CN105115570A - 一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置，所述囊式贮箱的壳体内设置皮囊，壳体上端设置向皮囊内补充液体的液口，壳体下端设置向皮囊与壳体之间充气的气口，液口(2)附近设置液口霍尔元件，气口附近设置气口霍尔元件，所述皮囊底部设置n个磁钢；本发明的霍尔元件测量贮箱空、满指示装置可对囊式贮箱进行空、满指示，采用霍尔探头和磁钢，根据磁钢与探头的间距确定是否发出信号，该发明中磁钢和霍尔探头均不与贮存介质接触，不会对介质造成污染，并且霍尔探头和磁钢体积小、质量轻，带来的附加质量较小，同时霍尔探头的信号指示准确，能够实现对贮箱内液体空、满情况进行有效的测试。

Description

一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置

技术领域

本发明涉及微重力测量领域，尤其涉及一种基于霍尔元件的囊式贮箱空、满指示装置，用于在微重力环境下贮箱加注和排放即将完成时，发出注满或排空的信号指示。

背景技术

贮箱剩余液体测量是贮箱设计中的难题，由于在空间微重力环境下，液体的分布不规则，无法对液体界面进行准确的测量。囊式贮箱有时要在空间使用时反复加排，在加排过程中需要对贮箱的空、满进行测量，便于加排的开始和停止。目前，国内在轨使用的囊式贮箱还未有空、满指示功能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微重力环境下囊式贮箱空、满指示装置，能够克服微重力环境下囊式贮箱空、满指示的难题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置，所述囊式贮箱的壳体内设置皮囊，壳体上端设置向皮囊内补充液体的液口，壳体下端设置向皮囊与壳体之间充气的气口，还包括设置在液口附近的液口霍尔元件，设置在气口附近的气口霍尔元件以及设置在所述皮囊底部的n个磁钢；所述n为不小于5的整数；

所述磁钢设置在所述皮囊底部朝向气口一侧的表面上；其中，以皮囊底部中心为圆心在该表面上划分一个圆形区域，所述圆心处设置一个中心磁钢，该中心磁钢周围设置有两圈沿周均布的磁钢；

所述磁钢的表面覆盖有与所述圆形区域形状和大小相当的压紧膜片，压紧膜片的边缘固连在皮囊上。

进一步的，还包括装配膜片，厚度与磁钢厚度一致，分布在所述圆形区域上没有设置磁钢的部分区域，装配膜片与一侧的皮囊和另一侧的压紧膜片均固定连接。

较佳的，所述压紧膜片和装配膜片采用橡胶材料制成，两者通过高温硫化的方式与皮囊底部固连。

较佳的，所述n取17；中心磁钢的外侧设置的两圈磁钢的个数分别为6和10。

较佳的，所述磁钢直径为6mm。

较佳的，所述磁钢的磁通密度为0.3T。

较佳的，所述皮囊底部的所述圆形区域加工成圆形凹槽的形状，凹槽的深度为磁钢厚度的一半。

本发明具有如下有益效果：

(1)目前国内航天器使用的囊式贮箱均为一次性使用，不需进行反复加排，还未有空、满指示功能，本发明的霍尔元件测量贮箱空、满指示装置可对囊式贮箱进行空、满指示，采用霍尔探头和磁钢，根据磁钢与探头的间距确定是否发出信号，该发明中磁钢和霍尔探头均不与贮存介质接触，不会对介质造成污染，并且霍尔探头和磁钢体积小、质量轻，带来的附加质量较小，同时霍尔探头的信号指示准确，能够实现对贮箱内液体空、满情况进行有效的测试。

附图说明

图1为本发明具有空、满指示装置测量的贮箱结构图；

图2为本发明磁钢的安装示意图；

图3为本发明磁钢分布示意图；

其中，1-液口霍尔元件、2-液口、3-贮箱、4-皮囊、5-磁钢、6-装配膜片、7-压紧膜片、8-气口、9-气口霍尔元件。

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。

一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置，所述囊式贮箱3的壳体内设置皮囊4，壳体上端设置向皮囊4内补充液体的液口2，壳体下端设置向皮囊4与壳体之间充气的气口8，还包括设置在液口2附近的液口霍尔元件1，设置在气口8附近的气口霍尔元件9以及设置在皮囊4底部的n个磁钢5；n为不小于5的整数。

磁钢5设置在皮囊4底部朝向气口8一侧的表面上；其中，以皮囊4底部中心为圆心在该表面上划分一个圆形区域，圆心处设置一个中心磁钢5，该中心磁钢5周围设置有两圈沿周均布的磁钢5。将磁钢5分布在皮囊4底部中心的一个圆形区域内，可保证皮囊4变形时不影响霍尔元件与磁钢5之间互相感应。

磁钢5的表面覆盖有与圆形区域形状和大小相当的压紧膜片7，压紧膜片7的边缘固连在皮囊4上。还包括装配膜片6，厚度与磁钢5厚度一致，分布在所述圆形区域上没有设置磁钢5的部分区域，装配膜片6与一侧的皮囊4和另一侧的压紧膜片7均固定连接，如此可保证磁钢5不会在皮囊4与压紧膜片7之间移动，起到进一步固定磁钢5的作用。压紧膜片7和装配膜片6采用橡胶材料制成，两者通过高温硫化的方式与皮囊4底部固连，如此，可方便的将皮囊4、装配膜片6和压紧膜片7粘连在一起。本实施例中，n取17；中心磁钢5的外侧设置的两圈磁钢5的个数分别为6和10。磁钢5直径为6mm。磁钢5的磁通密度为0.3T。本发明中，皮囊4底部的圆形区域加工成圆形凹槽的形状，凹槽的深度为磁钢5厚度的一半。如此，可保证皮囊4向上和向下运动到极限位置时，到液口霍尔元件1的距离和到气口霍尔元件9的距离一致，不会影响探测的不准确性。

霍尔元件是霍尔探头的敏感元件，是以霍尔效应原理为基础工作的，它能够敏感作用于霍尔片表面的磁感应强度的垂直分量，将磁信号转换为电信号输出。当嵌在皮囊4上的磁钢5接近探头时，探头中的霍尔元件因霍尔效应而使内部电路状态发生改变，由此识别贮箱3的“空”或“满”，由于贮箱3采用钛合金加工制造，因钛合金材料本身无磁性，也不导磁，对磁场无影响，可利用钛合金将半膜上的磁钢5和探头完全隔离。磁钢5安装在皮囊4靠近气腔一侧，不与液体介质接触，因此，不会对贮存的液体介质造成污染。

在贮箱3空、满指示器应用中，在气口8侧，气口霍尔元件9与磁钢5之间的空间填充有空气，空气对磁场无影响；在液口2侧，液口霍尔元件1与磁钢5之间的空间填充有纯净水，纯净水是抗磁性物质，相对磁导率略小于1，纯净水不会对液口霍尔元件1的使用造成太大影响。另外，霍尔元件的工作不受微重力影响，能够在微重力环境下实现贮箱3空、满指示功能。

本发明的指示装置的工作原理如下：

(1)当向贮箱3加注时，皮囊4开始往气口8侧移动，当装在皮囊4上的磁钢5与气口霍尔元件9的间距达到设计距离以内时，气口霍尔元件9发出信号，表示贮箱3加注即将完成，停止加注；

(2)当向贮箱3的气口8进气，贮箱3开始排液时，皮囊4开始离开气口8，向液口2方向移动，同时挤压液腔内的液体，实现贮箱3的排液，当皮囊4上的磁钢5和气口霍尔元件9距离超过设计距离时，气口霍尔元件9信号消失；

(3)当贮箱3继续排液，皮囊4逐渐靠近液口2，皮囊4上的磁钢5与液口霍尔元件1的间距达到设计距离以内时，液口霍尔元件1发出信号，表示贮箱3排液即将完成，停止排液；

(4)当下次给贮箱3加注时，皮囊4离开液口2向气口8移动，当磁钢5与液口霍尔元件1距离超过设计距离时，液口霍尔元件1信号消失。

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 (7)

1.一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置，所述囊式贮箱(3)的壳体内设置皮囊(4)，壳体上端设置向皮囊(4)内补充液体的液口(2)，壳体下端设置向皮囊(4)与壳体之间充气的气口(8)，其特征在于，还包括设置在液口(2)附近的液口霍尔元件(1)，设置在气口(8)附近的气口霍尔元件(9)以及设置在所述皮囊(4)底部的n个磁钢(5)；所述n为不小于5的整数；

所述磁钢(5)设置在所述皮囊(4)底部朝向气口(8)一侧的表面上；其中，以皮囊(4)底部中心为圆心在该表面上划分一个圆形区域，所述圆心处设置一个中心磁钢(5)，该中心磁钢(5)周围设置有两圈沿周均布的磁钢(5)；

所述磁钢(5)的表面覆盖有与所述圆形区域形状和大小相当的压紧膜片(7)，压紧膜片(7)的边缘固连在皮囊(4)上。

2.如权利要求1所述的一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置，其特征在于，还包括装配膜片(6)，厚度与磁钢(5)厚度一致，分布在所述圆形区域上没有设置磁钢(5)的部分区域，装配膜片(6)与一侧的皮囊(4)和另一侧的压紧膜片(7)均固定连接。

3.如权利要求2所述的一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置，其特征在于，所述压紧膜片(7)和装配膜片(6)采用橡胶材料制成，两者通过高温硫化的方式与皮囊(4)底部固连。

4.如权利要求1所述的一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置，其特征在于，所述n取17；中心磁钢(5)的外侧设置的两圈磁钢(5)的个数分别为6和10。

5.如权利要求1所述的一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置，其特征在于，所述磁钢(5)直径为6mm。

6.如权利要求1所述的一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置，其特征在于，所述磁钢(5)的磁通密度为0.3T。

7.如权利要求1所述的一种用于微重力环境的囊式贮箱指示装置，其特征在于，所述皮囊(4)底部的所述圆形区域加工成圆形凹槽的形状，凹槽的深度为磁钢(5)厚度的一半。