【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风洞试验，具体涉及一种负压工况下压力传感器初读数高精度标定装置及方法。
技术介绍
1、风洞是一种量度流体对物体作用并观察其物理现象的管道试验设备，通过在风洞运行与流场控制系统的统一调度下驱动装置产生近似真实条件气流，控制模型支撑机构精确运动，进而测得模型不同姿态下的气动特性参数，为飞行器空气动力特性预测研究以及飞行器成功研制提供重要保障。风洞是对飞行器外形设计进行空气动力学实验的重要设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一，它在飞行器研制方面起着决定性的作用。风洞流场的精准控制和模型气动参数的精确测量都依赖于高精度的压力传感器提供精准数据。
2、马赫数（mach number）作为衡量风洞流场指标水平最重要参数而被关注。亚跨声速时，用试验段中心轴向探测管总压和静压（为方便流场调节，通常取驻室侧壁某参考点静压代替轴向探测管上的静压），按下面等熵公式计算 ma数：
3、 （式1）
4、其中 ma为马赫数； p0为稳定段总压； p ct为驻室静压
5、在上世纪70年代，nasa发布了一项基于对广大风洞客户的问卷调查结果而形成的流场品质指标被空军和海军引用，其对 ma数精度的要求为单点 ma数精度满足
6、由式1计算，以下是一组计算数据：
7、表1 ma偏差对总静压传感器测量偏差的要求
8、
9、表1中的计算结果表明，要满足单点 ma数优于±0.001这一指标，随着总压降低，其对总压、静压的精度要求更高，当总压为10kpa时，静压偏差优于±0.006kpa时， ma数偏差为±0.00106。
10、由于传感器的精度为x%fs（full scale，满量程），在x%一致的情况下，不同量程的压力传感器，其实际测量精度也不同，通常同一类型传感器量程越大，其对应的绝对误差越大。因此，为满足不同试验工况需要，提高压力控制、测量精度，风洞通常将压力传感器按照量程不同配置高、中、低三档，试验中根据风洞运行压力不同而匹配最佳量程压力传感器。
11、由于系统偏差的存在，参与风洞试验的多组、多支压力传感器在相同环境压力下的输出值存在差异。为消除传感器间差异，在风洞试验过程中通常采用参与试验的多支压力传感器同时采集初读数的方法进行现场标定，以消除设备间系统偏差。其具体方法如下：
12、（1）试验前在大气压力环境下，以大气压力值为参考基准，获得各支传感器反馈值与大气压力传感器的偏差值，
13、即δpx=psnrx/t0-pa，
14、则px/t0 = psnrx/t0-δpx= pa；
15、（2）以后某时刻该测点的压力值就是对应传感器反馈值与偏差值的差量：
16、px/tn = psnrx/tn-δpx
17、式中，δpx为某支传感器x的反馈值在采初读数时刻(t0)与大气压传感器的偏差值，psnrx/t0、psnrx/tn为t0、tn时刻传感器x的反馈值，px/t0、px/tn为采集系统获得t0、tn时刻传感器x扣除系统偏差δpx后的真值，此真值也是流场控制、模型气动参数测量使用的值，pa为大气压力传感器反馈的压力值。
18、上述方法对于量程超过大气压，或在大气压环境下能获得有效反馈数据的压力传感器是可行的，但对于具有负压试验工况的风洞，风洞需要采用的低量程压力传感器（量程低于大气压的传感器，即通常所说的负压传感器，本专利技术特指在大气压力环境下无法获得正确读数的小量程绝对压力传感器）而言，大气压已超出其测量范围，因此无法在大气环境下采初读数进行现场标定，也就无法确定此传感器与真值的偏差，为负压工况压力的精确测量和控制引入不确定的偏差。上述存在的问题也是本专利技术要针对解决的问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提出了一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置及方法，解决了现有风洞负压工况试验实施过程中关键压力数据采集不准确，系统误差较大，高精度负压传感器初读数无法标定的问题。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，包括高精度压力控制器、气路切换三通电磁阀、plc控制器和程控计算机，其中：
3、高精度压力控制器的低压气源接口依次连接第一截止球阀和真空泵；
4、高精度压力控制器的高压气源接口依次连接可调减压阀、第四截止球阀和高压氮气瓶；
5、高精度压力控制器的标压输出端依次连接第一缓冲罐、第二截止球阀和第三气路切换三通电磁阀的r端，构成一号校准通道；第三气路切换三通电磁阀的p端依次连接第二缓冲罐和风洞容腔，构成二号试验通道；第三气路切换三通电磁阀的a端分别与第一气路切换三通电磁阀的p端、第二气路切换三通电磁阀的p端和高量程压力传感器连接，第一气路切换三通电磁阀和第二气路切换三通电磁阀的a端分别连接低量程压力传感器和中量程压力传感器；
6、高精度压力控制器的程控接口端通过网络交换机分别与程控计算机和plc控制器连接；plc控制器分别与第一、第二、第三气路切换三通电磁阀及低、中、高量程压力传感器连接。
7、本专利技术还提供了一种风洞负压工况压力传感器初读数标定方法，包括如下步骤：
8、步骤一、开启高精度压力控制器预热半小时；
9、步骤二、对装置进行气密性检测，在泄漏量满足要求后打开真空泵的电源；
10、步骤三、采初读数前，打开第一和第二气路切换三通电磁阀，接通低量程压力传感器、中量程压力传感器与测量气路，高量程压力传感器始终处于测量状态；
11、步骤四、控制第三气路切换三通电磁阀至r端，接通校准压力气路；
12、步骤五、高精度压力控制器输出压力作为校准压力pcal，压力设定值为低量程压力传感器满量程的60%；
13、步骤六、当标定压力形成稳态后启动初读数标定程序；
14、步骤七、高精度压力控制器恢复常压；
15、步骤八、控制第三气路切换三通电磁阀至p端，接通试验压力气路，等待试验；
16、步骤九、试验开始后，风洞控制系统以中量程压力传感器和高量程压力传感器压力真值为参考控制风洞压力逐步向负压方向目标压力逼近，当试验压力进入低量程压力传感器的工作压力范围，则切换为以低量程压力传感器压力真值为参考进行风洞压力闭环控制，测量系统采集低量程压力传感器压力真值用以风洞流场和模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：包括高精度压力控制器、气路切换三通电磁阀、PLC控制器和程控计算机，其中：
2.根据权利要求1所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：在第二截止球阀与第三气路切换三通电磁阀的R端之间的管路上设置第三截止球阀，在第三截止球阀处设置预留备用接口。
3.根据权利要求1所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：在第一截止球阀和高精度压力控制器的低压气源接口之间设置第一气体过滤器；在第二缓冲罐和风洞容腔之间设置第二气体过滤器；第三气路切换三通电磁阀的A端通过第三气体过滤器分别与第一气路切换三通电磁阀的P端、第二气路切换三通电磁阀的P端和高量程压力传感器连接。
4.根据权利要求3所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：真空泵、第一截止球阀、第一气体过滤器和高精度压力控制器之间采用G3/8型硬质不锈钢压力管道连接，接口处做滴胶密封处理。
5.根据权利要求1所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：在第二截止球阀与第
6.根据权利要求1所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：真空泵为油封旋片真空泵；缓冲罐为不锈钢空气压力缓冲罐。
7.根据权利要求1所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：气路切换三通电磁阀为零泄露三通电磁换向阀，气路切换三通电磁阀和压力传感器之间通过标准12mm外径软管相连。
8.一种风洞负压工况压力传感器初读数标定方法，其特征在于：包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定方法，其特征在于：步骤二所述气密性检测的方法为：打开高压氮气瓶的出口气阀，通过调整使得可调减压阀后端气路压力减至300kPa-400kPa；同时，关闭真空泵出口端第一截止球阀，切换装置气路中所有待标定的低量程压力传感器气路至关闭状态；将电接点压力表接入预留备用接口，同时打开预留备用接口处的第三截止球阀，然后打开全部截止球阀，保证装置全部气路畅通；设定高精度压力控制器使其标压输出端输出压力为300kPa，观察预留备用接口处接入的压力表显示值2分钟，并每隔30s进行一次记录，最后对记录的数据进行计算，得到整个装置连接气路的气体泄漏量。
10.根据权利要求8所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定方法，其特征在于：步骤六中，判定标定压力形成稳态的方法为：当一号校准通道测量的压力反馈值达到高精度压力控制器输出的给定值的±1kPa以内时，控制系统延时判定标定压力形成稳态。
...【技术特征摘要】
1.一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：包括高精度压力控制器、气路切换三通电磁阀、plc控制器和程控计算机，其中：
2.根据权利要求1所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：在第二截止球阀与第三气路切换三通电磁阀的r端之间的管路上设置第三截止球阀，在第三截止球阀处设置预留备用接口。
3.根据权利要求1所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：在第一截止球阀和高精度压力控制器的低压气源接口之间设置第一气体过滤器；在第二缓冲罐和风洞容腔之间设置第二气体过滤器；第三气路切换三通电磁阀的a端通过第三气体过滤器分别与第一气路切换三通电磁阀的p端、第二气路切换三通电磁阀的p端和高量程压力传感器连接。
4.根据权利要求3所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：真空泵、第一截止球阀、第一气体过滤器和高精度压力控制器之间采用g3/8型硬质不锈钢压力管道连接，接口处做滴胶密封处理。
5.根据权利要求1所述的一种风洞负压工况压力传感器初读数标定装置，其特征在于：在第二截止球阀与第三气路切换三通电磁阀的r端之间的管路上设置第一电接点压力表；在第二缓冲罐和第三气路切换三通电磁阀的p端之间设置第二电接点压力表；在高压氮气瓶和第四截止球阀之间设置第三电接点压力表，在可调减压阀和高精度压力控制器的高压气源接口之间设置第四电接点压力表。
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦建华，朱文杰，李增军，杜宁，周润，邹欣蕾，雷良，邱治淋，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。