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球面压力五孔探针的校准与使用
侯敏杰
【期刊名称】《燃气涡轮试验与研究》
【年(卷),期】1997(000)002
【摘要】流场的测试广泛使用五孔探针。
通过校准，建立起探针的数学模型，可避免采用查表法，提高工作效率。
本文以球面压力五孔探针为例，对五孔探针的校准，数学模型的建立及使用方法进行了研究，对五孔探针的使用具有借鉴的意义。
【总页数】1页(P37)
【作者】侯敏杰
【作者单位】燃气涡轮研究所;燃气涡轮研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TK05
【相关文献】
1.天线球面近场测量的探针校准近远场变换 [J], 王建;林昌禄
2.超音速条件下基于CFD的压力探针校准特性数值模拟 [J], 赵彬;赵俭
3.球面非探针校准近—远场变换 [J], 佘川飞
4.球面探针校准近—远场变换 [J], 佘川飞
5.风洞实验压力探针校准测试系统平台 [J], 苗雪冬
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五孔探针流场测试新方法
宋更生
【期刊名称】《流体机械》
【年(卷),期】1990(000)004
【总页数】1页(P17)
【作者】宋更生
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】O35
【相关文献】
1.平面扩压叶栅流场犘犐犞与三孔尾迹探针对比测试研究 [J], 马昌友;侯敏杰;凌代军;幸晓龙
2.旋风分离器流场五孔探针测试研究 [J], 沈恒根
3.静压梯度对五孔探针测试旋流式气力分级机流场时的影响 [J], 杨吉民;柯红樱
4.给二探针电阻率测试仪增设四探针测试功能 [J], 朱宏仁
5.基于七孔探针的手持式流场测试与显示技术 [J], 宋晋; 徐圣; 张卫国; 陈闯; 刘忠华
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五孔探针形变与振动对透平机械复杂流场测量精度的影响高强;田夫;王晓放;孙涛;徐瑞祥;张海涛【摘要】五孔探针是测量叶轮机械流场的精确工具, 探针在流场中的弯曲变形和振动都会对测试精度产生影响.本文利用数值模拟和实验测试的手段, 对探针在不同支撑位置和不同来流速度下的形变和振动问题进行了研究.结果显示:支撑点的位置严重影响探针的抗弯性能, 在气流速度80 m/s、支撑位置176 mm工况时, 五孔探针头部的最大变形量达到1 mm, 影响了测点位置和测量气流角度的准确性;五孔探针的振动受支撑位置和气流速度的影响较小, 基本不会发生由于卡门涡街诱导的流致振动现象, 对测量精度的影响可以忽略.%The five hole probe is an accurate tool for measuring the flow field of the impeller.The bending deformation and vibration of the probe in the flow field will affect the accuracy of the test.By means of numerical simulation and experimental test, the deformation and vibration of the probe in different support position and velocity are studied.The results show that the deformation of the probe is influenced greatly by the support position and the velocity of the air.The maximum deformation of the probe head reaches 1mm when the air velocity is 80m/s and the support point is 176mm.And the accuracy of the measurement is affected.The vibration of the probe is little influenced by the velocity of the air and will not happen the induced vibration because of Carmen vortex induced flow.The influence of probe vibration on measurement accuracy can be ignored.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2017(031)003【总页数】5页(P196-200)【关键词】五孔探针;流场;弯曲变形【作者】高强;田夫;王晓放;孙涛;徐瑞祥;张海涛【作者单位】大连理工大学能源与动力学院, 辽宁大连 116024;大连理工大学能源与动力学院, 辽宁大连 116024;大连理工大学能源与动力学院, 辽宁大连116024;大连理工大学能源与动力学院, 辽宁大连 116024;大连理工大学能源与动力学院, 辽宁大连 116024;大连理工大学能源与动力学院, 辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】TK262叶轮机械内部场流十分复杂，目前大多采用CFD方法数值模拟内流场流动结构并进行深入研究. 但是数值分析结果的准确性却需要大量的气动实验予以验证，这对透平机械复杂流场各种测量方法、测量仪器的测量精度提出了很高的要求.在流体力学的工程应用和实验研究测试过程中，通常使用各种插入式测试工具，如热线探头、皮托管、流量计、气动探针等. 其中五孔探针因其原理简单，使用方便，成本较低，能够测量三维流场等因素，应用十分广泛[1-3]. 但是在使用这些插入式测试工具时，通常不考虑这些测试工具的变形问题和振动问题对实验测试结果的影响，即假定认为测试工具是完全静止不动的. 这种“假定”对于测试流场的精度有多大的影响，尚没有进行明确的研究.为了保证透平机械复杂流场测量的精度要求，其中关键的一环就是测量工具的数值准确性和测点位置的精确性，所以探针的变形和振动情况对于测量的影响就必须纳入考虑范围.本文以测量叶栅流场中经常使用的五孔探针为研究对象，结合具体的实验工况，通过实验测试和数值模拟的研究手段，比较系统地研究了测试工具的变形和振动问题.1.1 研究对象本文以五孔探针为研究对象，五孔探针是经常用于测量三维流场的高精度测试工具，其主体部分是一个直径为6 mm的空心圆管，内部包含5个直径约1 mm 的压力导管. 通过5个孔的压力数值可以得出测点的三维流场方向、速度、压力等参数. 使用时一端固定，测试部分放置在流场中，如图 1 所示.五孔探针的支撑固定点不同，其变形和振动的程度明显不同，本文选用的支撑固定方式为2种：一种为支撑点距离探针头部176 mm，另一种支撑点距离探针头部为100 mm. 分别研究探针在不同流场速度工况下的变形和振动情况，以及对流场测试结果的影响，实验工况参数如表 1 所示.1.2 实验装置与方法实验是在大连理工大学叶轮机械及流体工程研究所的标准射流风洞上进行的. 风洞为圆形出口，出口内径120 mm，探针头部位置在距离出口200 mm处.位移信号的测量采用激光位移传感器，如图 2 所示，它能够非接触测量被测物体的位置、位移等变化，精度为微米级，采样频率可以到达2 000 Hz，能够满足实验要求. 传感器安装在距离探针60 mm的位置，激光传感器的光束对准探针头部，通过接收反射波进行位移的测量. 数据通过数据采集仪传输到电脑上，利用数据处理软件DASP进行数据的读取与分析.探针头部的位移量是通过对不同速度下的探针位移数据进行时间平均得到的. 探针头部的振动频率以及振动幅值是通过将时域信号进行傅里叶分析得到的.2.1 探针在不同支撑点位置下的变形情况分析如图 3 所示，为100 mm， 176 mm的支撑点位置下，探针头部变形量的实验测试结果，横坐标C为气流速度，纵坐标TD为探针头部变形量.探针头部位移变形量整体趋势是随着速度的增加而增加的. 对比不同支撑点位置情况下探针变形情况，可以发现支撑点位置对于探针抗弯性能有很大影响，在80 m/s速度下176 mm支撑点位置的探针头部变形量约1 mm，而100 mm支撑点位置的探针头部变形量仅0.08 mm，意味着支撑点位置距离头部越近，探针的抗弯性能就越好，变形量会有明显的降低.2.2 探针的振动当粘性流体经过非流线型截面物体时，将在物体的下游形成漩涡，形成典型的卡门涡街，探针放置在流场中，交替脱落的漩祸会在探针表面的流向与横向产生周期变化的脉动压力，脉动频率可以通过式(1) 计算[4]式中： St为斯特劳哈尔数，只由雷诺数确定； U为流体速度； D为圆柱体直径. 在本文的研究范围内， St稳定在0.2附近，可看作常数，脱落频率与气流速度成正比. 针对直径为6 mm 的探针，当气流速度为5 m/s时，对应的卡门涡街的脱落频率为167 Hz，当气流速度为10 m/s时，对应频率为333 Hz.为了探究卡门涡街是否会对探针的振动情况有所影响，通过实验测试了探针在支撑点位置为176 mm 的振动情况. 首先测定了探针在该支撑位置下的自振频率，测量的自振频率为89 Hz；然后在不同的速度工况下测量了探针的振动情况.实验结果如图 4 所示， (a)(b)(c)(d)(e)分别为5 m/s, 10 m/s, 20 m/s, 50 m/s, 80m/s气流速度工况下的探针振动频域图. 图中横坐标为频率值，纵坐标为振动幅值. 从图中可以看出，在不同气流速度下，探针的振动都发生在其自振频率89Hz处. 在频率为170Hz和225Hz处也存在着峰值，但幅值相对较小，且不随气流速度改变，可以认为是环境振动干扰.当速度为5 m/s和10 m/s时，在频率为167 Hz与333 Hz附近并没有出现对应的旋涡脱落振动. 同时，实验未曾观测到随着速度变化而产生的振动频率变化，所以，对于空气这种低密度的流体，圆柱绕流产生的漩涡脱落并没有使探针产生诱导振动.在速度小于20 m/s的情况(如图 4(a)～(c))，振动幅值随着速度增加而增加，在速度大于20 m/s的情况下，振动幅值趋于平稳， (如图 4(d), (e))，平均量在30 μm左右，而30 μm的振动幅值相对而言是个小量，对于探针测量精度影响不大，可以忽略不计.综上所述，对于刚度较大的探针，在测量空气流场时，基本不会因空气流动而产生涡激振动现象. 探针头部的振动幅值相对于弯曲变形量是一个小量，对于测量精度的影响较小.如图 5 所示为探针角度的定义. 其中2号孔对应总压孔； 4， 5孔测量β方向角度；1， 3孔测量α方向角度. 如前文所述，探针在高速气流下会产生弯曲，这种弯曲会使得探针β方向测量产生偏差，导致气流角度测量的失准.为了验证上述结果的准确性，在一个平直射流流场，利用探针进行流场参数的测量. 流场为长30 mm，宽25 mm的矩形，测点的布置为一个6×7的点阵，流场气流速度设置为90 m/s. 分别以176 mm 支撑点和100 mm支撑点的探针进行测量，比较两者角度测量结果的区别.图 6 为两种支撑位置下探针测量得到的气流β角度， (a)为100 mm支撑， (b)为176 mm支撑. 可以看出， 100 mm支撑位置测出的β角度在0°～0.1°左右，而176 mm 支撑位置测出的β角度在-1.2°～-1.6° 左右，两者相差较大，约1.4°，意味着探针的弯曲对于β角度测量影响较大.图 7 为两种支撑位置下探针测量得到的气流α角度， (a)为100 mm支撑， (b)为176 mm支撑. 可以看出，两者数值较为接近，相差约0.1°.在本文的研究条件下，通过对实验结果分析，可以得出如下结论：1) 探针的抗弯能力受支撑点位置影响很大. 支撑点位置距离探针头部较远时，探针会在气流作用下产生较大的变形，变形量的大小受气流速度影响. 当速度增加至80 m/s时，探针头部的变形量甚至达到超过1 mm，造成测点的偏移，影响使用精度. 可以考虑通过设计提高探针的刚度或者改变支撑点位置，以减少误差.2) 探针振动受圆柱绕流产生的卡门涡街脉动压力的影响不大，没有出现流致振动，探针仅在其自振频率范围值附近出现了微小振动，振动幅值在0～40 μm范围之内，且随速度的变化量较小，探针振动对于实验的影响基本可忽略.本文所有研究仅是在较低速度的流场下进行，没有涉及更高气流速度下的振动情况，同时，也没有探讨长时间振动对探针疲劳强度的影响，因此，有必要在现有工作基础上进行进一步研究.。
五孔探针流场测试新方法随着科学技术的不断发展，流体动力学研究在各个领域中扮演着越来越重要的角色。
流场测试作为流体动力学研究的重要手段之一，对于提高流体力学研究的精确性和可靠性起着至关重要的作用。
五孔探针是一种常用的流场测试仪器，可以实现多点同时测量流场参数，如速度、压力等。
本文将介绍一种新的五孔探针流场测试方法，旨在提高测试的精确度和效率。
一、五孔探针原理五孔探针是一种基于流场动量守恒的传感器，通过五个孔位上的压力差来测量流场中的速度场。
在理想情况下，探针的压力差与流场的速度成线性关系。
通过定标和校准，可以将压力信号转换为流场速度。
五孔探针的原理比较简单，但在实际应用中需要考虑到各种因素的影响，如探针位置、探针长度、流场扰动等。
二、传统五孔探针测试方法传统的五孔探针测试方法通常是将探针安装在流场中的其中一位置，通过数据采集系统记录各个孔位上的压力信号，并通过定标和校准将压力信号转换为流场速度。
这种方法的优点是简单易行，可以实现对流场中不同位置的多点测量，但也存在一些问题，如测量精度受到流场扰动的影响、探针安装位置的选取不当等。
三、新方法介绍为了提高五孔探针的测试精度和效率，我们提出了一种新的五孔探针流场测试方法。
该方法主要包括以下几个方面的改进：1.流场平坦度校正：在进行五孔探针测试之前，我们首先对流场进行平坦度校正。
通过引入激光测距仪等高精度测量工具，可以准确地获得流场的平坦度分布，从而避免流场扰动对测试结果的影响。
2.控制探针位置误差：在安装五孔探针时，我们将采用更加精确的定位方法，控制探针位置误差在允许范围内。
通过精确的位置控制，可以减小由于位置误差导致的测量误差。
3.流场压力校准：除了对五孔探针进行定标和校准外，我们还将对流场的压力进行校准。
通过引入高精度压力传感器，可以实现对流场压力的实时监测和修正，提高测试的准确性。
4.数据处理与分析：在数据采集完成后，我们将对采集到的数据进行进一步处理与分析。
专利名称：一种大来流角度下五孔探针的分区插值方法专利类型：发明专利
发明人：陆华伟,路子平,王龙,王宇,田志涛,孔晓治,辛建池申请号：CN202010744265.8
申请日：20200729
公开号：CN111896211A
公开日：
20201106
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种大来流角度下五孔探针的分区插值方法，包括获取内区插值文件和外区插值文件；获取五孔探针采集到的五孔压力值，根据五孔压力值确定插值分区模式，所述插值分区模式分为内区模式和外区模式；当插值分区模式为内区模式时，基于所述内区插值文件对所述五孔压力值进行处理，得到流场的总压和静压；当插值分区模式为外区模式时，基于外区插值文件对所述五孔压力值进行处理，得到流场的总压和静压；基于流场的总压和静压计算得到流场的流速。
当探头来流角度过大时，探头部分区域的气流会发生附面层分离，处在分离区中的感压孔将失效，从而导致测量不准。
采用本发明方法可以克服上述问题，将探头适应的来流角度范围由±30°提升至±45°。
申请人：大连海事大学
地址：116026 辽宁省大连市高新园区凌海路1号
国籍：CN
代理机构：大连东方专利代理有限责任公司
代理人：李馨
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标定五孔气动探针的风洞及测控系统设计
张晶辉;布国亮;张旭悦;张泽;王程远
【期刊名称】《西安航空学院学报》
【年(卷),期】2022(40)5
【摘要】五孔气动探针常用于风洞或旋转机械内流场的三维速度、总压及静压测量,为标定五孔气动探针,设计用于标定五孔气动探针的小型低速风洞,改变探针俯仰角和偏转角的二自由度旋转台,并编制了基于Labview的测控软件,对所制作的五孔探针进行了标定试验。
结果表明风洞和测控系统可以进行五孔气动探针的标定试验,所制作的五孔探针偏转角和俯仰角的有效测量范围可达到-24°~24°。
【总页数】5页(P27-31)
【作者】张晶辉;布国亮;张旭悦;张泽;王程远
【作者单位】西安航空学院飞行器学院;西安嘉业航空科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】V211.71
【相关文献】
1.脉冲风洞天平动态标定加载系统设计
2.四孔楔形气动探针标定与灵敏度分析
3.基于PROFINET和VXI总线的1.2m风洞测控系统设计与实现
4.基于嵌入式技术的风洞模拟测控系统设计
5.集成探针气动部分的风洞标定
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五孔探针结构和校准五孔探针是一种常用于气体动力学实验中的测量工具。
五孔探针的结构很简单，包含五个小孔以及相关的电路和测量器件。
在实际应用中，为了保证探针的准确性和精度，需要对探针进行校准。
五孔探针的结构五孔探针主要由五个小孔以及相关的电路和测量器件组成。
小孔通常位于探针的前端，可以是圆形或椭圆形。
小孔的布置方式取决于实验需要测量的量、所测量气体的流动特性以及探针的物理设计。
五个小孔主要分布在探针的两个不同面上，通常为三个小孔在一个面上，另外两个小孔在另一个面上，通过这种方式可以提高探针的测量精度。
此外，探针的外壳还包括了卡箍和电缆，用于安装和连接。
探针的电路中包括侵式和非侵式两种类型，以及不同类型的测量器件。
除了常规的压力、温度和速度传感器外，电路中还包含了数据处理器和数据记录器等设备。
五孔探针的校准五孔探针的校准是确保探针测量结果准确性的关键环节。
探针的校准主要包括两个方面：一是对探针小孔的准确位置和大小进行校准；二是对整个探针的性能进行综合测试，以确保探针在实际应用中的测量数据可靠。
小孔的校准是通过先进的仪器和计算方法实现的。
在校准过程中，探针的小孔被放置在一个已知流量的环境中，并测量小孔内的静压。
根据流量、小孔尺寸和静压之间的关系，可以用数学模型来计算小孔的位置和大小。
这样可以确保探针的精度和准确性。
整个探针的性能测试通常包括以下测量：风速、质量通量、温度、静压和动压等。
这些测量可以通过不同的方法来实现：例如，风速测量可以使用热线测量和全固态计（Solid State Probe）测量，而温度传感器可以使用热电偶和红外线传感器等。
在校准过程中，还需要注意探针的环境和工作条件，例如气体的密度、温度和湍流程度等。
这些因素将影响探针的测量性能和准确性。
因此，在进行校准前，需要对实验室和探针的工作条件进行检查和维护。
总结五孔探针是一种常用的气体动力学测量工具。
这种探针的结构简单，但在实际应用中需要经过专业的校准才能确保测量数据的精度和准确性。
