专利名称：球形多孔探针三维流场自动测速装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维流场速度测量装置，尤其涉及一种利用球形多孔测压管进行测量的自动测速装置。
现有技术中，为了深入研究流场流动的特性，往往需要对流场压力或速度分布进行试验测定。常用的测量技术有热线风速仪，激光多普勒测速系统以及球形五孔测压管等。热线风速仪具有低速情况下所必需的高频率响应性能和高灵敏度，是一种确定高湍流流场平均速度分量和脉动速度分量的有效测量手段，但其缺点是只适于较低的流速。激光多普勒测量技术的特点是无接触测量，空间分辨率高，动态响应快，方向灵敏性高；缺点是设备复杂，价格昂贵，且需要一定的实验条件。目前使用较多的球形五孔测压管即五孔探针，结构简单，使用经济、方便，但在测量时，需用手工旋转支柄，测量的角度范围较小，一般在-45°-45°之间，且测得的数据也不能立即直观地反应出当时流场的状况。
本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足和缺陷，设计一种结构简单，操作方便的球形多孔探针三维流场自动测速装置，该装置的测量不仅能实现大广角，高灵敏度，且能自动进行数据采集和数据处理。
本实用新型是通过以下技术方案实现的它由球形探针、带连接管的探针支柄，探针位置控制系统以及数据显示系统所组成，其特征是在球形探针的表面上开有7个或大于7个的奇数感压孔，该感压孔在球面上的分布状态是一孔在球头部，即为中心孔，两孔位于中心孔与支柄轴心线所在的纵剖面上，其余几孔则均匀分布在球的某一球截面上；同时，其数据显示系统采用计算机数据采集及数据处理系统。对探针的位置控制，则可通过计算机，位移传感器，直流电机，异步步进电机，三维坐标架所组成的控制系统来自动实现。
上述技术方案不仅可实现大角度的测量，而且整个测量过程都是由计算机自动控制，因而有效地达到了上述目的。
附
图1为本实用新型的系统结构示意图。
附图2为附图1的A向放大视图。
附图3为A向视图的B-B剖面图。
以下结合附图详细说明本实用新型的工作原理、结构及实施例。
本实用新型是应用流体绕流球体的特性，利用探针表面的感压孔，首先测得各孔的压力，再结合校正系数，从而求得此点速度的大小和方向。整个装置是由球形探针8，带连接管的探针支柄9，压力传感器10，角位移传感器11，位移传感器12，三维坐标架13，控制探针测点位置的直流电机14，控制探针旋转角度的异步步进电机15以及计算机16组成。测量时，将球形探针放入流场，并将此测量系统所有部分的接线都接好，由计算机发出信号，驱动直流电机转动，于是探针便向前移动，其位移量由位移传感器12不断反馈给计算机。当位移达到用户给定的初始测点位置时，计算机便会控制电机停止在该点处。然后，计算机控制步进电机15开始带动探针绕其自身轴线转动，直至找到测量时所需的平衡位置便停止转动；与此同时，计算机将感压孔的压力经压力传感器10采入并进行数据处理，即可测得此点的速度大小及方向，并在图上显示出来。然后计算机驱动电机带动探针走到下一个测点位置，并重复上述的步骤进行测量，直到测量完最后一个测点。整个测量过程都是由计算机自动控制的。
当采用7孔探针时，感压孔在球面上的分布如图2、3所示。其中第4孔在球头部，为中心孔，2、4、6孔在探针支柄轴心线所在的纵剖面上，1、3、5、7四孔均匀分布在球的某一截面上，且与中心孔4分别成45°角。感压孔的大小视球形探针的直径不同而有所变化，一般为0.5-1.0mm，探针直径通常在6-12mm的范围内。
对于较大流场或探针直径较大时，可采用9孔或11孔不等，这样，测量范围及测量精度会更高，但也会带来加工上的麻烦。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果该装置与激光多普勒测量技术相比，其优点是不需要较高的试验条件，结构简单，价格低；与现有五孔探针相比，测量范围大，可测角度约为140°。故称为大广角，灵敏度高，不需要人工操作，整个系统完全由计算机自动控制，自动进行数据处理，从而使测量者从繁重的测量及数据运算中解脱出来。
权利要求1.一种球形多孔探针三维流场自动测速装置，它由球形探针[8]，带连接管的探针支柄[9]，探针位置控制系统以及数据显示系统组成，其特征是球形探针的表面上开有7个或大于7个的奇数感压孔，其中一个是位于球头部的中心孔，两个位于中心孔与支柄轴心线所在的纵剖面上，其余几孔则均匀分布在球的某一截面上；同时数据显示系统采用计算机数据采集及数据处理系统。
2.按照权利要求1所述的球形多孔探针三维流场自动测速装置，其特征是所述的探针位置控制系统由计算机，位移传感器，控制探针旋转角度的异步步进电机，控制探针测点位置的直流电机及三维坐标架组成。
3.按照权利要求1或2所述的球形多孔探针三维流场自动测速装置，其特征是球形探针的直径为6-12mm，感压孔直径为0.5-1.0mm。
专利摘要一种球形多孔探针三维流场自动测速装置，应用流体绕流球体的特性，在球形探针的表面上开有7个或大于7个的奇数感压孔，并通过计算机将感压孔的压力经传感器采入后，进行数据处理，整个测量过程都由计算机自动完成。具有结构简单，价格低等特点；具有大广角，高灵敏度，不需要人工操作等优点，从而将测量者从繁重的测量及数据运算中解脱出来。该装置可广泛应用于工程和科学研究等领域的三维流场的速度测量。
文档编号G01P5/00GK2242460SQ9521530
公开日1996年12月11日 申请日期1995年7月7日 优先权日1995年7月7日
发明者李彦, 郑洽余, 张雅明 申请人:清华大学