【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声流量计的声速参数测量，具体涉及一种高温声学校准装置及方法。
技术介绍
1、声速是流体动力学、声学、热力学等多个学科交叉领域的关键参数，声速的计量对于流体特性的分析、超声测流等都有着至关重要的作用。传统的声速计量方法主要是在常温常压介质条件下开展，但对于高温高压状态下，尚缺乏声速参数的有效测试手段。一方面，传统的声速校准装置难以精准的模拟现场高压、流动状态，校准结果的代表性不足；另一方面，在高温、高压介质条件下声速测量模型尚不完善，需要相应能够模拟现场且可溯源的测试装置。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种高温声学校准装置及方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种高温声学校准装置，包括加热容器、高温高压液体泵、调节阀、超声传感器安装底座、测试管段、标准流量计、压力控制结构、安全阀、排气阀、几何测量设备和主控计算机；
4、所述加热容器、高温高压液体泵、测试管段和标准流量计之间通过管道依次连接，所述标准流量计通过管道连接于所述加热容器，所述加热容器的出口和高温高压液体泵的入口连接；
5、所述测试管段的两端分别安装有用于安装超声波传感器安装底座，所述超声波传感器安装底座与测试管段同轴，待校准的超声波传感器安装于所述超声波传感器安装底座朝向测试管段内的一端；几何测量设备用于测量测试管道的轴向长度的变化；
6、一段或多段管道上设有调节阀，调节阀用于控制液体的流量；
7、高温高压液体泵、调节阀、标准流量计、压力控制结构、安全阀、排气阀、几何测量设备以及待校准的超声传感器均和主控计算机通讯连接。
8、进一步地，测试管段两端的超声传感器安装底座的外侧均设有几何测量设备，且各个几何测量设备均与测试管段同轴，两侧的几何测量设备用于测量与相对的超声传感器安装底座之间的间距并传输至主控计算机，所述主控计算机根据几何测量设备测量的与相对的超声传感器安装底座之间的间距的变化，计算得到测试管段的轴向长度的变化。
9、进一步地，所述测试管段的内径大于待校准超声传感器直径的2倍或测试管段的内壁附着吸声材料。
10、进一步地，所述加热容器包括有加热设备和温控模块，加热设备用于对液体进行加热，所述温控模块用于探测加热容器内的液体的温度并控制加热设备的开启和停止，以精确控制液体温度，确保在测试过程中液体的温度变化满足测试需求。
11、进一步地，加热容器、高温高压液体泵、测试管段、标准流量计和各段管道的外部均紧密包裹保温材料。
12、进一步地，连通高温高压液体泵和测试管段的管道与连通标准流量计和加热容器的管道之间增设两段交叉设置的中间管道一和中间管道二；连通高温高压液体泵和测试管段的管道上设有调节阀一，连通标准流量计和加热容器的管道上设有调节阀二，中间管道一和中间管道二上分别设有调节阀三和调节阀四；中间管道一的一端连通于高温高压液体泵和调节阀一之间，另一端连通于标准流量计和调节阀二之间；中间管道二的一端连通于调节阀一和测试管段之间，另一端连通于加热容器和调节阀二之间。
13、本专利技术还提供一种上述高温声学校准装置的工作方法，具体过程为：
14、工作前，使用两侧的几何测量设备分别测量与其相对的超声传感器安装底座的间距，分别记为l11和l21；
15、工作时，在加热容器内部充满常温常压的液体，通过加热容器提高液体的温度，并使高温高压液体泵开始工作，使液体缓慢运动，压力控制结构保持在常压状态；
16、当液体温度达到40℃保持恒温，并开启排气阀，逐渐排出液体所含空气，尽量降低液体内的含气量；
17、当液体不再含气后关闭排气阀，通过压力控制结构使液体内部压力保持为设定压力条件，加热容器继续提高液体的温度，使其逐渐达到设定的温度条件，当温度和压力达到预设状态后，打开压力控制结构以保持压力稳定，再将流量提高，在设定的时长内使用主控计算机记录这段时间内液体的平均温度和压力、标准流量计测量的流量、超声传感器工作的超声波频率和测量的声速和流速；
18、将流量继续提高，在设定的时长内继续使用主控计算机记录这段时间内液体的平均温度和压力、标准流量计测量的流量、超声传感器工作的超声波频率和测量的声速和流速，以及两侧的几何测量设备与相对的超声传感器安装底座之间间距l12和l22；
19、主控计算机使用温度和压力的测量结果，根据iapws if97标准公式计算得到标准声速，通过与超声传感器测量的声速对比，完成声速的校准；
20、主控计算机根据标准流量计测量的流量和流速，通过与超声传感器测量的流速对比，完成流速的校准；
21、主控计算机通过计算测量测试管段轴向长度的变化等于l12+l22-l11-l21，判断声速计算过程中几何参数膨胀模型是否准确；
22、主控计算机通过记录的温度和超声波频率，获得超声传感器受温度影响的频响特征；
23、测试完成后将流量逐渐降至0m3/h，通过压力控制结构将液体压力逐渐降为常压，静置直至液体冷却，当前测试完毕。
24、本专利技术的有益效果在于：利用本专利技术能够在高温、高压介质条件下，能够精准地控制和测量温度、压力、流量、几何膨胀等参数，从而实现对超声传感器的校准功能。
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1.一种高温声学校准装置，其特征在于，包括加热容器、高温高压液体泵、调节阀、超声传感器安装底座、测试管段、标准流量计、压力控制结构、安全阀、排气阀、几何测量设备和主控计算机；
2.根据权利要求1所述的高温声学校准装置，其特征在于，测试管段两端的超声传感器安装底座的外侧均设有几何测量设备，且各个几何测量设备均与测试管段同轴，两侧的几何测量设备用于测量与相对的超声传感器安装底座之间的间距并传输至主控计算机，所述主控计算机根据几何测量设备测量的与相对的超声传感器安装底座之间的间距的变化，计算得到测试管段的轴向长度的变化。
3.根据权利要求1所述的高温声学校准装置，其特征在于，所述测试管段的内径大于待校准超声传感器直径的2倍或测试管段的内壁附着吸声材料。
4.根据权利要求1所述的高温声学校准装置，其特征在于，所述加热容器包括有加热设备和温控模块，加热设备用于对液体进行加热，所述温控模块用于探测加热容器内的液体的温度并控制加热设备的开启和停止，以精确控制液体温度，确保在测试过程中液体的温度变化满足测试需求。
5.根据权利要求1所述的高温声学校
6.根据权利要求1所述的高温声学校准装置，其特征在于，连通高温高压液体泵和测试管段的管道与连通标准流量计和加热容器的管道之间增设两段交叉设置的中间管道一和中间管道二；连通高温高压液体泵和测试管段的管道上设有调节阀一，连通标准流量计和加热容器的管道上设有调节阀二，中间管道一和中间管道二上分别设有调节阀三和调节阀四；中间管道一的一端连通于高温高压液体泵和调节阀一之间，另一端连通于标准流量计和调节阀二之间；中间管道二的一端连通于调节阀一和测试管段之间，另一端连通于加热容器和调节阀二之间。
7.一种权利要求1-6任一所述高温声学校准装置的工作方法，其特征在于，具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种高温声学校准装置，其特征在于，包括加热容器、高温高压液体泵、调节阀、超声传感器安装底座、测试管段、标准流量计、压力控制结构、安全阀、排气阀、几何测量设备和主控计算机；
2.根据权利要求1所述的高温声学校准装置，其特征在于，测试管段两端的超声传感器安装底座的外侧均设有几何测量设备，且各个几何测量设备均与测试管段同轴，两侧的几何测量设备用于测量与相对的超声传感器安装底座之间的间距并传输至主控计算机，所述主控计算机根据几何测量设备测量的与相对的超声传感器安装底座之间的间距的变化，计算得到测试管段的轴向长度的变化。
3.根据权利要求1所述的高温声学校准装置，其特征在于，所述测试管段的内径大于待校准超声传感器直径的2倍或测试管段的内壁附着吸声材料。
4.根据权利要求1所述的高温声学校准装置，其特征在于，所述加热容器包括有加热设备和温控模块，加热设备用于对液体进行加热，所述温控模块用于探测加热容器内的液...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘源，邢超，李晓鹏，孟涛，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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