一种极低速度的热线标定装置的制作方法

本发明涉及一种热线标定装置，具体涉及一种极低速度的热线标定装置，属于热线风速仪测量。

背景技术：

1、热线测速技术是一种非常重要的测量气体流动速度矢量的技术，已经有近一百年的历史，它在湍流科学的发展中起到了重要的作用。热线风速仪的原理是将一根通电加热的细金属丝置于气流中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。

2、从测量原理可知，为建立流速信号与电信号之间的联系，需通过速度和温度已知的标准气流进行标定，可产生速度和温度可知的标准气流装置即为热线标定装置。

3、常规的热线标定装置通常通过高压气源驱动，通过整流装置对气体进行梳理再经过喷嘴收缩加速，形成射流，通过测量射流的温度和压差，计算得到射流的速度，通过调节供气压力和流量，可获得不同的射流速度。通常热线标定装置的精度要求高于1％，因此要求测量的温度和压差的精度均需高于1％。当射流速度为5m/s时，压差约为15pa，射流速度为1m/s时，压差约为0.6pa，射流速度为0.1m/s时，压差约为0.006pa，从上述数据可知在压差极低时，通过压差传感器难以精确测得准确数值，因此常规热线标定装置在极低速度下不适用。

技术实现思路

1、本发明为了克服上述常规热线标定装置在极低速度下不适用的问题，提供了一种极低速度的热线标定装置，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种极低速度的热线标定装置，包括收缩喷嘴、整流装置、活塞、动力装置、外壳和温度探头；所述外壳的左侧连接有收缩喷嘴，所述整流装置和活塞由左至右设置在外壳内，所述整流装置用于梳理气流，降低气流的湍流度；所述动力装置与活塞连接，驱动活塞在外壳内进行往复运动，推动气体在外壳内运动；温度探头由外壳侧壁探入外壳内部，用于测量外壳内的气流温度。

4、进一步地：所述整流装置包括沿气流运动方向依次设置的孔板、蜂窝器和多层阻尼网，孔板、蜂窝器和多层阻尼网与外壳的内壁建立连接。

5、进一步地：所述收缩喷嘴通过光滑连续的曲线绕轴线旋转获得内部收缩型面，型面曲线采用文氏标准收敛曲线、二次曲线或三次曲线设计获得；所述收缩喷嘴为可更换部件，其包含多种出口口径，全部收缩喷嘴均具有相同的长度，收缩喷嘴的入口尺寸与外壳内径相等。不同口径的收缩喷嘴适用于不同的速度段，收缩喷嘴通过法兰或者螺纹与外壳连接，并通过密封圈密封。

6、进一步地：所述孔板为均匀分布圆孔的薄板，气体通过圆孔流到下一级，使得气体初步实现均匀；所述蜂窝器为薄壁的六边形蜂窝格，蜂窝格长度大于其孔径的5倍及以上，因此气流从蜂窝格孔中流过时，气流角度被约束矫正成与外筒轴线平行的方向；所述阻尼网为细密钢丝网，网孔通常较小，相邻两层阻尼网的网孔呈45度设置，气流流经阻尼网后，被进一步梳理，形成均匀的流动。

7、进一步地：所述外壳整体上为两端开放的圆筒，由多段筒体通过采用法兰或螺纹形式连接在一起，从功能上可分为整流段和活塞段，整流段是安装整流装置的空间，整流段内部沿气流运动方向依次安装孔板、蜂窝器和阻尼网，活塞段内部是活塞的运动空间，活塞段表面光滑，通过密封脂或者润滑油的辅助，可保证活塞与外壳内壁的气密性，且能顺畅滑动。

8、进一步地：所述动力装置与外壳固定连接，或者动力装置与外壳安装在同一平台上。

9、进一步地：所述动力装置包括连接杆、直线电机，所述活塞通过连接杆与直线电机连接。所述连接杆连接直线电机与活塞，直线电机驱动连接杆和活塞做直线运动。

10、进一步地：所述温度探头安装在相邻两层阻尼网之间或者阻尼网下游的外壳壁面上，温度探头其尺寸通常较小，避免产生较大的流动干扰，其测温精度通常不低于0.1℃，温度探头与外壳的连接处保持气密性。

11、本发明有益效果体现在：

12、相对于现有技术，在低速流动下，气体可以认为是无压缩的，具备体积流量守恒的特点，本发明的一种极低速度的热线标定装置，通过活塞的方式驱动气体运动，仅需建立活塞运动速度与收缩喷嘴出口气流速度的关系，即可实现收缩喷嘴处的气流速度控制。热线标定装置通过试验前的标定，建立活塞运动速度和喷嘴出口气流速度的关系，在热线探头标定过程中，通过控制射流速度，在射流稳定的时间段内，完成热线的数据采集。相较于传统的热线标定装置，该装置的优点在于可以实现0.02m/s至5m/s的可控速度，且具有速度控制精度、控制方式简单、结构简单的优点。

技术特征：

1.一种极低速度的热线标定装置，其特征在于，包括收缩喷嘴(1)、整流装置(6)、活塞(7)、动力装置(10)、外壳(2)和温度探头(11)；所述外壳(2)的左侧连接有收缩喷嘴(1)，所述整流装置(6)和活塞(7)由左至右设置在外壳(2)内，所述整流装置(6)用于梳理气流，降低气流的湍流度；所述动力装置(10)与活塞(7)连接，驱动活塞(7)在外壳(2)内进行往复运动，推动气体在外壳(2)内运动；温度探头(11)由外壳侧壁探入外壳内部，用于测量外壳内的气流温度。

2.根据权利要求1所述的一种极低速度的热线标定装置，其特征在于：所述整流装置(6)包括沿气流运动方向依次设置的孔板(5)、蜂窝器(4)和多层阻尼网(3)，孔板(5)、蜂窝器(4)和多层阻尼网(3)与外壳(2)的内壁建立连接。

3.根据权利要求2所述的一种极低速度的热线标定装置，其特征在于：所述动力装置(10)包括连接杆(8)、直线电机(9)，所述活塞(7)通过连接杆(8)与直线电机(9)连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种极低速度的热线标定装置，其特征在于：所述收缩喷嘴(1)通过光滑连续的曲线绕轴线旋转获得内部收缩型面，型面曲线采用文氏标准收敛曲线、二次曲线或三次曲线设计获得；所述收缩喷嘴(1)为可更换部件，其包含多种出口口径，全部收缩喷嘴(1)均具有相同的长度，收缩喷嘴(1)的入口尺寸与外壳(2)内径相等。

5.根据权利要求4所述的一种极低速度的热线标定装置，其特征在于：所述孔板(5)为均匀分布圆孔的薄板；所述蜂窝器(4)为薄壁的六边形蜂窝格，蜂窝格长度大于其孔径的5倍及以上；所述阻尼网(3)为细密钢丝网，相邻两层阻尼网(3)的网孔呈45度设置。

6.根据权利要求4所述的一种极低速度的热线标定装置，其特征在于：所述外壳(2)整体上为两端开放的圆筒，由多段筒体通过采用法兰或螺纹形式连接在一起，从功能上分为活塞段和整流段，活塞段内部是活塞(7)的运动空间，内壁光滑，整流段是安装整流装置(6)的空间，内部固定孔板(5)、蜂窝器(4)和阻尼网(3)。

7.根据权利要求3所述的一种极低速度的热线标定装置，其特征在于：所述动力装置(10)与外壳(2)固定连接，或者动力装置(10)与外壳(2)安装在同一平台上。

8.根据权利要求3所述的一种极低速度的热线标定装置，其特征在于：所述温度探头(11)安装在相邻两层阻尼网(3)之间或者阻尼网(3)下游的外壳(2)壁面上，温度探头(11)测温精度通常不低于0.1℃，温度探头(11)与外壳(2)的连接处保持气密性。

技术总结
一种极低速度的热线标定装置，属于热线风速仪测量技术领域。本发明解决了常规热线校准装置在极低速度条件下不适用的问题。技术要点：包括收缩喷嘴、整流装置、活塞、动力装置、外壳和温度探头；所述外壳的左侧连接有收缩喷嘴，所述整流装置和活塞由左至右设置在外壳内，所述整流装置用于梳理气流，降低气流的湍流度；所述动力装置与活塞连接，驱动活塞在外壳内进行往复运动，推动气体在外壳内运动；温度探头由外壳侧壁探入外壳内部，用于测量外壳内的气流温度。本发明可以实现最低0.02m/s的可控速度，且具有控制精度高、控制方式简单、结构简单的优点。

技术研发人员：李玉军,刘畅,许东洋,王猛,赵民,衷洪杰
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17