本發(fā)明涉及一種壓力傳感器冷卻結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種適用于高溫環(huán)境測試的壓力傳感器冷卻裝置。

背景技術(shù)：
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壓力是表征被研究對象流體力學(xué)特性的重要狀態(tài)參量，對于非穩(wěn)態(tài)流動過程，工質(zhì)的壓力、溫度等狀態(tài)參量將隨時間而變化，具有動態(tài)變化特征。目前，動態(tài)壓力廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域中，例如內(nèi)燃機、燃氣輪機、汽輪機、火箭發(fā)動機中的壓力基本都是動態(tài)的，槍炮的膛壓及爆炸沖擊波均是動態(tài)壓力，各種工業(yè)控制設(shè)備和動力機械中的液壓、氣動裝置的脈沖壓力也是動態(tài)壓力。因此需要進行動態(tài)壓力的測量，以研究其流體力學(xué)特性。

由于動態(tài)壓力的測量通常要求較快的響應(yīng)時間，常見的動態(tài)壓力傳感器主要有壓電式傳感器和壓阻式傳感器。商業(yè)化使用的硅壓力傳感器主要是硅擴散型壓阻式壓力傳感器，其工藝成熟且性能優(yōu)異，但其受P-N結(jié)耐溫限制，只能在120℃以下進行壓力測量，超過120℃時，傳感器的性能會嚴重惡化以至失效，在600℃時會發(fā)生塑性變形和電流泄漏，導(dǎo)致信號處理系統(tǒng)和電路的極度失調(diào)，遠不能滿足航空航天、發(fā)電、石油化工、汽車等領(lǐng)域高溫環(huán)境下的壓力測量需求。此外對于高溫燃燒流體工質(zhì)的測量，壓力傳感器存在熱沖擊問題，即在燃料燃燒期間，傳遞到壓力傳感器感受元件的熱量急劇增加，從而發(fā)生熱沖擊，導(dǎo)致壓力傳感器變形失效。

傳統(tǒng)高溫環(huán)境流體工質(zhì)動態(tài)壓力測量主要通過較長的引壓管實現(xiàn)，高溫被測工質(zhì)經(jīng)引壓管后熱量逐漸散失，工質(zhì)溫度最終降到傳感器穩(wěn)定運行所允許的最大工作溫度以下。這種測試方法比較適用于低頻脈動流體工質(zhì)的動態(tài)壓力測量，但對于高頻非穩(wěn)態(tài)脈動流動工質(zhì)，采用較長的引壓管后，傳感器所測量的壓力信號與流體工質(zhì)真實壓力信號之間的幅頻和相頻特性將存在較大的差別，且測量誤差的大小與引壓管長度呈正比，引壓管越長測量誤差越大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是為了減小現(xiàn)有高溫環(huán)境下非穩(wěn)態(tài)流體工質(zhì)動態(tài)壓力測量的誤差，提供了一種適用于高溫環(huán)境測試的壓力傳感器冷卻裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案為：

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種適用于高溫環(huán)境測試的壓力傳感器冷卻裝置，包括具有中空腔體的冷卻熱交換結(jié)構(gòu)，該冷卻熱交換結(jié)構(gòu)的中空腔體分為內(nèi)外兩個腔體，且外腔體被間隔為底部連通的兩部分，冷卻熱交換結(jié)構(gòu)的頂部設(shè)置有與一部分外腔體相連通的冷卻水入口管，以及與另一部分外腔體相連通的冷卻水出口管，內(nèi)腔體的頂部設(shè)置有傳感器安裝座，底部設(shè)置有引壓管，冷卻熱交換結(jié)構(gòu)的周向上設(shè)置有穿過一部分外腔體并與內(nèi)腔體相連通的溫度傳感器安裝座，以及穿過另一部分外腔體并與內(nèi)腔體相連通的氮氣供給管。

本發(fā)明進一步的改進在于，氮氣供給管的安裝位置高于溫度傳感器安裝座的安裝位置。

本發(fā)明進一步的改進在于，氮氣供給管上還設(shè)置有氮氣截止閥，用于控制冷卻氮氣的供給。

本發(fā)明進一步的改進在于，冷卻熱交換結(jié)構(gòu)的周向上還設(shè)置有冷卻裝置安裝座。

本發(fā)明進一步的改進在于，冷卻裝置安裝座采用法蘭和螺紋安裝兩種形式。

本發(fā)明進一步的改進在于，引壓管采用總壓引壓管和靜壓引壓管兩種，分別用來測量被測工質(zhì)的總壓和靜壓。

本發(fā)明進一步的改進在于，傳感器安裝座通過螺紋連接設(shè)置在內(nèi)腔體的頂部，引壓管通過螺紋連接設(shè)置在內(nèi)腔體的底部。

本發(fā)明進一步的改進在于，冷卻熱交換結(jié)構(gòu)包括同軸心布置的冷卻腔外壁和冷卻腔內(nèi)壁，設(shè)置在冷卻腔外壁頂部和冷卻腔內(nèi)壁頂部的冷卻腔蓋板，以及設(shè)置在冷卻腔外壁底部和冷卻腔內(nèi)壁底部的冷卻腔底板，其中，冷卻腔內(nèi)壁與冷卻腔蓋板和冷卻腔底板之間形成內(nèi)腔體，冷卻腔外壁和冷卻腔內(nèi)壁與冷卻腔蓋板和冷卻腔底板之間形成外腔體，該外腔體通過冷卻腔隔板間隔為兩部分，一部分為左半圓形冷卻流路，另一部分為右半圓形冷卻流路，左右半圓形冷卻流路通過冷卻腔隔板與冷卻腔底板之間形成相連通的左冷卻流路孔和右冷卻流路孔。

本發(fā)明進一步的改進在于，冷卻腔內(nèi)壁圓形內(nèi)表面上等角度均勻布置有若干長條形換熱肋片。

本發(fā)明進一步的改進在于，內(nèi)腔體為圓柱形腔體，外腔體為圓環(huán)形腔體。

本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明提出的一種適用于高溫環(huán)境測試的壓力傳感器冷卻裝置，采用預(yù)充冷態(tài)氮氣、水冷以及肋片換熱的方法，可有效隔離高溫被測工質(zhì)與壓力傳感器相接觸，同時加強了高溫被測工質(zhì)在測量流路中的熱量散失，防止了壓力傳感器測量端面受到被測高溫工質(zhì)的熱沖擊作用，提高了傳感器的熱適應(yīng)能力。

進一步，氮氣供給管的安裝位置高于溫度傳感器安裝座，這主要由于被測工質(zhì)是從冷卻裝置下端流向上端，當溫度傳感器感受到被測工質(zhì)溫度超限時，即刻打開氮氣截止閥，冷卻氮氣充入傳感器測量端，可有效阻止高溫被測工質(zhì)接觸傳感器測量元件。此外所設(shè)計的流體工質(zhì)溫度測點可監(jiān)測壓力傳感器測量端流體工質(zhì)的實時溫度，方便用戶掌握壓力傳感器的實時工作環(huán)境，并可為壓力傳感器損壞失效的原因分析提供有效試驗數(shù)據(jù)。

進一步，氮氣供給管及氮氣截止閥，可在試驗測試前預(yù)先引入略高于測試環(huán)境壓力的冷態(tài)氮氣，待測試開始時截斷冷態(tài)氮氣流路，測試管路中預(yù)先充滿的冷態(tài)氮氣即可有效阻止高溫工質(zhì)對傳感器的直接熱沖擊作用，提高了壓力傳感器的熱適應(yīng)性。

進一步，引壓管的螺紋連接方式方便引壓管的拆卸與安裝，可實現(xiàn)冷卻裝置總壓或靜壓測量功用。

進一步，通過左右半圓形冷卻流路對冷卻腔內(nèi)壁進行冷卻，加快了高溫被測工質(zhì)傳遞給冷卻腔內(nèi)壁的熱量散失；通過長條形換熱肋片加強了高溫被測工質(zhì)與冷卻腔內(nèi)壁的換熱效率。上述均提高了被測高溫工質(zhì)的冷卻效率，加快被測工質(zhì)熱量的散失，縮短了被測工質(zhì)引壓流路的長度，提高了冷卻裝置的固有動態(tài)特性，減小了傳感器所測量的壓力信號與被測工質(zhì)真實壓力信號之間的幅頻和相頻差異，降低了高溫環(huán)境下非穩(wěn)態(tài)流體工質(zhì)動態(tài)壓力測量誤差。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明螺紋安裝方式壓力傳感器冷卻裝置帶總壓引壓管的等軸測圖；

圖2a是圖1所示的壓力傳感器冷卻裝置的俯視圖，圖2b是圖2a的A-A向剖視圖；

圖3a是圖1所示的壓力傳感器冷卻裝置的正視圖，圖3b是圖3a的A-A向剖視圖，圖3c是圖3a的B-B向剖視圖；

圖4是本發(fā)明法蘭安裝方式壓力傳感器冷卻裝置帶總壓引壓管的等軸測圖；

圖5是本發(fā)明壓力傳感器冷卻裝置帶靜壓引壓管的正視圖。

圖中：1、冷卻水入口管；2、傳感器安裝座；3、冷卻水出口管；4、溫度傳感器安裝座；5、冷卻裝置安裝座；6、冷卻熱交換結(jié)構(gòu)；7、引壓管；8、氮氣供給管；9、氮氣截止閥；10、冷卻腔隔板；11、換熱肋片；12、冷卻腔外壁；13、冷卻腔內(nèi)壁；14、冷卻腔底板；15、冷卻腔蓋板；16、左半圓形冷卻流路；17、右半圓形冷卻流路；18、左冷卻流路孔；19、右冷卻流路孔；20、被測工質(zhì)流路。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步的詳細說明。

請參閱圖1至圖5，本發(fā)明公開了一種適用于高溫環(huán)境測試的壓力傳感器冷卻裝置，包括冷卻水入口管1、傳感器安裝座2、冷卻水出口管3、溫度傳感器安裝座4、冷卻裝置安裝座5、冷卻熱交換結(jié)構(gòu)6、引壓管7和氮氣供給管8。

請參閱圖2a至圖3c，所述冷卻熱交換結(jié)構(gòu)6，由冷卻腔外壁12、冷卻腔內(nèi)壁13、換熱肋片11、冷卻腔隔板10、冷卻腔底板14、冷卻腔蓋板15組成。圓形冷卻腔外壁12和冷卻腔內(nèi)壁13呈同軸心布置，冷卻腔外壁12、冷卻腔內(nèi)壁13、冷卻腔底板14以及冷卻腔蓋板15之間形成的冷卻環(huán)形空間被冷卻腔隔板10平均分割成左半圓形冷卻流路16和右半圓形冷卻流路17，左右半圓形冷卻流路通過冷卻腔隔板10與冷卻腔底板14之間形成的左冷卻流路孔18和右冷卻流路孔19相連通。長條形換熱肋片11等角度均勻布置在冷卻腔內(nèi)壁13圓形內(nèi)表面上，以提升冷卻腔內(nèi)壁13所形成的被測工質(zhì)流路20內(nèi)的高溫介質(zhì)的冷卻效率。冷卻腔內(nèi)壁13靠近冷卻腔底板14側(cè)的內(nèi)表面設(shè)計成內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，以方便總壓、靜壓等不同形式的引壓管7的拆卸與安裝。

所述冷卻水入口管1通過冷卻腔蓋板15與左半圓形冷卻流路16相連通，傳感器安裝座2的內(nèi)孔設(shè)計為螺紋孔，孔徑及軸心與冷卻腔內(nèi)壁13相同，其通過冷卻腔蓋板15與冷卻腔內(nèi)壁13內(nèi)孔相連通。冷卻水出口管3與冷卻水入口管1呈中心對稱布置，并通過冷卻腔蓋板15與右半圓形冷卻流路17相連通。溫度傳感器安裝座4的內(nèi)孔設(shè)計有螺紋，以方便溫度傳感器的安裝，其穿過冷卻腔外壁12、左半圓形冷卻流路16以及冷卻腔內(nèi)壁13與被測工質(zhì)流路20相連通。為方便所述壓力傳感器冷卻裝置的安裝，在冷卻腔外壁12上設(shè)計有冷卻裝置安裝座5，其有法蘭和螺紋安裝兩種形式。引壓管7通過冷卻腔內(nèi)壁13內(nèi)壁面螺紋與被測工質(zhì)流路20相連通，其設(shè)計有總壓引壓管和靜壓引壓管兩種，分別用來測量被測工質(zhì)的總壓和靜壓。氮氣供給管8透過冷卻腔外壁12、右半圓形冷卻流路17以及冷卻腔內(nèi)壁13與被測工質(zhì)流路20相連通，其布置位置高于溫度傳感器安裝座4，氮氣供給管8上設(shè)計有氮氣截止閥9，用于控制冷卻氮氣的供給。

實施例：

本實施例中冷卻熱交換結(jié)構(gòu)6長80mm，冷卻腔外壁12與冷卻腔內(nèi)壁13呈同軸心布置，冷卻腔外壁12外徑25mm，內(nèi)徑21mm，壁厚2mm，冷卻腔內(nèi)壁13外徑9mm，內(nèi)徑5mm，壁厚2mm，在冷卻腔內(nèi)壁13距冷卻腔底板14端的內(nèi)表面上設(shè)計有長15mm的M6×0.5標準內(nèi)螺紋，冷卻腔底板14和冷卻腔蓋板15壁厚2mm；冷卻腔隔板10長70mm，厚2mm，與冷卻腔外壁12及冷卻腔內(nèi)壁13相連，將冷卻腔外壁12及冷卻腔內(nèi)壁13之間形成的環(huán)形空間均分成左半圓形冷卻流路16和右半圓形冷卻流路17；8條換熱肋片11等角度均勻布置在冷卻腔內(nèi)壁13的內(nèi)表面，換熱肋片11厚0.5mm，寬1mm，長65mm；冷卻水入口管1外徑5mm，內(nèi)徑3mm，冷卻水出口管3外徑5mm，內(nèi)徑3mm，二者呈中心對稱布置，且通過冷卻腔蓋板15分別與左半圓形冷卻流路16和右半圓形冷卻流路17相連通；傳感器安裝座2外徑9mm，高12mm，中心設(shè)計為M5×0.5的通孔標準內(nèi)螺紋，其與冷卻腔內(nèi)壁13呈同軸心布置，通過冷卻腔蓋板15與被測工質(zhì)流路20相連通；氮氣供給管8外徑5mm，內(nèi)徑3mm，其軸心離冷卻腔蓋板15之間的距離為13mm，氮氣供給管8依次穿過冷卻腔外壁12和冷卻腔內(nèi)壁13與被測工質(zhì)流路20相連通，氮氣供給管8上同時設(shè)計有氮氣截止閥9，以控制冷態(tài)氮氣的供給；溫度傳感器安裝座4外徑10mm，內(nèi)徑6mm，安裝段設(shè)計有長15mm的M6×1.0的標準內(nèi)螺紋，其軸心離冷卻腔蓋板15之間的距離為20mm，溫度傳感器安裝座4依次穿過冷卻腔外壁12和冷卻腔內(nèi)壁13與被測工質(zhì)流路20相連通；引壓管7外徑6mm，內(nèi)徑3mm，引壓管7上端設(shè)計有長15mm的M6×0.5標準外螺紋，通過螺紋將引壓管7和冷卻熱交換結(jié)構(gòu)6相連接；冷卻裝置安裝座5設(shè)計有長15mm的M30×1.5的標準外螺紋，冷卻裝置安裝座5六角螺母的上端面離冷卻腔蓋板15之間的距離為35mm。

本實施例適用于高溫環(huán)境測試的壓力傳感器冷卻裝置的具體工作方式如下：

適用于高溫環(huán)境測試的壓力傳感器冷卻裝置工作時冷卻水經(jīng)冷卻水入口管1進入左半圓形冷卻流路16，然后通過冷卻腔隔板10與冷卻腔底板14之間形成的左冷卻流路孔18及右冷卻流路孔19進入右半圓形冷卻流路17，最后經(jīng)冷卻水出口管流出。高溫被測工質(zhì)直接與冷卻腔內(nèi)壁13及換熱肋片11相接觸，高溫被測工質(zhì)的熱量主要通過對流換熱形式最終傳遞給冷卻腔內(nèi)壁13，換熱肋片11因增加了換熱面積而提高了被測工質(zhì)熱量的傳遞效率；傳遞給冷卻腔內(nèi)壁13的熱量主要通過冷卻水與冷卻腔內(nèi)壁13外壁面對流換熱散失，剩余的一部分熱量則通過冷卻腔隔板10通過導(dǎo)熱方式傳遞給冷卻腔外壁12，再由冷卻腔外壁12與外部冷卻空氣以及內(nèi)部冷卻水對流換熱散失。

在壓力傳感器正式測量前，氮氣截止閥9打開，壓力略高于被測工質(zhì)的冷態(tài)氮氣經(jīng)氮氣供給管8流入被測工質(zhì)流路20，充滿后經(jīng)引壓管7排出，待壓力傳感器正式測量時氮氣截止閥9關(guān)閉。在被測工質(zhì)流路20內(nèi)預(yù)先填充冷態(tài)氮氣，使壓力傳感器與高溫被測工質(zhì)相隔開，避免了壓力傳感器直接與高溫被測工質(zhì)相接觸，對傳感器具有較好的保護作用。壓力傳感器開始測量時，充滿被測工質(zhì)流路內(nèi)滯止的冷態(tài)氮氣變成一種很好的壓力脈動傳遞介質(zhì)，且在冷卻水的高效冷卻下，將長時間維持在低溫狀態(tài)，有利于壓力傳感器高溫環(huán)境下的長期測量，提高了壓力傳感器的熱適應(yīng)性。