CN110231173A - 一种微小流量供应测量装置 - Google Patents

Abstract

为了实现微小流量的稳定供应和测量，本发明提供一种微小流量供应测量装置。该装置包括恒压单元、供应单元和测量单元；恒压单元包括自动调压装置、恒压平衡容器；恒压平衡容器的进口通过自动调压装置与气源连接，出口与供应单元连接；供应单元包括推进剂供应容器、电子秤、第一减振组件和供应管路，推进剂供应容器的进口与恒压平衡容器的出口连接，出口通过供应管路与测量单元连接；电子秤安装在推进剂供应容器的下方，第一减振组件设置在电子秤的下方；测量单元包括依次连接的第一毛细管、质量流量计、第二毛细管和测量管路，测量管路上设置有第二过滤器、第二气动控制阀和气动排放阀；第一毛细管的进口与供应管路连接。

Description

一种微小流量供应测量装置

技术领域

本发明涉及姿控动力***试验装置，具体涉及一种微小流量供应测量装置。

背景技术

卫星上广泛应用的小功率电弧加热无水肼发动机用于轨道控制和姿态调整。这类发动机的推力量级较小，一般为几十毫牛或几百毫牛，相应的其推进剂流量较小，一般以mg/s为测量单位。推进剂流量控制和测量是以无水肼为推进剂的电弧加热发动机研制应用中的关键技术。常用液体流量测量仪表如椭圆齿轮流量计、涡轮流量计、浮子流量计等，此类流量测量范围比较大，同时由于存在泄漏、摩擦和随温度变化的黏性影响等，难以满足特殊要求下对液体微小流量精确测量的要求。

这类发动机的工作寿命往往要求长达数千甚至数万小时。在发动机研制阶段，需对其进行长达至少三倍以上工作时间的实际考核，这种情况下保证推进剂的稳定供应及测量，对于试验***是一种极大的考验，而测量设备自身的测量误差干扰会对测量结果造成极大的干扰，要真实获得所测试发动机的性能，即要尽可能的减少试验***偏差带来的影响。

目前，此类小流量测量供应处于实验室对发动机性能方案研究阶段，主要原理为采用小容积贮箱放置于高精度电子天平上，利用电子天平对贮箱重量进行测量，通过一段时间内的重量差值除以时间获得其平均流量。这种方法对于短时间内的测量比较精准。对于长时间测量要求时，需考虑随着贮箱内液体推进剂流出，液体容积变小，气相容积变大，贮箱内的挤压压力会不断平衡气相容腔增大的影响，当挤压压力下降，实际供应流量会逐渐变小。而要避免这种现象，实际中要始终保持贮箱内的压力处于一个稳定值，这就需要外接气源持续对贮箱进行补压，从而保证进入发动机内流量的稳定性。相应的，在这种措施下，由于气液不同的密度，外接气体的进入，贮箱内气体质量的增加，电子秤示值计算出的流量与真实流量有所偏差，需要进行密度修正才能获取较为真实的流量。同时，此种测量方式对于电子秤的精度要求极高，电子秤的分辨率将直接影响测量的结果，而目前电子秤技术条件很难同时满足量程大、精度高、成本低的要求，为了保证测量精度对电子秤精度的需求，故而只能降低量程，从而限制了贮箱容积，导致只能适用于较短时间的测量，对于长时间测量，需要对反复贮箱进行加注。

发明内容

为了实现微小流量的稳定供应和测量，本发明提供了一种微小流量供应测量装置，该***是一种能够长时间维持流量稳定供应以及进行精准测量的装置。

本发明的技术方案是：

一种微小流量供应测量装置，包括恒压单元、供应单元和测量单元；所述恒压单元包括自动调压装置和恒压平衡容器；所述恒压平衡容器的进口通过自动调压装置与气源连接，出口与供应单元连接，所述自动调压装置与恒压平衡容器连接的管路上设置有压力传感器、第一进气阀，所述自动调压装置与气源连接的管路上设置有第一隔离阀；所述供应单元包括推进剂供应容器、电子秤、第一减振组件和供应管路，所述推进剂供应容器的进口与恒压平衡容器的出口连接，出口通过供应管路与测量单元连接，所述供应管路上设置有第一过滤器和第一气动控制阀；所述电子秤安装在推进剂供应容器的下方，用于称量推进剂供应容器的重量，所述第一减振组件设置在电子秤的下方，用于隔离地面振动对电子秤的干扰；所述测量单元包括依次连接的第一毛细管、质量流量计、第二毛细管和测量管路，所述测量管路上设置有第二过滤器、第二气动控制阀和电磁排放阀；所述第一毛细管的进口与供应管路连接。

进一步地，所述第一减振组件包括由上至下依次设置的电子秤安装板、第一减振块、减振块安装板，所述电子秤安装板设置在电子秤的下方，用于支撑电子秤，多个第一减振块设置在电子秤安装板和减振块安装板之间，用于隔离来自地面的振动。

进一步地，所述恒压平衡容器与推进剂供应容器连接的管路上设置有第一输出阀，所述恒压平衡容器的顶端设置有第二隔离阀和第一排气阀，且第一进气阀的进口管路上并联设有第二排气阀。

进一步地，所述推进剂供应容器的底部设置有第二输出阀，顶部设置第二进气阀、安全阀、测压隔离阀和第三排气阀。

进一步地，所述质量流量计与流量计安装基础之间设置有多个第二减振块，用于隔离地面振动对流量计振动的干扰。

进一步地，所述测量单元还包括流量计安装板、多个调节螺栓和调节螺栓基础板；所述流量计安装板设置在质量流量计的下方，用于支撑质量流量计，所述调节螺栓基础板设置在第二减振块上方，所述调节螺栓分别与流量计安装板、调节螺栓基础板螺纹连接，用于对质量流量计的位置进行调整。

进一步地，所述推进剂供应容器与恒压平衡容器间通过不锈钢金属软管连接。

进一步地，所述恒压平衡容器与高精度自动调压装置之间通过不锈钢钢管连接。

进一步地，所述第一毛细管和第二毛细管为Φ3×0.5不锈钢管。

进一步地，所述质量流量计为E+H 83A01型科氏力质量流量计。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明利用流体力学在管路***状态固定条件下，当维持恒定的挤压压力时，即可保证供应流量稳定的这一原理，通过大容积的平衡容器来平衡供应容器内液体推进剂流出所造成压力失稳，平衡容器容积越大，其所能维持的压力稳定性也越大。而平衡容器内的压力通过自动增压装置来维持，始终保证推进剂的挤压压力处于稳定状态，从而保证***供应流量的稳定性。

2、本发明中电子秤仅对贮箱内推进剂量进行预估，不需要达到电子天平的精度，从而可使用较大量程的电子秤，这样就能够采用较大容积的贮箱来供应推进剂，从而实现长时间的供应，对于发动机长程寿命考核试验提供了可能，同时不需要精确计算随着液体推进剂的流出，贮箱内气相容积增大所带来的其他干扰，减少了理论计算与实际的误差。

3、本发明中利用质量流量计对流量进行测量，具有流量测量直观，受外界干扰因素小的特点，同时降低了其他测量方式对电子秤精度的要求，降低了试验***成本。

4、本发明中利用整体式流量计固定支架，将流量计及进出管路集成在一起，通过螺旋状的毛细管来隔离通过推进剂供应管路传递过来的振动，通过流量计固定面下方增加弹性垫片的方式来隔离振动对流量计测量精度的干扰。

5、本发明中电子秤基础利用减振块进行隔振，有效的减少了地面振动等对电子秤测量精度的影响。

6、本发明中利用科氏力质量流量计为成熟工业产品，便于工程应用，并且有强大的技术资源进行各种故障分析及处理，方便快捷，具有很强的替代性。搭建***时，仅需解决试验设备运行振动、推进剂流动过程、环境干扰振动等外界干扰对流量计输出信号的干扰。

附图说明

图1是本发明微小流量供应测量装置结构示意图；

图2是本发明电子秤安装基础结构示意图；

图3是本发明流量计安装基础结构示意图；

图4是本发明第一毛细管结构图。

附图标记：1-发动机，2-电磁排放阀，3-第二气动控制阀，4-第二过滤器，5-第一毛细管，6-质量流量计，7-供应管路，8-第二毛细管，9-推进剂供应容器，10-不锈钢金属软管，11-恒压平衡容器，12-自动调压装置，13-电子秤，14-电子秤安装板，15-第一减振块，16-减振块安装板，17-流量计安装基础，18-第二减振块，19-调节螺栓基础板，20-调节螺栓，21-流量计安装板，22-管路固定点，23-压力传感器，24-第一进气阀，25-第一隔离阀，26-第一过滤器，27-第一气动控制阀，28-测量管路，29-第一输出阀，30-第二隔离阀，31-第一排气阀，32-第二排气阀，33-第二输出阀，34-第二进气阀，35-安全阀，36-测压隔离阀，37-第三排气阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

本发明提供了一种用于小功率电弧加热无水肼发动机长时间试验用的流量供应测量装置。该装置通过自动调压装置维持恒压平衡容器内的压力，从而实现微小流量的稳定供应，通过质量流量计对流量数据进行测量，数据易于直观获取；本装置通过毛细管、减振块等对影响流量计测量精度干扰因素的隔离，保证流量计测量的准确性。同时，流量测量不依赖于电子秤，降低了对电子秤精度的要求，提高贮箱贮存能力的，从而实现长时间供应的能力。

如图1至4所示，本发明提供的微小流量供应测量装置包括恒压单元、供应单元和测量单元。

恒压单元包括自动调压装置12和恒压平衡容器11；恒压平衡容器11的进口通过自动调压装置12与气源连接，出口与供应单元连接，自动调压装置12与恒压平衡容器11连接的管路上设置有压力传感器23、第一进气阀24，自动调压装置12与气源连接的管路上设置有第一隔离阀25；恒压平衡容器11与高精度自动调压装置12间通过不锈钢钢管连接。

供应单元包括推进剂供应容器9、电子秤13、第一减振组件和供应管路7，推进剂供应容器9的进口与恒压平衡容器11的出口连接，其底部出口通过供应管路7与测量单元连接，供应管路7为不锈钢管，供应管路7上设置有第一过滤器26和第一气动控制阀27以及压力等要求的测量传感器。推进剂供应容器9(50L)放置于电子秤13上，电子秤13用于称量推进剂供应容器9的重量，电子秤13设置在第一减振组件上，第一减振组件固定于地面，用于隔离地面振动对电子秤13的干扰。第一减振组件包括由上至下依次设置的电子秤安装板14、第一减振块15、减振块安装板16，电子秤安装板14设置在电子秤13的下方，用于支撑电子秤13，多个第一减振块15设置在电子秤安装板14和减振块安装板16之间，用于隔离来自地面的振动，保证电子秤13示数不受外界干扰。

供应单元中的推进剂供应容器9用于推进剂的贮存和供应，恒压平衡容器11用于增压氦气的贮存、用于给推进剂供应贮箱进行恒压供应，给推进剂供应容器9提供一个稳定的供应压力，从而保证推进剂流量的稳定供应。恒压平衡容器11与推进剂供应容器9通过不锈钢金属软管10连接后，相当于给推进剂供应贮箱增压了一个较大的气相容腔。高精度自动增压装置用于恒压平衡容器11内压力的供应和测量，保持恒压平衡容器11内的压力。电子秤13用于称量推进剂供应贮箱的重量，预估贮箱内推进剂的剩余量；忽略气相体积增加的重量，预估贮箱中剩余推进剂，防止推进剂耗尽。当选用较高精度电子秤13时，根据气液相密度差异，加上气相增加量，可以较为精确计算一段时间内的推进剂平均流速。工作过程中，由于推进剂的不断流出，推进剂供应容器9内的气液两相容积不断变化，供应压力要平衡容积的变化，以及容器和供应***的自身微小漏率，压力不断下降，通过外接的高精度自动调压装置12来保持恒压平衡容器11内的压力。

测量单元包括依次连接的第一毛细管5、质量流量计6、第二毛细管8和测量管路28，测量管路28上设置有第二过滤器4、第二气动控制阀3和电磁排放阀2；第一毛细管5的进口与供应管路7连接。质量流量计6为E+H 83A01型科氏力质量流量计，设置在推进剂供应管路7上，用于推进剂实时流量的测量。

本发明使用的质量流量计6为科氏力质量流量计。该流量计具有精度高，能够实时显示的优点，但是在应用过程中要考虑管路振动对测量精度的影响。以E+H 83A01型的流量计为例，其最大流量为5.5556g/s，零点稳定性0.2mg/s。同时标定压力和过程压力差对测量精度没有影响。当零点校正时的温度和过程温度不同时，温度所引起的测量误差是满量程值的±0.0002％/℃。按一般额定工况流量下限40mg/s计算。40mg/s时重复性误差为±0.39％，故最大测量误差为±0.794％，远小于一般采用电子秤13方式测量出的2％的误差，而影响科氏力流量计测量精度的最大因素是外界的振动干扰，故本发明在质量流量计6的下方设置有多个第二减振块18。

此外，在质量流量计6进、出口安装一段螺旋毛细管，用于对压力及流量的稳定。毛细管与流量计组成一个整体。质量流量计6与流量计安装基础17之间设置有流量计安装板21、多个调节螺栓20、调节螺栓基础板19和多个第二减振块18，用于隔离地面振动对流量计振动的干扰。流量计安装板21设置在质量流量计6的下方，用于固定支撑质量流量计6，调节螺栓基础板19设置在第二减振块18上方，调节螺栓20分别与流量计安装板21、调节螺栓基础板19螺纹连接，用于对质量流量计6的高度进行调整，保证流量计进出管路与供应管路7连接平直。第二减振块18将地面上一定的振动进行隔离，避免传递到质量流量计6上。第一毛细管5和第二毛细管8为Φ3×0.5不锈钢管，安装于流量计进出管段，并固定牢靠，用于降低供应管路7振动对流量计的测量影响，同时毛细管增压供应***管路的流阻，提高***对于增压压力的鲁棒性。

本***中多采用手动截止阀和程控阀，阀门设置从安全性、实用性以及经济性方面进行综合考虑。自动调压装置12为独立模块，下方为气源进入装置的第一隔离阀25，该阀门为手动隔离阀，用于紧急情况下的气源切断。恒压平衡容器11底部设置有第一输出阀29，顶部设置第一进气阀24、第二隔离阀30和第一排气阀31，第一输出阀29、第一进气阀24、第二隔离阀30为手动截止阀，保证容器的独立密封性，第一进气阀24、第二隔离阀30处于常开状态，且第一进气阀24前的管路上设有第二排气阀32，该第二排气阀32为手动或程控排气阀，方便于不同状态下的排气控制。推进剂供应容器9底部设置第二输出阀33、顶部设置第二进气阀34、安全阀35、测压隔离阀36和第三排气阀37，第二输出阀33、第二进气阀34、测压隔离阀36为手动截止阀，保证容器的独立密封性，第二进气阀34、测压隔离阀36处于常开状态，安全阀35保证容器的安全使用，供应管路7上设置有手动截止阀和程控阀，用于试验过程中准备和过程控制。

本发明装置的工作过程：***准备完成后，对管路内的推进剂进行充填，充填过程通过工艺办法充分排气。发动机1开始工作时，起动测量***，记录流量计数据和电子秤13数据。推进剂持续供应过程时，自动调压装置12持续工作，保证恒压平衡容器11内压力处于稳定状态，从而保证推进剂以一种稳定的流量供应。测量***实时记录流量计输出信号，显示流量参数，提供一种直观的流量数据。

Claims (10)

1.一种微小流量供应测量装置，其特征在于：包括恒压单元、供应单元和测量单元；

所述恒压单元包括自动调压装置(12)和恒压平衡容器(11)；所述恒压平衡容器(11)的进口通过自动调压装置(12)与气源连接，出口与供应单元连接，所述自动调压装置(12)与恒压平衡容器(11)连接的管路上设置有压力传感器(23)、第一进气阀(24)，所述自动调压装置(12)与气源连接的管路上设置有第一隔离阀(25)；

所述供应单元包括推进剂供应容器(9)、电子秤(13)、第一减振组件和供应管路(7)，所述推进剂供应容器(9)的进口与恒压平衡容器(11)的出口连接，出口通过供应管路(7)与测量单元连接，所述供应管路(7)上设置有第一过滤器(26)和第一气动控制阀(27)；所述电子秤(13)安装在推进剂供应容器(9)的下方，用于称量推进剂供应容器(9)的重量，所述第一减振组件设置在电子秤(13)的下方，用于隔离地面振动对电子秤(13)的干扰；

所述测量单元包括依次连接的第一毛细管(5)、质量流量计(6)、第二毛细管(8)和测量管路(28)，所述测量管路(28)上设置有第二过滤器(4)、第二气动控制阀(3)和电磁排放阀(2)；所述第一毛细管(5)的进口与供应管路(7)连接。

2.根据权利要求1所述的微小流量供应测量装置，其特征在于：所述第一减振组件包括由上至下依次设置的电子秤安装板(14)、第一减振块(15)、减振块安装板(16)，所述电子秤安装板(14)设置在电子秤(13)的下方，用于支撑电子秤(13)，多个第一减振块(15)设置在电子秤安装板(14)和减振块安装板(16)之间，用于隔离来自地面的振动。

3.根据权利要求2所述的微小流量供应测量装置，其特征在于：所述恒压平衡容器(11)与推进剂供应容器(9)连接的管路上设置有第一输出阀(29)，所述恒压平衡容器(11)的顶端设置有第二隔离阀(30)和第一排气阀(31)，且第一进气阀(24)的进口管路上并联设有第二排气阀(32)。

4.根据权利要求1或2或3所述的微小流量供应测量装置，其特征在于：所述推进剂供应容器(9)的底部设置有第二输出阀(33)，顶部设置有第二进气阀(34)、安全阀(35)、测压隔离阀(36)和第三排气阀(37)。

5.根据权利要求4所述的微小流量供应测量装置，其特征在于：所述质量流量计(6)与流量计安装基础(17)之间设置有多个第二减振块(18)。

6.根据权利要求5所述的微小流量供应测量装置，其特征在于：所述测量单元还包括流量计安装板(21)、多个调节螺栓(20)和调节螺栓基础板(19)；

所述流量计安装板(21)设置在质量流量计(6)的下方，用于支撑质量流量计(6)，所述调节螺栓基础板(19)设置在第二减振块(18)上方，所述调节螺栓(20)分别与流量计安装板(21)、调节螺栓基础板(19)螺纹连接，用于对质量流量计(6)的位置进行调整。

7.根据权利要求6所述的微小流量供应测量装置，其特征在于：所述推进剂供应容器(9)与恒压平衡容器(11)间通过不锈钢金属软管(10)连接。

8.根据权利要求7所述的微小流量供应测量装置，其特征在于：所述恒压平衡容器(11)与自动调压装置(12)之间通过不锈钢钢管连接。

9.根据权利要求8所述的微小流量供应测量装置，其特征在于：所述第一毛细管(5)和第二毛细管(8)为Φ3×0.5不锈钢管。

10.根据权利要求9所述的微小流量供应测量装置，其特征在于：所述质量流量计(6)为E+H83A01型科氏力质量流量计。