[发明专利]一种用于测量力的多孔质喷嘴浮板机构

说明书

技术领域

本发明属于一种力传感器技术领域，具体说是一种用于测量力的多孔质喷嘴浮板机构。

背景技术

中国专利ZL200810019550.2提出了一种具有单孔喷嘴结构的喷嘴浮板机构。喷嘴浮板机构用于测量作用于浮板表面上力沿垂直于浮板表面上的分力的大小时不受与浮板表面平行方向作用力的干扰，但在使用时，上述喷嘴浮板机构稳定工作范围小、量程小以及实际测量精度不尽人意一直是不好解决的问题。经过理论与实验研究发现，喷嘴与浮板之间气膜流场中气体流速和压力分布不均是导致喷嘴浮板机构失稳和测量精度不尽人意的最主要原因，此外，喷嘴上出气孔入口处的压力波动也影响测量结果的准确性。在具有单孔喷嘴结构的喷嘴浮板机构中，气体从喷嘴上的小孔流经喷嘴与浮板之间后再排入大气，由于喷嘴上只有一个小孔对外喷气，喷嘴与浮板之间的气膜流场的速度和压力分布很不均匀，在喷气的小孔附近气体流速非常高，很容易出现紊流，从而使喷嘴浮板机构失去稳定而无法工作，这大大限制了喷嘴浮板机构的有效工作范围（量程）；同时，喷嘴与浮板之间的压力分布也不均匀，影响了喷嘴浮板机构测力的准确性；此外，喷嘴浮板机构中，喷嘴上小孔入口处气体压力理论上视为恒定，等于供气压力，但实际上在喷嘴浮板机构整个量程范围内，对应于浮板上不同大小的作用力，流经喷嘴浮板机构的流量有所不同，这会引起喷嘴上小孔入口处的压力有所变化，而且在喷嘴上小孔入口处气流状态不够稳定，这些因素对喷嘴浮板机构的测量精度也造成负面影响。

发明内容

为了解决单孔喷嘴浮板机构存在的稳定性差、量程小以及测量精度不高等缺陷，使得喷嘴与浮板之间的气膜流场中具有均匀的速度分布和压力分布，减小喷嘴入口处气流速度和压力的波动及其对测量精度产生的负面影响，本发明提供一种用于测量力的多孔质喷嘴浮板机构。

 具体的改进技术方案如下：

一种用于测量力的多孔质喷嘴浮板机构包括圆筒状的喷嘴本体，喷嘴本体的顶部过盈配合设有圆柱形的喷嘴头，喷嘴头的轴向中心设有贯通的测压孔，喷嘴头底部的测压孔处设有第一管接头，第一管接头连通着测压管的一端，测压管的另一端位于喷嘴本体外部；喷嘴本体内的中部沿径向设置有节流层板，节流层板材料为多孔质青铜，节流层板的上方为稳定腔，节流层板的下方为进气腔，稳定腔的喷嘴本体侧壁上设有连通外部的第二管接头；喷嘴本体的底部连通着进气喷嘴，与喷嘴头顶面对应的喷嘴本体上方设有圆柱形的浮板，浮板的直径大于喷嘴头的直径，改进在于：所述喷嘴头的材料为多孔质材料，喷嘴头的轴向两端面保持通气状态，外圆柱侧面为密不透气的密封面，从而保证气体只能从垂直于喷嘴头上下端面的轴向流过。

所述多孔质材料为孔隙度大于15%的粉末冶金材料，具体为多孔质青铜或多孔质陶瓷或多孔质石墨。   

本发明的喷嘴头材料采用了多孔质材料，多孔质材料一般指孔隙度大于15%的粉末冶金材料，诸如多孔质青铜、多孔质陶瓷、多孔质石墨等。采用多孔质材料制作喷嘴，在整个喷嘴面上均匀分布有许许多多的微细供气孔，可以彻底改变孔式供气喷嘴的单点供气模式，流经多孔质喷嘴的气体几乎一致变成了轴向流动，流场内压力几乎处处一致，气体流动速度峰值明显较小。气膜流场中气流速度低意味着喷嘴浮板机构稳定工作的区间大，多孔质喷嘴与浮板之间的气体流场压力分布均衡意味着测压点与浮板上的外力之间函数关系稳定。其次，本发明通过设置多孔质节流层，在气体流进喷嘴头之前形成了一个气流压力和速度相对稳定的区域，使得气体在喷嘴头处压力波动较小，有利于提高喷嘴浮板机构测量精度。第三，本发明增设了气体流进喷嘴头之前的压力测量环节，以便消除喷嘴浮板机构中因喷嘴头入口处气体压力变动而产生的误差。

因此，本发明能够消除单孔供气喷嘴浮板机构稳定性差等缺陷，并在量程、测量精度等性能方面超越过去的单孔供气喷嘴-浮板机构。

附图说明

 图1为本发明结构示意图。

上图中序号：浮板1、喷嘴头2、测压孔3、第一管接头4、喷嘴本体5、进气喷嘴6、进气腔7、测压管8、气浮支承环9、气浮进气孔10、软管11、测压仪表12、稳定腔13、节流层板14、套筒15、第二管接头16。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1