專利名稱：基于探針自動測量氣流壓力和速度的裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于流動測量技術領域，涉及一種基于探針自動測量氣流壓力和速度的裝置。
背景技術：
探針被廣泛應用于氣流運動參量的測量當中，根據探針類型的不同及其對應的測量方法，可以用于測量氣流的速度矢量大小、方向及總壓和靜壓等。在使用探針測量上述物理參量的過程中，需要不斷改變探針在氣流中的位置及測量孔相對于氣流的方向，從而實現不同位置中氣流速度和壓力的測量。由于在實際測試過程中，往往需要測量不同位置處氣流的速度和壓力，而且難以預先知道當地氣流的流動方向，因此采用傳統手動方法不斷調整探針的位置和測量孔方向是一件十分繁瑣的工作，并且效率十分低下。針對上述缺陷， 曾有專利(CN1013^218A)中提出了一種自動控制探針運動的裝置，具體實施中采用三個數控電機及其配套部件分別控制探針實現俯仰、偏轉、水平運動的方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、控制精度高、能夠顯著提高實驗測量速度并降低實驗誤差的氣流壓力和速度的自動測量裝置。為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的一種基于探針自動測量氣流壓力和速度的裝置，包括探針、由中空電機及其托架和定位鎖緊裝置組成的探針旋轉運動調節機構、由直線運動電機、絲杠、運動平臺組成的探針直線運動調節機構、由運動平臺托架和密封裝置組成的安裝支撐機構、由計算機軟件和硬件組成的數據采集和控制系統，其特征在于，所述探針的一端安裝于中空電機的中空軸內，由定位鎖緊裝置固定，探針的另一個測量端穿過密封裝置延伸至被測物件內的運動流體中，密封裝置固定于運動平臺托架的垂直架體通孔內；所述探針旋轉調節機構通過中空電機托架安裝在運動平臺上；所述探針直線運動調節結構整體安裝在運動平臺托架的水平架體上；所述數據采集和控制系統通過數據采集端C與探針相連實現數據采集；數據采集和控制系統通過第一接線端D與中空電機相連實現旋轉運動控制，通過第二接線端E與直線運動電機相連實現直線運動控制。上述方案中，所述的定位鎖緊裝置包括兩個分別置于中空電機中空軸兩側的定位套及其上的頂絲，定位套與中空軸固聯。所述的探針密封裝置包括中空的雙頭螺栓、密封墊片、焊接在被測物件表面的搭子，雙頭螺栓固定在運動平臺托架的垂直架體通孔內，探針的測量端穿過雙頭螺栓延伸至被測物件內的運動流體中，雙頭螺栓靠近探針測量端的一側通過密封墊片與搭子相連。該連接方式為內螺紋連接或外螺紋連接。所述的數據采集和控制系統包括依次串聯的壓力變送器、信號調理器、數據處理系統和運動控制器，壓力變送器通過數據采集端C采集得到信號，經過信號調理器調理后，由數據處理系統讀取分析，數據處理系統的控制信號通過運動控制器一路經第一接線端D 輸出到中空電機，另一路經第二接線端E輸出到直線運動電機。本發明的有益效果是，采用兩套數控電機分別實現探針的直線和旋轉運動來快速測量不同位置氣流的速度矢量大小和方向及靜壓和總壓等物理參量。直線運動電機控制探針水平運動，中空旋轉電機控制探針的旋轉運動，裝置結構簡單，結合計算機數據采集和控制系統，在提前設定好測量點幾何坐標位置條件情況下，實現了多測量點物理參量數據采集過程的完全自動化，顯著提高了實驗速度，同時降低了手動控制和操作人員讀數的誤差， 提高并保證了實驗精度。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。圖1是本發明裝置的總體結構圖。圖2是本發明裝置測量端的一種連接結構。圖3是本發明裝置測量端的另一種連接結構。圖1到圖3中1、探針；2、中空電機；3、中空電機托架；4、直線運動電機；5、絲杠； 6、直線運動平臺；7、運動平臺托架；8、定位套、9、定位鎖緊螺母；10、螺絲；11、墊片A ；12、 頂絲；13、墊片B ；14、鎖緊螺母；15、0型圈；16、螺母；17、頂絲；18、密封墊片；19、搭子；20、 雙頭螺栓。
具體實施例方式如圖1所示，一種控制探針自動運動的氣流壓力和速度的測量裝置，包括探針旋轉運動調節機構，探針直線運動調節機構，安裝支撐結構和數據采集及控制系統四部分。探針旋轉運動調節機構包括中空電機2、中空電機托架3及探針定位鎖緊裝置，其中定位鎖緊裝置由定位套8、定位鎖緊螺母9、螺絲10、墊片11及頂絲12組成。定位套8置于中空電機2中空軸的左側并與中空軸內壁和探針1通過過盈配合實現固聯，其上頂絲12 鎖緊定位套8與探針1之間的連接。定位鎖緊螺母9、墊片11與中空電機2中空軸的右側通過軸向作用力鎖緊，此外，定位鎖緊螺母9的內壁與探針1之間由螺絲10采用過盈配合連接，螺絲10上設有頂絲12鎖緊定位鎖緊螺母9與探針1之間的連接。上述連接方式最終實現探針1、中空電機2中空軸、定位套8、定位鎖緊螺母9、螺絲10、墊片11及頂絲12之間的固有連接，在測量過程中由中空電機2驅動探針1及上述部件繞軸O1-O1做旋轉運動。探針直線運動調節機構包括直線運動電機4、絲杠5、直線運動平臺6，其中探針旋轉運動調節機構通過中空電機托架3安裝在直線運動平臺6上。在測量過程中，直線運動電機4驅動絲杠5帶動直線運動平臺6、中空電機托架3、探針旋轉運動調節機構及探針1 沿軸O1-O1做直線運動。安裝支撐結構包括運動平臺托架7和探針密封裝置，其中探針密封裝置包括中空的雙頭螺栓20、搭子19和密封墊片18，雙頭螺栓20由墊片13、0型圈15、鎖緊螺母14、螺母16、頂絲17固定在運動平臺托架的垂直架體通孔內，探針的測量端穿過雙頭螺栓20延伸至被測物件內的運動流體中。雙頭螺栓20靠近探針測量端的一側通過密封墊片18與焊接在被測物件表面的搭子19相連，有兩種不同的連接形式。如圖2和圖3所示，兩種連接形
4式的不同之處在于，連接形式一(圖幻中搭子19和雙頭螺栓20采用內螺紋連接，連接形式二(圖幻中搭子19和雙頭螺栓20采用外螺紋連接。在測量準備時，探針1的一端通過定位鎖緊裝置安裝固定在中空電機2的中空軸內；探針1的另一測量端穿過雙頭螺栓20延伸至被測物件內的運動流體中。根據實驗測量的具體情況，分別定位鎖緊兩端。計算得到探針測量端的初始位置，輸入到計算機系統中， 并通過計算機軟件設定需要測量的位于同一直線上的多個測量點坐標位置。在測量過程中，中空電機驅動探針1和定位鎖緊裝置繞O1-O1軸旋轉運動，直線運動電機4驅動絲杠5使直線運動平臺6及探針旋轉運動調節機構沿O1-O1軸向做直線運動。數據采集和控制系統包括壓力變送器、信號調理器、數據處理系統、運動控制器。 探針1通過數據采集端C與壓力變送器連接，經信號調理器接入數據處理系統，進行數據分析處理、存儲和輸出。數據處理系統的輸出與運動控制器的輸入連接，運動控制器的輸出分兩路，一路經接線端D連接至中空電機2 ；另一路經接線端E連接至直線運動電機4，分別實現探針的旋轉和直線運動控制。本發明裝置自動測量的工作原理是首先通過壓力變送器采集、轉換探針測量孔在初始測量點位置時的壓力信號輸入到計算機系統中，基于計算機軟件分析測量得到的信號，計算出探針需要旋轉的角度，通過計算機系統輸出控制命令驅動中空電機調整測量端的方向，直到達到滿足要求的方向為止，然后采集數據，得到該測量點需要測量的物理參量。完成當地測量點的數據采集后，由計算機控制系統輸出控制命令，驅動直線運動電機實現探針的直線運動，到達下一個測量點位置，重復上述過程調整探針測量孔的方向，實現該測量點的物理參量測量。反復執行上述步驟，逐點實現該直線方向上各測量點位置的物理參量測量。本發明在測量完成時，分別松開探針兩端的鎖緊裝置，將探針分別退出運動平臺托架通孔和中空電機的中空軸。
權利要求
1.一種基于探針自動測量氣流壓力和速度的裝置，包括探針、由中空電機及其托架和定位鎖緊裝置組成的探針旋轉運動調節機構、由直線運動電機、絲杠、運動平臺組成的探針直線運動調節機構、由運動平臺托架和密封裝置組成的安裝支撐機構、由計算機軟件和硬件組成的數據采集和控制系統，其特征在于，所述探針的一端安裝于中空電機的中空軸內， 由定位鎖緊裝置固定，探針的另一個測量端穿過密封裝置延伸至被測物件內的運動流體中，密封裝置固定于運動平臺托架的垂直架體通孔內；所述探針旋轉調節機構通過中空電機托架安裝在運動平臺上；所述探針直線運動調節結構整體安裝在運動平臺托架的水平架體上；所述數據采集和控制系統通過數據采集端C與探針相連實現數據采集；數據采集和控制系統通過第一接線端D與中空電機相連實現旋轉運動控制，通過第二接線端E與直線運動電機相連實現直線運動控制。
2.如權利要求1基于探針自動測量氣流壓力和速度的裝置，其特征在于，所述的定位鎖緊裝置包括兩個分別置于中空電機中空軸兩側的定位套及其上的頂絲，定位套與中空軸固聯。
3.如權利要求1基于探針自動測量氣流壓力和速度的裝置，其特征在于，所述的探針密封裝置包括中空的雙頭螺栓、密封墊片、焊接在被測物件表面的搭子，雙頭螺栓固定在運動平臺托架的垂直架體通孔內，探針的測量端穿過雙頭螺栓延伸至被測物件內的運動流體中，雙頭螺栓靠近探針測量端的一側通過密封墊片與搭子相連，該連接方式為內螺紋連接或外螺紋連接。
4.如權利要求1基于探針自動測量氣流壓力和速度的裝置，其特征在于，所述的數據采集和控制系統包括依次串聯的壓力變送器、信號調理器、數據處理系統和運動控制器，壓力變送器通過數據采集端C采集得到信號，經過信號調理器調理后，由數據處理系統讀取分析，數據處理系統的控制信號通過運動控制器一路經第一接線端D輸出到中空電機，另一路經第二接線端E輸出到直線運動電機。
全文摘要
本發明公開了一種基于探針自動測量氣流壓力和速度的裝置，包括探針、探針旋轉運動調節機構、探針直線運動調節機構、安裝支撐機構、數據采集和控制系統，其特征在于，探針的一端安裝于中空電機的中空軸內，由定位鎖緊裝置固定，探針的另一個測量端穿過密封裝置延伸至被測物件內的運動流體中，密封裝置固定于運動平臺托架的垂直架體通孔內；探針旋轉調節機構通過中空電機托架安裝在運動平臺上；探針直線運動調節結構整體安裝在運動平臺托架的水平架體上；數據采集和控制系統通過數據采集端C與探針相連實現數據采集；數據采集和控制系統通過第一接線端D與中空電機相連實現旋轉運動控制，通過第二接線端E與直線運動電機相連實現直線運動控制。
文檔編號G01P5/00GK102192999SQ20111006245
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月16日 優先權日2011年3月16日
發明者毛義軍, 祁大同, 袁民建, 譚佳健 申請人:西安交通大學