CN107543732B - 电子单机产品的正压泄复压试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电子单机产品的正压泄复压试验方法及系统，包括容器分系统、正压试验分系统、测量和控制分系统，其中正压试验分系统由安全阀、高精度压力传感器、质量流量控制器、气体管路和手动阀组成；测量和控制系统能够实现真空度、压力数据的实时显示、储存，实现设备运行状态参数的传递和质量流量控制器流量控制等功能。本发明可检验电子设备或密封设备在常温或低温条件下能否耐受正压及其压力快速变化过程，以及在泄复压过程中的环境适应性，可实现泄复压速率的精确控制，解决正压试验容器密封保压难题。

Description

电子单机产品的正压泄复压试验系统及试验方法

技术领域

本发明属于航天器地面环境试验技术领域，具体涉及一种航天器电子单机产品的正压泄复压试验相应的系统与试验方法，通过在地面环境下实现所需压力及泄复压速率的模拟，解决相应的泄复压速率的精确控制和正压试验容器密封保压问题。

背景技术

随着我国航天任务的多样化发展，航天器由于其平台功能和技术需求的拓展，其上装备了越来越多的电子部件和单机设备，电子技术在航天平台的发展，使得本就复杂的电子产品增加了其研制的难度。尤其是在载人飞行任务的航天器上，电子产品是飞行和返回的重要设备，与航天员的生命安全和完成在轨任务息息相关，对在轨的各项任务起着至关重要的作用。电子设备具有空间体积小、元器件密集程度高的特点，如何在仪器小型化和集成化的同时，保证其在轨应用时具有很高的可靠性，必须具备故障-工作、故障-安全的能力。同时，航天器将经历真空、失重、高辐射、冷热剧变的太空环境，如载人飞船或货运飞船往返于天地间，在地面环境和太空环境间变换，地球上再自然不过的压力、氧气以及适宜生存的温度都需要电子设备的控制与维持，天地交互所有信息的沟通更是离不开电子设备的协调与控制，地面遥控指令的接收与处理，航天器内设备的运行，都离不开电子设备。

为了确保电子单机功能实现和高可靠性运行，除了在环境适应性设计、结构设计、裕度设计、热设计等方面彻底消除单点故障和所有盲区，还需要在地面环境试验中对其在极端环境条件下的工作能力进行验证并对早期缺陷进行筛除。其试验目的是为了检验电子设备或密封设备在常温或低温条件下能否耐受在压力环境及其压力快速变化过程，以及在此泄复压过程的环境适应性。

国家发明专利《一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置》(CN201210580873.5)公开了一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置及利用此装置进行测试的方法，但该专利仅能用于解决在低温低气压环境下的测试试验，对于正压环境条件下的泄复压过程却未有涉及，也无法满足在正压环境条件下的泄复压使用需求。

因此，发明和设计一种可对电子单机产品进行正压泄复压试验的试验系统，可实现泄复压速率的精确控制，解决正压试验容器密封保压难题，对电子单机产品的性能测试具有积极的现实意义。

发明内容

本发明目的之一是提供一种可为航天器上压力敏感电子设备进行试验的正压泄复压试验系统，以满足航天器电子产品的试验测试需求。

本发明的另一目的是提供一种可为航天器上压力敏感电子设备进行试验的正压泄复压试验方法，该方法简单易行，且能够满足电子产品的测试需要。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

电子单机产品的正压泄复压试验系统，包括容器分系统、正压试验分系统、测量与控制分系统，其中容器分系统为不锈钢材质卧式可移动无油压力容器，内部工作介质为干燥空气或氮气，正压试验分系统由安全阀、压力表、质量流量控制器、气体管路和多个手动阀门组成，压力容器上设置压力表，并依次通过阀门一、阀门三、质量流量控制器和阀门六进行气体管路连接，阀门一和阀门三之间通过阀门二、阀门五连通到质量流量控制器与阀门六之间的气体管路上，氮气源通过阀门四连通到阀门三与质量流量控制器之间，测量和控制分系统对压力容器的真空度、质量流量控制器的流量和各阀门的开关进行控制，实现压力数据的实时显示、储存，设备运行状态参数的传递。

其中，安全阀工作压力为0.4MPa，在容器压力超过0.4MPa时自动泄压，泄复压用气体管路和手动阀门能够承受0.5MPa的正压。

其中，质量流量控制器根据容器分系统的容积确定，质量流量控制器单位采用SLPM，其中S为要求速率值，L表示流量，P表示一个大气压，M 表示时间分钟，根据公式L＝S*V/P，结合容器容积V，计算出控制器的L值，通过L来选择可控范围与精度合适的质量流量控制器；

其中，测量和控制分系统由PLC、工控机、继电器、机柜和直流电源构成。

其中，容器的强度为常温承受0.5MPa的正压，容器尺寸选用1.0m×2.0m。

电子单机产品的正压泄复压试验方法，使用了上述正压泄复压试验系统，包括如下步骤：

1)正压试验过程中，将试件放入压力容器内的平台之上，将容器进行密封，密封完毕后，设置试验工况；

2)进行正压试验，将阀门三和阀门六关闭，阀门一、阀门二、阀门四核阀门五开启，试验时，充入正压阶段由氮气或干燥空气由气源供给压力气体，气体流经阀门四，受质量流量控制器控制后，依次流经阀门五，阀门二和阀门一，为容器进行增压，其中，通过质量流量控制器控制后，整个充压速率不低于1.0kPa/min，充压至0.22MPa,其中保证充气速率允差50％，压力允差10％；

3)进行保压试验，保证压力稳定在0.22MPa，通常保压24小时，压力无明显波动；

4)进行泄压，阀门二、阀门四、阀门五关闭，阀门一、阀门三、阀门六开启，气体流经阀门一、阀门三、质量流量控制器，通过阀门六排空至大气，泄压过程泄压速率不低于1.0kPa/min，速率允差50％，当容器压力低于 105kPa时，将阀门一、阀门三、质量流量控制器及阀门六开至最大，按设备的最大能力进行泄压；从充正压开始到泄压完毕，试验进行整一个正压循环，按试验需求重复进行该过程。

其中，当试验工况结束后，泄压至常压，开启试验容器，取出试件进行参数测试，检验试件是否满足正压泄复压性能测试。

其中，氮气源采用的是高压气体。

本发明电子单机产品的正压泄复压试验系统，该方法基于质量流量控制原理来搭建系统，具有结构简单、实施便捷等特点和优势，解决了泄复压速率的精确控制、正压试验容器密封保压等难题，并已经完成各类单机产品正压/负压的泄复压试验二十余次，满足了相关型号的需求，取得了良好的经济效益。

附图说明

图1是正压泄复压试验结构示意图，如图中所示包含用于电子单机产品的泄复压试验方法及系统由容器分系统(泄复压试验容器)、正压试验分系统(高精度压力表、质量流量控制器、阀门1-6)、测量和控制分系统组成。由于质量流程控制器只能单方向控制，故采用图1所示的链接方法，可以实现使用一台质量流量控制器对试验中的充压过程及泄压过程的控制。

图2是本发明的正压泄复压试验方法的流程示意图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的电子单机产品的正压泄复压试验系统及方法进行详细说明，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

参见图1，本发明的正压泄复压试验系统由上述容器分系统、正压试验分系统及测量和控制分系统三部分组成。其中容器分系统为不锈钢材质卧式可移动无油压力容器，内部工作介质为干燥空气或氮气，正压试验分系统由安全阀(图中没有显示)、压力表、质量流量控制器、气体管路和手动阀组成，压力容器上设置压力表，并依次通过阀门一1、阀门三3、质量流量控制器和阀门六6进行气体管路连接，阀门一1和阀门三3之间通过阀门二2、阀门五5连通到质量流量控制器与阀门六6之间的气体管路上，氮气源通过阀门四4连通到阀门三3与质量流量控制器之间，测量和控制分系统对压力容器的真空度、质量流量控制器的流量和各阀门的开关进行控制，实现压力数据的实时显示、储存，设备运行状态参数的传递。

试验方法全工作流程通常如图2所示，具体流程如下：

如图2所示，正压试验过程中，将试件放入容器内的平台之上，将容器进行密封，密封完毕后，准备进入试验工况。首先进行正压试验，将阀门三 3和阀门六6关闭，阀门一1，阀门二2，阀门四4，阀门五5开启。试验时，充入正压阶段由氮气或干燥空气由气源供给压力气体，气体流经阀门四4，受质量流量控制器控制后，依次流经阀门五5，阀门二2和阀门一1，为容器进行增压。氮气源采用的是高压气体，通过质量流量控制器控制后，可保证整个充压速率不低于1.0kPa/min，充压至0.22MPa,其中可保证充气速率允差50％，压力允差10％；保压阶段，保证压力稳定在0.22MPa，通常保压 24小时，压力无明显波动；泄压阶段，阀门二2、阀门四4、阀门五5关闭，阀门一1、阀门三3、阀门六6开启，气体流经阀门一1、阀门三3、质量流量控制器，通过阀门六6排空至大气，泄压过程泄压速率不低于1.0kPa/min，速率允差50％，当容器压力低于105kPa时，将阀门一1、阀门三3、质量流量控制器及阀门六6开至最大，按设备的最大能力进行泄压。从充正压开始到泄压完毕，试验进行整1个正压循环，可按试验需求重复进行该过程。当试验工况结束后，泄压至常压，开启试验容器，取出试件进行参数测试，检验试件是否满足正压泄复压性能测试，最后进行试验相关撤收工作。

试验过程中通过控制系统实现阀门开关动作及开度的调节，充压及泄复压时质量流量控制器自行调节开度参数，以满足泄复压速率的要求。整个泄复压试验过程中以相邻两秒的压力变化值作为判据进行调节，以保证整个泄复压过程充压和泄压速率都满足试验要求。该类型正压泄复压试验方法尚属首次。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.电子单机产品的正压泄复压试验系统，包括容器分系统、正压试验分系统、测量和控制分系统，其中，容器分系统为不锈钢材质卧式可移动无油压力容器，内部工作介质为干燥空气或氮气，正压试验分系统由安全阀、压力表、质量流量控制器、气体管路和各个手动阀组成，压力容器上设置压力表，并依次通过阀门一、阀门三、质量流量控制器和阀门六进行气体管路连接，阀门一和阀门三之间通过阀门二、阀门五连通到质量流量控制器与阀门六之间的气体管路上，氮气源通过阀门四连通到阀门三与质量流量控制器之间，测量和控制分系统对压力容器的真空度、质量流量控制器的流量和各阀门的开关进行控制，实现压力数据的实时显示、储存，设备运行状态参数的传递。

2.如权利要求1所述的正压泄复压试验系统，其中，安全阀工作压力为0.4MPa，在容器压力超过0.4MPa时自动泄压，泄复压用气体管路和手动阀门能够承受0.5MPa的正压。

3.如权利要求1所述的正压泄复压试验系统，其中，质量流量控制器根据容器分系统的容积确定。

4.如权利要求1所述的正压泄复压试验系统，其中，测量和控制分系统由PLC、工控机、继电器、机柜和直流电源构成。

5.如权利要求1所述的正压泄复压试验系统，其中，容器的强度为常温承受0.5MPa的正压，容器尺寸选用1.0mx2.0m。

6.电子单机产品的正压泄复压试验方法，使用了权利要求1-5任一项所述的正压泄复压试验系统，包括如下步骤：

1）正压试验过程中，将试件放入压力容器内的平台之上，将容器进行密封，密封完毕后，设置试验工况；

2）进行正压试验，将阀门三和阀门六关闭，阀门一、阀门二、阀门四和阀门五开启，试验时，充入正压阶段由氮气或干燥空气由气源供给压力气体，气体流经阀门四，受质量流量控制器控制后，依次流经阀门五，阀门二和阀门一，为容器进行增压，其中，通过质量流量控制器控制后，整个充压速率不低于1.0kPa/min，充压至0.22MPa,其中保证充气速率允差50%，压力允差10%；

3）进行保压试验，保证压力稳定在0.22MPa，保压24小时，压力无明显波动；

4）进行泄压，阀门二、阀门四、阀门五关闭，阀门一、阀门三、阀门六开启，气体流经阀门一、阀门三、质量流量控制器，通过阀门六排空至大气，泄压过程泄压速率不低于1.0kPa/min，速率允差50%，当容器压力低于105kPa时，将阀门一、阀门三、质量流量控制器及阀门六开至最大，按设备的最大能力进行泄压；从充正压开始到泄压完毕，试验进行整一个正压循环，按试验需求重复进行该过程。

7.如权利要求6所述的试验方法，其中，当试验工况结束后，泄压至常压，开启试验容器，取出试件进行参数测试，检验试件是否满足正压泄复压性能测试。

8.如权利要求6所述的试验方法，其中，氮气源采用的是高压气体。