活动部件，利用流体流动的相互作用及一些物理效应来控制和改变流体流动，实现传感、逻辑、放大等功能的流体控制元件，国外也称之为流体放大器，元件内部射流具有稳定附壁和快速换向的特性。根据工作流体性质的不同，射流元件可以分为不可压缩射流元件和可压缩射流元件两种，本专利所研究的超音速射流元件是可压缩射流元件的一种，它既可以作为控制系统的逻辑元件，实现各种逻辑功能，又可作为控制系统的执行部件，通过小能量控制信号，直接产生大能量的驱动力或力矩。因其可靠性好、体积小、功率大，并能适应辐射、腐蚀、振动、冲击和高温等恶劣工作环境，被成功的应用于航空、航天和导弹等领域的某些控制系统。


技术实现要素：

5.本发明公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置要解决的技术问题是：产生较为理想的幅值和频率随时间周期性变化的交变冷气流温度信号，与热校准风洞一起组成用于校准高温气流温度传感器动态性能的标准装置。本发明具有结构简单、稳定性好、控制方便、实现容易等优点。
6.本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
7.本发明公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，包括超音速射流元件和热校准风洞；气流经过所述超音速射流元件产生正弦形式的冷气流，在出口处与热校准风洞产生的热气流掺混后形成高温交变热气流信号，实现气流温度传感器的高温动态校准。
8.所述高温交变热气流信号为较为理想的幅值和频率随时间周期性变化的交变冷气流温度信号。
9.所述超音速射流元件包括主气源、控制口、输出端、三位三通电磁控制阀。气体通过管路被分成两股，一股直接进入射流元件的主气源进口，另一股经过三位三通电磁控制阀控制射流元件两个控制口，利用射流的卷吸效应及附壁效应，用小流量的控制气流实现对主射流的快速切换，产生可控的按交变规律变化的冷气流。
10.本发明公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，还包括节流阀，所述节流阀布置在三位三通电磁控制阀所在管路上，将气体流量变成微小流量。
11.本发明公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，还包括减压阀，所述减压阀与高压气瓶相连，将高压气瓶中出来的高压气体减压到所需压力和流量。
12.本发明公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，还包括二是三通分流阀，将经减压阀后分流出的气流一分为二，较大的一股作为超音速射流元件主气源的供气端，较小的一股作为超音速射流元件控制口的供气端。
13.本发明公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，还包括传感器组、数据采集系统14和控制系统，所述传感器组主要包括用于测量经减压阀后的冷气流的压力、温度及流量传感器；所述数采系统用于采集传感器组传来的电压信号，并对其进行去噪处理。所述控制系统用于阀门组的通断及转换、数据的采集与处理。
14.有益效果
15.1、本发明公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，属于交变气流温度发生装置。很多温度传感器安装在武器型号的旋转部件下游，所测温度是周期性变化的交变信号。为保证交变气流温度测量结果的准确可靠，需要研制交变式动态温度标准装置，为温度传感器提供交变式动态温度激励，模拟实际使用条件，对传感器进行动态校准，得到传感器的幅频特性和相频特性(包括固有频率和阻尼比)，在校准结果的基础上，对温度传感器的测量结果进行补偿修正。
16.2、本发明公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，能够作为基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，产生较为理想的幅值和频率随时间周期性变化的交变冷气流温度源，与热校准风洞一起组成用于校准气流温度传感器动态性能的标准装置。
17.3、本发明公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，突出的采用
超音速射流元件作为气流控制装置，并采用三位三通电磁控制阀作为控制超音速射流元件快速切换的控制阀门，能够产生大幅值、高频响的交变冷气流信号，且该装置结构简单、稳定性好且实现容易。
附图说明
18.图1本发明的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置工作流程图；
19.图2一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置结构图；
20.其中：1—热校准风洞、2—压力传感器、3—温度传感器、4—集气管、5—减压阀、6—冷气压力传感器、7—冷气温度传感器、8—流量计、9—三通分流阀、10—超音速射流元件(10-1 主气源，10-2控制口，10-3输出端)、11—节流阀、12—三位三通电磁控制阀、13—高压气瓶组、14—数采系统、15—控制系统、16—被校传感器。
具体实施方式
21.为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
22.实施例1：
23.以气流温度传感器动态性能的校准为例，对一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置进行说明。数据采集与处理系统用于采集传感器组传来的电压信号，并对其进行去噪处理。截止阀的通断、控制阀的转换、数据的采集与处理由控制台控制。
24.如图2所示，本实施例公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置，主要由热校准风洞1、超音速射流元件10、阀门组组成。所述阀门组包括减压阀5、三通分流阀9、节流阀11、三位三通电磁控制阀12
25.所述热校准风洞1为为现有设备，能够在试验段产生一定温度和速度的热气流。
26.所述超音速射流元件10是一种以流体为工作介质且没有活动部件的放大器件，利用流体流动的相互作用及一些物理效应来控制和改变流体流动，实现传感、逻辑、放大等功能的流体控制元件，由主气源、控制口及输出端组成。主气源的气流经一拉瓦尔喷口形成超音速射流，由于射流的卷吸效应和附壁效应，超音速射流会稳定地附着在射流元件的一端，在左右控制口的交替作用下，射流会快速切换，从而在输出端形成依交变规律变化的冷气流。
27.所述控制阀门组包括四个，一是减压阀5，与高压气瓶相连，将高压气瓶中出来的高压气体减压调整到所需压力和流量；二是三通分流阀9，将经减压阀5后分流出的气流一分为二，较大的一股作为超音速射流元件主气源的供气端，较小的一股作为超音速射流元件控制口的供气端；三是节流阀11，将经超音速射流元件控制口供气端的气流进行进一步节流；四是三位三通电磁控制阀12，用于按交变规律控制超音速射流元件的控制口的进气情况。
28.所述的三位三通电磁控制阀12，三位指的是三位三通电磁阀的三种状态，分别是开、保持、关三种状态。三通指的是气源口、工作口、排气口。结构组成有左右两个线圈和阀体以及阀芯。三位三通电磁阀右线圈得电，阀芯向左移动堵住气源口，那么是关状态。三位三通电磁阀左线圈得电，阀芯右移封闭排气口，那么是开状态。三位三通电磁阀线圈不得电
时阀芯处于中间位置封闭工作口，那么处于保持状态。
29.本实施例公开的一种基于超音速射流元件的交变气流温度发生装置的校准方法为：
30.步骤一、打开热校准风洞1，使其产生稳定的热气流。由于热校准风洞1为已有成熟设备，此处略过。
31.步骤二、打开减压阀5，将高压气瓶中出来的高压气体减压到所需压力和流量。
32.步骤三、调整三通分流阀9，将经减压阀5后分流出的气流一分为二，较大的一股作为超音速射流元件主气源的供气端，较小的一股作为超音速射流元件控制口的供气端。
33.步骤四、调整节流阀11，将经超音速射流元件控制口供气端的气流进行进一步节流。
34.步骤五、调整三位三通电磁控制阀12，通过控制系统15控制射流元件产生交变冷气流。
35.步骤六、将超音速射流元件10产生的交变冷气流通过集气管4传输到热校准风洞1试验段，与热气流掺混，形成高温动态校准气流。
36.步骤七、依据动态温度校准规范校准被校传感器16。
37.步骤八、通过数据采集系统14采集信号，并进行数据处理。
38.以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。