动态五孔探针测速系统方案

一、                      方案

根据需求，探针用于测量列车通过时在列车附近产生的流场风速，压力（0.005～1）atm 范围内连续可调以及长时间在低真空室内使用，并能适应在24h内，真空管道从1atm 降至0.005atm，环境温度：-15℃~60℃，环境湿度：日平均值不大于 95%RH，月平均值不大于 90%RH。

根据输入可知，风速测量范围：0～150m/s，风向测量范围±45°，探针长度在100mm~150mm，探头直径3mm左右。探头、信号调理一体式，输出信号为5通道电压信号方便数采设备直接采集，风速测量精度±(0.2m/s+3%*测量值) ，响应频率1KHz左右。

整个五孔探针部分是由；3D打印五孔探头（橙色）、动态压力传感器（灰色）、反吹管路（青色）、参考端引气管路（深蓝色）、探针壳体及固定端（洋红）、密封格兰头（黄色）组成。三维模型组成如图1所示。其中前段探头直径为3mm，长度20mm，内置孔径为0.8mm，然后经30°扩张角扩张到直径18mm，传感器前管路长度不超过35mm，可保证探针响应速度不低于0.1s，总长约为100mm；18mm的探针壳体内置5支动压压力传感器，量程为0-110kpa绝压型，其采样频率为5KHz，传感器和探头之间通过M3.5的螺栓连接，通过压紧垫圈密封防松，耐压不低于0.2Mpa；再靠近传感器感应头部的测试管路上开有反吹小孔，通过接入反吹管路，可将反吹气体吹入测试孔；kulite压差传感器有参考端?？梢酝?/span>过5根引气管合并成1根引气管引出探针直至测试车厢内，车厢内设置大气压力传感器用于测量实时大气压，作为传感器的参考压力。3D打印探头与固定端外壳通过螺纹连接，再配以放松顶丝螺纹进行防松，方便探头的拆装维护；探针壳体通过螺纹方式与探头和后端格兰头固定，并安装销钉螺栓用于防松，这样能够保证稳定的同时又能保证传感器可以拆卸，提高可维护性；引线和引气管路通过后端格兰头进行密封和尾附，防止进水和用力拉扯导致损坏。

图1 五孔探针组成示意图

风速测量系统由五孔探针组件、固定壳体、测试引线、动态数采四部分组成，如图2所示，其中探针组件固定板之间为焊接固定，固定壳体使用铸工胶固定到列车厢体外壁上，固定壳体接触面长300mm，宽度80mm，其整体重量不超过1.3kg，胶水通过较大的接触面积能够保证车载测风系统在整个使用过程能够安全运行。

图2 风速测量系统组成示意图

二、                      配置说明表如下：

稳态五孔探针测速系统方案

一、动态五孔探针测速系统方案

稳态五孔探针流场参数测试系统由五孔探针，信号采集系统和上位机（计算机）三大部分组成。（如图1-1所示）。实验过程中，通过五孔探针感知流场压力信号，由信号采集系统将压力的物理信号化为数字信号传入上位机，经过五孔探针插值算法，获得测点位置的总压、静压及速度大小和方向。

二、典型稳态五孔探针测速系统

典型稳态五孔探针流场系统组成如下：

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