專利名稱：一種用于離心泵piv誤差測量及標定的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及流體力學實驗領域，特指一種用于離心泵Piv誤差測量及標定的方法和裝置。
背景技術：
粒子圖像測速技術(PIV)是一種非接觸式全場流速測量技術。一般情況下PIV是在流體中加入示蹤粒子，用激光器的片光照亮流場，在與片光垂直方向用相機拍攝流體運動的粒子圖像，再對圖像進行處理和分析，最終得到流場片光截面上的二維/三維各點速度的一種測量方法。作為一種全場、非接觸、無干擾、高精度的流動測量方法，PIV適用于湍流、非定常流動等復雜流場的測量，在離心泵等復雜旋轉流體機械流場測量中得到了廣泛的應用。劉應征在《LDV/PIV全場速度測量的誤差分析》(2002年)中提出將均勻布置有黑色格點“示蹤粒子”的白紙朝一個方向移動距離s，同時啟動PIV系統(tǒng)采集圖像，利用相關分析的結果得到PIV在理想情況下的系統(tǒng)誤差。董明哲在《PIV系統(tǒng)測量誤差的實驗評價及在柴油機噴霧測量上的應用》(2005年)中提出將砂紙貼在勻速馬達轉動圓盤上，在已知馬達轉速時圓盤各點速度可通過計算得出，利用PIV拍攝圓盤上的粒子得到各點速度，從而得到了 PIV的系統(tǒng)誤差。邵春雷在《PIV測量用模型泵的設計及測量中的誤差分析》(2007年)中分析了 PIV測量離心泵內流場的誤差，但并沒有給出誤差測量的方法?，F(xiàn)有的PIV誤差測量方法只能測量PIV系統(tǒng)誤差，而無法測量其它誤差。PIV系統(tǒng)經過了幾十年的發(fā)展，測量誤差較早期已經減小了很多。而離心泵復雜的幾何外形，給實驗帶來了較大的離心泵實驗模型誤差。本發(fā)明提供一種不僅可以測量PIV系統(tǒng)誤差，而且可以測量離心泵實驗模型誤差的方法和裝置，利用測得的誤差還能對PIV實驗進行標定。此外，使用本發(fā)明的標定盤還能替代標尺對流場圖像進行空間尺度標定。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種用于離心泵PIV誤差測量及標定的裝置和方法，它不僅可以測量PI V系統(tǒng)誤差，而且可以測量離心泵實驗模型誤差，利用測得的誤差還能對PIV實驗進行標定。本實用新型用標定盤替代葉輪安裝在泵軸上，測量PIV系統(tǒng)誤差；標定盤置于蝸殼中，測量離心泵實驗模型誤差；標定盤可沿泵軸方向移動，測量不同截面的誤差。標定盤指表面均勻散布半球形淺坑的有機玻璃圓盤。離心泵實驗模型誤差指蝸殼與工作介質和空氣之間的折射誤差。本實用新型的原理是:調整標定盤至測量截面位置，并旋緊兩端螺母將其固定在泵軸上，在空氣中用PIV系統(tǒng)測量標定盤表面各點速度,用已知電機轉速標定盤表面各點速度可通過計算得出，由此得到PIV系統(tǒng)誤差；裝上蝸殼，待蝸殼內充滿工作介質后，用PIV系統(tǒng)測量標定盤在工作介質內表面各點速度，與前面測量標定盤表面各點的速度進行對t匕，得到離心泵實驗模型誤差；最后卸下標定盤，裝上葉輪和蝸殼，用Piv系統(tǒng)測量流場，將所測得的各點速度減去PIV系統(tǒng)誤差和離心泵實驗模型誤差的統(tǒng)計量，可以實現(xiàn)對PIV實驗的標定。本實用新型的裝置包括蝸殼、標定盤、葉輪、泵軸、聯(lián)軸器、電機、轉速傳感器、轉速顯示與同步器、減震底座、激光器、跨幀CCD相機、外觸發(fā)同步裝置和計算機；在泵軸上固定標定盤或葉輪，標定盤或葉輪放置在蝸殼內；泵軸通過聯(lián)軸器和電機相連；轉速傳感器固定在電機軸端，蝸殼、泵軸、聯(lián)軸器、電機安放在水平放置的減震底座上；轉速傳感器通過轉速顯示與同步器與外觸發(fā)同步裝置相連；計算機通過外觸發(fā)同步裝置與激光器和跨幀CCD相機相連?？鐜珻CD相機正對標定盤或葉輪放置，跨幀CCD相機拍攝平面與泵軸的軸線垂直。激光器放置在蝸殼側面，激光器的激光口朝向與標定盤表面平行。所述標定盤的材質為有機玻璃。上述裝置中，標定盤直徑與葉輪相同；標定盤中間有螺紋孔，其規(guī)格和葉輪中間的螺紋孔相同，標定盤利用兩個六角螺母固定安裝在泵軸上，標定盤沿泵軸軸向移動；標定盤表面均勻散布直徑約為0.2mm到0.3mm的半球形淺坑。半球形淺坑之間垂直間距和水平間距相同，約為為Imm到2mm，采用激光加工或沖壓加工。本實用新型的實施過程如下:1.調整標定盤至測量截面位置，并旋緊兩端螺母將其固定在泵軸上，將激光器的片光照射整個標定盤表面上，調整電機轉速為n，在空氣中測量標定盤表面各點速度；用已知電機轉速標定盤表面各點的真實速度，對比真實速度和測量標定盤表面各點的速度得到PIV系統(tǒng)誤差。2.裝上蝸殼，待蝸殼內充滿工作介質后，將激光器的片光照射整個標定盤表面上，調整電機轉速為n，測量標定盤在工作介質內表面各點速度，與測量標定盤表面各點的速度進行對比，得到離心泵實驗模型誤差。3.最后卸下標定盤，裝上葉輪和蝸殼，調整電機轉速為n，將激光器的片光照射在葉輪上，將所測得的各點速度減去PIV系統(tǒng)誤差和離心泵實驗模型誤差的統(tǒng)計量，完成對PIV實驗的標定。使用本實用新型的方法可以同時測量得到PIV系統(tǒng)誤差和離心泵實驗模型誤差，而一般的誤差測量方法只能得到PIV系統(tǒng)誤差。利用PIV系統(tǒng)測得相同電機轉速下標定盤在空氣中和實驗模型中表面的各點速度，可以得到離心泵實驗模型誤差；在已知電機轉速時標定盤表面各點的真實速度，與標定盤在空氣中的各點速度對比可以得到Piv系統(tǒng)誤差。對于標定盤表面各點速度測量，一般的誤差測量方法需要使用圓柱棱鏡將激光器的片光擴展為光柱。使用本發(fā)明的方法，通過在標定盤上加工半球形淺坑，不需將激光器的片光擴展為光柱。標定盤上均勻散布直徑很小的半球形淺坑，使用激光器的片光就能完成測量；半球形淺坑可以保證“粒子”圖像在同一片光截面內，減小了由于測量方法和裝置帶來的誤差。使用本實用新型還可以對不同截面的離心泵實驗模型誤差進行測量。標定盤可以沿泵軸方向移動，標定盤利用兩個六角螺母固定在泵軸上。通過移動標定盤表面至不同的測量截面，可以測量不同截面的離心泵實驗模型誤差。使用本實用新型還可以利用測量得到的誤差對實驗進行標定，降低離心泵PIV實驗的不確定度。另外，由于半球形淺坑之間的半徑和間距是已知的，可以方便地使用本實用新型的標定盤替代標尺對流場圖像進行尺寸標定。

圖1標定盤直接安裝在泵軸上裝置示意圖。圖2標定盤裝安放在蝸殼內裝置示意圖。圖2 PIV系統(tǒng)實驗裝置圖。圖4標定盤局部剖面圖。圖5標定盤表面半球形淺坑分布示意圖。圖6可調節(jié)標定盤裝置示意圖。圖中:1.蝸殼，2.標定盤，3.葉輪，4.泵軸，5.聯(lián)軸器，6.電機，7.轉速傳感器，8.轉速顯示與同步器，9.減震底座，10.激光器，11.跨幀CXD相機，12.外觸發(fā)同步裝置，13.計算機.具體實施方式
下面將結合附圖詳細說明本實用新型提出的具體裝置的細節(jié)和工作情況。本裝置包括蝸殼1、標定盤2、葉輪3、泵軸4、聯(lián)軸器5、電機6、轉速傳感器7、轉速顯示與同步器8、減震底座 9、激光器10、跨幀CXD相機11、外觸發(fā)同步裝置12和計算機13。如圖4所示,標定盤2表面均勻散布直徑約為0.2mm到0.3mm的半球形淺坑。半球形淺坑之間垂直間距和水平間距相同，約為為Imm到2mm，如圖5所示。由于半球形淺坑之間的半徑和間距已知，因此可以方便地使用本實用新型的標定盤2替代標尺對流場圖像進行尺寸標定。尺寸標定就是利用圖像中已知實際尺寸的物體或標尺，計算圖像中像素與實際尺寸的比例。如圖5所示，標定盤2可以沿泵軸4方向移動，標定盤2利用兩個六角螺母固定在泵軸4上。通過移動標定盤2表面至不同的測量截面，可以測量不同截面的離心泵實驗模
型誤差。首先用標定盤2替代葉輪3固定在泵軸4上，將激光器10的片光照射在標定盤2的整個表面上，如圖1所示。這里片光是利用光學元件柱面透鏡對光的擴展性質，將激光照射在柱面透鏡上，透鏡對激光在某一個方向上擴展,形成線狀細長光條的激光。調整電機6
轉速為n，在空氣中測量標定盤2表面各點速度丐在已知電機6轉速時可通過下式計算
得出標定盤2表面各點速度K
V2 =β.Λ其中V是標定盤2上點的速度，R是點到標定盤2圓心的距離。通過下式可以計算各點在空氣中速度絕對誤差Q:
權利要求1.一種用于離心泵PIV誤差測量及標定的裝置，其特征在于，包括蝸殼(I)、標定盤(2)、葉輪(3)、泵軸(4)、聯(lián)軸器(5)、電機(6)、轉速傳感器(7)、轉速顯示與同步器(8)、減震底座(9)、激光器(10)、跨幀CCD相機(11)、外觸發(fā)同步裝置(12)和計算機(13);所述在泵軸⑷上固定標定盤⑵或葉輪⑶，標定盤⑵或葉輪(3)放置在蝸殼⑴內；泵軸(4)通過聯(lián)軸器(5)和電機(6)相連,轉速傳感器(7)固定在電機(6)軸端；蝸殼(I)、泵軸(4)、聯(lián)軸器(5)、電機(6)安放在水平放置的減震底座(9)上；轉速傳感器(7)通過轉速顯示與同步器(8)與外觸發(fā)同步裝置(12)相連；計算機(13)通過外觸發(fā)同步裝置(12)與激光器(10)和跨幀CCD相機(11)相連；跨幀CCD相機(11)正對標定盤⑵或葉輪(3)放置，跨幀C⑶相機(11)拍攝平面與泵軸⑷的軸線垂直；激光器(10)放置在蝸殼⑴側面，激光器的激光口朝向與標定盤(2)表面平行。
2.如權利要求1所述的一種用于離心泵PIV誤差測量及標定的裝置，其特征在于，所述標定盤(2)直徑與葉輪(3)相同；標定盤(2)中間有螺紋孔，其規(guī)格和葉輪(3)中間的螺紋孔相同；標定盤(2)利用兩個六角螺母固定安裝在泵軸(4)上，標定盤(2)沿泵軸軸向移動。
3.如權利要求1所述的一種用于離心泵PIV誤差測量及標定的裝置，其特征在于，所述標定盤(2)表面標定盤表面均勻散布直徑為0.2mm到0.3mm的半球形淺坑,半球形淺坑之間垂直間距和水平間距相同，為Imm到2mm。
4.如權利要求1所述的一種用于離心泵PIV誤差測量及標定的裝置，其特征在于，所述標定盤(2)的材質為有機玻 璃。
專利摘要本實用新型公開了一種用于離心泵PIV誤差測量及標定的裝置，用于離心泵PIV內流實驗誤差測量及標定，涉及流體實驗領域。本實用新型的裝置由蝸殼、標定盤、葉輪、泵軸、聯(lián)軸器、電機、轉速傳感器、轉速顯示與同步器、減震底座、激光器、跨幀CCD相機、外觸發(fā)同步裝置和計算機組成。先卸下蝸殼和葉輪，調整標定盤至測量截面位置，并旋緊兩端螺母將其固定在泵軸上，在空氣中測量PIV系統(tǒng)的誤差；然后裝上蝸殼，待蝸殼內充滿工作介質后，測量實驗模型的誤差；最后卸下標定盤，將葉輪固定在泵軸上，用PIV系統(tǒng)測量流場，利用測得的兩種誤差完成標定。本實用新型方法簡單、易于操作、通用性強，為離心泵PIV測量誤差分析提供了有效的研究手段。
文檔編號F04D15/00GK203146358SQ20122058886
公開日2013年8月21日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權日2012年11月9日
發(fā)明者劉厚林, 楊洪鑌, 王勇, 任蕓, 王凱, 談明高 申請人:江蘇大學