CN109540240A - 气体质量法容量校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体质量法容量校准装置，其包括气体称量系统和流量循环系统；气体称量系统包括高压气瓶以及质量测量部件；流量循环系统包括循环管路，循环管路上串联有循环泵、温度传感器、第一压力传感器；循环管路的两端分别为第一接口和第二接口；循环管路上还设有用于调节循环管路内气体温度的温控系统；高压气瓶和循环管路之间通过进气管路连通；高压气瓶和循环管路之间依次设有用于降低气体压力的压力控制系统和用于控制气体流量的流量控制系统；压力控制系统和流量控制系统均设于进气管路上。本发明可以对内部狭小且人无法进入直接测量的容器进行容积测量，具有很高的安全性，测量效率高，测量精度高。

Description

气体质量法容量校准装置

技术领域

本发明涉及容积测量装置，特别涉及一种气体质量法容量校准装置。

背景技术

航天技术已经在世界范围内取得了巨大的进展，广泛应用于科学、军事、国民经济和社会生活的许多部门，产生了极其重大而深远的影响。无论哪种航天器，它们的工作无疑都离不开燃料。而由于在宇宙中无法随时补充燃料，所以这些航天器必须携带足够的燃料。但是受航天器重量和体积的限制，航天器所携带的燃料也不能无限增加。因此必须对其燃料储箱(舱)进行准确计量，既确保完成任务所需，又不会造成重量和体积的浪费。

对容器的容积的测量，目前有几何测量法和液体容量比较法两种。

几何测量法是对被测容器的几何尺寸进行测量，使用全站仪、激光测距仪、测厚仪、尺等计量工具，然后将测量数据输入计算机，利用专用计算软件建立几何模型，再进行处理计算后给出被测容器的容量值。

液体容量比较法通常是以水或油为介质，通过标准量器来直接传递容量值。

对于航空器来说，上述的测量方法存在以下缺陷：

1、几何测量法：由于航天器燃料储箱(舱)的空间狭小，密封完整，人员无法携带仪器进入测量，所以不适用。

2、容量比较法：使用该方法对航天器燃料储箱(舱)容积进行计量时，所使用液体介质会残留在被测容器壁上。而航天器燃料储箱(舱)要装载的是液氢、液氧等特殊燃料，残留的液体会影响燃料纯度，从而影响航天器的推进效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种气体质量法容量校准装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种气体质量法容量校准装置，其包括气体称量系统和流量循环系统；气体称量系统包括高压气瓶以及用于测量高压气瓶质量的质量测量部件；流量循环系统包括循环管路，循环管路上串联有循环泵、温度传感器、第一压力传感器；循环管路的两端分别为第一接口和第二接口；循环管路上还设有用于调节循环管路内气体温度的温控系统；高压气瓶和循环管路之间通过进气管路连通；高压气瓶和循环管路之间依次设有用于降低气体压力的压力控制系统和用于控制气体流量的流量控制系统；压力控制系统和流量控制系统均设于进气管路上。

压力控制系统包括减压阀和第二压力传感器；第二压力传感器为两个，两个第二压力传感器分别设于减压阀的两侧。减压阀用于减压，两个第二压力传感器分别测量减压阀两侧管路的压力。由于进气管路的内腔体积是已知的，根据第二压力传感器测得的气体压力，可以计算进气管路中气体的质量。

流量控制系统包括流量控制器和第一电动球阀；第一电动球阀设于流量控制器和循环管路之间。设置流量控制器，可以控制气体流量。充气完毕，关闭第一电动球阀，气体不再流入循环管路。

流量控制系统还包括第一手动球阀；第一手动球阀与流量控制器为并联设置；第一手动球阀的两端分别连接于进气管路和循环管路。这样，也可以手动控制充气。

循环管路上还设有流量监测仪。通过流量监测仪，可以对循环管路内气体流量进行监测。

温控系统为两个，两个温控系统分别靠近第一接口和第二接口；第一压力传感器为两个，两个第一压力传感器分别靠近第一接口和第二接口。两个温控系统，可以加快对循环管路及待测容器中气体温度的调节，使得气体温度尽快达到恒温。两个第一压力传感器分别测量待测容器的两个端口的压力，可以精准地确定循环管路及待测容器内气体压力达到平衡，使得对待测容器的容积测量更精确。

温度传感器为四个，每个温控系统的两侧各设有两个温度传感器。四个温度传感器可以对温控系统两端的气体温度进行测量，使得温度测量更精确，进而使使得对待测容器的容积测量更准确。

循环管路上还设有气体释放管路，气体释放管路上设有第一截止阀；气体释放管路的端部设有第一消音器。通过释放管路，可以在测量后将循环管路及待测容器内的气体放掉，避免杂质残留给待测容器，从而避免给待测容器带来污染。

流量控制系统和压力控制系统之间的进气管路上连接有第一安全阀；所述气体质量法容量校准装置还包括气体收集容器；第一安全阀连接于气体收集容器；气体收集容器上设有第三压力传感器和爆破片；气体收集容器上还设有第二截止阀，第二截止阀上连接有第二消音器。设置第一安全阀，可以避免因气体压力过大给后面的设备带来损害。设置气体收集容器，可以收集从泄露的气体，从而使对待测容器的容积测量更精确。

流量控制系统和循环管路之间的进气管路上连接有第二安全阀；第二安全阀连接于气体收集容器；第二安全阀和进气管路之间设有第二电动球阀。设置第一安全阀，可以避免因气体压力过大给后面的设备带来损害。设置第二电动球阀可以避免第二安全阀造成气体泄露。

本发明的积极进步效果在于：本发明的装置，可以对内部狭小且人无法进入直接测量的容器进行容积测量，具有很高的安全性，测量效率高，测量精度高。本发明的装置在测量后，无杂质残留于待测容器内，可以使待测容器不被污染，特别适用于装载燃料的容器。本发明应用广泛，可以应用于航天和船舶等领域，能够带来很高的经济效益。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

如图1所示，一种气体质量法容量校准装置，其包括气体称量系统10和流量循环系统20。

气体称量系统10包括高压气瓶11以及用于测量高压气瓶质量的质量测量部件12。质量测量部件可以为电子秤。高压气瓶可以一个，也可以为两个，或两个以上。

流量循环系统20包括循环管路23，循环管路23上串联有循环泵24、温度传感器25、第一压力传感器26。循环管路23的两端分别为第一接口21和第二接口22。循环管路23上还设有流量监测仪27，以及用于调节循环管路内气体温度的温控系统30。

高压气瓶11和循环管路23之间通过进气管路40连通。本实施例中，进气管路和循环管路的连接点，可以设于循环泵和流量监测仪之间。

高压气瓶11和循环管路23之间依次设有用于降低气体压力的压力控制系统50和用于控制气体流量的流量控制系统60。压力控制系统50和流量控制系统60均设于进气管路40上。

压力控制系统50包括减压阀51和第二压力传感器52。第二压力传感器52为两个，两个第二压力传感器52分别设于减压阀51的两侧。减压阀用于减压，两个第二压力传感器分别测量减压阀两侧管路的压力。

流量控制系统60包括流量控制器61和第一电动球阀62。第一电动球阀62设于流量控制器61和循环管路23之间。充气完毕，关闭第一电动球阀，气体不再流入循环管路。

流量控制系统60还包括第一手动球阀63。第一手动球阀63与流量控制器61为并联设置；第一手动球阀63的两端分别连接于进气管路40和循环管路23。这样，也可以手动控制充气。

本实施例中，温控系统30为两个，两个温控系统30分别靠近第一接口21和第二接口22。第一压力传感器26为两个，两个第一压力传感器26分别靠近第一接口21和第二接口22。

温度传感器25为四个，每个温控系统30的两侧各设有两个温度传感器25。

循环管路23上还设有气体释放管路80，气体释放管路80上设有第一截止阀。第一截止阀可以为一个，也可以为两个。当第一截止阀为两个时，两个第一截止阀并联设置。本实施例中，第一截止阀为两个，其中一个第一截止阀81为手动截止阀，另一个第一截止阀82为气动截止阀。气体释放管路80的末端部设有第一消音器83，这样，可以降低气体释放时产生的噪音。

流量控制系统60和压力控制系统50之间的进气管路上连接有第一安全阀71。

本实施例的气体质量法容量校准装置还包括气体收集容器70。第一安全阀71连接于气体收集容器70。气体收集容器70上设有第三压力传感器73和爆破片77。当减压阀出来的气体压力过高时，第一安全阀打开，气体进入气体收集容器，避免过高压力的气体对流量控制器造成损害。

流量控制系统60和循环管路23之间的进气管路40上连接有第二安全阀72；第二安全阀72连接于气体收集容器70；第二安全阀72和进气管路40之间设有第二电动球阀74。当第一电动球阀出来的气体压力过高时，第二安全阀打开，气体进入气体收集容器，避免过高压力的气体对循环管路内的部件造成损害。第二电动球阀可以避免第二安全阀漏气。

气体收集容器70上还设有第二截止阀75，该第二截止阀为气动截止阀，第二截止阀75上连接有第二消音器76。当需要释放气体收集容器内的气体时，可以打开第二截止阀释放气体。第一消音器可以降低气体释放时产生的噪音。

高压气瓶11和压力控制系统50之间的进气管路40上设有第三截止阀41。本实施例中第三截止阀41为气动截止阀，第三截止阀41闭合时，可以阻止高压气瓶的气体进入压力控制系统。第三截止阀41上还可以并联第二手动球阀42，以达到手动控制的效果。

第一接口21和第二接口22分别连接有气体输送管28，该气体输送管28可以为金属软管。每个气体输送管28均连接有第三手动球阀29。该两个第三手动球阀29与待测容器90连接。

气体质量法容量校准装置还包括气泵91，气泵连接于气动截止阀，用于以提供气源。

本发明的气体质量法容量校准装置的运行原理为：

高压气瓶向进气管路供气，气体经减压阀减压后进入循环管路。气体分两路，分别经过第一接口和第二接口进入待测容器。对待测容器充气结束后，第一电动球阀和第一手动球阀关闭。循环泵使气体在循环管路和待测容器中流动，温控系统对循环管路中的气体进行温度调节，这样，使得循环管路中气体的温度和待测容器内的气体温度相同，循环管路中气体的压力和待测容器内的气体的压力相同。

质量测量部件测出高压气瓶减少的气体质量。

进气管路的内腔体积是已知的，根据第二压力传感器测得的气体压力，可以计算进气管路中气体的质量。

循环管路的内腔体积是已知的，根据第一压力传感器测得的气体压力，可以计算出循环管路中气体的质量。

高压气瓶减少的气体质量减去进气管路中气体的质量，再减去循环管路中气体的质量，可以计算出待测容器中气体的质量。

如果部分气体经过第一安全阀或第二安全阀进入气体收集容器，还要再减去气体收集容器中气体的质量，才得到待测容器中气体的质量。其中，由于气体收集容器的体积是已知的，根据第三压力传感器测得的气体收集容器内气体压力，可以计算气体收集容器中气体的质量。

在得到待测容器中气体质量的基础上，根据温度传感器测得的温度以及第一压力传感器测得的待测容器中气体的压力，就可以准确地计算出待测容器的体积。

本发明的气体质量法容量校准装置，流量循环系统可以使被测容器充气完成后的温度恒定。在气体循环的过程中，如果仅仅依靠器壁和管壁的热交换来达到平衡，时间将会相对漫长。为了加快热平衡的速度，在循环管路上设置温控系统，对气体进行温度调节。

本发明中，在流量控制器前后分别设置第一安全阀和第二安全阀，根据流量控制器的耐压要求，经减压阀减压后最大压力可至1MPa，流量控制器后压力即待测容器前压力根据待测容器的耐压要求进行调节。由于本装置对气体管路的气密性要求较高，但工业上常用的安全阀并不能保证绝对的密封性能，为了避免在对待测容器充气过程中安全阀的泄露对容积校准造成影响，设计气体收集容器。第一安全阀和第二安全阀泄露的气体流入气体收集容器中。爆破片连接至气体收集容器上，可以避免容器的压力对安全阀的背压造成显著升高而对安全阀的开启压力造成影响，爆破压力小于0.1Mpa。由第三压力传感器测量气体收集容器内的压力变化。当压力值明显升高而又不致到达爆破压力时，记录气体收集容器内的压力变化并打开第二截止阀进行放气。待容器内恢复至常压后关闭第二截止阀继续进行气体收集。当对待测容器充气结束后，关闭了相应的进气通道，待测容器已不存在超压风险，为避免安全阀的继续露气，此时可关闭第二电动球阀。

当测量完毕后，打开第一截止阀，待测容器内的气体从释放管路释放，从而使待测容器内部无杂质残留。

本发明的装置，可以对内部狭小且人无法进入直接测量的容器进行容积测量，具有很高的安全性，测量效率高，测量精度高。

本发明的装置在测量后，无杂质残留于待测容器内，可以使待测容器不被污染，特别适用于装载燃料的容器。

本发明应用广泛，可以应用于航天和船舶等领域，能够带来很高的经济效益。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气体质量法容量校准装置，其特征在于，其包括气体称量系统和流量循环系统；气体称量系统包括高压气瓶以及用于测量高压气瓶质量的质量测量部件；流量循环系统包括循环管路，循环管路上串联有循环泵、温度传感器、第一压力传感器；循环管路的两端分别为第一接口和第二接口；循环管路上还设有用于调节循环管路内气体温度的温控系统；高压气瓶和循环管路之间通过进气管路连通；高压气瓶和循环管路之间依次设有用于降低气体压力的压力控制系统和用于控制气体流量的流量控制系统；压力控制系统和流量控制系统均设于进气管路上。

2.如权利要求1所述的气体质量法容量校准装置，其特征在于，压力控制系统包括减压阀和第二压力传感器；第二压力传感器为两个，两个第二压力传感器分别设于减压阀的两侧。

3.如权利要求1所述的气体质量法容量校准装置，其特征在于，流量控制系统包括流量控制器和第一电动球阀；第一电动球阀设于流量控制器和循环管路之间。

4.如权利要求3所述的气体质量法容量校准装置，其特征在于，流量控制系统还包括第一手动球阀；第一手动球阀与流量控制器为并联设置；第一手动球阀的两端分别连接于进气管路和循环管路。

5.如权利要求1所述的气体质量法容量校准装置，其特征在于，循环管路上还设有流量监测仪。

6.如权利要求1所述的气体质量法容量校准装置，其特征在于，温控系统为两个，两个温控系统分别靠近第一接口和第二接口；第一压力传感器为两个，两个第一压力传感器分别靠近第一接口和第二接口。

7.如权利要求6所述的气体质量法容量校准装置，其特征在于，温度传感器为四个，每个温控系统的两侧各设有两个温度传感器。

8.如权利要求1所述的气体质量法容量校准装置，其特征在于，循环管路上还设有气体释放管路，气体释放管路上设有第一截止阀；气体释放管路的端部设有第一消音器。

9.如权利要求1所述的气体质量法容量校准装置，其特征在于，流量控制系统和压力控制系统之间的进气管路上连接有第一安全阀；所述气体质量法容量校准装置还包括气体收集容器；第一安全阀连接于气体收集容器；气体收集容器上设有第三压力传感器和爆破片；气体收集容器上还设有第二截止阀，第二截止阀上连接有第二消音器。

10.如权利要求9所述的气体质量法容量校准装置，其特征在于，流量控制系统和循环管路之间的进气管路上连接有第二安全阀；第二安全阀连接于气体收集容器；第二安全阀和进气管路之间设有第二电动球阀。