CN105539888A - 低气压试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在空间环境模拟系统中所用的低气压试验装置，其包括真空罐、抽气系统、充气系统、压力测量系统和控制系统。抽气系统包括两条抽气管路，第一抽气管路上串接有第一气动阀和电动压力调节阀，第二抽气管路上串接有第二气动阀和分子泵。第一抽气管路和第二抽气管路的一端均与真空罐相连通，第一抽气管路和第二抽气管路的另一端汇聚于主管路。主管路上接有干式螺杆泵。压力测量系统包括与真空罐相连的绝压压力变送器和全量程真空规。充气系统包括质量流量计和电磁阀。抽气系统、压力测量系统、充气系统均与控制系统相联接。本发明所提供的低气压试验装置能同时控制抽气速率和充气速率，将压力稳定在试验所要求的压力范围内。
Description
技术领域
本发明属空间环境模拟技术领域，涉及一种在空间环境模拟系统中所用的低气压试验装置。
背景技术
低气压试验是空间环境模拟试验中非常重要的试验项目，主要考核航天器或航天器系统组件是否能够耐受低气压环境、是否能够在低气压环境下正常工作、是否能够耐受空气压力快速变化，防止航天器或航天器系统组件在发射过程中或在轨时失效。目前的低气压试验主要用低气压试验箱完成，但低气压试验箱的极限压力只能达到102Pa的量级，而目前进行深空探测的航天器或航天器组件在进行低气压试验时要求的压力值低于102Pa的量级，有的低气压试验要求的压力值甚至达到10-5Pa量级的水平，故现有的低气压试验箱无法满足试验的要求。
对于压力在102Pa以下的低气压试验，目前通用的做法是在空间环境模拟试验设备中进行，但其具有两个局限性：一是真空抽气系统启动后降压速率无法调节；二是真空抽气系统启动后，在达到设备的极限真空度之前压力是逐渐降低的，无法将压力稳定在试验所要求的压力值附近。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能将压力稳定在试验所要求的压力范围内的低气压试验控制装置，所说的低气压是指其压力低于102Pa。
本发明的技术解决方案是提供一种低气压试验装置，其包括真空罐、抽气系统、压力测量系统和控制系统，其特殊之处在于：还包括充气系统。
抽气系统包括两条抽气管路，其中第一抽气管路上串接有第一气动阀和电动压力调节阀，第二抽气管路上串接有第二气动阀和分子泵。第一抽气管路和第二抽气管路的一端均与真空罐相连通，第一抽气管路和第二抽气管路的另一端汇聚于主管路。主管路上接有干式螺杆泵。
压力测量系统包括与真空罐相连的绝压压力变送器和全量程真空规。
充气系统包括质量流量计和电磁阀，质量流量计通过电磁阀与真空罐相连。
上述抽气系统、压力测量系统、充气系统均与控制系统相联接。
若低气压试验所需压力值低于1×10-2Pa，可在上述基本方案的基础上增加一条抽气管路，即增加第三抽气管路。在第三抽气管路上串接有气动插板阀和低温泵，其中气动插板阀与真空罐相连通。
上述控制系统包括数据采集控制器、PID调节器和远程上位计算机。
为更好的保护分子泵，延长其使用寿命，本发明在上述分子泵的两端都串接有第二气动阀。
同理为了延长低温泵的使用寿命，本发明在上述低温泵的另一端串接有第三气动阀。
上述第一气动阀和电动压力调节阀之间接有皮拉尼真空规。
本发明的优点是：
(1)可精确控制降压速率
本发明在抽气过程中通过压力测量系统连续的采集真空罐内的压力值，并将采集的数据反馈给控制系统，由控制系统的PID调节器控制电动压力调节阀的开度以控制抽气速率，从而达到控制降压速率的目的。
(2)可精确控制升压速率
本发明在真空罐压力达到预定压力值的范围时，控制系统打开质量流量计和电磁阀便可向真空罐内充气。在充气升压的过程中通过压力测量系统连续采集真空罐内的压力值，并将采集的数据反馈给控制系统，由控制系统的PID调节器控制质量流量计以调整充气速率，从而达到控制升压速率的目的。
(3)可将真空罐内的压力稳定在要求的压力范围内
试验时，本发明的控制系统可同时控制抽气速率和充气速率，在接近预定的压力值附近时，由控制系统调整抽气速率和充气速率，最终在预定的压力值抽气速率和充气速率达到平衡，即可将压力稳定在试验所要求的压力范围内。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中：1‐真空罐；2‐全量程真空规；3‐绝压压力变送器；4‐质量流量计；5‐电磁阀；6‐气动插板阀；7‐低温泵；8‐第三气动阀；9‐第三抽气管路；10‐干式螺杆泵；11‐主管路；12‐第一抽气管路；13‐电动压力调节阀；14‐皮拉尼真空规；15‐第一气动阀；16‐第二抽气管路；17‐第二气动阀；18‐分子泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明所提供的低压力试验装置包括真空罐1、抽气系统、压力测量系统、充气系统和控制系统。
真空罐1由罐体和罐盖组成，罐体和罐盖闭合可形成密闭空间，试验所用的参试产品放置在该密闭空间内。
抽气系统包括两条抽气管路，其中第一抽气管路12上串接有第一气动阀15和电动压力调节阀13，第二抽气管路16上串接有第二气动阀17和分子泵18。第一抽气管路12和第二抽气管路16的一端均与真空罐1相连通，第一抽气管路12和第二抽气管路16的另一端汇聚于主管路11。主管路11上接有干式螺杆泵10。
压力测量系统包括与真空罐1相连的绝压压力变送器3和全量程真空规2。
充气系统包括质量流量计4和电磁阀5，质量流量计4通过电磁阀5与真空罐1相连。
控制系统包括数据采集控制器、PID调节器和远程上位计算机。控制系统与上述抽气系统、压力测量系统、充气系统相联接，用于控制抽气速率和充气速率。
若低气压试验所需压力值低于1×10-2Pa，可在上述基本方案的基础上增加一条抽气管路，即增加第三抽气管路9。在第三抽气管路9上串接有气动插板阀6和低温泵7，其中气动插板阀6与真空罐1相连通。
为更好的保护分子泵18和低温泵7，延长其使用寿命，本发明在分子泵18的两端都串接有第二气动阀17，在低温泵7的另一端串接有第三气动阀8。
为提高测量精度，在第一抽气管路9上位于第一气动阀15和电动压力调节阀13之间还接有皮拉尼真空规14。
本发明的具体工作过程为：
试验时，将参试产品放置于真空罐1内，闭合罐盖和罐体。
(1)试验所需压力值高于100Pa时：
步骤1：打开第一气动阀15和电动压力调节阀13，并启动干式螺杆泵10，抽气系统开始抽气。在抽气过程中真空测量系统连续采集真空罐1内的压力值和真空度，并将采集的数据反馈给控制系统的数据采集控制器，由控制系统的PID调节器控制电动压力调节阀13的开合角度在0°～90°之间变化(0°时抽气速率为零，90°时抽气速率最大)。
步骤2：当真空罐1内的压力值达到预定值时，控制系统打开质量流量计4和电磁阀5，由于真空罐1的内外压差较大，在质量流量计4和电磁阀5打开后真空罐1外的空气便自动进入真空罐1内。控制系统的PID调节器可同时控制充气速率和抽气速率，当充气速率和抽气速率相等时，真空罐1内的压力即达到平衡，此后使充气速率和抽气速率始终保持一致，即可将真空罐1内的压力稳定在试验所需的范围内。
(2)试验所需压力值为100Pa～1×10-2Pa时：
步骤1：重复上述(1)中的步骤1，仅第一抽气管路工作，当真空罐1内的压力降至100Pa左右时关闭第一气动阀15和电动压力调节阀13。
步骤2：打开第二气动阀17并启动分子泵18。当真空罐1内的压力值降至预定值时，控制系统打开质量流量计4和电磁阀5向真空罐1内充气，并实时调整充气速率。此阶段中由于真空罐1内的气体分子很少，第二抽气管路的抽气速率很低，因此不需要调节抽气速率，仅由PID调节器调节充气速率，使充气速率等于抽气速率并使二者始终保持一致，即可将真空罐1内的压力稳定在试验所需的范围内。
(3)试验所需压力值低于1×10-2Pa时：
重复上述(2)中的步骤1和步骤2将真空罐1的压力值降至1×10-2Pa左右时，关闭第二气动阀17，然后打开第三支管路的第三气动阀8和气动插板阀6，并启动低温泵7。当真空罐1内的压力值降至预定值时，控制系统打开质量流量计4和电磁阀5向真空罐1内充气，并实时调整充气速率。同理，此阶段不需要调节抽气速率，仅由PID调节器调节充气速率，使充气速率等于抽气速率并使二者始终保持一致，即可将真空罐1内的压力稳定在试验所需的范围内。
Claims (6)
1.低气压试验装置，包括真空罐、抽气系统、压力测量系统和控制系统；其特征在于：还包括充气系统；
所述抽气系统包括两条抽气管路，其中第一抽气管路上串接有第一气动阀和电动压力调节阀，第二抽气管路上串接有第二气动阀和分子泵；所述第一抽气管路和第二抽气管路的一端均与真空罐相连通，第一抽气管路和第二抽气管路的另一端汇聚于主管路；主管路上接有干式螺杆泵；
所述压力测量系统包括与真空罐相连的绝压压力变送器和全量程真空规；
所述充气系统包括质量流量计和电磁阀；所述质量流量计通过电磁阀与真空罐相连；
所述抽气系统、压力测量系统、充气系统均与所述控制系统相联接。
2.根据权利要求1所述的低气压试验装置，其特征在于：所述抽气系统还包括第三抽气管路；第三抽气管路上串接有气动插板阀和低温泵，其中气动插板阀与真空罐相连通。
3.根据权利要求2所述的低气压试验装置，其特征在于：所述控制系统包括数据采集控制器、PID调节器和远程上位计算机。
4.根据权利要求3所述的低气压试验装置，其特征在于：所述第二气动阀有两个，分别串接在所述分子泵的两端。
5.根据权利要求4所述的低气压试验装置，其特征在于：所述低温泵的另一端串接有第三气动阀。
6.根据权利要求5所述的低气压试验装置，其特征在于：所述第一气动阀和电动压力调节阀之间安装有皮拉尼真空规。
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