CN111678636A - 一种非接触式压强测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压强测量装置及方法，具体涉及一种非接触式压强测量装置及方法，适用于火箭姿轨控动力系统中气瓶模块的压强测量，也普适于其他有压强测量需求的压强容器。本发明的目的是解决现有技术中存在的降低原有结构密封可靠性与安全性，不利于长期压强监测的技术问题，提供一种非接触式压强测量装置及方法。该装置包括电缆、解调器、应变传感器和温度传感器；所述应变传感器和温度传感器分别粘贴于待测气瓶模块承压壳体外表面上；所述应变传感器和温度传感器均通过电缆连接解调器；所述解调器上设置有校准值输入设备接口。该方法利用该装置进行。

Description

一种非接触式压强测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种压强测量装置及方法，具体涉及一种非接触式压强测量装置及方法，适用于火箭姿轨控动力系统中气瓶模块的压强测量，也普适于其他有压强测量需求的压力容器。
背景技术
目前，测量气瓶压强时，通常需在气瓶上增加测压接口和测压导管，这种测压方式的优点是操作简单和测量便捷，其缺点是增加了气体泄漏环节，破坏了气瓶原有的密封可靠性，同时增加的测压导管也降低了原有结构的安全性。对可靠性、安全性要求高的产品来说，并不是一种最优的压强测量解决方案。
尤其对于需要长期贮存高压气体并进行压强监测的高可靠性火箭姿轨控动力系统而言，该压强测量方式已经不能满足当前测压需要。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的降低原有结构密封可靠性与安全性，不利于长期压强监测的技术问题，提供一种非接触式压强测量装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：
本发明提供一种非接触式压强测量装置，其特殊之处在于：包括电缆、解调器、一个应变传感器和一个温度传感器；
所述应变传感器和温度传感器分别粘贴于待测气瓶模块承压壳体外表面上；
所述应变传感器和温度传感器均通过电缆连接解调器；
所述解调器上设置有校准值输入设备接口。
本发明还提供一种非接触式压强测量装置，其特殊之处在于：包括电缆、解调器、多个应变传感器和多个温度传感器；
多个应变传感器和多个温度传感器均匀粘贴于待测气瓶模块承压壳体外表面上，且各个应变传感器和温度传感器之间互不接触；
所述应变传感器和温度传感器均通过电缆连接解调器；
所述解调器上设置有校准值输入设备接口。
进一步地，所述应变传感器的感应端采用金属应变材料。
本发明还提供一种利用所述非接触式压强测量装置进行非接触式压强测量的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)应变-温度-压强映射关系的建立与嵌入
1.1)将气瓶模块连接输气管路，在输气管路上设置压强表；
1.2)通过输气管路向非正式状态下的气瓶内充入一定压强与温度的气体；
1.3)利用所述非接触式压强测量装置对气瓶模块承压壳体外表面的微应变值进行测量，将测得的微应变值通过电缆输入解调器中；
1.4)改变充入气瓶气体的压强值与温度值，重复步骤1.2)至步骤1.3)的操作，得到不同压强、不同温度下的微应变值，建立应变-温度-压强映射关系并将其嵌入解调器中；
2)压强值测量
利用所述非接触式压强测量装置对正式状态下的气瓶模块承压壳体外表面进行检测，测得一组微应变值和温度值，将该组微应变值和温度值带入预先嵌入的应变-温度-压强映射关系进行解算，得到气瓶模块的压强值。
本发明还提供一种利用所述非接触式压强测量装置进行非接触式压强测量的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)应变-温度-压强映射关系的建立与嵌入
1.1)将气瓶模块连接输气管路，在输气管路上设置压强表；
1.2)通过输气管路向非正式状态下的气瓶内充入一定压强与温度的气体；
1.3)利用所述非接触式压强测量装置对气瓶模块承压壳体外表面的微应变值进行测量，将测得的多个微应变值通过电缆输入解调器中；
1.4)改变充入气瓶气体的压强值与温度值，重复步骤1.2)至步骤1.3)的操作，得到不同压强、不同温度下的多个微应变值，建立多个应变-温度-压强映射关系，一个应变-温度-压强映射关系对应一个应变传感器；
1.5)将步骤1.4)所得的多个应变-温度-压强映射关系嵌入解调器中；
2)压强值测量
2.1)利用所述非接触式压强测量装置对正式状态下的气瓶模块承压壳体外表面进行检测，测得多个微应变值和多个温度值；
2.2)对多个温度值进行筛选或计算，得到一个最接近被测部位实际温度的最终温度值；
2.3)将步骤2.2)所得最终温度值和步骤2.1)测得的多个微应变值带入预先嵌入的对应的应变-温度-压强映射关系进行解算，得到气瓶模块的多个压强值；
2.4)对多个压强值进行筛选或计算，得到一个最接近待测气瓶模块实际压强的压强值并将其作为最终压强值，所述最终压强值不超过气瓶预先设计和实际使用时的最大压强值。
本发明相比现有技术具有的有益效果如下：
1、本发明提供的非接触式压强测量装置及方法，不需要改变被测气瓶模块的结构，故不会影响被测气瓶模块的结构完整性与密封可靠性，可进行长期压强监测。
2、本发明提供的非接触式压强测量装置及方法，相比于现有的测压方式，测压装置不直接接触高压介质，即不增加介质泄露环节，亦可满足对腐蚀性介质测压的需求，安全性更高。
3、本发明提供的非接触式压强测量装置，整体装配结构紧凑，可适用于多种火箭的测压要求，且具有集成化程度高、体积小，重量轻和操作便捷的特点，有效满足了火箭对于测压安全性、便捷性以及长期压强监测的需求。
4、应变传感器和温度传感器均采用冗余设计，即均设计为多个，且都均匀设置于待测气瓶模块承压壳体外表面上，可以满足长期贮存压强容器对于压强测量精度与可靠性的要求。
5、应变传感器的感应端采用的金属应变材料，具有环境适应性强、频率特性好、成本低的优点。
附图说明
图1为本发明非接触式压强测量装置的结构示意图；
附图标记说明：
1-应变传感器、2-温度传感器、3-电缆、4-解调器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
本发明提供一种非接触式压强测量装置，包括电缆3、解调器4、一个应变传感器1和一个温度传感器1；所述应变传感器1和温度传感器2分别粘贴于待测气瓶模块承压壳体外表面上；所述应变传感器1和温度传感器2均通过电缆3连接解调器4；所述解调器4上设置有校准值输入设备接口，所述校准值输入设备可以是计算机，也可以是其他输入设备。
为了提高测量精度与可靠性，所述应变传感器1和温度传感器2均可采用了冗余设计，即采用多个应变传感器1和多个温度传感器2，多个应变传感器1和多个温度传感器2均匀粘贴于待测气瓶模块承压壳体外表面上，且各个应变传感器1和温度传感器2之间互不接触(不相互影响即可)。所述应变传感器1的感应端采用金属应变材料(金属应变片)，具有环境适应性强、频率特性好、成本低的优点。
利用包含一个应变传感器1和一个温度传感器2的非接触式压强测量装置进行非接触式压强测量的方法，包括以下步骤：
1)应变-温度-压强映射关系的建立与嵌入
1.1)将气瓶模块连接输气管路，在输气管路上设置压强表；
1.2)通过输气管路向非正式状态下的气瓶内充入一定压强与温度的气体；
1.3)利用所述非接触式压强测量装置对气瓶模块承压壳体外表面的微应变值进行测量，将测得的微应变值通过电缆3输入解调器4中；
1.4)改变充入气瓶气体的压强值与温度值，重复步骤1.2)至步骤1.3)的操作，得到不同压强、不同温度下的微应变值，建立应变-温度-压强映射关系并将其嵌入解调器4中；
2)压强值测量
利用所述非接触式压强测量装置对正式状态下的气瓶模块承压壳体外表面进行检测，测得一组微应变值和温度值，将该组微应变值和温度值带入预先嵌入的应变-温度-压强映射关系进行解算，得到气瓶模块的压强值。
利用包含多个应变传感器1和多个温度传感器2的非接触式压强测量装置进行非接触式压强测量的方法，包括以下步骤：
1)应变-温度-压强映射关系的建立与嵌入
1.1)将气瓶模块连接输气管路，在输气管路上设置压强表；
1.2)通过输气管路向非正式状态下的气瓶内充入一定压强与温度的气体；
1.3)利用所述非接触式压强测量装置对气瓶模块承压壳体外表面的微应变值进行测量，将测得的多个微应变值通过电缆3输入解调器4中；
1.4)改变充入气瓶气体的压强值与温度值，重复步骤1.2)至步骤1.3)的操作，得到不同压强、不同温度下的多个微应变值，建立多个应变-温度-压强映射关系，一个应变-温度-压强映射关系对应一个应变传感器1；
1.5)将步骤1.4)所得的多个应变-温度-压强映射关系嵌入解调器4中；
2)压强值测量
2.1)利用所述非接触式压强测量装置对正式状态下的气瓶模块承压壳体外表面进行检测，测得多个微应变值和多个温度值；
2.2)对多个温度值进行筛选或计算，得到一个最接近被测部位实际温度的最终温度值，此处可以利用求平均值方式，当然也可以根据具体需要利用其它规则得到温度值，比如选取最大值或最小值，方法不限；
2.3)将步骤2.2)所得最终温度值和步骤2.1)测得的多个微应变值带入预先嵌入的对应的应变-温度-压强映射关系进行解算，得到气瓶模块的多个压强值；
2.4)对多个压强值进行筛选或计算，得到一个最接近待测气瓶模块实际压强的压强值并将其作为最终压强值，所述最终压强值不超过气瓶预先设计和实际使用时的最大压强值，步骤2.4)可以利用一定的表决原则对压强值进行筛选，使用的表决原则是根据实际使用情况设定的，该表决规则还可以根据具体使用条件变化，比如选取最大值或最小值，或者求平均值，方法不限。
上述应变-温度-压强映射关系中，温度值的作用是对压强值进行修正，即用于修正温度变化对压强带来的影响，以提高测量精度。
上述应变-温度-压强映射关系可以是映射关系表，也可以是映射关系式或其他映射关系形式。
若采用映射关系表，形式如下：
Figure BDA0002530876420000061
表中字母含义如下：
T1～T3为气瓶内气体温度值；
ε1～ε3为承压壳体外表面微应变值；
P1～P9为气瓶内气体压强值。
若采用映射关系式，形式如下：
P＝a1*εn+a2*εn-1+···+an*ε+an+1+b1*Tk+b2*Tk-1+···+bn*T+bn+1
式中：
a1～an+1为应变系数；
b1～bn+1为温度系数；
ε为微应变值；
T为温度值。
实施例
要长期监测某型姿控动力系统气瓶压强，气瓶设计压强10MPa，设计温度20℃。利用具有4个应变传感器1和2个温度传感器2的非接触式压强测量装置进行非接触式压强测量的方法，包括以下步骤：
1)应变-温度-压强映射关系的建立与嵌入
1.1)对气瓶模块承压壳体外表面粘贴应变传感器与温度传感器，将粘贴好后的气瓶模块置于高低温箱中，将气瓶模块连接输气管路，在输气管路上设置压强表；
1.2)通过输气管路向非正式状态下的气瓶内充入一定压强与温度的气体；
1.3)利用所述非接触式压强测量装置对气瓶模块承压壳体外表面的微应变值进行测量，将测得的4个微应变值通过电缆3输入解调器4中；
1.4)改变充入气瓶气体的压强值与温度值，重复步骤1.2)至步骤1.3)的操作，通过4个应变传感器分别测量微应变值，即在0℃、5℃、10℃、15℃、20℃的温度条件下和0MPa、5MPa、10MPa的压强条件下(共15种不同条件)分别测量其微应变值，建立4个应变-温度-压强映射关系表，一个应变-温度-压强映射关系表对应一个应变传感器1；
1.5)将步骤1.4)所得的4个应变-温度-压强映射关系表嵌入解调器4中；
2)压强值测量
2.1)利用所述非接触式压强测量装置对正式状态下的气瓶模块承压壳体外表面进行检测，测得4个微应变值和2个温度值；
2.2)对2个温度值求平均，得到温度平均值；
2.3)将步骤2.2)所得温度平均值和步骤2.1)测得的4个微应变值带入预先嵌入的对应的应变-温度-压强映射关系进行解算，得到气瓶模块的4个压强值；
2.4)从4个压强值中，筛选出满足预先设定范围值的压强值，并选取这些压强值中的最大值作为最终压强值；所述预先设定范围值为气瓶正常压强范围(8～10MPa),从而实现了对气瓶压强的监测。
该装置利用应变传感器1应变片的应变-压强特性、温度对应变影响特性、微小应变转换为电信号并经过多级放大去噪，大大降低了测压过程对气瓶模块可靠性的影响，提高了测压过程的安全性，不需要另外接入测压管路，不用直接接触气瓶模块内的高压气体，不会影响气瓶模块原有密封可靠性与安全性。
因为气瓶模块工作状态是在不断向外输送气体，此时一般不需要测压。标定阶段的气瓶模块不是正式的状态，当标定完成、装配到产品上固化后，变成正式状态，此时有长期测压的需求，但此时并未工作，不属于工作状态。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种非接触式压强测量装置，其特征在于：包括电缆(3)、解调器(4)、一个应变传感器(1)和一个温度传感器(2)；
所述应变传感器(1)和温度传感器(2)分别粘贴于待测气瓶模块承压壳体外表面上；
所述应变传感器(1)和温度传感器(2)均通过电缆(3)连接解调器(4)；
所述解调器(4)上设置有校准值输入设备接口。
2.一种非接触式压强测量装置，其特征在于：包括电缆(3)、解调器(4)、多个应变传感器(1)和多个温度传感器(2)；
多个应变传感器(1)和多个温度传感器(2)均匀粘贴于待测气瓶模块承压壳体外表面上，且各个应变传感器(1)和温度传感器(2)之间互不接触；
所述应变传感器(1)和温度传感器(2)均通过电缆(3)连接解调器(4)；
所述解调器(4)上设置有校准值输入设备接口。
3.根据权利要求1或2所述的非接触式压强测量装置，其特征在于：所述应变传感器(1)的感应端采用金属应变材料。
4.一种利用权利要求1所述非接触式压强测量装置进行非接触式压强测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)应变-温度-压强映射关系的建立与嵌入
1.1)将气瓶模块连接输气管路，在输气管路上设置压强表；
1.2)通过输气管路向非正式状态下的气瓶内充入一定压强与温度的气体；
1.3)利用所述非接触式压强测量装置对气瓶模块承压壳体外表面的微应变值进行测量，将测得的微应变值通过电缆(3)输入解调器(4)中；
1.4)改变充入气瓶气体的压强值与温度值，重复步骤1.2)至步骤1.3)的操作，得到不同压强、不同温度下的微应变值，建立应变-温度-压强映射关系并将其嵌入解调器(4)中；
2)压强值测量
利用所述非接触式压强测量装置对正式状态下的气瓶模块承压壳体外表面进行检测，测得一组微应变值和温度值，将该组微应变值和温度值带入预先嵌入的应变-温度-压强映射关系进行解算，得到气瓶模块的压强值。
5.一种利用权利要求2所述非接触式压强测量装置进行非接触式压强测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)应变-温度-压强映射关系的建立与嵌入
1.1)将气瓶模块连接输气管路，在输气管路上设置压强表；
1.2)通过输气管路向非正式状态下的气瓶内充入一定压强与温度的气体；
1.3)利用所述非接触式压强测量装置对气瓶模块承压壳体外表面的微应变值进行测量，将测得的多个微应变值通过电缆(3)输入解调器(4)中；
1.4)改变充入气瓶气体的压强值与温度值，重复步骤1.2)至步骤1.3)的操作，得到不同压强、不同温度下的多个微应变值，建立多个应变-温度-压强映射关系，一个应变-温度-压强映射关系对应一个应变传感器(1)；
1.5)将步骤1.4)所得的多个应变-温度-压强映射关系嵌入解调器(4)中；
2)压强值测量
2.1)利用所述非接触式压强测量装置对正式状态下的气瓶模块承压壳体外表面进行检测，测得多个微应变值和多个温度值；
2.2)对多个温度值进行筛选或计算，得到一个最接近被测部位实际温度的最终温度值；
2.3)将步骤2.2)所得最终温度值和步骤2.1)测得的多个微应变值带入预先嵌入的对应的应变-温度-压强映射关系进行解算，得到气瓶模块的多个压强值；
2.4)对多个压强值进行筛选或计算，得到一个最接近待测气瓶模块实际压强的压强值并将其作为最终压强值，所述最终压强值不超过气瓶预先设计和实际使用时的最大压强值。
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