[实用新型]液氧流量现场原位校准装置

说明书

本实用新型属于航空、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。

技术领域

本实用新型属于航空、航天技术领域，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。

背景技术

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。

实用新型内容