CN103777039A

CN103777039A - 一种离心-温度复合试验箱

Info

Publication number: CN103777039A
Application number: CN201410012558.1A
Authority: CN
Inventors: 孟晓风; 李颖奇; 董雪明; 何畔
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2014-05-07

Abstract

本发明为一种离心-温度复合试验箱，旨在提供一种可安装并工作在离心机上，实现高、低温校准环境的试验箱，为加速度计提供离心-温度复合校准环境。结构主要由箱体主体部分、膨胀室及气体循环系统组成，试验箱与加速度计分离安装；箱体主体部分为圆筒式夹层结构，分别为保温层、载温层、内腔。本发明通过下述方案实现：保温层内填充保温材料，载温层内填充载温液，并安装载温液螺旋循环通道和载温气体循环通道，内腔安装导流罩和电加热膜；膨胀室为密闭空腔；气体循环系统提供内腔气体循环动力；通过直接控制载温液温度或者由气体管道内气体温度控制载温液温度，由载温腔内壁与内腔气体热交换，或由加热膜加热内腔气体，实现内腔温度精密控制。

Description

一种离心-温度复合试验箱

技术领域

本发明涉及一种离心-温度复合试验箱，更具体地说是安装并工作在离心机上，能实现高低温环境精密控制的试验箱，从而为加速度计提供离心-温度复合校准环境。

背景技术

在很多应用领域，都需要对加速度计进行校准，需要提供可靠的校准环境，目前对于单一标准环境的加速度计校准技术已经比较成熟，但由于加速度计实际的工作环境非常复杂，单一环境参数的校准会带来一定误差。温度是影响加速度计精度的重要因素，目前一般通过在离心机上安装试验箱，控制离心机旋转下试验箱内温度来提供离心-温度复合校准环境。

目前，对于一般能工作在离心机上的试验箱，往往不能承受高的离心加速度，试验箱的安装与加速度计安装相互限制，并且由于离心条件下气体不均匀等因素，提供的温度环境精度一般达不到校准要求而且往往不能实现离心机旋转工作状态下的低温校准环境。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的上述问题，提供一种可安装并工作在离心机上、与加速度计分离安装，能实现高温、低温两种校准环境状态的试验箱，从而为加速度计提供离心-温度复合校准环境。

本发明要解决的技术问题：1.试验箱与加速度计在离心机转臂上分离安装；2.试验箱能承受高离心加速度；3.实现离心机旋转工作试验箱内高温、低温环境精密控制；4.实现试验箱内温度均匀性控制。

本发明的技术解决方案：针对本发明要解决的技术问题，采用高强度不锈钢材料设计试验箱圆筒式夹层结构，分别为保温层、载温层、内腔，加速度计通过夹具在限定空间可以任意姿态安装在离心机转臂，试验箱通过法兰以圆筒轴向与离心机径向重合的姿态安装在离心机转臂，加速度计位于内腔，试验箱与加速度计实现分离安装。通过直接控制载温层内载温液温度或者控制载温层内气体循环通道内气体温度间接控制载温液温度，然后利用填充有载温液的载温层与内腔的热交换，或者直接由加热膜加热内腔气体，快速实现试验箱内腔高温、低温环境，通过试验箱内气体循环系统保证试验箱内温度均匀性。

本发明为一种离心-温度复合试验箱，结构主要由箱体主体部分、膨胀室以及气体循环系统三部分组成。

所述的箱体主体部分，为圆筒式夹层结构，分别为保温层、载温层、内腔；保温层为试验箱最外层一层密闭腔体，内部填充保温材料；载温层为试验箱中间一层密闭腔体，内部安装载温液螺旋循环通道和载温气体循环通道；内腔为试验箱最内层气体空间，提供最终气体温度环境，内部安装有导流罩，导流罩外壁缠绕电加热膜。

所述的膨胀室，为一定体积的圆柱形空腔，与载温层通过球阀连接，提供载温层内载温液膨胀所需空间，防止载温液膨胀导致液体体积增大而使腔内压力急剧增大。

所述的风机循环系统，由离心风机、直流电机，圆筒形导流罩组成，为内腔空气循环提供动力。

本发明为一种离心-温度复合试验箱的优点及功效在于：

●相对于一般的温度试验箱来说，体积小，便于实验安装和运输；

●试验箱与加速度计分离安装，加速度计在限定空间可以任意姿态安装在离心机转臂上；

●试验箱圆筒夹层结构设计巧妙，热传递面积大，加热制冷效率高，能快速实现升温降温；

●通过气体循环系统，解决了试验箱在离心机上内腔气体温度不均匀问题；

●相对于其他温度试验箱，提供不同加热制冷方式，可以实现离心机旋转状态下高温、低温两种温度环境；

附图说明

图1为离心-温度复合环境下的温度试验箱主视图

图2为离心-温度复合环境下的温度试验箱左视图

图3为离心-温度复合环境下的温度试验箱剖视图H-H

图4为离心-温度复合环境下的温度试验箱安装法兰剖视图I-I

图5为温度试验箱中风机循环系统剖视图

图6为离心-温度复合环境下的温度试验箱安装示意图

图中具体标号如下：

1-1—三通阀；1-2—排空阀；1-3—航空插座；1-4保温层顶部安装螺孔；2-1—法兰与轴套连接螺栓；2-2—电机与法兰连接螺栓；2-3—保温层底部安装螺孔；3-1—保温层；3-2—气体循环系统；3-3—载温层；3-4—内腔；3-5—载温液出口；3-6－膨胀室；3-7－压力传感器接口；3-8－膨胀室排液口；3-9—膨胀室支撑架；3-10—电缆通道；3-11—载温层温度传感器；3-12－内腔温度传感器；3-13－圆筒形导流罩安装柱；3-14—圆筒形导流罩；3-15—电加热膜；3-16—安装法兰；3-17—载温液进口；3-18—载温气体循环通道；3-19—载温液螺旋循环通道；3-20—载温层内壁；4-1—气体循环通道进口；4-2—法兰安装螺孔；4-3—气体循环通道出口；5-1—直流电机；5-2—电机安装法兰；5-3—四氟垫；5-4—深沟球轴承；5-5—深沟球轴承；5-6—轴套；5-7—离心风机；5-8—风机轴；5-9—固定螺钉；5-10—四氟套；5-11—轴键；6-1—试验箱；6-2—离心机转臂；6-3—离心机旋转轴；6-4—配重器件。

具体实施方式

本发明为一种离心-温度复合试验箱，结构主要由箱体主体部分、膨胀室以及气体循环系统组成。

下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。

试验箱结构采用304不锈钢材料，箱体主体部分为圆筒式夹层结构，分别为保温层3-1、载温层3-3、内腔3-4。

保温层3-1是由两圆筒面形成的薄腔，内部填满保温材料，图中只列出了一个保温层，因为两个保温层几乎完全对称，只是因空间问题相互有一点不同。两个保温层底部都由安装孔2-3固定到离心机转臂6-2上，顶部通过螺孔1-4连接。

载温层3-3是试验箱中间夹层腔体，由两层304不锈钢圆筒所形成的中间环形密闭腔体，可填充载温液，载温层内由环形金属薄片沿圆筒轴向盘旋焊接形成载温液螺旋循环通道3-19，由软管在载温液螺旋循环通道内以相同螺距沿圆筒轴向盘旋形成载温气体循环通道3-18，载温层外壁上安装有温度传感器3-11用来测量载温层内液体温度，载温层上开有电缆通道3-11，用来安装航空插头，方便内腔各电气线路的引出，在载温层上装有载温液进口3-17与出口3-5，管口可通过螺纹连接阀门，控制液体的进出。

内腔3-4为试验箱载温层内壁所形成的内层气体空间，为被校加速度计提供校准空间，内腔与载温层可通过之间的金属壁进行热交换，内腔装有圆筒形导流罩安装柱3-13，可固定圆筒形导流罩3-14，导流罩上均匀分布温度传感器3-12，用来评估内腔气体温度的均匀性，导流罩外壁缠绕电加热膜3-15，可加热内腔气体。

膨胀室3-6为一定体积的的圆柱形密闭空腔，膨胀室支撑结构3-9用来支撑膨胀室，与载温层焊接固定，腔体上压力传感器接口3-7为螺纹接口，安装压力传感器，排空阀1-2，用来排放空气，膨胀室与载温层的连接是采用三通阀1-1连接，提供载温层内载温液膨胀空间。膨胀室排液口3-8连接球阀。

气体循环系统3-2主要由电机、离心风机、圆筒形导流罩组成。其中电机5-1由4个螺钉2-2固定在法兰5-2上，而法兰由另外4个螺钉2-1与轴套5-6固定，轴套与载温层焊接固定。风机轴5-8被两个轴承5-4、5-5限位，不能轴向移动，轴承四周均由四氟套5-10包裹，法兰与轴套之间也用四氟垫5-3隔离，可有效减少热量损失。整个系统由电机轴旋转通过键带动离心风机轴旋转，从而带动离心风机旋转，在内腔的圆筒形导流罩3-14与载温层内壁间形成气体循环场，加速气体热交换，使内腔气体达到均匀。

试验箱通过法兰3-16与四氟垫实现安装与密封，法兰3-16焊接在载温层底部，密封载温层底部，法兰上预留出载温气体进出口4-1及4-3，试验箱装配示意图如图6，加速度计通过夹具在限定空间可以任意姿态安装在离心机转臂6-3，试验箱通过法兰3-16以圆筒轴向与离心机径向重合的姿态安装在离心机转臂，加速度计位于内腔，试验箱与加速度计实现分离安装。在离心机转臂另一端安装配重器件6-5保证离心机动平衡。

工作前，内腔气体温度为常温，加速度计通过夹具在限定空间可以任意姿态安装在离心机转臂，试验箱通过法兰以圆筒轴向与离心机径向重合的姿态安装在离心机转臂，加速度计位于内腔，试验箱与加速度计实现分离安装，安装、固定温度传感器、压力传感器。

试验箱静止状态时，可关闭载温层与膨胀室之间的三通阀，通过地面载温液循环系统，将一定温度的载温液通过载温液进出口管道填充载温层，并使载温液通过载温液螺旋循环通道3-19不断循环通过载温层，载温层内壁3-20作为热交换器，交换面积大，使内腔气体的温度快速向液体温度方向变化，通过控制载温液的温度来快速实现内腔气体的高低温环境，减少下一步离心机工作下试验箱温度控制时间。

离心机旋转工作下，由于无法保证载温液循环通过载温层，因此断开载温层与外部载温液管道的连接，利用阀门将载温液进出口管道封闭，打开载温层与膨胀腔之间的三通阀，提供载温层内载温液膨胀所需空间，防止载温液膨胀导致液体体积增大而使腔内压力急剧增大，通过地面供气系统给载温层内盘旋的的气体循环通道充入一定温度的气体，通过载温气体的温度影响载温液的温度，进而通过载温层内壁热交换来改变内腔气体温度。也可通过控制加热膜的加热功率，单向控制内腔气体的温度。最终实现离心机工作状态下，试验箱的高温、低温环境精密快速控制，为加速度计提供离心-温度复合校准环境。

温度控制过程中，开启气体循环系统，由电机带动离心风机旋转，在内腔的圆筒形导流罩3-14与载温层内壁间形成气体循环场，加速气体热交换，使内腔气体达到均匀，解决离心环境下试验箱温度不均匀问题。

通过测控系统，实时监测和控制液体、气体流量、温度、压力等参数，从而保证内腔气体温度稳定在目标温度误差范围内。

Claims

1.一种离心-温度复合试验箱，该试验箱由箱体主体部分、膨胀室以及气体循环系统组成，其特征在于：箱体主体部分为圆筒式夹层结构，分别为保温层[3-1]、载温层[3-3]、内腔[3-4]，载温层内由环形金属薄片沿圆筒轴向盘旋焊接形成载温液螺旋循环通道[3-19]，由软管在载温液螺旋循环通道内以相同螺距沿圆筒轴向盘旋形成载温气体循环通道[3-18]，载温层内载温液与内腔气体通过载温腔内壁[3-20]进行热交换；气体循环系统[3-2]为内腔气体提供循环动力；加速度计通过夹具在限定空间可以任意姿态安装在离心机转臂[6-3]，试验箱通过法兰[3-16]以圆筒轴向与离心机径向重合的姿态安装在离心机转臂，加速度计位于内腔，试验箱与加速度计实现分离安装。

2.根据权利要求1所述的一种离心-温度复合试验箱，其特征是，所述的载温层[3-3]是由两层304不锈钢圆筒所形成的中间环形密闭腔体，内部填充一定温度的载温液体，内腔[3-4]是由载温层内壁[3-20]所形成的气体空间。

3.根据权利要求1所述的一种离心-温度复合试验箱，其特征是，所述的膨胀室为体积1L的不锈钢圆柱形密闭空腔，腔体上装有排空阀和排液口及压力传感器，与载温腔的连接是采用球阀连接。

4.根据权利要求1所述的一种离心-温度复合试验箱，其特征是，所述气体循环系统通过电机带动内腔离心风机旋转，在内腔的圆筒形导流罩[3-14]与载温层内壁间形成气体循环场，加速气体热交换，使内腔气体达到均匀。