一种管内流体的轴向连续测温测压装置.pdf

本发明公开了一种管内流体的轴向连续测温测压装置，由电源、微控制单元、上位机、驱动采集模块和测量段组成。本发明与现有技术相比的优点：1.移动测量单元完全密封于测量通道内，不存在泄露的问题。2.采用移动式测量方法，不需要在测量通道内布置多个测点，便可测取流体在稳态时的流动情况，测量结构简化，并对流体的流动影响少。3.各单元相关技术已经成熟，测量技术可靠，其结果比较接近内部流体的真实流动状态，精度高。4.运行维护费用较低。

权利要求书
1.  一种管内流体的轴向连续测温测压装置，其特征在于，由电源(1)、微控制单元(2)、上位机(3)、驱动采集模块(4)和测量段(5)组成：
1)各部件的结构：

1.  1)所述电源(1)设有接口Ⅰ和接口Ⅱ；

1.  2)所述微控制单元(2)设有电源接口Ⅰ、驱动模块控制接口Ⅱ、测压命令发送接口Ⅲ、压力数据接收接口Ⅳ、测温命令发送接口Ⅴ、温度数据接收接口Ⅵ和上位机信号发送、接收接口Ⅶ；

1.  3)所述上位机(3)设有上位机信号发送、接收接口Ⅰ；

1.  4)所述驱动采集模块(4)由驱动模块(4-1)，测压模块(4-2)，测温模块(4-3)构成：所述驱动模块(4-1)设有正向驱动电机控制接口Ⅰ、反向驱动电机控制接口Ⅱ、微控制单元信号接口Ⅲ；所述测压模块(4-2)设有压力信号接口Ⅰ、压力数据发送接口Ⅱ、测压信号接收接口Ⅲ；所述测温模块(4-3)设有测温信号接收接口Ⅰ、温度数据发送接口Ⅱ、温度信号接口Ⅲ；

1.  5)所述测量段(5)主要由密封采集容器(5-5)、测量通道(5-22)、毛细取压管(5-8)和驱动张紧部分(5-27)组成；

1.  5.1)所述(5-5)密封采集容器内设有压力传感器(5-2)和温度采集器(5-4)、外设有压力传感器接口(5-1)、温度采集器接口(5-3)、第一密封采集容器出口(5-6)和第二密封采集容器出口(5-7)；

1.  5.1.1)测温部分是所述温度采集器(5-4)，温度采集器(5-4)内设有第一热电偶引线(5-10)、第二热电偶引线(5-11)；

1.  5.1.2)测压部分由毛细取压管(5-8)、取压孔(5-24)、压力传感器(5-2)组成：所述毛细取压管(5-8)的管中装有连接第一热电偶引线(5-10)和第二热电偶引线(5-11)的热电偶(5-23)、管外设有取压孔(5-24)；

1.  5.2)驱动张紧部分(5-27)由测量通道入口端壁孔(5-12)、第一三通道压紧支架(5-13)、第一三通道张紧装置(5-25)、第一导轮(5-14)、正向驱动电机控制接口(5-15)、正向驱动电机连接的卷筒(5-16)、第二导轮(5-17)、反向驱动电机连接的卷筒(5-18)、第二三通道压紧支架(5-19)、第二三通道张紧装置(5-26)、反向驱动电机控制接口(5-20)和测量通道出口端壁孔(5-21)构成；

1.  5.2.1)所述第一三通道压紧支架(5-13)、第一三通道张紧装置(5-25)、第一导轮(5-14)、正向驱动电机连接的卷筒5-16、第二导轮(5-17)、反向驱动电机连接的卷筒(5-18)、第二三通道张紧装置(5-26)和第二三通道压紧支架(5-19)设置在毛细取压管(5-8)上；

1.  5.2.2)所述正向驱动电机控制接口(5-15)和反向驱动电机控制接口(5-20)设置在所述测量通道(5-22)的外壁上；所述测量通道入口端壁孔(5-12)和测量通道出口端壁孔(5-21)设置在所述测量通道(5-22)的内壁上。
2)各部件的连接关系
所述电源(1)的接口Ⅱ与所述微控制单元(2)的电源接口Ⅰ连接；所述微控制单元(2)的上位机信号发送、接收接口Ⅶ与所述上位机(3)的上位机信号发送、接收接口Ⅰ连接；所述电源(1)的接口Ⅰ与所述驱动采集模块(4)的接口Ⅰ连接；所述微控制单元(2)的驱动模块控制接口Ⅱ与所述驱动模块(4-1)的微控制单元信号接口Ⅲ连接；所述微控制单元(2)的测压命令发送 接口Ⅲ、压力数据接收接口Ⅳ分别与测压模块(4-2)的测压信号接收接口Ⅲ、压力数据发送Ⅱ连接；所述微控制单元(2)的测温命令发送接口Ⅴ、温度数据接收接口Ⅵ分别与所述测温模块(4-3)的测温信号接收接口Ⅰ、温度数据发送接口Ⅱ连接；
所述驱动模块(4-1)的正向驱动电机控制接口Ⅰ、反向驱动电机控制接口Ⅱ分别与所述驱动张紧部分(5-27)的正向驱动电机控制接口(5-15)、反向驱动电机控制接口(5-20)连接；
所述测压模块(4-2)的压力信号接口Ⅰ与所述测量段(5)的压力传感器接口(5-1)连接；
所述测温模块(4-3)的温度信号接口Ⅲ与所述测量段(5)的密封采集容器(5-5)的温度采集器接口(5-3)连接。

说明书一种管内流体的轴向连续测温测压装置
技术领域
属于流体流动状态测试技术领域，具体是一种管内流体的轴向连续测温测压装置。
背景技术
在喷射器、液压缸、活塞缸等流体机械的研究中，流态测量对其结构优化至关重要。传统的方法大多是固定测量容器进出口的温度、压力；有的测取容器内流体的压力时，采用在内部轴向设置一根细管，并且开取压孔的方法，移动取压管来分时测量轴向稳态压力这种方法存在高压泄露并且误差大、动态响应时间长以及测压装置大以至于影响到流体工作状态的缺点。有的研究在对容器内部流体流态测量时，在测量系统设置密集的测点，仅能测量温度，而且必须采取减小各测温点间产生相互影响的措施，这样的测量装置结构复杂，造价高。对于容器内的流体流动过程复杂，存在相变、湍流、激波等流动状态，固定测量几个点的温度和压力难以反映出流体的真实流动情况。因此，研究发明一种内置移动式测温测压装置用于流体复杂流态的测量显得非常必要。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种管内流体的轴向连续测温测压装置，可以在流体稳态阶段沿轴向分时持续测量其温度和压力。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种管内流体的轴向连续测温测压装置由电源，微控制单元，上位机， 驱动采集模块和测量段组成。
1.各部件的结构：
1)所述电源设有接口Ⅰ和接口Ⅱ；
2)所述微控制单元设有电源接口Ⅰ、驱动模块控制接口Ⅱ、测压命令发送接口Ⅲ、压力数据接收接口Ⅳ、测温命令发送接口Ⅴ、温度数据接收接口Ⅵ和上位机信号发送、接收接口Ⅶ；
3)所述上位机设有上位机信号发送、接收接口Ⅰ；
4)所述驱动采集模块由驱动模块，测压模块，测温模块构成：所述驱动模块设有正向驱动电机控制接口Ⅰ、反向驱动电机控制接口Ⅱ、微控制单元信号接口Ⅲ；所述测压模块设有压力信号接口Ⅰ、压力数据发送接口Ⅱ、测压信号接收接口Ⅲ；测温模块设有测温信号接收接口Ⅰ、温度数据发送接口Ⅱ、温度信号接口Ⅲ；
5)所述测量段主要由密封采集容器、测量通道、毛细取压管和驱动张紧部分组成：
5.1)所述密封采集容器内设有压力传感器和温度采集器、外设有压力传感器接口、温度采集器接口、第一密封采集容器出口和第二密封采集容器出口；
5.1.1)测温部分是所述温度采集器，温度采集器内设有第一热电偶引线、第二热电偶引线；
5.1.2)测压部分由毛细取压管、取压孔、压力传感器组成：所述毛细取压管的管中装有连接第一热电偶引线和第二热电偶引线的热电偶、管外设有取压孔；
5.2)所述驱动张紧部分由测量通道入口端壁孔、第一三通道压紧支架、第一三通道张紧装置、第一导轮、正向驱动电机控制接口、正向驱动电机连接 的卷筒、第二导轮、反向驱动电机连接的卷筒、第二三通道压紧支架、第二三通道张紧装置、反向驱动电机控制接口、测量通道出口端壁孔和测量通道构成：
5.2.1)所述第一三通道压紧支架、第一三通道张紧装置、第一导轮、正向驱动电机连接的卷筒、第二导轮、反向驱动电机连接的卷筒、第二三通道张紧装置和第二三通道压紧支架设置在毛细取压管上；
5.2.2)所述正向驱动电机控制接口和反向驱动电机控制接口设置在所述测量通道的外壁上；所述测量通道入口端壁孔和测量通道出口端壁孔设置在所述测量通道的内壁上；
2.各部件的连接关系
所述电源的接口Ⅱ与所述微控制单元的电源接口Ⅰ连接；所述微控制单元的上位机信号发送、接收接口Ⅶ与所述上位机的上位机信号发送、接收接口Ⅰ连接；所述电源的接口Ⅰ与所述驱动采集模块的接口Ⅰ连接；所述微控制单元的驱动模块控制接口Ⅱ与所述驱动模块的微控制单元信号接口Ⅲ连接；所述微控制单元的测压命令发送接口Ⅲ、压力数据接收接口Ⅳ分别与测压模块的测压信号接收接口Ⅲ、压力数据发送接口Ⅱ连接；所述微控制单元的测温命令发送接口Ⅴ、温度数据接收接口Ⅵ分别与所述测温模块的测温信号接收接口Ⅰ、温度数据发送接口Ⅱ连接；
所述驱动模块的正向驱动电机控制接口Ⅰ、反向驱动电机控制接口Ⅱ分别与所述驱动张紧部分的正向驱动电机控制接口、反向驱动电机控制接口连接；
所述测压模块的压力信号接口Ⅰ与所述测量段的压力传感器接口连接；
所述测温模块的温度信号接口Ⅲ与所述测量段的密封采集容器的温度采集器接口连接。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.移动测量单元完全密封于测量通道内，不需要再在测量通道壁面另外开一个便于测量热电偶引线移动的小孔，用特殊密封胶完全堵住通过了毛细取压管的测量通道入口端壁孔和测量通道出口端壁孔的剩余间隙，做到整个系统与外界完全隔离，不存在泄露的问题。
2.采用移动式测量方法，不需要在测量通道内布置多个测点，便可测取流体在稳态时的流动情况，测量结构简化，并对流体的流动影响少。
3.各单元相关技术已经成熟，测量技术可靠，其结果比较接近内部流体的真实流动状态，精度高。
4.运行维护费用较低。
附图说明
图1是本发明管内流体的轴向连续测温测压装置的结构示意图。
图中，电源1，微控制单元2，上位机3，驱动采集模块4，驱动模块4-1，
测压模块4-2，测温模块4-3，测量段5，压力传感器接口5-1，温度采集
器接口5-3，正向驱动电机控制接口5-15，反向驱动电机控制接口5-20。
图2是本发明测量段的结构示意图。
图中，压力传感器接口5-1、压力传感器5-2、温度采集器接口5-3、温度采集器5-4、密封采集容器5-5、第一密封采集容器出口5-6、第二密封采集容器出口5-7、毛细取压管5-8、二次流体入口5-9、第一热电偶引线5-10、第二热电偶引线5-11、测量通道入口端壁孔5-12、第一三通道压紧支架5-13、第一导轮5-14、正向驱动电机控制接口5-15、正向驱动电机连接的卷筒5-16、第二导轮5-17、反向驱动电机连接的卷筒5-18、第二三通道压紧支架5-19、 反向驱动电机控制接口5-20、测量通道出口端壁孔5-21、测量通道5-22、第一三通道张紧装置5-25，第二三通道张紧装置5-26，驱动张紧部分5-27。
图3是本发明测温、测压时毛细取压管的c放大示意图。
图中，毛细取压管段5-8，第一热电偶引线5-10，第二热电偶引线5-11，热电偶5-23，取压孔5-24。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。
一种管内流体的轴向连续测温测压装置结构如图1所示，由电源1，微控制单元2，上位机3，驱动采集模块4和测量段5组成：
1.各部件的结构：
1)所述电源1设有接口Ⅰ和接口Ⅱ。
2)所述微控制单元2设有电源接口Ⅰ、驱动模块控制接口Ⅱ、测压命令发送接口Ⅲ、压力数据接收接口Ⅳ、测温命令发送接口Ⅴ、温度数据接收接口Ⅵ和上位机信号发送、接收接口Ⅶ。
3)所述上位机3设有上位机信号发送、接收接口Ⅰ。
4)所述驱动采集模块4由驱动模块4-1，测压模块4-2，测温模块4-3构成：所述驱动模块4-1设有正向驱动电机控制接口Ⅰ、反向驱动电机控制接口Ⅱ、微控制单元信号接口Ⅲ；所述测压模块4-2设有压力信号接口Ⅰ、压力数据发送接口Ⅱ、测压信号接收接口Ⅲ；测温模块4-3设有测温信号接收接口Ⅰ、温度数据发送接口Ⅱ、温度信号接口Ⅲ。
5)所述测量段5结构如图2所示，主要由密封采集容器5-5、测量通道5-22、毛细取压管5-8和驱动张紧部分5-27组成。
5.1)所述密封采集容器5-5内设有压力传感器5-2和温度采集器5-4、外设有压力传感器接口5-1、温度采集器接口5-3、第一密封采集容器出口5-6和第二密封采集容器出口5-7。
5.1.1)测温部分结构是所述温度采集器5-4，温度采集器5-4内设有第一热电偶引线5-10、第二热电偶引线5-11以及图3毛细取压管5-8的管中连接第一热电偶引线5-10和第二热电偶引线5-11的热电偶5-23。
5.1.2)测压部分结构如图3所示，由毛细取压管5-8、取压孔5-24、压力传感器5-2组成：所述毛细取压管5-8的管中装有连接第一热电偶引线5-10和第二热电偶引线5-11的热电偶5-23、管外设有取压孔5-24。
5.2)所述驱动张紧部分5-27由测量通道入口端壁孔(5-12)、第一三通道压紧支架5-13、第一三通道张紧装置(5-25)、第一导轮5-14、正向驱动电机控制接口5-15、正向驱动电机连接卷筒5-16、第二导轮5-17、反向驱动电机连接的卷筒5-18、第二三通道压紧支架5-19、第二三通道张紧装置(5-26)、反向驱动电机控制接口5-20和测量通道出口端壁孔5-21构成。
5.2.1)所述第一三通道压紧支架5-13、第一三通道张紧装置(5-25)、第一导轮5-14、正向驱动电机连接的卷筒5-16、第二导轮5-17、反向驱动电机连接的卷筒5-18、第二三通道张紧装置(5-26)和第二三通道压紧支架5-19设置在毛细取压管5-8上。
5.2.2)所述正向驱动电机控制接口5-15和反向驱动电机控制接口5-20设置在所述测量通道5-22的外壁上；所述测量通道入口端壁孔5-12和测量通道出口端壁孔5-21设置在所述测量通道5-22的内壁上。
2.各部件的连接关系
所述电源1的接口Ⅱ与所述微控制单元2的电源接口Ⅰ连接。所述微控制单元2的上位机信号发送、接收接口Ⅶ与所述上位机3的上位机信号发送、接收接口Ⅰ连接。所述电源1的接口Ⅰ与所述驱动采集模块4的接口Ⅰ连接。所述微控制单元2的驱动模块控制接口Ⅱ与所述驱动模块4-1的微控制单元信号接口Ⅲ连接。所述微控制单元2的测压命令发送接口Ⅲ、压力数据接收接口Ⅳ分别与测压模块4-2的测压信号接收接口Ⅲ、压力数据发送Ⅱ连接。所述微控制单元2的测温命令发送接口Ⅴ、温度数据接收接口Ⅵ分别与所述测温模块4-3的测温信号接收接口Ⅰ、温度数据发送接口Ⅱ连接。
所述驱动模块4-1的正向驱动电机控制接口Ⅰ、反向驱动电机控制接口Ⅱ分别与所述驱动张紧部分5-27的正向驱动电机控制接口5-15、反向驱动电机控制接口5-20连接。
所述测压模块4-2的压力信号接口Ⅰ与所述测量段5的压力传感器接口5-1连接。
所述测温模块4-3的温度信号接口Ⅲ与所述测量段5的密封采集容器5-5的温度采集器接口5-3连接。
本发明的具体实施
1.开始工作时毛细取压管5-8上c处的取压孔5-24位于测量通道入口端5-12的轴向起点。当工质开始在5-22测量通道中流动时，通过上位机3的上位机信号发送、接收接口Ⅰ向微控制单元2的上位机信号发送、接收接口Ⅶ发出开始数据采集命令。微控制单元2通过驱动模块控制接口Ⅱ、测压命令发送接口Ⅲ、测温命令发送接口Ⅴ分别向驱动模块4-1、测压模块4-2、测温模块4-3发出命令，驱动模块4-1通过反向驱动电机控制接口Ⅱ控制反向驱动电机连接的卷筒5-18顺时针转动，正向驱动电机连接的卷筒5-16被拉动顺时针转 动，从而使c处的5-24取压孔和5-23热电偶从测量通道入口端的轴向起点向出口端的轴向终点开始运动。此时4-2测压模块的压力信号接口Ⅰ获得从5-2压力传感器传来的压力信号，并通过压力数据发送接口Ⅱ将压力数据发送给2微控制单元的压力数据接收接口Ⅳ。与此同时，4-3测温模块的温度信号接口Ⅲ获得从5-4温度采集器传来的温度信号，并通过温度数据发送接口Ⅱ将温度数据发送给2微控制单元的温度数据接收接口Ⅵ。然后，2微控制单元将此时的温度、压力数据上传给3上位机保存。
2.完成一点的测温测压后，2微控制单元再次通过驱动模块控制接口Ⅱ向4-1驱动模块的微控制单元信号接口Ⅲ发送命令，4-1驱动模块通过反向驱动电机控制接口Ⅱ控制5-18反向驱动电机连接的卷筒顺时针转动若干角度，5-16正向驱动电机连接的卷筒被拉动顺时针转动相同的若干角度，c处的5-24取压孔和5-23热电偶向测量通道出口端的轴向终点移动一段距离，到达下一个测温测压点。然后，4-2测压模块的压力信号接口Ⅰ获得从5-2压力传感器传来的压力信号，并通过压力数据发送接口Ⅱ将压力数据发送给2微控制单元的压力数据接收接口Ⅳ。与此同时，4-3测温模块的温度信号接口Ⅲ获得从5-4温度采集器传来的温度信号，并通过温度数据发送接口Ⅱ将温度数据发送给2微控制单元的温度数据接收接口Ⅵ。然后，2微控制单元将此时的温度、压力数据上传给3上位机保存。重复步骤1、步骤2的动作，直到c处的5-24取压孔和5-23热电偶移动到轴向的终点位置。
3.当c处的5-24取压孔和5-23热电偶运动到了轴向的终点位置时，2微控制单元驱动模块控制接口Ⅱ向4-1驱动模块的微控制单元信号接口Ⅲ发送命令，4-1驱动模块通过正向驱动电机控制接口Ⅰ控制5-16正向驱动电机连接的卷筒逆时针转动若干角度，5-18反向驱动电机连接的卷筒被拉动逆时针 转动若干角度，c处的5-24取压孔和5-23热电偶向测量通道轴向起点移动一段距离。然后，4-2测压模块的压力信号接口Ⅰ获得从5-2压力传感器传来的压力信号，并通过压力数据发送接口Ⅱ将压力数据发送给2微控制单元的压力数据接收接口Ⅳ。与此同时，4-3测温模块的温度信号接口Ⅲ获得从5-4温度采集器传来的温度信号，并通过温度数据发送接口Ⅱ将温度数据发送给2微控制单元的温度数据接收接口Ⅵ。然后，2微控制单元将此时的温度、压力数据上传给3上位机保存。然后又重复驱动5-16正向驱动电机连接的卷筒逆时针转动若干角度、5-18反向驱动电机连接的卷筒被拉动逆时针旋转若干角度，从而使c处的5-24取压孔和5-23热电偶向轴向起点移动一段距离到达下一个测量点，并测温、测压、保存数据，一直到5-24取压孔和5-23热电偶运动到轴向起点位置为止。这样就完成了一个来回的测量循环。
4.不断重复步骤1～3，就可实现轴向各个点的持续测量。
5.当通过3上位机的上位机信号发送、接收接口Ⅰ向2微控制单元的上位机信号发送、接收接口Ⅶ发出停止数据采集命令时，2微控制单元先通过程序判断c处的5-24取压孔和5-23热电偶是否位于轴向起点位置。若不是，则通过2微控制单元的驱动模块控制接口Ⅱ向4-1驱动模块的微控制单元信号接口Ⅲ发送命令，让4-1驱动模块的正向驱动电机控制接口Ⅰ发出控制命令控制5-16正向驱动电机连接的卷筒逆时针旋转，直到5-24取压孔和5-23热电偶回到轴向起点位置。最后断电。