CN113091850A - 基于液体容器的电容液位计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于液体容器的电容液位计，包括：上连接段、连续测量段和下连接段，所述连续测量段的两端分别通过上封头和下封头与所述上连接段和所述下连接段绝缘连接；所述连续测量段包括：管、外管和设置在内管和外管之间的绝缘垫片；所述连续测量段的两端分别通过连接件与所述上封头和所述下封头固定连接；所述内管上的引线片通过所述连接件与所述内管固定连接；所述连接件包括：螺栓、内衬金属垫和绝缘垫；其中，所述内衬金属垫设置在所述螺栓和所述绝缘垫之间。本发明能够提高电容液位计的安全性，避免电容液位结构松动和损坏造成的多余物，进而避免多余物对涡轮流量计甚至是发动机造成损坏。

Description

基于液体容器的电容液位计
技术领域
本发明涉及液位计技术领域，具体涉及一种基于液体容器的电容液位计。
背景技术
液体火箭发动机通常使用液氢、甲烷、煤油等液体推进剂作为燃料，同时使用液氧作为氧化剂。在发动机组装到箭体前需要进行大量的地面试验，考核其性能及可靠性。在地面试验中，发动机使用的液体燃料和氧化剂都是通过槽车从生产地运输并加注到贮罐，并且通过加注管道工艺系统输送到发动机。液位计就是用来测定贮罐中的液面高度，根据已知的贮罐的横截面面积计算出液体燃料和氧化剂的加注量或者消耗量。
测定贮罐液面高度具有重要意义，而且贮罐内的温度最高可达零下180摄氏度。不同型号或者不同试验目的的发动机试验推进剂耗量都不同。通过液位计监测贮罐的液位并在关键的上下液位点发出报警，在加注过程准确控制加注量，而在发动机试验中可作为关机判据，避免发动机空液后发生气蚀损坏。同时，液位计可测定发动机试验过程的推进剂耗量后，可测算发动机工作的稳态流量，从而评定发动机工作性能。
但是，现有的液位计存在掉落碎片或螺栓的风险，造成液体燃料和氧化剂中存在多余物，多余物从容器出口进入管道及前端系统，可造成涡轮流量计甚至是发动机的损坏。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于液体容器的电容液位计，能够提高电容液位计的安全性，避免电容液位结构松动和损坏造成的多余物，进而避免多余物对涡轮流量计甚至是发动机造成损坏。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种基于液体容器的电容液位计，包括：上连接段、连续测量段和下连接段，所述连续测量段的两端分别通过上封头和下封头与所述上连接段和所述下连接段绝缘连接；所述连续测量段包括：内管、外管和设置在内管和外管之间的绝缘垫片；所述连续测量段的两端分别通过连接件与所述上封头和所述下封头固定连接；
所述内管上的引线片通过所述连接件与所述内管固定连接；
所述连接件包括：螺栓、内衬金属垫和绝缘垫；其中，所述内衬金属垫设置在所述螺栓和所述绝缘垫之间。
其中，分别在所述上连接段的外侧和所述连续测量段外侧设置有带孔的外套管，在所述下连接段的底部设置带孔的盲板。
其中，在所述上封头的外侧和所述下封头的外侧设置钢罩。
其中，在所述下封头承受所述连续测量段的位置设置钢垫。
其中，在所述内管与所述上封头、所述下封头的连接处设置钢接头。
其中，在所述下连接段的底部设置有铰支座。
其中，所述外套管的内侧连接一非金属套管；且外管上设置有限位圈；非金属套管设置在限位圈与上封头之间。
由上述技术方案可知，本发明提供一种基于液体容器的电容液位计，包括：上连接段、连续测量段和下连接段，所述连续测量段的两端分别通过上封头和下封头与所述上连接段和所述下连接段绝缘连接；所述连续测量段包括：内管、外管和设置在内管和外管之间的绝缘垫片；所述连续测量段的两端分别通过连接件与所述上封头和所述下封头固定连接；所述内管上的引线片通过所述连接件与所述内管固定连接；所述连接件包括：螺栓、内衬金属垫和绝缘垫；其中，所述内衬金属垫设置在所述螺栓和所述绝缘垫之间，能够提高电容液位计的安全性，避免电容液位结构松动和损坏造成的多余物，进而避免多余物对涡轮流量计甚至是发动机造成损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于液体容器的电容液位计的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于液体容器的电容液位计中连续测量段的原理图；
图3为本发明实施例提供的基于液体容器的电容液位计与容器连接示意图；
图4为本发明实施例提供的基于液体容器的电容液位计中外管引线片处的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的基于液体容器的电容液位计中下封头处的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的基于液体容器的电容液位计中底部盲板的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的基于液体容器的电容液位计中球面活节的结构剖视图；
图8为本发明实施例提供的基于液体容器的电容液位计中球面活节的俯视图。
图9为本发明实施例提供的基于液体容器的电容液位计中非金属套管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种基于液体容器的电容液位计，基于液体容器的电容液位计能够测量液体容器中的液面高度，如图1所示，该液位计分为上连接段、连续测量段、下连接段三部分。连续测量段实现容器液位的测量；上封头、下封头将连续测量段与上连接段、下连接段隔离并绝缘，连续测量段的信号线穿过上连接段和液位计法兰孔后与连接容器法兰的接线端子上。
参见图2，连续测量段利用液位的变化使电容值改变的原理进行测量。连续测量段包括内管3、外管2和绝缘垫片1；内管3和外管2同轴装配组成传感器的内外两个电极，绝缘垫片1用来隔离内外电极，使两者彼此绝缘。绝缘垫1、内管3和外管2上都有孔，以便被测液体自由地流进或流出。液位高度可由测得的电容变化量，外管内径D，内管外径d，气液相对介电常数确定。
参见图3，上连接段通过法兰用户液体容器的法兰固定连接；下连接段插入容器中的喇叭口限位并且固定。
在液动和温变环境作用下液位计的一些螺钉会松脱并且掉出，而后进入贮罐，并且随着推进剂液体进入前端系统，造成多余物，对系统产生破坏风险。在某发动机试验中发生过液氧、液氢多个贮罐螺钉掉落并造成涡轮流量损坏。
在本实施例中，将螺钉替换为连接件，连接件包括：螺栓、内衬金属垫和绝缘垫；其中，内衬金属垫设置在螺栓和绝缘垫之间。绝缘垫具有绝缘性能，采用非金属材料，绝缘垫在后0至-273℃温区内平均线膨胀系数是钢的5-10倍。因此，在常温安装拧紧，低温状态下绝缘垫比螺栓收缩量大，螺栓容易松脱。因此，螺栓不能直接压紧在绝缘垫上。为改善螺栓松脱，在绝缘垫增加内衬金属垫，使螺栓直接压在金属垫上，保证变形一致。在本实施例中，连接件用于电连接内管与外管上引线片。
参见图4，内管上的引线片通过连接件与内管固定连接；图4中，内衬金属垫为钢垫。参见图5，下连接段的固定螺栓，内管与下连接段需要增加内衬金属垫，图5中内衬金属垫为钢垫。
在本实施例中，在上封头的外侧和下封头的外侧设置钢罩，加强封头强度。在下封头承受测量管段重量的位置增加钢垫，能够增大接触面积进而减小压应力。在封头和内管连接处增加钢接头，避免非金属封头上开螺纹，产生裂纹敏感位置。
进一步的，分别在上连接段的外侧和连续测量段外侧设置有带孔的外套管，避免上连接段和连续测量段的螺栓松脱掉出。其中，外套管与外管之间设置有径向的非金属的隔离件；该隔离件优选为环形且设置在外套管内。
参见图6，在下连接段的底部设置带孔的盲板。
上封头和下封头具有绝缘性能，采用非金属材料，在低温状态下常有开裂情况，导致液位计损坏，封头碎片还可能成为多余物而破坏系统。主要原因是非金属材料强度低，并且在低温状态下易发生冷脆。
在液流力作用下液位计的下连接段会承受较大弯曲应力并且随着且随着液位测量高度增加应力增大。
在本实施例中，采用下端增加喇叭口下限位，将单侧固支转化成固支(液位计法兰)和铰支(喇叭口限位)联合，将整体应力降低一半。
为避免上下支撑不同轴引起安装应力，参见图7，在上连接段和连续测量段之间增加球面活节。为避免活节过大的转动引起信号线的扭转断裂，参见图8，活节轴向、周向都通过控制球面杆和球座的配合间隙来控制自由度，轴向1度、周向4度。
在本实施例中，低温环境使用后取出电容液位计会导致电容液位计的冷热变形不一致，电容液位计外管和内芯温度降速不一致，其中，内芯包含外管、内管以及内外管之间的连接附件。外套管完全暴露在空气中，迅速换热升温到常温状态，长度伸长。内芯封装在外套管内部，内芯升温较慢，处于低温状态，长度不变。电容液位计的冷热变形不一致易导致电容液位计的底部连接受载损坏。
参见图9，在本实施例中，在金属外套管内侧连接一非金属套管；且外管上设置有限位圈；非金属套管设置在限位圈与上封头之间。迅速换热升温到常温状态而膨胀，由于外管内侧设置有非金属套管，外管可在非金属套管是上进行拉伸，避免外管直接与上封头固定连接，进而可以避免电容液位计因冷热不均导致电容液位计的损坏。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种基于液体容器的电容液位计，包括：上连接段、连续测量段和下连接段，所述连续测量段的两端分别通过上封头和下封头与所述上连接段和所述下连接段绝缘连接；所述连续测量段包括：内管、外管和设置在内管和外管之间的绝缘垫片；其特征在于，所述连续测量段的两端分别通过连接件与所述上封头和所述下封头固定连接；
所述内管上的引线片通过所述连接件与所述内管固定连接；
所述连接件包括：螺栓、内衬金属垫和绝缘垫；其中，所述内衬金属垫设置在所述螺栓和所述绝缘垫之间。
2.根据权利要求1所述的基于液体容器的电容液位计，其特征在于，分别在所述上连接段的外侧和所述连续测量段外侧设置有带孔的外套管，在所述下连接段的底部设置带孔的盲板。
3.根据权利要求1所述的基于液体容器的电容液位计，其特征在于，在所述上封头的外侧和所述下封头的外侧设置钢罩。
4.根据权利要求1所述的基于液体容器的电容液位计，其特征在于，在所述下封头承受所述连续测量段的位置设置钢垫。
5.根据权利要求1所述的基于液体容器的电容液位计，其特征在于，在所述内管与所述上封头、所述下封头的连接处设置钢接头。
6.根据权利要求1所述的基于液体容器的电容液位计，其特征在于，在所述下连接段的底部设置有铰支座。
7.根据权利要求1所述的基于液体容器的电容液位计，其特征在于，所述外套管的内侧连接一非金属套管；且外管上设置有限位圈；非金属套管设置在限位圈与上封头之间。
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