一种液体流量在线校准装置的设计

李晓强　朱永晓

摘  要：本文依据航天航空发动机液流测试系统的工作特性和要求，提出一种在线式的流量校准装置，为更好地保障发动机性能测试提供解决方案，达到校准目的。

关键词：液体流量;在线校准

1 引言

随着我国航天航空技术的快速发展，各类液体燃料发动机的测试需求与日俱增，生产单位通常使用配套研发的测试系统对发动机性能进行試验验证，获取推力室等关键位置处的流量、温度、压力等参数，用以计算发动机推力-流量变化曲线、推力室热性能分布等技术特性。然而针对测试系统开展的校准工作动相对薄弱，特别是流量参数部分，由于系统管路复杂，管内液体具有一定的危险性，目前一般通过拆卸流量计送至相应计量机构的方式展开离线校准，不易操作且耗时长，无法良好地保障科研生产进度，没有结合发动机实际工况及测试状态开展校准。随着近年来科研任务的日益增多，发动机性能指标的测试准确性要求逐步提高，如何更好地开展测试系统的校准工作，保障发动机测试数据的准确性，成为科研生产亟待解决的问题。

2 结构设计及工作原理

由于发动机液流测试系统大多高度集成化，工作流量计的安装位置紧凑，采用直接将标准流量计就近串联入管路，进行两者示值比较校准的方式无法较好地实施，故本文提出一种对流过工作流量计的液体称重计时的校准装置设计，实现流量参数的在线校准。校准装置主要由换向装置、容器、称重装置、计时控制装置和信号采集分析系统等部分组成，其中换向装置的换向动作和称重装置的数据记录，可由计时控制装置的同步时序信号实时控制，装置的结构设计如图1所示。

校准装置的工作原理是质量（时间）[1]式的流量计量，即通过称量固定时间内流过液体质量的方式，获取一段时间内液体的平均流量值。由于测量的是平均流量值，故测量时间越长，准确性越高，而称重装置的测量准确性与其测量上限和细分程度密切相关，测量上限越小，细分程度越高，则测量准确性越好，实际校准时，为较好地保证测量时长和测量准确性，需结合实际工况，制作大小合适的称重容器，用于盛装校准时所需质量大小的流体，保证测量时长，同时选择测量上限大，细分程度高的称重装置，保证测量准确性。

3 校准方法

校准前，根据被校流量计的测量范围及校准时间，估算用于称重的流体质量，进而选择容量合适的容器，以及量程合适的称重装置，先将容器置于称重装置上，并用柔性管连接至换向装置，称重装置作去皮重处理。

确认各设备工作正常后，开始校准：液流测试系统按指定要求开始工作，通过调节系统中减压阀等机构使工作流量计处测得目标流量值，此时换向装置将管路中的液体导通至系统下流管路中;待工作流量计示值稳定后，通过计时控制装置发出控制信号，使换向装置内的换向开关打开，将管路中的液体通过柔性管导流至容器中，换向开关打开的瞬间同步记录称重装置测量值m1、开始称重时间t1和工作流量计示值B1;达到校准时间后，计时控制装置发出控制信号使换向开关关闭，同步记录称重时间t2和工作流量计示值Bn，由于连接换向装置和容器的柔性管内尚有残留液体，故称重装置需静置一段时间，待残留液体尽可能完全流入容器内，记录其称重测量值m2。校准原理框图如图2所示。

通过计算流入容器由称重装置测得的流体质量△m=m2-m1，流动时长△t=t2-t1，由公式 可得到液体在△t内的标准平均流量值;由公式 ，式中n为△t内采集的工作流量计示值个数，可得到工作流量计在△t内的测量平均流量值;通过比较标准和被校的平均流量值 与 ，完成校准。

4 结语

该装置的校准方式可较好地满足各类液体发动机液流测试系统的在线校准需求，各组成部分清晰明确，工作原理简单，可全部采用国产化设备实现。针对危险性强的介质，可在称重容器的密封性以及抗压泄压能力方面做进一步优化，提高对危险介质的存贮和防护效果，避免安全类事故发生，进而适用于各类不同液体介质，具有较好的推广应用前景。

参考文献

[1]  尹建，杨爱敏，刘仙航，张宝珠.一种新的活塞位移型液体流量校准装置.仪器仪表学报，2001.