一种基于低温环境的测试装置

1.本实用新型涉及低温测试领域，尤其涉及一种基于低温环境的测试装置。


背景技术：

2.低温电机是潜液式低温泵的核心部件，主要被应用于液化天然气和液氢储运领域。由于液化天然气、液氢等低温液体温度在-161℃至-253℃之间，因此低温电机工作环境温度很低；同时，为了实现低温泵小型化、轻量化，需要转速高于10000转/分钟的低温电机。因此，在低温电机使用之前须对低温电机的性能进行相应的测试，为了对满足以上要求的低温电机进行测试并确保测试安全性，需要在液氮环境下对电机进行测试。传统的测试装置只能测试适用于常温或者高温下的电机，无法模拟真空和低温环境，被测试电机一般以水平方式安装于支承台架上，电机及电机轴承、转速传感器、温度传感器、振动传感器均暴露在空气环境中，受到空气环境温度的影响。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种基于低温环境的测试装置，其旨在解决传统的测试装置无法模拟真空和低温环境，不能够满足低温电机的性能测试的技术问题。
4.为达到上述目的，本实用新型提供的方案是：
5.一种基于低温环境的测试装置，用于测试待测设备在低温环境下的转速以及相应转速下待测设备的振动状态，所述基于低温环境的测试装置包括外壳组件、内壳组件以及传感器组件，所述外壳组件包括外壳体和与所述外壳体可拆卸连接的外壳盖体组件，所述外壳体和所述外壳盖体组件围合形成第一腔体，所述外壳体组件上设置有均与所述第一腔体连通的第一输液管和抽气管，所述第一输液管用于外接液氦供应装置，所述抽气管接口用于外接真空泵，所述内壳组件支撑在所述第一腔体中，所述内壳组件包括筒体、设置在所述筒体的一端的内壳底板和设置所述筒体的另一端并与所述筒体可拆卸连接的内壳盖体，所述内壳底板、所述筒体和所述内壳盖体围合形成第二腔体，所述第二腔体被配置为用于容纳待测设备，所述内壳盖体上设置有均与所述第二腔体连通的视窗组件、第二输液管和排气管，所述第二输液管与所述第一输液管连接，所述排气管用于外接真空泵，所述传感器组件包括用于固定在待测设备远离所述内壳底板的端面的第一温度传感器、用于固定在待测设备的侧壁第二温度传感器、用于固定在待测设备的侧壁上以测量待测设备的主轴的振动振幅的振动传感器、设于所述第一腔体内的激光传感器以及与所述激光传感器配合的反射片，所述第二温度传感器靠近所述内壳底板，所述激光传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述振动传感器的引线均外接传感器信号采集设备，所述反射片用于布置在待测设备的主轴端面，所述激光传感器发出的激光穿过所述视窗组件到达反射片，所述反射片的反射光被所述激光传感器接收。
6.优选地，所述外壳体组件上还设置有输液管接口、第一电源线贯穿件、电线座、航空插座、排气管接口和三通管，所述第一电源线贯穿件安装在所述电线座上，所述第一输液
管安装在所述输液管接口内，所述排气管与所述排气管接口连通，所述三通管的第一端与排气管接口连接，所述三通管的第二端连接有抽气阀，抽气阀用于外接真空泵，所述内壳盖体上还设置有均与所述第二腔体连通的第二电源线贯穿件和引线贯穿件，待测设备的电源线穿过所述第二电源线贯穿件与所述第一电源线贯穿件连接，并通过所述第一电源线贯穿件外接外部电源，所述激光传感器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述振动传感器的引线均穿过所述引线贯穿件与所述航空插座连接，并通过所述航空插座外接传感器信号采集设备。
7.优选地，所述第二输液管与所述第一输液管通过输液波纹管连接，所述排气管与所述排气管接口通过排气波纹管连接。
8.优选地，所述外壳体组件上还设置有安全阀接口，所述安全阀接口上安装有第一安全阀，所述三通管的第三端连接有排气管路，所述排气管路上连接有压力表、第二安全阀以及放气阀。
9.优选地，所述外壳盖体组件包括法兰和外壳盖体，所述法兰固定在外壳体上，所述法兰上设置有通孔，所述外壳盖体可拆卸安装在所述法兰上，并覆盖住所述通孔，所述第一输液管设置在所述外壳盖体上，所述抽气管设置在所述法兰上。
10.优选地，所述内壳盖体通过螺栓安装在所述筒体上，所述内壳盖体与所述筒体之间采用铟丝密封。
11.优选地，所述测试装置还包括均用于固定待测设备的基座和稳定支架，所述基座安装在内壳底板上，所述稳定支架用于固定在待测设备远离所述基座的一端，待测设备固定在基座上，所述基座的外径与所述筒体的内径一样，所述稳定支架的外径与所述筒体的内径一样。
12.优选地，所述测试装置还包括若干根吊杆，所述内壳组件通过若干根所述吊杆悬挂在所述第一腔体中，所述吊杆一端与所述外壳盖体组件连接，另一端与内壳组件连接。
13.优选地，若干根吊杆沿内壳体的周向均匀分布在筒体的外侧，所述吊杆的一端与外壳盖体组件连接，另一端穿过内壳盖体并固定在内壳底板上。
14.优选地，所述传感器组件还包括激光传感器支架和传感器螺栓，所述激光传感器支架固定在其中一根所述吊杆上，所述激光传感器通过所述传感器螺栓固定在所述传感器支架上，所述激光传感器正对所述视窗组件设置。
15.本实用新型提供的本实用新型实施例的基于低温环境的测试装置具有以下优点：
16.第一，本实用新型的测试装置在测试时能够外壳组件形成的第一腔体以及内壳组件形成的第二腔体内抽真空，并且还能够在第二腔体内灌注液氦以使待测设备浸没在液氦中进行测试，从而能够模拟真空和低温环境，从而能够提高测试精度。
17.第二，本实用新型的测试装置设置有第一温度传感器和第二温度传感器，测试时，利用第一温度传感器和第二温度传感器测量温度并比较两者温差来判断液氮的实时液位，当第一温度传感器温度达到-196℃时可以确定液氮浸没待测设备，当第一温度传感器温度高于-196℃，而第二温度传感器温度为-196℃时，可以判断液氮未浸没待测设备，需要及时补液，通过对第二腔体内的液氦量实时监控，通过对第二腔体内的液氦量实时监控，能够随时补充液氦，保证测试精度。
18.第三，本实用新型的测试装置能够通过抽气管对外壳组件内部抽真空，使外壳组
件内部处于真空环境，从而能够有效减小传热，节省试验液氮用量。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
20.图1是本实用新型实施例提供的基于低温环境的内部结构。
21.附图标号说明：
22.1、待测设备；1-1、第一温度传感器；1-2、第二温度传感器；1-3、振动传感器；2、基座；3、稳定支架；4、筒体；5、内壳盖体；6、内壳底板；7、视窗座；8、视窗压盖；9、视窗玻璃；10、排气管；11、排气波纹管；12、吊杆；13、第二输液管；14、输液波纹管；15、激光传感器支架；15-1、传感器螺栓；16、激光传感器；16-1、反射片；17、外壳体；18、法兰；19、外壳盖体；20、输液管接口；21、第一输液管；22、电线座；22-1、第一电源线贯穿件；23、第一安全阀；24、安全阀接口；25、航空插座；26、排气管接口；27、抽气管；28、三通管；29、抽气阀；30、排气管路；31、压力表；32、第二安全阀；33、放气阀；34、第一腔体；35、第二腔体；36、第二电源线贯穿件；37、引线贯穿件。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
25.还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
26.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
27.如图1所示，其为本实用新型的一种实施例的基于低温环境的测试装置，其能够模拟真空和低温环境，从而能够用于测量低温环境下低温电机的转速和相应转速下低温电机的转动状态，使测试者能够根据测试环境、低温电机的转速参数以及相应转速下低温电机的转动状态来评估低温电机的性能。
28.可以理解地，本实用新型实施例的基于低温环境的测试装置除了可以用于测量低温环境下低温电机的转速和相应转速下低温电机的转动状态，还可以用来测量其他在低温环境下使用的设备主轴的转速和相应转速下设备的转动状态。
29.请参阅图1，本实用新型实施例的基于低温环境的测试装置，包括外壳组件、内壳组件以及传感器组件。
30.外壳组件包括外壳体17和与外壳体17可拆卸连接的外壳盖体组件，外壳体17和外壳盖体组件围合形成第一腔体34，外壳体组件上设置有输液管接口20、第一电源线贯穿件22-1、安全阀接口24、航空插座25、排气管接口26、三通管28、抽气管27，输液管接口20设置有第一输液管21，且第一输液管21延伸至第一腔体34内，安全阀接口24上安装有第一安全阀23，当外壳组件内部压力超过一定安全限值后第一安全阀23自动泄压，三通管28的第一端与排气管接口26连接，三通管28的第二端连接有抽气阀29，抽气阀29用于外接真空泵，三通管28的第三端连接有排气管路30，排气管路30上连接有压力表31、第二安全阀32以及放气阀33，压力表31用于测量第二腔体35压力，第二安全阀32用于在第二腔体35压力超过一定安全限值时自动泄压；放气阀33用于排放第二腔体35灌注液氮时汽化产生的氮气，并通过控制开关大小来调节第二腔体35压力，抽气管27与第一腔体34连通，用于外接真空泵，从而实现将第一腔体34内部抽真空的目的。
31.内壳组件设于第一腔体34中，并与外壳组件可拆卸连接，内壳组件包括筒体4、设置在筒体4的一端的内壳底板6和设置筒体4的另一端并与筒体4可拆卸连接的内壳盖体5，内壳底板6、筒体4和内壳盖体5围合形成第二腔体35，第二腔体35被配置为用于容纳待测设备1(例如低温电机)，且第二腔体35在测试时灌注有液氦以使待测设备1浸没在液氦中，内壳盖体5上设置有第二电源线贯穿件36、引线贯穿件37、视窗组件、第二输液管13、排气管10，第二电源线贯穿件36、引线贯穿件37、第二输液管13和排气管10均与第二腔体35连通，待测设备1的电源线穿过第二电源线贯穿件36和第一电源线贯穿件22-1连接，并通过第一电源线贯穿件22-1外接外部电源，第二电源线贯穿件36和引线贯穿件37均具有密封功能以防止内壳组件内部和外部之间发生泄漏，第一电源线贯穿件22-1能够实现密封从而保证外壳组件内部真空而不发生泄漏，第二输液管13与第一输液管21连接，第二输液管13用于向第二腔体35灌注液氮，排气管10与排气管接口26连通，用于对第二腔体35抽真空以及灌注液氮时的排气。
32.传感器组件包括用于固定在待测设备1远离内壳底板6的端面的第一温度传感器1-1、用于固定在待测设备1的侧壁的第二温度传感器1-2、用于固定在待测设备1的侧壁上以测量待测设备1的主轴的横向振动振幅的振动传感器1-3、设于第一腔体34内的激光传感器16以及与激光传感器16配合的反射片16-1，第二温度传感器1-2靠近内壳底板6，激光传感器16、第一温度传感器1-1、第二温度传感器1-2和振动传感器1-3的引线均穿过引线贯穿件37与航空插座25连接，并通过航空插座25外接传感器信号采集设备，反射片16-1被配置为用于布置在待测设备1的主轴端面，随主轴转动，激光传感器16发出的激光能够穿过视窗组件并获取来自反射片16-1的反射光，从而实现测量转速的功能。
33.可以理解地，第一电源线贯穿件22-1、第二电源线贯穿件36、引线贯穿件37和航空插座25的设置不是必要的，其存在的目的是为了提高测试装置的密封性能，只要待测设备1外接外部电源时能够同时满足密封性即可，同理，只要传感器组件外接信号采集设备时能
够同时满足密封性即可。或者可以在第一腔体34内设置电源装置，为待测设备1和传感器组件提供电源。
34.可以理解地，第一安全阀23和第二安全阀32的设置是非必要的，其存在的目的是实现第一腔体34和第二腔体35压力超过一定安全限值时自动泄压，提高安全性能。为了保证测试装置的安全性能，可以对测试装置进行合理设计，使其在测试中压力维持在安全范围内。
35.可选地，第二输液管13与第一输液管21通过输液波纹管14连接，输液波纹管14能够输入液氮和复温的过程中伸缩以防止破裂。
36.可选地，排气管接口26与排气管10通过排气波纹管11连接，排气波纹管11在排出低温氮气和复温的过程中能够伸缩以防止破裂。
37.可选地，第一温度传感器1-1和第二温度传感器1-2均为pt100温度传感器。
38.本实用新型实施例的基于低温环境的测试装置具有以下优点：
39.第一，本实用新型实施例的测试装置在测试时能够外壳组件形成的第一腔体34以及内壳组件形成的第二腔体35内抽真空，并且还能够在第二腔体35内灌注液氦以使待测设备1浸没在液氦中进行测试，从而能够模拟真空和低温环境，从而能够提高测试精度。
40.第二，本实用新型实施例的测试装置设置有第一温度传感器1-1和第二温度传感器1-2，测试时，利用第一温度传感器1-1和第二温度传感器1-2测量温度并比较两者温差来判断液氮的实时液位，当第一温度传感器1-1温度达到-196℃时可以确定液氮浸没待测设备1，当第一温度传感器1-1温度高于-196℃，而第二温度传感器1-2温度为-196℃时，可以判断液氮未浸没待测设备1，需要及时补液，通过对第二腔体35内的液氦量实时监控，能够随时补充液氦，保证测试精度。
41.第三，本实用新型实施例的测试装置能够通过抽气管27对外壳组件内部抽真空，使外壳组件内部处于真空环境，从而能够有效减小传热，节省试验液氮用量。
42.请参阅图1，外壳盖体组件包括法兰18和外壳盖体19，法兰18固定在外壳体17上，法兰18上设置有通孔，外壳盖体19可拆卸安装在法兰18上，并覆盖住通孔，输液管接口20、第一电源线贯穿件22-1、安全阀接口24、航空插座25和排气管接口26均设置在外壳盖体19上，抽气管27设置在法兰18上。
43.具体地，法兰18焊接在外壳体17上，法兰18与外壳体17之间采用o形密封圈密封。
44.可选地，为了提高外壳组件的耐用性，外壳壳体、法兰18和外壳盖体19均采用不锈钢制备。
45.进一步地，外壳体17、法兰18和外壳盖体19的内表面均设置有铝薄膜(图未示)，在外壳组件内表面镀铝薄膜能够起到绝热作用，由于内壳组件在试验过程中加注了液氮，外壳组件内表面镀铝薄膜能够进一步提升外壳组件的隔热作用。
46.请参阅图1，内壳盖体5通过螺栓安装在筒体4上，内壳盖体5与筒体4之间采用铟丝密封，密封性能优良。
47.可以理解地，内壳盖体5和筒体4的连接方式并不局限于通过螺栓连接，也可以通过其他连接方式连接，例如内壳盖体5和筒体4通过螺纹连接方式连接。
48.可选地，为了提高内壳组件的耐用性，内壳壳体和内壳盖体5均采用不锈钢制备。
49.请参阅图1，视窗组件包括安装在内壳盖体5上的视窗座7、视窗压盖8和视窗玻璃
9，视窗座7与第二腔体35连通，视窗玻璃9通过视窗压盖8固定在视窗座7上。
50.请参阅图1，测试装置还包括用于固定待测设备1的基座2和稳定支架3，基座2安装在内壳底板6上，稳定支架3用于固定在待测设备1远离基座2的一端，待测设备1垂直布置在第二腔体35中，待测设备1固定在基座2上，基座2的外径与筒体4的内径一样，稳定支架3嵌套在待测设备1的端盖外沿，且稳定支架3的外径与筒体4的内径一样，从而能够通过基座2和稳定支架3来固定待测设备1，防止待测设备1晃动。
51.可选地，基座2和稳定支架3均由具有隔热功能的材料(例如玻璃纤维g10)制备而成。
52.请参阅图1，测试装置还包括若干根吊杆12，内壳组件通过若干根吊杆12悬挂在第一腔体34中，若干根吊杆12与外壳盖体组件连接，取出内壳组件时，取出外壳盖体组件即可一并取出内壳组件，放入内壳组件时，握持住外壳盖体组件将内壳组件放入第一腔体34内，并装配好外壳盖体组件与外壳体17即壳完成测试装置的装配，装卸便利，能够提高测试速度。
53.若干根吊杆12沿内壳体的周向均匀分布在筒体4的外侧，吊杆12的一端与外壳盖体组件连接，另一端穿过内壳盖体5并固定在内壳底板6，这样设计，能够平稳可靠地将安装有待测设备1的内壳组件悬挂在第一腔体34中。
54.具体地，吊杆12上设置有螺纹，吊杆12分别与外壳盖体组件、内壳盖体5和内壳底板6螺纹连接，并通过螺母固定在内壳底板6上。
55.在其他实施例中，测试装置不设有吊杆12组件，可以在外壳体17底部设置支撑定位件，内壳组件放置在支撑定位件的定位槽上，并通过支撑定位件限制其左右移动，取出内壳组件时，通过辅助工具从第一腔体34中取出内壳组件。
56.请参阅图1，传感器组件还包括激光传感器支架15和传感器螺栓15-1，激光传感器支架15固定在其中一根吊杆12上，激光传感器16通过传感器螺栓15-1固定在传感器支架上，激光传感器16正对视窗组件设置，视窗组件正对待测设备1的主轴位置设置，激光传感器16发出的激光能够穿过视窗组件对准反射片16-1并获取来自反射片16-1的反射光，从而实现测量转速的功能。
57.本实用新型实施例的基于低温环境的测试装置的测试过程如下：
58.将待测设备1安装到内壳组件，并将内壳组件装配到外壳组件内即可对带车设备进行测试。测试时，首先检查内壳盖体5与筒体4之间、外壳盖体19与法兰18之间、第一电源线贯穿件22-1、第二电源线贯穿件36、引线贯穿件37、航空插座25、视窗组件的密封性；关闭放气阀33；第一输液管21外接液氮杜瓦并将液氮杜瓦保持阀门关闭状态；抽气阀29连接外部真空泵并保持关闭状态；抽气管27外接含压力示数的真空泵开始对第一腔体34抽真空，当第一腔体34压力达到一定负压满足要求后，关闭真空泵；打开抽气阀29开始对第二腔体35抽真空，过程中观察压力表31查看第二腔体35压力，当压力达到要求负压值后，可以判断内壳组件处于真空状态且水蒸气极少，可以避免灌注液氮时产生凝结冰晶，此时关闭抽气阀29；打开第一输液管21的外接杜瓦阀门并开始向第二腔体35灌注液氮；观察第一温度传感器1-1和第二温度传感器1-2的温度示数并进行比对；当第一温度传感器1-1温度高于-196℃且第二温度传感器1-2温度达到-196℃时，说明液氮液面未浸没待测设备1，仍需输液；当第一温度传感器1-1的温度达到-196℃时，说明液氮以达到待测设备1的上端面，满足
浸没待测设备1的要求；在灌注液氮的过程中，一部分液氮进入内壳组件后发生汽化，汽化的氮气充满密封内壳组件并导致其真空度减小而压力上升并最终达到正压水平，此过程需要关注压力表31示数，当压力表31示数为正压时逐渐打开放气阀33，以维持内壳组件压力在微正压水平；内壳组件达到微正压，打开放气阀33后，可以确定内壳组件充满氮气且无水蒸气；在放气阀33放气过程中，内壳组件液氮液位升高，当第一温度传感器1-1达到-196℃并维持一定时间后，关闭第一输液管21的外接杜瓦阀门，停止输送液氮；此后开始待测设备1测试，打开激光传感器16，打开第一电源线贯穿件22-1外接电源，启动待测设备1；在待测设备1旋转过程中，激光传感器16发射激光透过视窗组件到达布置在待测设备1主轴上端的反射片16-1，反射片16-1反射光被激光传感器16接收，从而实现转速测量，转速信号通过航空插座25传递至外部信号采集设备；同时，外部信号采集设备收集来自振动传感器1-3的信号以评估待测设备1转动状态；当第一温度传感器1-1温度信号显示高于-196℃时，说明需要补液操作，此时打开第一输液管21外接杜瓦输入液氮，当第一温度传感器1-1温度信号显示达到-196℃后，关闭外接杜瓦，以此往复直至测试结束。在测试全过程中，第一安全阀23和第二安全阀32在所受压力超过安全限值时会自动跳起泄压，以维持内壳组件和外壳组件压力安全，保证测试安全。测试结束时，断开第一电源线贯穿件22-1外接电源以关闭待测设备1，关闭第一温度传感器1-1、第二温度传感器1-2、振动传感器1-3、激光传感器16，彻底关闭第一输液管21外接杜瓦；同时，保持放气阀33开启，观察压力表31示数，保持该状态直至内壳组件压力恢复至常压；抽气管27外接真空泵泄压，将第一腔体34压力恢复至常压后断开；断开抽气阀29外接真空泵，缓慢打开抽气阀29，至此整个测试装置内外部分均已恢复至常压，测试结束。
59.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。