CN113532692A - 一种低温介质温度分层测温装置及原位标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低温介质温度分层测温装置及原位标定方法，以解决现有推进剂低温致密化后温度分层测量连续性差，受空间限制不能大量增加温度测点的问题。该装置包括测温模块和控制转动模块；测温模块包括旋转杆、测温总线和多根长度不等的测温杆，每根测温杆上安装温度测量传感器，且内部设置有测温线。该原位标定方法首先使用标准的液氮介质在所述低温介质温度分层测温装置的待测温容器中测定在V、2V、3V、4V和5V速度下测温杆的温度曲线，计算得到不同速度下系统温差曲线；然后用相同的测温装置对低温介质进行分层测温得测温结果；最后用系统温差曲线对低温介质测温结果进行修正。
Description
技术领域
本发明涉及低温介质温度分层的温度测量，具体涉及一种低温介质温度分层测温装置及原位标定方法。
背景技术
新一代火箭发动机应用液氧及液甲烷作为推进剂，在实际使用中可通过使用液氮对甲烷和液氧进行低温致密化处理，通过该种方法可以在相同的空间中提供质量更多的推进剂，并且较低的温度对可以增加发动机启动过程的可靠性。
在推进剂低温致密化的研究中，致密化后的推进剂在贮箱内的温度存在分层，精确掌握其分层情况可以对后续的流量测量及发动机验证提供有效的支撑。常规的测量方法采用安装多个温度测点的方式，但是这种测量方法的测量分层连续性差，增加点位又因为在空间上受限而不能大量增加。
发明内容
本发明的目的在于解决现有推进剂低温致密化后温度分层测量连续性差，受空间限制不能大量增加温度测点的问题，提供一种低温介质温度分层测温装置及原位标定方法。
本发明的技术方案为：
本发明提供一种低温介质温度分层测温装置，包括测温模块和控制转动模块；
所述测温模块包括旋转杆、测温总线、温度测试盒、测温组件及旋转杆密封；
测温总线设置在旋转杆内部且与温度测试盒电路相通；
所述测温组件包括多根长度不等的测温杆；多根测温杆均与所述旋转杆垂直连通，且在同一圆周上均匀分布；
所述测温杆一端通过旋转杆连接头与旋转杆相连，测温杆另一端通过温度传感器连接头与温度测量传感器相连，测温杆内部设置有用于连接温度测量传感器和测温总线的测温线；
所述旋转杆密封设置在旋转杆与待测温容器顶盖相接部位；
所述控制转动模块启动可带动旋转杆旋转上移。
进一步地，所述控制转动模块控制测温组件上升的速度为1cm/min～10cm/min。
进一步地，所述旋转杆插入待测温容器的部分为光杆结构，未插入待测温容器部分为丝杆结构。
进一步地，所述测温组件数量为1个，且设置在旋转杆光杆结构的下端。
进一步地，所述测温组件数量为2个，分别为设置在旋转杆光杆结构的下端和中部。
如果空间结构许可，可只在旋转杆的下端底部设置1个测温组件，此时旋转杆的长度为待测温容器的2倍。如果空间有限，除了在旋转杆的下端底部设置1个测温组件外，还可以在旋转杆的光杆部分再均匀设置1个或多个测温组件，可将旋转杆的长度缩短为待测温容器的1.5倍或更短。
进一步地，所述测温模块还包括测温装置支撑，所述测温装置支撑包括至少三根支撑杆及设置在支撑杆上的支撑平面。
测温装置支撑向测温装置提供支撑，使装置更稳定，温度测量更便捷。
进一步地，所述控制转动模块为电机和涡轮蜗杆结构，或者控制转动模块为电机和一对斜齿轮。
进一步地，所述测温组件上端设置有测温总线转接盒，每根测温线均通过所述测温总线转接盒与测温总线电连接。
测温总线接线盒用于存放测温组件安装后多余的测温线，同时设置测温总线接线盒3还可以在测温装置线路出问题时，方便检查问题所在。
本发明还提供一种低温介质温度分层测温装置原位标定方法，包括以下步骤：
步骤1、在待测温容器上设置所述低温介质温度分层测温装置，使用标准的液氮介质对待测温容器进行冷却，冷却完成后在待测温容器中填充液氮，填充至液氮无蒸发，无憋压，之后再继续冷却至少30分钟；
步骤2、启动步骤1中所述测温装置的控制转动模块，旋转杆带动测温组件从初始位置以速度V向测温容器顶部旋转移动进行温度测量，所述初始位置为待测温容器的底部；测量数据由温度测量传感器通过测温总线传输至温度测试盒，将温度测试盒中的数据导出并处理得到每个测温杆的温度曲线；
步骤3、将旋转杆重新放置在初始位置，冷却至少30分钟；
步骤4、冷却完成后，调节控制转动模块使旋转杆带动测温组件分别以速度为2V、3V、4V、5V，重复步骤2和步骤3，依次测得旋转杆不同速度下，每个测温杆的温度曲线，通过与标准液氮的常压下的标准温度对比，得到V、2V、3V、4V和5V不同速度下测温装置的系统温差曲线；
步骤5、将步骤2中所述低温介质温度分层测温装置在待测温容器上，将旋转杆放置在步骤2中所述的初始位置，将液态低温介质通入待测温容器中，当液态低温介质的温度变化小于1℃/min可开始测量；
步骤6、启动步骤5所述测温装置的控制转动模块，所述控制转动模块旋转带动测温组件上长度不等的测温杆旋转上移；当测温杆旋转升至待测温容器顶部，温度测量完毕；
步骤7、步骤6中的测量数据由温度测量传感器通过测温杆内部设置的测温线和旋转杆内部设置的测温总线，传输至温度测试盒，将温度测试盒中的测量数据导出并处理，得低温介质温度分层的测温结果；
步骤8、根据步骤4所得系统温差曲线，对步骤7所得测温结果进行修正。
进一步地，步骤5所述待测温容器中通入的低温介质为液氧或液甲烷。
在进行低温介质温度分层测温时，首先在待测温容器中充入标准液氮进行测定，以得到不同速度下，长度不等测温杆上的温度测量传感器所测结果传输到温度测试盒，将温度测试盒中的数据导出并处理得标准液氮的温度曲线，并将结果与常压下液氮的标准温度对比处理后的到不同速度下系统温差曲线；在实际对液氧或液甲烷进行测量时，可通过标准液氮的测得系统温差曲线对实际测量数据进行标定修正，使试验测量结果更加精准。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的低温介质温度分层装置通过在旋转杆上设置一组或多组测温组件，在每组测温组件上设置长度不等的连接有温度测量传感器的测温杆，可以获得低温介质径向不同径深的温度测量结果，当装置工作时还可以通过测温杆的上移获得轴向的温度测量结果；该装置组装简易，设计精巧，操作简单，不需要增加测温点就可以得到低温介质的三维空间的温度分层结果。
2、在对低温介质进行温度的连续测量时，由于在同一层面分布着长度不同的多个测温杆，因此可以获得待测低温介质在径向上不同角度的温度分层连续数据。通过控制转动模块带动下旋转杆的上升，测温组件不断上升，可获取低温介质在高度方向的温度分层情况，通过整个温度测量过程，可以很好的获得低温介质在完整的温度分层结果。同时，采用标准介质液氮对测温装置进行原位标定，测量不同速度下各个测温杆的系统温差曲线，再用得到的系统温差曲线对低温介质的测量结果进行标定，使温度测量结果更加准确。
附图说明
图1本发明低温介质温度分层测温装置实施例立体图，其中待测温容器的器壁部分切除；
图2为图1中测温组件结构图；
图3为本发明实施例测温杆不同速度下低温介质一个点位的液氮温度示意图；
图4为图3测温杆不同速度下温度场的液氮温度示意图。
附图标记如下：
1-待测温容器，2-底部测温组件，3-测温总线转接盒，4-中部测温组件，5-测温总线，6-旋转杆密封，7-旋转杆，8-测温装置支撑，9-电机，10-温度测试盒，11-测温杆，12-温度测量传感器，13-测温线，14-温度传感器连接头，15-旋转杆连接头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体说明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的低温介质温度分层测温装置以一个Ф500，长度2000mm的待测温容器1为例进行说明，该装置包括测温模块和控制转动模块；
测温模块包括旋转杆7、测温总线5、温度测试盒10、测温组件、测温装置支撑8及旋转杆密封6。
测温总线5设置在旋转杆7内部且与温度测试盒10电路相通；
测温组件包括四根长度不等的测温杆11，测温杆11一端通过旋转杆连接头15与旋转杆相连，测温杆11另一端通过温度传感器连接头14与温度测量传感器12相连，测温杆11内部设置有用于连接温度测量传感器12和测温总线5的测温线13，所述多根测温杆11均与所述旋转杆7垂直连通，且在同一圆周上均匀分布。在其他实施例中，长度不等测温杆11可以设置多根。
测温组件上端设置有测温总线转接盒3，每根测温线13均通过所述测温总线转接盒3与测温总线5电连接。测温总线转接盒用于存放测温组件安装后多余的测温线，同时设置测温总线转接盒3还可以在测温装置线路出问题时，方便检查问题所在。
测温装置支撑8包括三根支撑杆及设置在支撑杆上的支撑平面；测温装置支撑向测温装置提供支撑，使装置更稳定，温度测量更便捷。
控制转动模块为设置在支撑面上的电机9和涡轮蜗杆结构。其他实施方式中控制转动模块还可以为电机9和一对斜齿轮。所述控制转动模块用于带动旋转杆7旋转，且沿着待测温容器1的高度方向上下移动。控制转动模块控制测温组件上升的速度为1cm/min～10cm/min。
本实施例中，旋转杆7下部2000mm为光杆结构，上部为丝杆结构，通过设置在测温装置支撑8上的控制转动模块实现精确的选择和升降。本实施例中测温组件为两组，分别设置在旋转杆7的光杆结构的下端底部的底部测温组件2和中部测温组件4。
在其他实施例中，如果空间结构许可，可只在旋转杆7的下端底部设置1个测温组件，此时旋转杆7的长度为待测温容器1的2倍。如果空间有限，除了在旋转杆7的下端底部设置1个测温组件外，还可以在旋转杆7的光杆部分再均匀设多个测温组件，可将旋转杆7的长度变得更短。
旋转杆密封6设置在旋转杆7与待测温容器1顶盖相接部位；旋转杆密封6保证旋转杆7移动及旋转时的密封性。
温度测试盒10通过测温总线5、测温线13与温度测量传感器12相连，对待测温容器1中的低温介质分层温度进行温度测量及处理，并通过wifi进行数据传输；温度测试盒10随测温杆11一起移动和旋转，确保测温总线5不发生拉伸及扭转。
本发明还提供了一种低温介质温度分层测温装置原位标定方法，具体步骤为：
步骤1、在待测温容器1上设置所述低温介质温度分层测温装置，使用标准的液氮介质对待测温容器1进行冷却，冷却完成后在待测温容器1中填充液氮，填充至液氮无蒸发，无憋压，之后再继续冷却至少30分钟；
步骤2、启动步骤1中所述测温装置的控制转动模块，旋转杆7带动测温组件从初始位置以速度V向待测温容器1顶部旋转移动进行温度测量，所述初始位置为待测温容器1的底部；测量数据由温度测量传感器12通过测温总线5传输至温度测试盒10，将温度测试盒10中的数据导出并处理得到每个测温杆11的温度曲线；
步骤3、将旋转杆7重新放置在初始位置，冷却至少30分钟；
步骤4、冷却完成后，调节控制转动模块使旋转杆7带动测温组件分别以速度为2V、3V、4V、5V，重复步骤2和步骤3，依次测得旋转杆7不同速度下，每个测温杆11的温度曲线，通过与标准液氮的常压下的标准温度对比，得到V、2V、3V、4V和5V不同速度下测温装置的系统温差曲线；
步骤5、将步骤2中所述低温介质温度分层测温装置与待测温容器1组装，将旋转杆7放置在步骤2中所述的初始位置，将低温介质液氧或液甲烷通入待测温容器1中，当低温介质液氧或液甲烷的温度变化小于1℃/min可开始测量；
步骤6、启动步骤5所述测温装置的控制转动模块，所述控制转动模块旋转带动测温组件上长度不等的测温杆11旋转上移；当测温杆11旋转升至待测温容器1顶部，温度测量完毕；
步骤7、步骤6中的测量数据由温度测量传感器12通过测温杆11内部设置的测温线13和旋转杆7内部设置的测温总线5，传输至温度测试盒10，将温度测试盒10中的测量数据导出并处理，得低温介质液氧或液甲烷温度分层的温度结果；
步骤8、根据步骤4所得系统温差曲线，对步骤7所得温度结果进行修正。
如图3和图4所示，采用本实施例提供的方法，其中一个测温杆测得标准液氮在不同速度时一个点位或温度场下的测温结果。
Claims (10)
1.一种低温介质温度分层测温装置，其特征在于：
包括测温模块和控制转动模块；
所述测温模块包括旋转杆(7)、测温总线(5)、温度测试盒(10)、测温组件及旋转杆密封(6)；
测温总线(5)设置在旋转杆(7)内部且与温度测试盒(10)电路相通；
所述测温组件包括多根长度不等的测温杆(11)；多根测温杆(11)均与所述旋转杆(7)垂直连通，且在同一圆周上均匀分布；
所述测温杆(11)一端通过旋转杆连接头(15)与旋转杆(7)相连，测温杆(11)另一端通过温度传感器连接头(14)与温度测量传感器(12)相连，测温杆(11)内部设置有用于连接温度测量传感器(12)和测温总线(5)的测温线(13)；
所述旋转杆密封(6)设置在旋转杆(7)与待测温容器(1)顶盖相接部位；
所述控制转动模块用于带动旋转杆(7)旋转，且沿着待测温容器(1)的高度方向上下移动。
2.根据权利要求1所述的低温介质温度分层测温装置，其特征在于：所述控制转动模块控制测温组件上升的速度为1cm/min～10cm/min。
3.根据权利要求2所述的低温介质温度分层测温装置，其特征在于：
所述旋转杆(7)插入待测温容器(1)的部分为光杆结构，未插入待测温容器(1)部分为丝杆结构。
4.根据权利要求3所述的低温介质温度分层测温装置，其特征在于：
所述测温组件数量为1个，且设置在旋转杆(7)光杆结构的下端。
5.根据权利要求3所述的低温介质温度分层测温装置，其特征在于：
所述测温组件数量为2个，分别为设置在旋转杆(7)光杆结构的下端和中部。
6.根据权利要求1-5任一项所述的低温介质温度分层测温装置，其特征在于：
所述测温模块还包括测温装置支撑(8)，所述测温装置支撑(8)包括至少三根支撑杆及设置在支撑杆上的支撑平面。
7.根据权利要求6所述的低温介质温度分层测温装置，其特征在于：
所述控制转动模块为电机(9)和涡轮蜗杆结构，或者控制转动模块为电机(9)和一对斜齿轮。
8.根据权利要求7所述的低温介质温度分层测温装置，其特征在于：
所述测温组件上端设置有测温总线转接盒(3)，每根测温线(13)均通过所述测温总线转接盒(3)与测温总线(5)电连接。
9.一种低温介质温度分层测温装置原位标定方法，其特征在于，采用权利要求1所述的低温介质温度分层测温装置，包括以下步骤：
步骤1、在待测温容器(1)上设置所述低温介质温度分层测温装置，使用标准的液氮介质对待测温容器(1)进行冷却，冷却完成后在待测温容器(1)中填充液氮，填充至液氮无蒸发，无憋压，之后再继续冷却至少30分钟；
步骤2、启动步骤1中所述测温装置的控制转动模块，旋转杆(7)带动测温组件从初始位置以速度V向测温容器(1)顶部旋转移动进行温度测量，所述初始位置为待测温容器(1)的底部；测量数据由温度测量传感器(12)通过测温总线(5)传输至温度测试盒(10)，将温度测试盒(10)中的数据导出并处理得到每个测温杆(11)的温度曲线；
步骤3、将旋转杆(7)重新放置在初始位置，冷却至少30分钟；
步骤4、冷却完成后，调节控制转动模块使旋转杆(7)带动测温组件分别以速度为2V、3V、4V、5V，重复步骤2和步骤3，依次测得旋转杆(7)不同速度下，每个测温杆(11)的温度曲线，通过与标准液氮的常压下的标准温度对比，得到V、2V、3V、4V和5V不同速度下测温装置的系统温差曲线；
步骤5、将步骤2中所述低温介质温度分层测温装置与待测温容器(1)组装，将旋转杆(7)放置在步骤2中所述的初始位置，将液态低温介质通入待测温容器(1)中，当液态低温介质的温度变化小于1℃/min可开始测量；
步骤6、启动步骤5所述测温装置的控制转动模块，所述控制转动模块旋转带动测温组件上长度不等的测温杆(11)旋转上移；当测温杆(11)旋转升至待测温容器(1)顶部，温度测量完毕；
步骤7、步骤6中的测量数据由温度测量传感器(12)通过测温杆(11)内部设置的测温线(13)和旋转杆(7)内部设置的测温总线(5)，传输至温度测试盒(10)，将温度测试盒(10)中的测量数据导出并处理，得低温介质温度分层的测温结果；
步骤8、根据步骤4所得系统温差曲线，对步骤7所得测温结果进行修正。
10.根据权利要求9所述的低温介质温度分层测温装置原位标定方法，其特征在于：步骤5所述待测温容器(1)中通入的低温介质为液氧或液甲烷。
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