CN107270993A - 一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置 - Google Patents

一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置 Download PDF

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辛督强
徐强
高健
郑张龙
曹应根
徐婷婷
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    • G—PHYSICS
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Abstract

一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置，包括测试板，测试板侧壁3个不同高度处安装有压力传感器，压力传感器的输出通过数据传输线和数据处理装置的输入端连接，数据处理装置的输出端和液晶显示器、报警器连接；压力传感器通过数据传输线将采集的信号传输给容器外面的数据处理装置，数据处理装置计算得出推进剂密度和实时液面的高度，通过液晶显示器实时显示压力、液面高度和密度等数据，通过报警器对特定情况实施报警提示；本发明实现液体密度和液面高度的同步测量，能实时自动测量，测量的准确性更高，结构简单，可重复使用。

Description

一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置
技术领域
本发明属于液面高度和液体密度测量技术领域，具体涉及一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置。
背景技术
液体火箭作为载人航天技术和军事武器的重要载体，完善火箭推进剂加注、转注过程中的“定点”、“定容”测量，提高飞行过程中推进剂液位的实时检测精度，是发展火箭技术的一个重要因素。
目前液面高度的测量方法有很多，如直接测量法、浮标测量法、超声波反射测量法、电容式液位测量法等等。直接测量法应用繁琐，耗费时间精力，误差大，且难以实现腐蚀性、易爆液体的测试。浮标测量法是根据漂浮在液面上的浮标在浮力作用下随液位的变化而产生位移来进行液位测量的，其安装复杂，测量精度低，不可靠，经常出现浮子卡死不动而导致测不准的情况。超声波反射测量法是通过声波发射和接收过程的时间或最后所得信号强度来测量液位的，其自动化程度高、测量误差也较小，但成本相对较高，且易受温度等环境因素影响，液位较低时灵敏度不高也限制了其广泛应用。电容式液位测量法是通过中间介质介电常数的改变规律来计算液面高度的，虽然具有反应灵敏，结构简单等优点，但易受被测液体组分不确定的影响，导致介电常数不稳，测量误差较大。
密度也是液体的重要参数之一，在物质鉴定等方面具有广泛应用。液体密度的测量装置和方法也有很多，但大多无法实现液体密度和液面高度的同步测量。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置，实现液体密度和液面高度的同步测量，能实时自动测量，测量的准确性更高，结构简单，可重复使用。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置，包括测试板1，测试板1侧壁3个不同高度处安装有压力传感器2，压力传感器2的输出通过数据传输线3和数据处理装置4的输入端连接，数据处理装置4的输出端和液晶显示器5、报警器6连接。
所述的测试板1采用防腐钢质薄板，宽50～80mm，厚度不小于5mm。
所述的压力传感器2采用防腐、防堵的压力传感器，分别安装在测试板1侧壁的底部、距底部0.2米处和顶部，实时测量所在位置的压力。
所述的数据处理装置4为C51系列单片机处理器，位于盛装液体的容器之外，通过数据传输线3接收压力传感器2的测量数据，对压力测量数据进行整合，并计算得出推进剂实时液面的高度，也同时计算得出推进剂在该特定环境中的密度。
所述的液晶显示器5接收数据处理装置4整合和计算的数据，并采用TFT液晶触摸屏控制、显示数据信息。
所述的报警器6接收数据处理装置4发出的逻辑判断指令，当实际液面到达预设的液面高度时，通过蜂鸣的方式实施报警提示。
一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置的测量方法，包括如下步骤：
第一步：准备工作，在容器外按照设计将3个压力传感器2的固定安装在测试板1的3个不同高度处，压力传感器2的输出通过数据传输线3和数据处理装置4的输入端连接，数据处理装置4的输出端和液晶显示器5、报警器6连接；
第二步：将测试板1竖直下放到准备浇注推进剂的容器，下端与容器底部接触；
第三步：浇注液体推进剂，各压力传感器受到液体或气体的压力作用，其压力数据通过数据传输线3传递给数据处理装置4；数据处理装置4对这些压力测量数据进行整合，并计算得出推进剂实时液面的高度和推进剂在该环境中的密度；
第四步：液晶显示器5实时显示压力、液面高度和液体密度的数据；报警器6接收数据处理装置4发出的逻辑判断指令，通过蜂鸣的方式实施报警提示；
第五步：推进剂浇注完毕，从容器中取出测试板1，下次浇注时重复使用。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)装置结构简单，安装和测量方便，还可重复使用，成本较低。
(2)能实时在线监测液体密度、液面高度，具有特定情况自动报警功能。
(3)利用3个压力传感器通过测量不同位置处的压力值，计算液面高度和液体密度，测量的量少，且能排除温度、容器内气体压力等因素的影响，测量结果的准确性更高。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置，包括测试板1，测试板1侧壁3个不同高度处安装有压力传感器2，压力传感器2的输出通过数据传输线3和数据处理装置4的输入端连接，数据处理装置4的输出端和液晶显示器5、报警器6连接；压力传感器2通过数据传输线3将采集的信号传输给容器外面的数据处理装置4，数据处理装置4计算得出推进剂密度和实时液面的高度，通过液晶显示器5实时显示压力、液面高度和密度等数据，通过报警器6对特定情况实施报警提示。
所述的测试板1采用防腐钢质薄板，宽50～80mm，厚度不小于5mm。
所述的压力传感器2采用防腐、防堵的压力传感器，分别安装在测试板1侧壁的底部、距底部0.2米处和顶部，实时测量所在位置的压力。
所述的数据处理装置4为C51系列单片机处理器，位于盛装液体的容器之外，通过数据传输线3接收压力传感器2的测量数据，对压力测量数据进行整合，并计算得出推进剂实时液面的高度，也同时计算得出推进剂在该特定环境中的密度。
所述的液晶显示器5接收数据处理装置4整合和计算的数据，并采用TFT液晶触摸屏控制、显示数据信息。
所述的报警器6接收数据处理装置4发出的逻辑判断指令，当实际液面到达预设的液面高度时，通过蜂鸣的方式实施报警提示。
如图2所示，一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置的测量方法，包括如下步骤：
第一步：准备工作，在容器外按照设计将3个压力传感器2的固定安装在测试板1的3个不同高度处，压力传感器2的输出通过数据传输线3和数据处理装置4的输入端连接，数据处理装置4的输出端和液晶显示器5、报警器6连接；
第二步：将测试板1竖直下放到准备浇注推进剂的容器，下端与容器底部接触；
第三步：浇注液体推进剂，各压力传感器受到液体或气体的压力作用，其压力数据通过数据传输线3传递给数据处理装置4；数据处理装置4对这些压力测量数据进行整合，并计算得出推进剂实时液面的高度和推进剂在该环境中的密度；
第四步：液晶显示器5实时显示压力、液面高度和液体密度的数据；报警器6接收数据处理装置4发出的逻辑判断指令，通过蜂鸣的方式实施报警提示；
第五步：推进剂浇注完毕，从容器中取出测试板1，下次浇注时重复使用。
本发明的测量原理为：
如图1所示，测量时，3个压力传感器分别安装于测试板1侧壁的A、B和C处，测得的压力值分别表示为P2、P1和P0，其中，A位于测试板1的底部，A、B之间的距离h1为0.2m，C位于测试板1的顶部，
当显示的结果为P2＝P1＝P0时，表明推进剂注入未开始，3个压力传感器的测量结果都为容器中的大气压力值。
当显示的结果为P2>P1＝P0时，表明液面高度低于B点，即注入的推进剂液面高度h<0.2m。
当显示结果为P2、P1和P0不相等时，表明推进剂的液面高度h已超过0.2m，此时，根据压强公式，有P2＝P0+ρgh和P2＝P1+ρgh1，根据此二式，可得由于h1＝0.2m，可见，只要利用3个压力传感器测得的A、B和C处的压强值，即可得到实时的液面高度h和液体的密度ρ。从计算公式可知，该测量方法不受温度、容器内气体压强等环境因素的影响，故测量结果的准确度更高。
测量结果例：
以自来水为待测液体进行了液面高度和密度的测试实验，测试板1侧壁的A、B和C处，测得的压力值分别表示为P2、P1和P0，A、B之间的距离h1＝0.2m，测得的液面高度为h，液体密度为ρ。测量结果如下表所示：

Claims (7)

1.一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置，其特征在于：包括测试板(1)，测试板(1)侧壁3个不同高度处安装有压力传感器(2)，压力传感器(2)的输出通过数据传输线(3)和数据处理装置(4)的输入端连接，数据处理装置(4)的输出端和液晶显示器(5)、报警器(6)连接。
2.根据权利要求1所述的一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置，其特征在于：所述的测试板(1)采用防腐钢质薄板，宽50～80mm，厚度不小于5mm。
3.根据权利要求1所述的一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置，其特征在于：所述的压力传感器(2)采用防腐、防堵的压力传感器，分别安装在测试板(1)侧壁的底部、距底部0.2米处和顶部，实时测量所在位置的压力。
4.根据权利要求1所述的一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置，其特征在于：所述的数据处理装置(4)为C51系列单片机处理器，位于盛装液体的容器之外，通过数据传输线(3)接收压力传感器(2)的测量数据，对压力测量数据进行整合，并计算得出推进剂实时液面的高度，也同时计算得出推进剂在该特定环境中的密度。
5.根据权利要求1所述的一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置，其特征在于：所述的液晶显示器(5)接收数据处理装置(4)整合和计算的数据，并采用TFT液晶触摸屏控制、显示数据信息。
6.根据权利要求1所述的一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置，其特征在于：所述的报警器(6)接收数据处理装置(4)发出的逻辑判断指令，当实际液面到达预设的液面高度时，通过蜂鸣的方式实施报警提示。
7.一种同时测量推进剂液面高度和密度的装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：准备工作，在容器外按照设计将3个压力传感器(2)的固定安装在测试板(1)的3个不同高度处，压力传感器(2)的输出通过数据传输线(3)和数据处理装置(4)的输入端连接，数据处理装置(4)的输出端和液晶显示器(5)、报警器(6)连接；
第二步：将测试板(1)竖直下放到准备浇注推进剂的容器，下端与容器底部接触；
第三步：浇注液体推进剂，各压力传感器受到液体或气体的压力作用，其压力数据通过数据传输线(3)传递给数据处理装置(4)；数据处理装置(4)对这些压力测量数据进行整合，并计算得出推进剂实时液面的高度和推进剂在该环境中的密度；
第四步：液晶显示器(5)实时显示压力、液面高度和液体密度的数据；报警器(6)接收数据处理装置(4)发出的逻辑判断指令，通过蜂鸣的方式实施报警提示；
第五步：推进剂浇注完毕，从容器中取出测试板(1)，下次浇注时重复使用。
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