CN103645013B - 卫星总漏率测试用自动取放样系统及取放样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星总漏率测试用自动取放样系统，包括低压气源管路部分、并联设置的调压取放样及旁通管路部分、抽真空管路部分、低压放气管路部分及循环管路部分，该低压气源管路部分依次由气源接口、气源压力传感器、过滤器及气源阀V1组成并串接并联的调压取放样及旁通管路部分。本发明还进一步公开了一种利用上述系统的取样方法。本发明在自动程序控制取放样的条件下保证系统冗余，并联一套手动调压与取样装置，防止自动比例阀故障，增加屏蔽比例阀的两个手动常开针阀。

Description

卫星总漏率测试用自动取放样系统及取放样方法

技术领域

本发明涉及卫星漏率检测方法，具体来说，本发明涉及一种航天器漏率测试用的自动取放样系统及自动取放样方法。

背景技术

目前，航天器总漏率检测工艺方法主要采用非真空氦质谱累积检漏工艺方法，航天器总漏率检测系统主要由收集室或包装箱、检漏仪、循环泵、基准气、标准容器、取放样控制台及相应管道组成。在北京地区的总漏率检测工艺基本实现了以收集室作为收集容器、取放样控制台及检漏仪检测自动化的运行模式，但在发射场进行的总漏率检测为手工作坊模式，检漏收集容器为包装箱或两用容器，检漏取放样系统由气源、小型充放气控制台、压力表、标准容积、真空泵、循环泵、三通阀及相应管道组成，检漏过程特别是取放样过程复杂，效率低下，时间至少20min左右，且取放样精度较低，无法实现快速精确的取放样，而取放样是对总漏率检测值的标定，因此，快速且高精度取放样对总漏率检测非常重要，为此，本发明提供了一种航天器总漏率测试的快速高精度取放样方法。

发明内容

本发明的目的之一提供一种用于航天器总漏率测试的高精度自动取放样系统，该系统既能够利用管路的简单配合实现快速、准确地测量出航天器总漏率。

本发明的另一目的在于提供一种用于航天器总漏率测试的自动取放样方法，该方法可以快速、且高精度地测量出航天器的总漏率。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种卫星总漏率测试用自动取放样系统，包括低压气源管路部分、并联设置的调压取放样及旁通管路部分、抽真空管路部分、低压放气管路部分及循环管路部分，该低压气源管路部分依次由气源接口、气源压力传感器、过滤器及气源阀V1组成并串接并联的调压取放样及旁通管路部分；并联的调压取放样及旁通管路部分包括三路，一路依次由手动常开针阀V11、电比例调压阀V2、手动常开针阀V12组成；一路由旁通阀V3组成；一路由依次串联的调压针阀V8和手动针阀V9组成；旁通阀V3的一端连接有抽真空管路部分，抽真空管路部分由抽空阀V6,抽空压力传感器、过滤器及小型隔膜真空泵组成；手动常开针阀V12依次通过取样阀V4、标准容积及放样阀V5连接有并联设置的两路循环管路部分，一路通过手动针阀V13与包装箱循环口2相连通，另一路通过依次通过串联的过滤器、循环泵与包装箱循环口1相连通，手动针阀V9连接有低压放气部分，低压放气部分由低压放气阀V7及低压放气管路组成，多管路连接通过三通和四通连接成连通结构，通过相应的PLC、供电部分及触摸屏对各阀门进行控制组成自动取放样系统。

其中，调压针阀V8为手动调压阀。

其中，小型隔膜真空泵为无油真空泵。

其中，气源接口连接氦气气源。

其中，低压放气管路与室外大气相通。

利用上述系统进行自动取放样的方法，包括以下步骤：

1）管路抽空：通过小型无油真空泵抽真空，顺序开启抽空阀V6、取样阀V4、旁通阀V3及气源阀V1，其余阀门关闭，抽真空压力由真空压力传感器检测，当自动取放样系统达到绝对真空2KPa以下时，停止抽真空，依次关闭旁通阀V3、抽空阀V6；

2）调压取样：比例调压阀V2通过开启，根据在触摸屏上设定取样压力按照自适应PID控制法调压取样，自动取放样系统将氦气取样至标准容积中，取样压力由放样压力传感器将压力信号反馈给控制器，当取样压力达到设定的压力时，关闭比例调压阀；。

3）平衡：当取样压力达到设定的压力时，取样阀V4及比例调压阀V2失电，比例调压阀V2停止工作，自动取放样系统对取样压力保压平衡5s～10s；

4）放样：当取样压力保压平衡时间达到后，放样阀V5通电开启，自动取放样系统将标准容积中的氦气放样至循环管路中，放样延时时间10s，放样阀V5失电关闭，自动取放样系统停止放样，放样阀V5失电后延时1s，启动循环泵，循环泵将注入管路中的氦气充分循环至包装箱中，循环泵工作2min停止循环；

5）回气复位：关闭气源，气源阀V1、旁通阀V3及放气阀V7开启，放空延时1s，之后气源阀V1和旁通阀V3关闭，抽空阀V6得电开启，延时5s真空泵回气至大气压，之后，所有电磁阀及比例调压阀均关闭，自动取放样系统复位。

其中，该系统的调压取样时间小于25s。

本发明技术方案的特点包括:

1.本发明在自动取放样过程中，不需要手动调压与多次控制各个阀门，并且不需要拆装标准容积和连接真空泵，只需要在触摸屏中设置好相应的参数自动按PLC程序取放样。

2.本发明在自动程序控制取放样的条件下保证系统冗余，并联一套手动调压与取样装置，如手动调压阀V8和手动针阀V9。为防止自动比例阀V2故障，增加屏蔽比例阀的两个手动常开针阀V11和V12。

3.本发明在取放样阀体设计上采用了一个三通联通装置内置于放样电磁阀的结构，保证取放样气体无滞留容积和死区空间，同时在循环泵上游增加一个手动针阀V13，保证取放样气体充分循环至收集容器中。

附图说明

图1为本发明的航天器总漏率测试的自动取放样系统示意图。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

本发明的航天器总漏率测试的自动取放样系统示意图如图1所示，该系统卫星总漏率测试用自动取放样系统，包括低压气源管路部分、并联设置的调压取放样及旁通管路部分、抽真空管路部分、低压放气管路部分及循环管路部分，该低压气源管路部分依次由连接氦气气源的气源接口、气源压力传感器、过滤器及气源阀V1组成并串接并联的调压取放样及旁通管路部分；并联的调压取放样及旁通管路部分包括三路，一路依次由手动常开针阀V11、电比例调压阀V2、手动常开针阀V12组成；一路由旁通阀V3组成；一路由依次串联的手动调压针阀V8和手动针阀V9组成；旁通阀V3的一端连接有抽真空管路部分，抽真空管路部分由抽空阀V6,抽空压力传感器、过滤器及无油小型隔膜真空泵组成；手动常开针阀V12依次通过取样阀V4、标准容积及放样阀V5连接有并联设置的两路循环管路部分，一路通过手动针阀V13与包装箱循环口2相连通，另一路通过依次通过串联的过滤器、循环泵与包装箱循环口1相连通，手动针阀V9连接有低压放气部分，低压放气部分由低压放气阀V7及连接到收集室的低压放气管路组成，多管路连接通过三通和四通连接成连通结构，通过相应的PLC、供电部分及触摸屏对各阀门进行控制组成自动取放样系统。

其中，利用本发明的航天器总漏率测试的自动取放样系统可进行总漏率测试过程中对示漏气体的放样与标定，该放样与标定的方法，主要通过PID控制算法对小标定容积进行自动调压取放样，按程序设置进行自动管路抽空、调压取样、平衡、放样和回气复位等过程。取样装置是该方法应用于卫星总漏率测试过程中对示漏气体的放样与标定的核心装置，系统主要由触摸屏、PLC、标准容积、取放样阀体、上游管路截止阀及循环泵等组成，通过标准容积与放样电磁阀内部无缝连接保证了标准容积气体无滞留，同时配合上游管路截止阀实现了示漏气体放样量的准确性。依据编制的PLC程序并通过触摸屏进行设置，自动按PID控制算法调压取样，调压取样时间可缩短至25秒以下，取放样总时间控制在5min内，控制精度提升至0.5%FS以上，效率和精度提高3倍以上。

本发明的航天器总漏率测试的自动取放样系统进行航天器总漏率测试的取放样方法，主要通过取放样纯量氦气量折算成24h的标准氦气泄漏漏率，取放样纯氦气量由计量的标准容积与高精度调压压力乘积确定。调压取样压力依据编制的PLC程序并通过触摸屏进行设置，并自动按PID控制算法进行调压取样，并按程序设置进行自动管路抽空、调压取样、平衡、放样和回气复位等过程的真空度、压力与时间等参数，系统最终按照设定的参数与PID控制程序进行自动取放样。

该自动取放样方法包括管路抽空、调压取样、平衡、放样和回气复位五个步骤。

1）管路抽空：小型无油真空泵得电后抽真空，顺序开启抽空阀V6、取样阀V4、旁通阀V3及气源阀V1，其余电磁阀关闭，抽空管路达到绝对真空2KPa以下时，停止抽真空，依次关闭电磁阀V3、V6。

2）调压取样：比例调压阀V2得电开启，根据触摸屏上设定取样压力按照自适应PID控制算法调压取样，系统将氦气取样至标准容积中，，当取样压力达到设定的压力时，关闭比例调压阀。

3）平衡：当取样压力达到设定的压力时，取样阀V4及比例调压阀V2失电，比例调压阀停止工作，系统对取样压力保压平衡5s～10s。

4）放样：当取样压力保压平衡时间达到后，放样电磁阀V5得电开启，系统将标准气瓶中的氦气放样至循环管路中，放样延时时间10s，电磁阀V5失电关闭，系统停止放样。电磁阀V5失电后延时1s，启动循环泵，循环泵将注入管路中的氦气充分循环至包装箱或收集室中，循环泵工作2min停止循环。

5）回气复位：关闭气源，电磁阀V1、V3及放气阀V7开启，放空延时1s，电磁阀V1和V3关闭，抽空阀V6得电开启，延时5s真空泵回气至大气压，之后，所有电磁阀及比例调压阀均关闭，系统复位。

系统自动按PID控制算法调压取样根据公式1计算。

$u\left(k\right)=K_{p}e\left(k\right)+K_{i}T\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}e\left(j\right)+K_d\mathrm{\Δe}\left(k\right)/T..................\left(1\right)$

式中，比例系数K_p、积分系数K_i和微分系数K_d，u(k)为k采样周期时的输出压力，e(k)为k采样周期时输出压力与测量压力的压力偏差，Δe(k)为压力偏差变化速率，T为采样周期。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (7)

1.一种卫星总漏率测试用自动取放样系统，包括低压气源管路部分、并联设置的调压取放样及旁通管路部分、抽真空管路部分、低压放气管路部分及循环管路部分，该低压气源管路部分依次由气源接口、气源压力传感器、过滤器一及气源阀V1组成并串接并联的调压取放样及旁通管路部分；并联的调压取放样及旁通管路部分包括三路，一路依次由手动常开针阀V11、电比例调压阀V2、手动常开针阀V12组成；一路由旁通阀V3组成；一路由依次串联的调压针阀V8和手动针阀V9组成；旁通阀V3的一端连接有抽真空管路部分，抽真空管路部分由抽空阀V6、抽空压力传感器、过滤器二及小型隔膜真空泵组成；手动常开针阀V12依次通过取样阀V4、标准容积及放样阀V5连接有并联设置的两路循环管路部分，一路通过手动针阀V13与第二包装箱循环口相连通，另一路依次通过串联的过滤器、循环泵与第一包装箱循环口相连通，手动针阀V9连接有低压放气管路部分，低压放气管路部分由低压放气阀V7及低压放气管路组成，多管路连接通过三通和四通连接成连通结构，通过相应的PLC、供电部分及触摸屏对各阀门进行控制组成自动取放样系统。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述调压针阀V8为手动调压阀。

3.如权利要求1所述的系统，其中，小型隔膜真空泵为无油真空泵。

4.如权利要求1-3任一项所述的系统，其中，气源接口连接氦气气源。

5.如权利要求1-3任一项所述的系统，其中，低压放气管路与室外大气相通。

6.利用权利要求1-5任一项所述系统进行自动取放样的方法，包括以下步骤：

1)管路抽空：通过小型隔膜真空泵抽真空，顺序开启抽空阀V6、取样阀V4、旁通阀V3及气源阀V1，其余阀门关闭，真空压力由抽空压力传感器检测，当自动取放样系统达到绝对真空2KPa以下时，停止抽真空，依次关闭旁通阀V3、抽空阀V6；

2)调压取样：电比例调压阀V2开启，根据在触摸屏上设定的取样压力按照自适应PID控制法调压取样，当自动取放样系统将氦气取样至标准容积中，取样压力由放样压力传感器将压力信号反馈给控制器，当取样压力达到设定的压力时，关闭电比例调压阀V2；

3)平衡：当取样压力达到设定的压力时，取样阀V4及电比例调压阀V2失电，电比例调压阀V2停止工作，自动取放样系统对取样压力保压平衡5s～10s；

4)放样：当取样压力保压平衡时间达到后，放样阀V5通电开启，当自动取放样系统将标准容积中的氦气放样至循环管路中，放样延时时间10s，放样阀V5失电关闭，自动取放样系统停止放样，放样阀V5失电后延时1s，启动循环泵，循环泵将注入管路中的氦气充分循环至包装箱中，循环泵工作2min停止循环；

5)回气复位：关闭气源，气源阀V1、旁通阀V3及低压放气阀V7开启，放空延时1s，之后气源阀V1和旁通阀V3关闭，抽空阀V6得电开启，延时5s所述真空泵回气至大气压，之后，所有电磁阀及电比例调压阀V2均关闭，自动取放样系统复位。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述自动取放样系统的调压取样时间小于25s。