一種液體流量在線校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)

李曉強(qiáng)　朱永曉

摘? 要：本文依據(jù)航天航空發(fā)動(dòng)機(jī)液流測試系統(tǒng)的工作特性和要求，提出一種在線式的流量校準(zhǔn)裝置，為更好地保障發(fā)動(dòng)機(jī)性能測試提供解決方案，達(dá)到校準(zhǔn)目的。

關(guān)鍵詞：液體流量;在線校準(zhǔn)

1 引言

隨著我國航天航空技術(shù)的快速發(fā)展，各類液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的測試需求與日俱增，生產(chǎn)單位通常使用配套研發(fā)的測試系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，獲取推力室等關(guān)鍵位置處的流量、溫度、壓力等參數(shù)，用以計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)推力-流量變化曲線、推力室熱性能分布等技術(shù)特性。然而針對測試系統(tǒng)開展的校準(zhǔn)工作動(dòng)相對薄弱，特別是流量參數(shù)部分，由于系統(tǒng)管路復(fù)雜，管內(nèi)液體具有一定的危險(xiǎn)性，目前一般通過拆卸流量計(jì)送至相應(yīng)計(jì)量機(jī)構(gòu)的方式展開離線校準(zhǔn)，不易操作且耗時(shí)長，無法良好地保障科研生產(chǎn)進(jìn)度，沒有結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況及測試狀態(tài)開展校準(zhǔn)。隨著近年來科研任務(wù)的日益增多，發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的測試準(zhǔn)確性要求逐步提高，如何更好地開展測試系統(tǒng)的校準(zhǔn)工作，保障發(fā)動(dòng)機(jī)測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，成為科研生產(chǎn)亟待解決的問題。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

由于發(fā)動(dòng)機(jī)液流測試系統(tǒng)大多高度集成化，工作流量計(jì)的安裝位置緊湊，采用直接將標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)就近串聯(lián)入管路，進(jìn)行兩者示值比較校準(zhǔn)的方式無法較好地實(shí)施，故本文提出一種對流過工作流量計(jì)的液體稱重計(jì)時(shí)的校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)流量參數(shù)的在線校準(zhǔn)。校準(zhǔn)裝置主要由換向裝置、容器、稱重裝置、計(jì)時(shí)控制裝置和信號采集分析系統(tǒng)等部分組成，其中換向裝置的換向動(dòng)作和稱重裝置的數(shù)據(jù)記錄，可由計(jì)時(shí)控制裝置的同步時(shí)序信號實(shí)時(shí)控制，裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

校準(zhǔn)裝置的工作原理是質(zhì)量（時(shí)間）[1]式的流量計(jì)量，即通過稱量固定時(shí)間內(nèi)流過液體質(zhì)量的方式，獲取一段時(shí)間內(nèi)液體的平均流量值。由于測量的是平均流量值，故測量時(shí)間越長，準(zhǔn)確性越高，而稱重裝置的測量準(zhǔn)確性與其測量上限和細(xì)分程度密切相關(guān)，測量上限越小，細(xì)分程度越高，則測量準(zhǔn)確性越好，實(shí)際校準(zhǔn)時(shí)，為較好地保證測量時(shí)長和測量準(zhǔn)確性，需結(jié)合實(shí)際工況，制作大小合適的稱重容器，用于盛裝校準(zhǔn)時(shí)所需質(zhì)量大小的流體，保證測量時(shí)長，同時(shí)選擇測量上限大，細(xì)分程度高的稱重裝置，保證測量準(zhǔn)確性。

3 校準(zhǔn)方法

校準(zhǔn)前，根據(jù)被校流量計(jì)的測量范圍及校準(zhǔn)時(shí)間，估算用于稱重的流體質(zhì)量，進(jìn)而選擇容量合適的容器，以及量程合適的稱重裝置，先將容器置于稱重裝置上，并用柔性管連接至換向裝置，稱重裝置作去皮重處理。

確認(rèn)各設(shè)備工作正常后，開始校準(zhǔn)：液流測試系統(tǒng)按指定要求開始工作，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)中減壓閥等機(jī)構(gòu)使工作流量計(jì)處測得目標(biāo)流量值，此時(shí)換向裝置將管路中的液體導(dǎo)通至系統(tǒng)下流管路中;待工作流量計(jì)示值穩(wěn)定后，通過計(jì)時(shí)控制裝置發(fā)出控制信號，使換向裝置內(nèi)的換向開關(guān)打開，將管路中的液體通過柔性管導(dǎo)流至容器中，換向開關(guān)打開的瞬間同步記錄稱重裝置測量值m1、開始稱重時(shí)間t1和工作流量計(jì)示值B1;達(dá)到校準(zhǔn)時(shí)間后，計(jì)時(shí)控制裝置發(fā)出控制信號使換向開關(guān)關(guān)閉，同步記錄稱重時(shí)間t2和工作流量計(jì)示值Bn，由于連接換向裝置和容器的柔性管內(nèi)尚有殘留液體，故稱重裝置需靜置一段時(shí)間，待殘留液體盡可能完全流入容器內(nèi)，記錄其稱重測量值m2。校準(zhǔn)原理框圖如圖2所示。

通過計(jì)算流入容器由稱重裝置測得的流體質(zhì)量△m=m2-m1，流動(dòng)時(shí)長△t=t2-t1，由公式 可得到液體在△t內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)平均流量值;由公式 ，式中n為△t內(nèi)采集的工作流量計(jì)示值個(gè)數(shù)，可得到工作流量計(jì)在△t內(nèi)的測量平均流量值;通過比較標(biāo)準(zhǔn)和被校的平均流量值 與 ，完成校準(zhǔn)。

4 結(jié)語

該裝置的校準(zhǔn)方式可較好地滿足各類液體發(fā)動(dòng)機(jī)液流測試系統(tǒng)的在線校準(zhǔn)需求，各組成部分清晰明確，工作原理簡單，可全部采用國產(chǎn)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)。針對危險(xiǎn)性強(qiáng)的介質(zhì)，可在稱重容器的密封性以及抗壓泄壓能力方面做進(jìn)一步優(yōu)化，提高對危險(xiǎn)介質(zhì)的存貯和防護(hù)效果，避免安全類事故發(fā)生，進(jìn)而適用于各類不同液體介質(zhì)，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]? 尹建，楊愛敏，劉仙航，張寶珠.一種新的活塞位移型液體流量校準(zhǔn)裝置.儀器儀表學(xué)報(bào)，2001.