小管径高精度超声波流量计设计

航天器推进剂在轨剩余量测量一直是航天器在轨管理所面临的一个难题.提出采用超声波流量计测量推进剂在轨剩余量的方法,并给出了超声波流量计的设计方案.设计的新型超声波流量计结构,通过改变超声换能器的安装方式,从而延长了超声波传播路径,减少了传播过程中超声波的衰减.通过以单片机和FPGA为主控制器、以高精度时间测量芯片作为数据采集模块的流量计软硬件系统实现了超声波流量计对液体流量的高精度测量.通过恒速测试、交变流速测试和总量测试表明,该系统测量精度达到了0.5%,可满足目前航天器推进系统推进剂剩余量的在轨测量要求.     

气体的可压缩非定常性对天然气流量计量的影响

利用PIV测试技术对天然气管道内的实流流场进行了可压缩非定常性测试研究,以探究天然气的可压缩非定常特性对天然气流量计量的影响.测试结果表明:通常在充分发展的天然气湍流流动情况下,圆管流的瞬时(0.4~2.5μs)截面体积积分流量存在明显的波动,流量的相对脉动幅值保持在4%以内.这表明管道内的压力在天然气介质中是以纵向压力波形式传递的;而天然气在压力驱动下,由于其本身的可压缩特性,管道截面上的气体密度会出现疏一密相间的变化,相应的瞬间截面流量也会出现大-小相间的脉动.现场试验在测试区上游15D处加装DN100-DN50的变径管后,流场中气流的最大马赫数达到0.2,流量的相对脉动幅值明显大于常规4%的水平,气体可压缩比有明显跃增.此时气体的可压缩以及非定常特性显著,应该认真考虑其对流量精确计量的影响.     

小管径超声波流量计去噪方法

超声波流量计中存在各种噪声,直接影响流量测量的精度。文章首先分析了小管径超声波流量计中噪声的来源,从实时性的角度出发,提出了一种直接对测量时间差进行去噪的方法,避免了对原始超声波信号进行采样、分析带来的实时性差的问题。针对随机噪声和声学噪声引起的时间差数据中的误差,以硬阈值小波滤波作为第一级滤波、中值加均值滤波为第二级滤波进行处理。通过流量测量实验,验证了去噪方法的有效性,结果表明,去噪后流量计的瞬时测量误差小于1%。     

恒压式气体微流量计的设计

恒压式气体微流量计是校准气体微流量的一种装置,校准范围为（１７．１－１＊１０＾－５）Ｐａ．Ｌ／ｓ,不确定度于小于２％,可采用直接测量法和比较测量法对标准漏孔进行校准。文章介绍恒压式气体微流量计的设计方法和结构参数的选择。     

一种测量卫星液体推进剂的组合方法

提出并讨论了一种实现在轨卫星液体推进剂剩余量高精度测量的原理性方法。该方法基于推进剂消耗产生的自激励效应,利用配置在贮箱上的温度、压力传感器和推进剂管路上的流量计等数据测量设备,即可进行推进剂剩余量测量。     

科氏力质量流量计在凝胶推进剂火箭发动机试车中的应用

介绍了科氏力质量流量计的原理及其在凝胶发动机试车中的应用,并对热试车的测量数据进行了分析。     

氙气质量流量计校准装置测量不确定度评定

通过建立氙气质量流量计校准的测量模型,分析了测量不确定度分量,最后合成了氙气质量流量计校准装置的相对合成标准不确定度,并对评定结果进行了分析讨论。     

在轨加注用超声波流量计的设计与试验

针对航天器在轨加注对推进剂流量的精确测量要求,研制了在轨加注用超声波流量计。在对传播时间法研究的基础上,提出流量计管路布局的设计要求,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法模拟4种不同管路布局(直角型、45°锐角型、直线型和圆弧型)对流体速度分布的影响,对比得到了优化的管路布局。信号处理电路使用斩波稳定比较器,通过阈值比较法,保证了传播时间的测量精度。流量计经标定后,在量程（0～150g/s）范围内可达到0.1%的测量精度。为了验证在轨加注过程中流量计的作用,在地面环境下进行了在轨加注地面模拟试验,试验表明超声波流量计在推进剂在轨加注中使用是可行的和必要的。     

超声流量计探头对流场及其测量性能影响研究

超声流量计探头安装位置会对其测量产生影响.对DN500超声流量计在探头全伸位置安装时的流场以及对超声流量计测量性能的影响进行了数值仿真研究.仿真结果表明,入口速度为0.3~8m/s时,由于探头伸入管道而造成超声流量计的测量误差为-1.25%~-1.9%,且随着入口速度增大,测量误差逐渐增大;当速度达到一定范围后,测量误差基本趋于稳定.在此基础上通过流场分析指出,由于探头附近区域存在回流,造成各声道线平均速度减小,导致测得的流量值偏小,因此测量误差为负.     

圆柱齿轮流量计计量特性研究

对圆柱齿轮流量计计量性能进行了较为深入的研究,分析了圆柱齿轮流量计仪表系数的数学模型,在理论上对仪表系数及基本误差进行了分析,同时通过充分的实验数据进行验证,得到了介质温度、压力、粘度等参数对圆柱齿轮流量计计量特性的影响规律.本文从理论上及实验上全面的、系统的分析了圆柱齿轮流量计的计量特性,结论真实、可靠.为齿轮流量计校准结果修正提供了技术依据,同时也为圆柱齿轮流量计的研制提供了有价值的参考技术资料.