[發(fā)明專利]小管徑氣體聲速測(cè)量的測(cè)試裝置及其測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410174945.5
• 申請(qǐng)日: 2014-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103994813A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉鐵軍;周民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): G01H5/00
• 分類號(hào): G01H5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種小管徑氣體聲速測(cè)量的測(cè)試裝置，其特征在于：包括調(diào)整架機(jī)構(gòu)、角度距離測(cè)量機(jī)構(gòu)；調(diào)整架機(jī)構(gòu)：包括接收換能器底座(8)、發(fā)送換能器角度調(diào)整架(3)、調(diào)整架底座(6)和調(diào)整螺紋桿(5)，角度距離測(cè)量機(jī)構(gòu)：包括角度刻度盤(pán)(2)、接收換能器位置刻度尺(9)和發(fā)送換能器調(diào)整架位置刻度尺(10)；

超聲波接收換能器(7)通過(guò)接收換能器底座(8)連接在測(cè)試裝置殼體(12)的底部中心并上下移動(dòng)，超聲波接收換能器(7)朝向正上方；呈半圓環(huán)的發(fā)送換能器角度調(diào)整架(3)的兩端分別通過(guò)兩側(cè)的調(diào)整架底座(6)連接在測(cè)試裝置殼體(12)的底部，調(diào)整架底座(6)上設(shè)有凹槽導(dǎo)軌，發(fā)送換能器角度調(diào)整架(3)的下端安裝在凹槽導(dǎo)軌中并沿凹槽導(dǎo)軌水平移動(dòng)，超聲波發(fā)送換能器(4)安裝在發(fā)送換能器角度調(diào)整架(3)的半圓環(huán)內(nèi)弧面上并沿內(nèi)弧面移動(dòng)；調(diào)整螺紋桿(5)穿過(guò)測(cè)試裝置殼體(12)后與發(fā)送換能器角度調(diào)整架(3)固定連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺紋桿(5)推動(dòng)發(fā)送換能器角度調(diào)整架(3)沿凹槽導(dǎo)軌水平移動(dòng)；

用于測(cè)量超聲波發(fā)送換能器(4)和超聲波接收換能器(7)之間旋轉(zhuǎn)角度的角度刻度盤(pán)(2)安裝在發(fā)送換能器角度調(diào)整架(3)半圓環(huán)外弧面上，用于測(cè)量發(fā)送換能器調(diào)整架(3)水平位移距離的調(diào)整架位置刻度尺(10)固定在一側(cè)的調(diào)整架底座(6)上，用于測(cè)量超聲波接收換能器(7)豎直位移距離的接收換能器位置刻度尺(9)固定于超聲波接收換能器(7)附近的測(cè)試裝置殼體(12)底面上；測(cè)試小管徑氣體聲速時(shí)通過(guò)調(diào)整使得超聲波發(fā)送換能器(4)始終朝向超聲波接收換能器(7)；測(cè)試裝置殼體(12)內(nèi)頂面上均布裝有兩個(gè)溫度傳感器(11)，兩內(nèi)側(cè)面各裝有一個(gè)溫度傳感器(11)，測(cè)試裝置殼體(12)一內(nèi)側(cè)面的上部設(shè)有用于氣體排入或排出的氣體進(jìn)出口(1)，另一側(cè)面的下部設(shè)有用于氣體排出或排入的氣體進(jìn)出口(1)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小管徑氣體聲速測(cè)量的測(cè)試裝置，其特征在于：所述的溫度傳感器為PT100溫度傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小管徑氣體聲速測(cè)量的測(cè)試裝置，其特征在于：所述的測(cè)量裝置中的氣體介質(zhì)是空氣、氫氣、氧氣、氮?dú)狻⒓淄椤⒈榛蛘呱鲜鋈我鈨煞N氣體的混合。

4.用于權(quán)利要求1所述的一種小管徑氣體聲速測(cè)量的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于包括以下步驟：

1)在超聲波換能器的工作溫度范圍內(nèi)，每間隔0.5℃建立一個(gè)測(cè)試點(diǎn)；

2)通過(guò)溫度傳感器(11)控制測(cè)試裝置殼體(12)內(nèi)的溫度在各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度下進(jìn)行測(cè)試，得到與超聲波發(fā)送換能器(4)和超聲波接收換能器(7)的諧振頻率最接近的驅(qū)動(dòng)頻率；

3)將上述得到的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)下的溫度和最接近的驅(qū)動(dòng)頻率建立擬合折線；

4)在小管徑氣體聲速測(cè)試時(shí)，提取擬合折線中與當(dāng)前小管徑氣體聲速測(cè)試溫度最接近的兩個(gè)溫度值，并根據(jù)兩個(gè)溫度值之間最接近的驅(qū)動(dòng)頻率的線性關(guān)系，確定當(dāng)前小管徑氣體聲速測(cè)試溫度下的驅(qū)動(dòng)頻率，從而驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)送換能器(4)和超聲波接收換能器(7)；

5)超聲波發(fā)送換能器(4)發(fā)射的超聲波經(jīng)過(guò)介質(zhì)氣體后，根據(jù)發(fā)送和接受超聲波的相位差值ψ，再根據(jù)超聲波發(fā)送換能器(4)和超聲波接收換能器(7)中心點(diǎn)之間的距離d以及當(dāng)前小管徑氣體聲速測(cè)試溫度下的驅(qū)動(dòng)頻率f，通過(guò)以下公式1計(jì)算得到該種氣體介質(zhì)的聲速v：

t＝ψ/(2πf)

v＝d/t

其中，f為驅(qū)動(dòng)頻率，ψ為發(fā)送和接收超聲波的相位差值，t為超聲波傳播時(shí)間，d為超聲波發(fā)送換能器(4)和超聲波接收換能器(7)中心點(diǎn)之間的距離，v為氣體聲速。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種小管徑氣體聲速測(cè)量的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于：所述的步驟1)中的超聲波換能器的工作溫度范圍為0℃至50℃之間。