一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置、系统和方法

本发明涉及压力传感器声压标定，特别涉及一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置、系统和方法。

背景技术：

1、声压标定作为一种非接触式的压力标定方法，在压力传感器标定方面获得了重要应用。为了保证标定时不受来自壁面反射的干扰，声压标定工作一般要在壁面装有消音结构(如消音锥)的腔室内进行。当需要标定传感器的低温性能时，实验方案除了满足声压标定的声场反射需求之外，需要使得传感器能够降低到足够的温度，且温度上升的过程足够缓慢，保证实验标定所得的数据可以正确反应传感器在所测温度下性能。然而普通的恒温箱虽然可以保证温度的调节，但是其内壁不具有消音结构，不能满足声压标定的声学需求。若将普通的消音室改装至具有冷却功能，考虑到消音室内部需要容纳整套声学测量设备(原理上至少包括声学功率输出设备已经传感器空间定位设备)，以及壁面消音结构的安装空间，其容积不可能很小，在对于低温要求较高(如接近-100℃)时，难以实现经济地制冷。

2、若考虑对于传感器单独进行制冷，并放置在普通消音室中进行实验，由于压力传感器体积往往较小，相应地，其热惯性也较低，在室温环境中升温较快，难以保证充足的测试时间，也难以保证某段测试数据能够正确反映对应测试温度下传感器的性能。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置、系统和方法。

2、为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明公开了一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置，包括待标定压力传感器及热电偶、传感器安装构件、冷桥、蓄冷构件、保温层、反光层、冷窗，其中：

4、所述热电偶粘接在待标定压力传感器和传感器安装构件之间；

5、所述蓄冷构件，其上有供附着于标定传感器空间定位装置的结构，以及供所述冷桥附着的结构，用于储存冷量；

6、所述冷桥固连在所述蓄冷构件上，所述冷桥上有供所述传感器安装构件附着的结构，所述冷桥与蓄冷构件相连的一端为冷桥冷端，与传感器安装构件相连的一端为冷桥热端，用于形成从所述冷桥冷端到冷桥热端的温度梯度；

7、所述传感器安装构件固连在所述冷桥上，所述传感器安装构件有供待标定压力传感器安装的结构；

8、所述保温层牢固完整地包覆在所述蓄冷构件、冷桥和传感器安装构件的外表面，以及待标定压力传感器除工作表面外的外表面，用于所述蓄冷构件与热桥的保温；

9、在所述蓄冷构件表面留有一个用于接触制冷剂的缺口，该不受所述保温层包覆的蓄冷构件表面区域为冷窗；

10、所述反光层完整包覆在所述保温层外表面，并不遮挡所述冷窗；

11、所述制冷剂制冷时通过所述冷窗倾倒在所述蓄冷构件上。

12、进一步的，所述冷窗远离所述冷桥的安装位置，并且保证开口向上，用于避免产生与空气的对流换热。

13、进一步的，所述冷窗的外法线呈竖直向上，用于防止该表面形成自然对流换热表面、加速冷量的流失。

14、优选的，所述冷桥为常见金属材料中热导率较差的304不锈钢制成的圆棒。

15、优选的，所述蓄冷构件为常见金属中热导率较高的铝合金3011制成的长方体。

16、优选的，所述保温层为海绵。

17、优选的，所述反光层选用铝箔。

18、本发明还公开了一种用于压力传感器低温声压标定系统，包括上述冷却装置、待标定传感器及测温传感器、传感器空间定位装置、声压发生装置，其中：

19、所述冷却装置绝热良好地固连在所述传感器空间定位装置上；

20、所述待标定传感器及测温传感器传热良好地牢固粘接在所述冷却装置的传感器安装构件上；

21、所述声压发生装置固连在所述传感器空间定位装置上，并由传感器空间定位装置保持与所述待标定传感器及测温传感器之间的相对稳固位置。

22、本发明另外公开了一种用于压力传感器低温声压标定的冷却方法，采用上述冷却装置进行冷却，包括以下步骤：

23、步骤a1：待标定传感器及测温传感器安装在冷却装置的传感器安装构件上，一并安装在传感器空间定位装置上，并连同声压发生设备一同置于消音室中；

24、步骤a2：将制冷剂持续倾倒在冷窗处；

25、步骤a3：监测待标定传感器工作面的温度，当其达到低于目标温度的某值时停止倾倒制冷剂；

26、步骤a4：退出并封闭消音室，打开声压发生设备，持续监测待标定传感器工作表面温度，待达到目标温度时采集待标定压力传感器输出值。

27、本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

28、本发明利用一对传热学性能不同的材料作为蓄冷构件和冷桥，利用制冷剂冷却蓄冷构件中远离冷桥的某点，形成一个从冷窗到待标定压力传感器的温度梯度。其中因冷桥较差的导热性能所形成的冷桥热端和冷桥冷端较大的温度梯度，允许待标定传感器在到达目标温度附近时蓄冷构件可以获得更低的温度，再结合蓄冷构件较大的体积和较大的热容，使得蓄冷构件可以储存较多的冷量。当待标定压力传感器工作表面因接触室温空气而升温时，由于冷桥冷端到热端的换热系数大于上述表面与空气的换热系数，蓄冷构件储存的冷量可以通过冷桥源源不断地传递给待标定压力传感器，延缓其温度上升，从而满足温度缓变的测试要求。本发明成本低廉，操作简单方便，通用性好。

技术特征：

1.一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置，其特征在于，包括待标定压力传感器及热电偶、传感器安装构件、冷桥、蓄冷构件、保温层、反光层、冷窗，其中：

2.根据权利要求1所述的一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置，其特征在于，所述冷窗远离所述冷桥的安装位置，并且保证开口向上，用于避免产生与空气的对流换热。

3.根据权利要求1所述的一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置，其特征在于，所述冷窗的外法线呈竖直向上，用于防止该表面形成自然对流换热表面、加速冷量的流失。

4.根据权利要求1所述的一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置，其特征在于，所述冷桥为常见金属材料中热导率较差的304不锈钢制成的圆棒。

5.根据权利要求1所述的一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置，其特征在于，所述蓄冷构件为常见金属中热导率较高的铝合金3011制成的长方体。

6.根据权利要求1所述的一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置，其特征在于，所述保温层为海绵。

7.根据权利要求1所述的一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置，其特征在于，所述反光层选用铝箔。

8.一种用于压力传感器低温声压标定系统，其特征在于，包括上述权利要求1-7中任意一项所述的冷却装置、待标定传感器及测温传感器、传感器空间定位装置、声压发生装置，其中：

9.一种用于压力传感器低温声压标定的冷却方法，其特征在于，采用上述权利要求1-7中任意一项所述的冷却装置进行冷却，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种用于压力传感器低温声压标定的冷却装置、系统和方法，包括待标定压力传感器及热电偶、传感器安装构件、冷桥、蓄冷构件、保温层、反光层、冷窗，热电偶粘接在待标定压力传感器和传感器安装构件之间；蓄冷构件，其上有供附着于标定传感器空间定位装置的结构及供冷桥附着的结构；冷桥固连在蓄冷构件上且有供传感器安装构件附着的结构；传感器安装构件固连在冷桥上且有供待标定压力传感器安装的结构；保温层包覆在蓄冷构件、冷桥和传感器安装构件的外表面及待标定压力传感器除工作表面外的外表面；在蓄冷构件表面留有一个用于接触制冷剂的缺口为冷窗；反光层包覆在保温层外表面并不遮挡冷窗；制冷剂制冷时通过冷窗倾倒在蓄冷构件上。

技术研发人员：张旭,荆建平,张俊杰,张晨,温猛
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13