[发明专利]一种流体压力场测量装置及方法

说明书

本发明属于压力测量领域，涉及一种流体压力场测量装置及方法。所述的流体压力场测量装置，包括Z方向滑台模组、Y方向滑台模组、X方向滑台模组、龙门架、工作台、PVDF压电薄膜传感器、工件、水箱、载荷放大器、采集卡、计算机和射流喷嘴。龙门架固定在工作台上，龙门架的上端水平固定Y方向滑台模组，Y方向滑台模组与Z方向滑台模组滑动连接且相互垂直；Z方向滑台模组侧面固定射流喷嘴，射流喷嘴的喷射方向垂直向下；X方向滑台模组水平固定在工作台上表面，X方向滑台模组位于龙门架内且与Y方向滑台模组垂直。本发明的装置结构简单稳定，实验数据简单易得，本发明方法中的数学模型计算方便，实用性好。

技术领域

本发明属于压力测量领域，涉及一种流体压力场测量装置及方法。

背景技术

射流技术随着长时间的发展，在加工制造业中逐渐被认可和应用，随着高速摄影、数值模拟、流体显形等先进研究技术的引入，射流技术在加工制造业中得到迅速的发展。射流压力作为加工过程的重要影响因子，不仅影响射流加工过程的稳定性以及加工后工件的表面质量，而且对射流的发生及控制参数的优化起着重要的作用。而传统的流体压力场测量方法存在很多不足，由于射流的特质，在不同截面、同一截面的各处压力会分布不均，而一般的测量方法在测量射流力时通常是将测力仪上的工件开孔，根据要求的精度决定开孔的大小。当射流通过小孔时，会因为阻尼的作用，射流力发生变化，使得测量的射流力小于实际的力。当孔越小时，射流收到的阻尼越大。同时，受机械加工能力的影响，开孔的大小也很难达到精度要求的大小。因此用传统方法测量射流压力场时，力的大小和测量精度都与要求有一定的差距。

本发明克服传统测量方法的缺陷，实现不同喷距射流微米级分辨率下压力的测量。

发明内容

为了克服现有方法存在的以上不足，提供了一种流体压力场测量装置及方法，实现确定要求测量分辨率下压力场的测量。

本发明的技术方案如下：

一种流体压力场测量装置，包括Z方向滑台模组1、Y方向滑台模组2、X方向滑台模组3、龙门架4、工作台5、PVDF压电薄膜传感器6、工件7、水箱8、载荷放大器9、采集卡10、计算机11和射流喷嘴12。

龙门架4固定在工作台5上，龙门架4的上端水平固定Y方向滑台模组2，Y方向滑台模组2与Z方向滑台模组1滑动连接且相互垂直；Z方向滑台模组1侧面固定射流喷嘴12，射流喷嘴12的喷射方向垂直向下；X方向滑台模组3水平固定在工作台5上表面，X方向滑台模组3位于龙门架4内且与Y方向滑台模组2垂直；X方向滑台模组3上表面固定水箱8，水箱8内部由下而上依次设有工件7和PVDF压电薄膜传感器6，用于收集流体循环利用；PVDF压电薄膜传感器6与载荷放大器9、采集卡10和电子计算机11依次连接，实现射流力实验数据的采集。

所述的射流喷嘴12为圆柱形射流喷嘴，其射流为圆形；PVDF压电薄膜传感器6为正方形传感器。PVDF压电薄膜传感器6的正方形面积大于射流喷嘴12的射流圆形面积。

基于流体压力场测量装置的测量方法，步骤如下：

步骤一：将工件7上表面固定PVDF压电薄膜传感器6，启动喷嘴12。

步骤二：移动Z方向滑台模组1，使射流喷嘴12射流冲击PVDF压电薄膜传感器6，通过移动Y方向滑台模组1和X方向滑台模组3改变射流喷嘴12射流冲击PVDF压电薄膜传感器6的面积，使PVDF压电薄膜传感器6所测方形区域的四个角点依次成为射流喷嘴12射流冲击扇形区域的顶点。

进一步的，滑台模组的伺服电机的脉冲当量为360°/2²⁴，能实现X,Y方向40nm正方形区域的移动，即能得到最小分辨率为40×40nm的区域的压力场的测量。

通过PVDF压电薄膜传感器6和工作台的X、Y、Z轴的滑台模组移动来获取并记录射流喷嘴12的射流与PVDF压电薄膜传感器6的接触位置、射流半径R、接触角点的坐标系以及压力