在低温介质的大流量下校准涡轮流量计的系统技术方案

一种在低温介质的大流量下校准涡轮流量计的系统，包括低温介质容器，分节式电容液位计、多个温度传感器以及至少一个涡轮流量计，分节式电容液位计设置在低温介质容器中，多个温度传感器沿低温介质容器轴向设置在低温介质容器中，低温介质容器的入口端通过安装法兰与试验现场放液管路连接，低温介质容器的出口端连接有输送管道。本实用新型专利技术解决了现有的低温介质的流量测量误差太大、不精准的技术问题，通过现场真实介质放液，利用分节式电容液位计对涡轮流量计进行现场真实介质的原位校准，得到涡轮流量计真实介质校准数据，进而保证试验过程中低温介质流量的准确测量，以满足发动机性能参数的评估要求。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及在低温介质的大流量下校准涡轮流量计的系统。
技术介绍
飞行器发动机的比冲是其推力与所消耗推进剂质量的比值，是评价主动力发动机关键參数之一，与飞行器有效载荷计算、推进剂加注量等直接相关，而发动机推力和推进剂流量都是通过大量的地面热试车数据对理论模型的不断修正得到的。低温介质发动机的推进剂为低温介质和燃料，其中低温介质的温度为零下上百度，例如液氧煤油发动机的推进剂为液氧和煤油，其中液氧温度-183. 5°C ;由于剧烈的换热 以及设备材料低温下特性变化，这样就会使得精确获取低温介质的流量存在很大难度。现有的针对低温介质发动机的试验中，一般都是采用DN300涡轮流量计进行低温介质的流量測量。但是目前尚无条件使用真实介质对该涡轮流量计进行校验。因此，使用涡轮流量计实验室水校验系数进行数据处理，但实验室校验用水介质的温度、粘度与试验过程中所用真实介质低温介质的温度、粘度存在较大差异；另外，实验室校验环境、流量传感器安装状态与试验现场安装状态存在区别，很多因素都会给流量測量带来误差。而真实试验中，低温介质的流量很高，例如液氧低温介质流量高达近600kg/s,由于校验系统能力限制,水介质校验范围无法满足校准要求，对校验结果带来额外影响，导致测量的流量不精准。
技术实现思路
为了解决现有的低温介质的流量测量误差太大、不精准的技术问题，本技术提供ー种在低温介质的大流量下校准涡轮流量计的系统，通过现场真实介质放液，利用分节式电容液位计对涡轮流量计进行现场真实介质的原位校准，得到涡轮流量计真实介质校准数据，进而保证试验过程中低温介质流量的准确测量，以满足发动机性能參数的评估要求。本技术的技术解决方案在低温介质的大流量下校准涡轮流量计的系统，其特殊之处在于包括低温介质容器，分节式电容液位计、多个温度传感器以及至少ー个涡轮流量计，所述分节式电容液位计设置在低温介质容器中，所述多个温度传感器沿低温介质容器轴向设置在低温介质容器中，所述低温介质容器的入口端通过安装法兰与试验现场放液管路连接，所述低温介质容器的出口端连接有输送管道，所述涡轮流量计设置在输送管道上，设置有涡轮流量计的输送管道的对应位置设置有温度传感器。上述涡轮流量计为三个，三个涡轮流量计依次设置在输送管道上。本技术所具有的优点I、本技术使用分节式电容液位计对涡轮流量计进行现场校准，消除了温度、粘度、安装环境等因素对涡轮流量计性能的影响，获得了大流量条件下，涡轮流量计真实介质校验系数，进而就可以准确获得低温介质流量。2、采用本技术校准系统对涡轮流量计进行校准，平均流量测量系统精度为±0. 65 %，以此为校准源，对涡轮流量计测量精度进行评估，测量精度优于I %。从多次试验数据来看，试验过程测量值与设计值保持一致，为飞行器总体提供了准确的发动机性能参数。附图说明图I为本技术校准系统的结构示意图；图2为本技术分节式电容液位计波形图。其中附图标记为1_安装法兰，2-低温介质容器，3-分节式电容液位计，4-温度传感器，5-涡轮流量计。具体实施方式如图I所示，在低温介质的大流量下校准涡轮流量计的系统，包括低温介质容器2，分节式电容液位计3、多个温度传感器4以及至少一个涡轮流量计5，分节式电容液位计3设置在低温介质容器2中，多个温度传感器4沿低温介质容器2轴向设置在低温介质容器2中，低温介质容器2的入口端通过安装法兰I与试验现场放液管路连接，低温介质容器的出口端连接有输送管道，涡轮流量计5设置在输送管道上，设置有涡轮流量计的输送管道的对应位置设置有温度传感器。一般为了测量的精准，涡轮流量计为三个，并且三个涡轮流量计依次设置在输送管道上。实施例为了获得试验过程中的精确液氧流量数据，试验台建立了相应的液氧流量，原位校准系统。包括对液氧容器进行轴向容积标定，进行体积、温度、压力修正，安装高精度分节式电容液位计于液氧容器中，同时在液氧容器轴向和涡轮流量计周边安装多个低温温度传感器，通过试验现场真实介质放液，利用分节式电容液位计对涡轮流量计进行现场真实介质的原位校准，得到涡轮流量计真实介质校准数据，进而保证试验过程中液氧流量的准确测量，以满足火箭总体对发动机性能参数的评估要求。使用真实介质液氧进行多次放液，放液流量范围覆盖发动机工作不同工况液氧流量，利用分节式电容液位计获得体积流量，通过温度测量间接得到相应位置和时间段的液氧密度，根据质量守恒原理，获得DN300液氧涡轮流量计的校验系数。试车过程中，测量系统实时获取液氧供应管路分节式电容液位计输出波形的频率(如图2所示)，根据相应涡轮流量计的校验系数，得到发动机工作过程的液氧流量。分节式电容液位计的设计制作分节式电容液位计，涵盖容器上、下封头，液位计由内筒、外筒、绝缘层、接线端子、外引线等组成，总长度8. 3米。随着容器内液位的变化，内筒、外筒构成电容的电容值会随着变化，通过电容变换器，将电容变化转换为电压的变化，并进行整形、放大处理，以保证电压值大小满足采集系统信调板件输入信号幅值要求。如图2所示，某一时间段内容器内流出介质体积的变化，可以通过测量得到的三角波的变化表示。液氧容器的容积标定和修正由于发动机试验区条件限制，加上成本考虑，计量单位一般在常温、常压条件下，使用水介质对所用容器进行容积标定，试车台液氧容器的标定也采用了这种方法，给出液氧容积数据时，未考虑温度、压カ等因素的影响。然而在实际使用中，液氧注入后，因为温度、压カ的变化，容器会发生形变，同时，由于分节式电容液位计安装于容器中，也会占据ー定的容积，因此，在容器装载有介质的条件下，同一高度的容器容积与常温、常压状态下有差异，为了提供某一时间段内的准确液氧体积，需在低温、承压条件下对容器的容积进行修正，获得真实条件下的液氧体积。容器容积修正公式见(I):V = V20 [I-(2 a !+Q2) (t~20) ] (I)式中V-低温状态下的容积，m3 ；V20-容量表所示20°C时常压下的容积，m3 ； a r容器材料的线性膨胀系数；a 2-液面计材料的线膨胀系数；aぃa 2取标定温度20°C和试验时液氧温度的平均值，°C ;t_液体平均温度，で。 涡轮流量计现场原位大流量校准涡轮流量计为体积流量測量传感器。发动机试验过程中，涡轮流量计测量质量流量传感器算公式见(2):qmo = P (a +bf) (2)式中Clni。-液氧流量，kg/s；P-液氧密度，kg/m3 ;a -校验截距；b-校验斜率；f-试验过程中，涡轮流量计输出频率值，Hz。平均流量測量系统由分节式电容液位计、电容变换器等构成，它也是体积流量测量传感器，其体积流量測量方法见公式(3) V1 -V2qv =--⑶ h-t'式中Wft1时刻对应液氧体积，Hi3 ；N2-X2时刻对应液氧体积，m3。根据质量守恒原理进行现场原位校准，即在某一时间段内，流出液氧容器的液氧流量与流经涡轮流量计的液氧流量质量相等，见公式(4)qmo = qv Pv (4)通过测量液氧容器内以及涡轮流量计处的液氧温度，获得液氧容器以及涡轮流量计处的液氧密度，通过多次放液数据，对涡轮流量计进行现场原位真实介质校准，利用最小ニ乘法，获得涡轮流量计校验系数，见公式(5)Pmo (a mo+本文档来自技高网...

【技术保护点】
在低温介质的大流量下校准涡轮流量计的系统，其特征在于：包括低温介质容器，分节式电容液位计、多个温度传感器以及至少一个涡轮流量计，所述分节式电容液位计设置在低温介质容器中，所述多个温度传感器沿低温介质容器轴向设置在低温介质容器中，所述低温介质容器的入口端通过安装法兰与试验现场放液管路连接，所述低温介质容器的出口端连接有输送管道，所述涡轮流量计设置在输送管道上，设置有涡轮流量计的输送管道的对应位置设置有温度传感器。

【技术特征摘要】
1.在低温介质的大流量下校准涡轮流量计的系统，其特征在于包括低温介质容器，分节式电容液位计、多个温度传感器以及至少一个涡轮流量计， 所述分节式电容液位计设置在低温介质容器中，所述多个温度传感器沿低温介质容器轴向设置在低温介质容器中，所述低温介质容器的入口端通过安装法兰与试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：来代初，张辉，李正兵，雷震，郭立，赵延，冷海峰，
申请(专利权)人：西安航天动力试验技术研究所，
类型：实用新型
国别省市：