CN104154982A - 一种用于液体流量校验的容器动态称量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于液体流量校验的容器动态称量装置,属于计量测试技术领域。砝码依流量校验工况设置数量和各个砝码的重量；砝码放置在调整块上，调整块上的阶梯结构确保砝码落在指定高度；调整块固定安装在托架上，托架用固定连接在吊杆上；阶梯滑块固定连接在直线作动器的运动端；立杆连接滑轮，滑轮自由放置在阶梯滑块的台阶上；直线作动器带动阶梯滑块水平运动，使滑轮带动立杆上下移动；立杆上下移动时，连接在其上的锥块通过锥面带动砝码上下移动；立杆保持竖直方向自由状态。回收容器和砝码的重量作用在吊杆上，并由传力板传递给力传感器。本发明能够实现高精度容器动态称量，且在一次工作中进行多次不同工况的流量测量。
Description
技术领域
发明涉及对液体火箭发动机推进剂流量测量，具体涉及一种用于液体流量校验的容器动态称量装置，属于计量测试技术领域。
背景技术
宇航出版社1991年9月出版的郭霄峰编著的《液体火箭发动机试验》一书中第172页－第175页，公开了一种用于液体火箭发动机推进剂流量测量的动态称量法，并给出了应用举例。这种方法和装置能直接提供质量流量，精度也比较高，既能用于在高粘度、易挥发、有毒有腐蚀性的推进剂流量测量中，也能用在低温推进剂的流量测量中。该方法中，贮箱内的推进剂不断流出，测力传感器感受的质量不断减小，在特定时刻将砝码加在贮箱下部的砝码座上，补偿流出液体质量，测力传感器两次读数相等时，则有在这段时间内，贮箱中流出的推进剂质量正好等于标准砝码的质量和在此时间内对贮箱补充增压的气体质量之和。
但该方法引入了对贮箱补充增压的气体质量这项误差，为了克服管路沿程阻力损失和局部阻力损失，该增压压力通常在0.8MPa－1.2MPa，需要监测增压压力和气体流量来计算修正。同时，该方法采用气缸实现砝码加载动作，存在三方面问题：一是砝码始终由气缸支撑，对气缸的安全性要求极高；二是受到尺寸约束的气缸承载力有限，砝码不可能做的较大，在大流量测量应用时受到限制；三是在流量测量需要多次加载砝码动作时，目前只有最多三级气缸实现分级动作，难以实现更多砝码动作的组合，并且受到尺寸约束的多级气缸承载力比单气缸承载力更低。
因此，需要一种新型的动态称量装置来校验质量流量，克服上述精度、安全性和功能性问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于液体流量校验的容器动态称量装置，能够实现高精度容器动态称量，且在一次工作中进行多次不同工况的流量测量。
一种用于液体流量校验的容器动态称量装置，包括回收容器、砝码、调整块、托架、直线作动器、阶梯滑块、滑轮、立杆、锥块、力传感器、吊杆、传力板和支撑框架；
所述支撑框架在高度方向上设有两根水平横梁，上述两根水平横梁分别位于支撑框架的顶端和中段位置；
所述砝码上加工有锥形中心孔，砝码的重量和个数根据流量校验工况选定；
所述立杆的外圆周面上同轴活动连接有两个滑轮；
所述调整块和阶梯滑块的下表面为平面，其上表面为阶梯面，每个阶梯高度差相等；阶梯滑块沿其长度方向开槽形成叉形结构，槽贯穿阶梯滑块的上下表面，槽的开口端位于第一级台阶的端面，槽的宽度大于立杆的外径；所述调整块上的阶梯数量与砝码的数量相等
所述锥块加工有与立杆连接的中心孔，外锥面与砝码的锥形中心孔相配合；
其整体连接关系为：吊杆的一端与传力板固定连接，另一端连接回收容器，外部的进液管的水平管段固定连接在框架上，进液管的末端位于回收容器内部并保持与其无接触；力传感器位于传力板和支撑框架顶端的水平横梁之间；立杆垂直穿过支撑框架的两根水平横梁，立杆的上下两端通过滚动直线轴承实现径向约束，且保持竖直方向自由状态；阶梯滑块位于支撑框架中段的水平横梁的上表面，其槽水平让开立杆，立杆上的两个滑轮由叉形结构的第一级台阶面支撑，即立杆的竖直方向的自由度由阶梯滑块的水平台阶面实现限位，阶梯滑块的后端设置有直线作动器；吊杆上固定连接有一组以上的托架，调整块置于托架的上表面，砝码的锥形中心孔穿过立杆后自由置于调整块的阶梯面上，立杆上固定连接的锥块位于砝码的下方并与锥形中心孔相对应；回收容器和砝码的重量作用在吊杆上，并由传力板传递给力传感器；
进一步的，所述阶梯滑块的阶梯数量等于砝码的数量+1，第一个阶梯为初始位置。
进一步的，所述阶梯滑块的阶梯之间采用斜坡和圆角过渡，确保立杆上下移动的平稳。
进一步的，所述直线作动器是直线电机或电机配丝杠的方式实现，可以选择不同功率的作动器，实现多种重量砝码的动作。
进一步的，滑轮也可以用滚动轴承代替，该滑轮可以在阶梯滑块上滚动，随着阶梯滑块的水平移动，滑轮带动立杆做上下移动；
称量过程和原理：由于称量对象为回收容器，流入回收容器的液体自然下落，从竖管的底部流入到回收容器中，因此称量重量不受增压气体质量影响。
砝码初始处于加载到回收容器上的状态，称量质量W包括回收容器自身及其中液体的质量与加载砝码质量之和，设为W0；测试开始后，增压容器中的液体沿竖管流入回收容器，在ton时刻液体流入，流场稳定后，在W增加到一定的预设值Wx时，设为t1时刻，计时器开始记录时间，液体持续流入回收容器，到达预定ts时刻，自动卸载质量为m的砝码，称量质量W减小，当W再次增加到Wx的t2时刻，计时器停止计时，则在t1到t2的时间间隔内，流入回收容器的液体质量等于卸载砝码的质量m。
设定调整块和阶梯滑块的的每个阶梯高度差均为Δ1，通过摆放调整块位置实现各个砝码相对初始高度的调整。
当砝码都置于调整块的同一位置，则所有砝码均调整为相同高度，设定初始砝码锥形中心孔的内锥面与锥块外锥面之间的垂直距离为Δ2，且保证Δ1>Δ2。通过直线作动器驱动阶梯滑块移动，使立杆滑上一个阶梯，即上升Δ1，则全部砝码一次性被锥块托起挂在立杆上，实现全部砝码重量从吊杆上的卸载动作。
当砝码落在调整块的不同阶梯上时，可以实现砝码不同组合依次卸载的动作，以满足不同流量多次称重测量的要求。如为实现砝码A、砝码B+砝码C的依次逐级卸载，可以采用如下步骤：砝码A落在调整块的I位置，即初始砝码A的锥孔与锥块之间竖直距离为Δ2，且保证Δ1>Δ2；砝码B和砝码C落在调整块的II位置，即初始砝码B和砝码C的锥孔与锥块之间竖直距离为Δ1+Δ2，则砝码被调整为不同组合的高度。通过直线作动器驱动阶梯滑块移动，使立杆滑上第一个阶梯，即上升Δ1，则砝码A被锥块托起挂在立杆上，砝码B和砝码C的中心锥孔与锥块之间竖直距离缩短为Δ2，即实现了砝码A的重量从回收容器吊杆上的卸载动作。再次通过直线作动器驱动阶梯滑块移动，使立杆滑上第二个阶梯，即再次上升Δ1，则在砝码A已经卸载的基础上，砝码B和砝码C一起被锥块托起挂在立杆上，即实现了砝码A、砝码B+砝码C的重量从回收容器吊杆上逐次卸载的动作。称量的数值通过力传感器得到。
有益效果：
(1)本发明的动态称量装置从加载到卸载完全通过直线作动器推动阶梯滑块等一系列的全机械动作实现，不受增压气体质量的误差影响，因此可以获得高质量的测量结果；
(2)本发明砝码由调整块和托架实现支撑，支撑结构稳固、本质安全，整个操作过程中不存在掉落的安全性问题；
(3)本发明的砝码重量能够根据需要来设定，不受称量范围的限制，并且可以调整砝码的数量实现任意重量组合；
(4)本发明的动态称量装置能够实现砝码不同组合的多种卸载工作方式，既能一次性同时卸载多块砝码，又能实现多块砝码不同组合的依次逐级卸载；
(5)本发明中砝码的竖直位置由阶梯滑块的水平段保证，只要在该水平段，无论在水平段的哪个位置上，砝码的高度都一样。因此，对驱动阶梯滑块移动的直线作动器定位精度要求较低，低成本的执行元件即可获得高精度的位置控制。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
其中，1-回收容器，2-进液管，3-滚动直线轴承A，4-滑轮，5-立杆，6-锥块，7-砝码，8-滚动直线轴承B，9-力传感器，10-调整块，11-托架，12-吊杆，13-直线作动器，14-阶梯滑块，15-框架，16-传力板。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种用于液体流量校验的容器动态称量装置，包括回收容器1、砝码7、调整块10、托架11、直线作动器13、阶梯滑块14、滑轮4、立杆5、锥块6、力传感器9、吊杆12、滚动直线轴承A3、滚动直线轴承B8、传力板16和支撑框架15；
所述支撑框架15在高度方向上设有两根水平横梁，上述两根水平横梁分别位于支撑框架15的顶端和中段位置；
所述砝码7上加工有锥形中心孔，砝码7的重量和个数根据流量校验工况选定；
所述立杆5的外圆周面上同轴活动连接有两个滑轮4；
所述调整块10和阶梯滑块14的下表面为平面，其上表面为阶梯面，每个阶梯高度差相等；阶梯滑块14沿其长度方向开槽形成叉形结构，槽贯穿阶梯滑块14的上下表面，槽的开口端位于第一级台阶的端面，槽的宽度大于立杆5的外径，阶梯滑块14的阶梯之间采用斜坡和圆角过渡，确保立杆5上下移动的平稳；阶梯滑块14的阶梯数量等于砝码7的数量+1，第一个阶梯为初始位置；调整块10上的阶梯数量与砝码7的数量相等；
所述锥块6加工有与立杆5连接的中心孔，外锥面与砝码7的锥形中心孔相配合；
其整体连接关系为：吊杆12的一端与传力板16固定连接，另一端连接回收容器1，外部的进液管2的水平管段固定连接在框架15上，进液管2的末端位于回收容器1内部并保持与其无接触；力传感器9位于传力板16和支撑框架15顶端的水平横梁之间；立杆5垂直穿过支撑框架15的两根水平横梁，立杆5的上下两端通过滚动直线轴承B8和滚动直线轴承A3实现径向约束，且保持竖直方向自由状态；阶梯滑块14位于支撑框架15中段的水平横梁的上表面，其槽水平让开立杆5，立杆5上的两个滑轮4由叉形结构的第一级台阶面支撑，即立杆5的竖直方向的自由度由阶梯滑块14的水平台阶面实现限位，阶梯滑块14的后端设置有直线作动器13；吊杆12上固定连接有一组以上的托架11，调整块10置于托架11的上表面，砝码7的锥形中心孔穿过立杆5后自由置于调整块10的阶梯面上，立杆5上固定连接的锥块6位于砝码7的下方并与锥形中心孔相对应；回收容器1和砝码7的重量作用在吊杆12上，并由传力板16传递给力传感器9；
实施例1：单次大流量校验的容器动态称量
砝码7初始处于加载到回收容器1上的状态，称量质量W包括回收容器1自身及其中液体的质量与加载砝码7质量之和，设为W0。测试开始后，增压容器中的液体沿管路流入回收容器1，在ton时刻液体流入，流场稳定后，在W增加到一定的预设值Wx时，设为t1时刻，计时器开始记录时间，液体持续流入回收容器1，到达预定ts时刻，自动卸载质量为m的砝码7，称量质量W减小，当W再次增加到Wx的t2时刻，计时器停止计时，则在t1到t2的时间间隔内，流入回收容器1的液体质量等于卸载砝码7的质量m。
单次大流量校验时，需要多个砝码一起动作。当砝码都落在调整块的I位置，则所有砝码均调整为相同高度，设定调整块10和阶梯滑块14的的每个阶梯高度差均为Δ1，通过摆放调整块10位置实现各个砝码相对初始高度的调整；设定初始砝码锥形中心孔的内锥面与锥块外锥面之间的垂直距离为Δ2，且保证Δ1>Δ2。通过直线作动器13驱动阶梯滑块14移动，使立杆5滑上一个阶梯，即上升Δ1，则全部砝码一次性被锥块托起挂在立杆上，实现全部砝码重量从吊杆12上的卸载动作，即完成单次大流量校验的容器动态称量过程。
实施例2：多次不同流量校验的容器动态称量
多次不同流量校验时，需要多个砝码7分别动作，且有砝码组合动作的要求。当砝码落在调整块的不同阶梯上时，可以实现砝码7不同组合依次卸载的动作，以满足不同流量多次称重测量的要求。如为实现砝码A、砝码B+砝码C的依次逐级卸载，可以采用如下步骤：砝码A落在调整块的I位置，即初始砝码A的锥孔与锥块之间竖直距离为Δ2，且保证Δ1>Δ2；砝码B和砝码C落在调整块的II位置，即初始砝码B和砝码C的锥孔与锥块之间竖直距离为Δ1+Δ2，则砝码被调整为不同组合的高度。通过直线作动器驱动阶梯滑块移动，使立杆滑上第1个阶梯，即上升Δ1，则砝码A被锥块托起挂在立杆上，砝码B和砝码C的锥孔与锥块之间竖直距离缩短为Δ2，即实现了砝码A的重量从回收容器吊杆上的卸载动作。再次通过直线作动器驱动阶梯滑块移动，使立杆滑上第2个阶梯，即再次上升Δ1，则在砝码A已经卸载的基础上，砝码B和砝码C一起被锥块托起挂在立杆上，即实现了砝码A、砝码B+砝码C的重量从回收容器吊杆上逐次卸载的动作，即完成多次流量校验的容器动态称量过程。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于液体流量校验的容器动态称量装置，其特征在于，包括回收容器(1)、砝码(7)、调整块(10)、托架(11)、直线作动器(13)、阶梯滑块(14)、滑轮4、立杆(5)、锥块(6)、力传感器(9)、吊杆(12)、传力板(16)和支撑框架(15)；
所述支撑框架(15)在高度方向上设有两根水平横梁，上述两根水平横梁分别位于支撑框架(15)的顶端和中段位置；
所述砝码(7)上加工有锥形中心孔，砝码(7)的重量和个数根据流量校验工况选定；
所述立杆(5)的外圆周面上同轴活动连接有两个滑轮(4)；
所述调整块(10)和阶梯滑块(14)的下表面为平面，其上表面为阶梯面，每个阶梯高度差相等；阶梯滑块(14)沿其长度方向开槽形成叉形结构，槽贯穿阶梯滑块(14)的上下表面，槽的开口端位于第一级台阶的端面，槽的宽度大于立杆(5)的外径；所述调整块(10)上的阶梯数量与砝码(7)的数量相等
所述锥块(6)加工有与立杆(5)连接的中心孔，外锥面与砝码(7)的锥形中心孔相配合；
其整体连接关系为：吊杆(12)的一端与传力板(16)固定连接，另一端连接回收容器(1)，外部的进液管(2)的水平管段固定连接在框架(15)上，进液管(2)的末端位于回收容器(1)内部并保持与其无接触；力传感器(9)位于传力板(16)和支撑框架(15)顶端的水平横梁之间；立杆(5)垂直穿过支撑框架(15)的两根水平横梁，立杆(5)的上下两端通过滚动直线轴承实现径向约束，且保持竖直方向自由状态；阶梯滑块(14)位于支撑框架(15)中段的水平横梁的上表面，其槽水平让开立杆(5)，立杆(5)上的两个滑轮(4)由叉形结构的第一级台阶面支撑，即立杆(5)的竖直方向的自由度由阶梯滑块(14)的水平台阶面实现限位，阶梯滑块(14)的后端设置有直线作动器(13)；吊杆(12)上固定连接有一组以上的托架(11)，调整块(10)置于托架(11)的上表面，砝码(7)的锥形中心孔穿过立杆(5)后自由置于调整块(10)的阶梯面上，立杆(5)上固定连接的锥块(6)位于砝码(7)的下方并与锥形中心孔相对应；回收容器(1)和砝码(7)的重量作用在吊杆(12)上，并由传力板(16)传递给力传感器(9)。
2.如权利要求1所述的用于液体流量校验的容器动态称量装置，其特征在于，所述阶梯滑块(14)的阶梯数量等于砝码(7)的数量+1，第一个阶梯为初始位置。
3.如权利要求1或2所述的用于液体流量校验的容器动态称量装置，其特征在于，所述阶梯滑块(14)的阶梯之间采用斜坡和圆角过渡。
4.如权利要求1或2所述的用于液体流量校验的容器动态称量装置，其特征在于，所述直线作动器(13)由直线电机或电机配丝杠的方式实现。
5.如权利要求1或2所述的用于液体流量校验的容器动态称量装置，其特征在于，所述滑轮(4)由滚动轴承代替。
6.一种用于液体流量校验的容器动态称量方法，其特征在于，所述砝码(7)初始处于加载到回收容器(1)上的状态，称量质量W包括回收容器(1)自身及其中液体的质量与加载砝码(7)质量之和，设为W0；测试开始后，增压容器中的液体沿竖管(2)流入回收容器(1)，在ton时刻液体流入，流场稳定后，在W增加到一定的预设值Wx时，设为t1时刻，计时器开始记录时间，液体持续流入回收容器(1)，到达预定ts时刻，自动卸载质量为m的砝码(7)，称量质量W减小，当W再次增加到Wx的t2时刻，计时器停止计时，则在t1到t2的时间间隔内，流入回收容器(1)的液体质量等于卸载砝码(7)的质量m。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |