液氧流量现场原位校准装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于航空、航天技术领域，涉及液氧煤油发动机试验使用的液氧流量现场原位校准装置。该装置包括电容液位计和信号处理单元，所述电容液位计为分节式电容液位计，分节式电容液位计包括金属内筒及位于金属内筒外侧的多个间隔设置的奇数节金属环及偶数节金属环，奇数节金属环与偶数节金属环之间设置有绝缘环，各奇数节金属环之间通过电连接件连接并通过引线引出奇数节电容信号，各偶数节金属环之间通过电连接件连接并通过引线引出偶数节电容信号。本实用新型专利技术通过电容信号换算出液位，通过液位计算出质量流量，从而有效解决了低温介质大口径涡轮流量计原位校验问题，提高了液氧煤油发动机试验液氧流量测量精度。

【技术实现步骤摘要】
液氧流量现场原位校准装置
本技术属于航空、航天
，涉及液氧流量现场原位校准装置，具体涉及航天液氧煤油发动机试验使用的液氧流量现场原位校准装置。
技术介绍
液氧煤油发动机交付给运载火箭总体前，必须经过性能参数考核验证。火箭发动机地面试验目的之一是获得发动机性能参数，并对发动机的性能做出客观评价，因此，测量数据必须准确可信。液氧煤油发动机的主要性能参数有推力、压力、流量、比冲、转速等，其中比冲是衡量发动机性能的重要指标，对确定的推进剂组合，比冲的大小最能体现液体火箭发动机的设计和工艺水平。然而比冲是导出量，通过测量发动机推力与推进剂流量计算得出，发动机推进剂流量由液氧流量与煤油流量组成，煤油流量的测量不确定度已达0.5％，因此低温推进剂液氧流量的测量准确性显得非常重要。目前，承担液氧煤油发动机试验液氧流量测量的涡轮流量计测量确定度较低，无法满足发动机性能参数——比冲的评价要求。由于低温液氧流量测量涉及因素多，不能像常温介质那样直接使用质量流量计准确获得，因此，液氧流量准确测量成为液氧煤油发动机研制的一个关键环节。目前，液氧煤油发动机液氧流量比较大，主要通过涡轮流量计测量体积流量与液氧密度相乘来获得，密度由推进剂温度与压力计算得出。涡轮流量计液氧流量测量误差主要源自两方面，一方面，利用水校准得到的涡轮流量计仪表系数直接应用于低温推进剂会导致一定的误差；另一方面由于涡轮流量计在发动机试验现场受安装应力、安装角度等影响，导致涡轮流量计特性发生改变。因此将校准装置移至测试现场是提高测量数据准确性的有效方法，也是计量技术的发展趋势，通过开展液体火箭发动机低温大流量原位校准技术研究，降低液氧密度测量不确定度，建立低温大流量现场原位计量校准系统，对涡轮流量计实现低温现场原位校准，消除或减小系统误差，提高液氧流量测量准确性，客观、准确评价120T液氧煤油发动机性能，为火箭总体客观提供火箭工作质量流量数据。国内低温流体流量测量方面，80年代开始着手研究低温液氧与液氢流量的测量与校准技术，主要采用涡轮流量计测量发动机试验低温推进剂流量。目前正在使用称重法开展低温流量现场校准技术研究，低温流量的测量范围低于50kg/s，涡轮流量计口径不大于80mm。目前开展低温大流量的测量研究，研制了大口径低温涡轮流量计，使用美国爱默生测量发动机液氧流量，同时使用德国雷昂尼克低温质量流量计测量发动机液氧流量，多年液氧流量测量数据表明，相同工况等环境条件下，低温质量流量计的测量数据重复性为3％，涡轮流量计频率数据重复性1.0％，虽然低温质量流量计实验室常温校准精度优于0.2％，但在发动机试验现场低温条件下，重复性较差，无法提供试验数据及实现涡轮流量计原位校准。现有的流量测量装置也有采用电容液位计进行液位测量，根据电容液位计两个内金属管间介质液位高度发生变化时，由于气体和液体的介电常数不同而使两个内金属管形成的电容器的电容信号变化，用信号变送器将电容信号变化变换为电压变化信号，并根据一定的计算方法得到该电压信号的大小与液位高度的对应关系，即可实现液位的测量。目前电容液位计以连续式为主，可以获得液位，但是难以获得准确液位，同时无法得到液位下降规律，也不能准确获得液位下降的容积；并且传统液位计抗液面波动能力比较差，甚至容易引起电容的异常接触，引起信号干扰与异常，难以适应环境发动机对液位准确以及可靠性测量的目的。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中航天液氧煤油发动机试验使用的液氧流量现场原位校准问题，本技术提供了一种液氧流量现场原位校准装置。本技术的技术方案是：一种液氧流量现场原位校准装置，包括电容液位计和信号处理单元，液位计位于低温液氧容器中，其特殊之处在于：所述液位计为分节式电容液位计，所述分节式电容液位计包括金属内筒1及位于金属内筒1外侧的多个间隔设置的奇数节金属环2及偶数节金属环3，奇数节金属环2与偶数节金属环3之间设置有绝缘环4，各奇数节金属环2之间通过电连接件连接并通过引线引出奇数节电容信号，各偶数节金属环3之间通过电连接件连接并通过引线引出偶数节电容信号。进一步地，为了更加容易的获得液位信息、方便数据处理，本技术的奇数节金属环2与偶数节金属环3的高度相同，数量相等。进一步地，所述绝缘环4与金属内筒1固定连接，所述绝缘环4上设置有流体过孔6。进一步地，所述绝缘环4的材质为聚四氟乙烯。进一步地，所述信号处理单元包括电容变送器、信号调理器及工控机；所述电容变送器用于将奇数节电容信号及偶数节电容信号调理放大变换成三角波电压信号；所述信号调理器对三角波电压信号进行采集滤波及去噪；所述工控机用于将三角波电压信号转变为质量流量信号。本技术的有益效果是：1、本技术的液氧流量现场原位校准装置，使用分节式电容液位计进行涡轮流量计的流量校准，分节式电容液位计所测量的介质与流经涡轮流量计的介质相同，因此能够避免介质差异所带来的校准误差；另一方面，分节式电容液位计是安装于低温液氧容器中的，也能够避免管路安装所带来的安装误差；同时，分节式电容液位计可以准确的获得液位信息，因此，与其它的校准装置相比，应用分节式电容液位计的原位校准装置误差小、重复性高，解决了低温介质大口径涡轮流量计原位校验问题，提高了液氧煤油发动机试验液氧流量测量精度。2、本技术分节式电容液位计与现有电容液位计的区别是结构上将金属外管分割成高度相同、相互绝缘的若干小节，然后将奇数节串联起来，偶数节串联连接起来。根据偶数节与奇数节电容差值随时间变化所获得三角波可以了解液位高度随时间变化的规律，同时，拐点的数量及位置准确反应了液位信息，由一段时间的液位变化可以获得这一段时间的平均质量流量，测量准确度高。附图说明图1是本技术液氧流量现场原位校准装置结构框图；图2为本技术实施例中分节式电容液位计简图；图3是本技术实施例中变送器信号处理框图；图4是本技术实施例中工控机的数据处理示意图。其中附图标记为：1-金属内筒、2-奇数节金属环、3-偶数节金属环、4-绝缘环、5-连接片、6-流体过孔、7-液体入口。具体实施方式以下结合附图对本技术进行详细说明。如图1所示，本技术液氧流量现场原位校准装置包括分节式电容液位计、电容变送器、信号调理器及工控机，分节式电容液位计固定设置于低温液氧容器中，电容变送器用于将分节式电容液位计的奇数节电容信号及偶数节电容信号调理放大变换成三角波电压信号；信号调理器对三角波电压信号进行采集滤波及去噪；工控机用于将三角波电压信号转变为质量流量信号。如图2所示，本专利技术的分节式电容液位计与现有电容液位计的区别是结构上将金属外管分割成高度相同、相互绝缘的若干小节，奇数节金属环2相串联、偶数节金属环3相串联，奇数节金属环2与偶数节金属环3之间通过绝缘环4进行绝缘，绝缘环4上设置有流体过孔6、液体从分节式液位计底部的液体入口7进入金属外筒与金属内筒之间，奇数节金属环2、偶数节金属环3与金属内筒1分别形成了电容器C1、电容器C2、电容器C3、电容器C4……。各奇数节金属环2之间通过连接片5电连接并通过引线引出奇数节电容信号，各偶数节金属环3之间通过电连接件连接并通过引线引出偶数节电容信号。偶数节电容值Cb＝C2+C3+…，奇数节电容值为C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液氧流量现场原位校准装置，包括电容液位计和信号处理单元，电容液位计位于低温液氧容器中，其特征在于：所述电容液位计为分节式电容液位计，所述分节式电容液位计包括金属内筒(1)及位于金属内筒(1)外侧的多个间隔设置的奇数节金属环(2)及偶数节金属环(3)，奇数节金属环(2)与偶数节金属环(3)之间设置有绝缘环(4)，各奇数节金属环(2)之间通过电连接件连接并通过引线引出奇数节电容信号，各偶数节金属环(3)之间通过电连接件连接并通过引线引出偶数节电容信号。

【技术特征摘要】
1.一种液氧流量现场原位校准装置，包括电容液位计和信号处理单元，电容液位计位于低温液氧容器中，其特征在于：所述电容液位计为分节式电容液位计，所述分节式电容液位计包括金属内筒(1)及位于金属内筒(1)外侧的多个间隔设置的奇数节金属环(2)及偶数节金属环(3)，奇数节金属环(2)与偶数节金属环(3)之间设置有绝缘环(4)，各奇数节金属环(2)之间通过电连接件连接并通过引线引出奇数节电容信号，各偶数节金属环(3)之间通过电连接件连接并通过引线引出偶数节电容信号。2.根据权利要求1所述的液氧流量现场原位校准装置，其特征在于：所述奇数节金属环(2)与偶数节金属环(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦永涛，薛静，李正兵，薛宁，李亮，
申请(专利权)人：西安航天动力试验技术研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61