一种浮空器囊体材料气体阻隔性检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种浮空器囊体材料气体阻隔性检测装置，该检测装置包括试验箱、液氮供给设备、臭氧供给设备、油液供给设备、测试气体供给设备。本发明根据浮空器囊体材料气体阻隔性测试需求，克服了现有技术存在的不足，提供了一种可适用于在不同温度、臭氧浓度、日光及紫外光辐照水平条件下对较大面积浮空器囊体材料进行气体阻隔性测试的测试装置，可利用其准确有效的测试结果直接为浮空器囊体材料的研制和浮空器的设计及飞行提供技术支持。实现了浮空器囊体材料在规定温度、臭氧浓度、日光及紫外光照射水平等单因素或多因素组合环境条件下的气体阻隔性测试。
【专利说明】一种浮空器囊体材料气体阻隔性检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种浮空器囊体材料气体阻隔性检测装置。
【背景技术】
[0002]浮空器是一种主要依靠空气浮力(或称静升力)来克服自身重力实现滞空或飞行的飞行器，其主体为一个用于填充浮升气体并具有良好气密性的囊体。因此，对浮空器而言囊体及囊体材料的气体阻隔性直接决定其飞行任务成败、载荷能力及飞行成本的高低。
[0003]浮空器囊体材料一般采用高强、轻质及高气体阻隔性柔性、高分子复合材料，然而，即使再好的囊体材料都不可避免存在一定程度的气体渗透泄露，并且长时间暴露在极端温度、日光、紫外光及臭氧环境下，囊体材料的气体阻隔性普遍呈现下降趋势，使得浮空器囊体内气体泄露速率加快；另一方面囊体材料在工业化生产过程中也可能存在细微的瑕疵，在浮空器加工过程中，加工工艺参数稳定性、加工设备的状态等因素都可能导致材料表面微小损伤或密封不佳，致使囊体材料及囊体出现较大的气体损失量。因此，有必要对浮空器囊体材料在不同条件下进行气体阻隔性测试，以适时了解或掌握浮空器囊体材料的实际气体阻隔性能。
[0004]目前浮空器囊体材料的气体阻隔性测试装置大多沿用包装材料的气密性测试设备。如福州大学轻工业系的TQY-2型透气仪、宁波欧亿检测仪器有限公司的薄膜透气性测试仪、济南兰光机电技术有限公司的BTY型及VAC型透气测试仪以及专利文献(申请号200420061664.0,201120557523.8)公布的气体透过率测试仪和气体渗透测试装置。这类测试装置只能在试验室环境温度及超高的工作压差条件下(一般为一个大气压，即LOlXlO5Pa)对微小面积的材料试样进行气体阻隔性测试，不具有气候环境条件下、低压差范围内的材料气体阻隔性测试能力，由于囊体材料表面瑕疵或缺陷分布的不均匀性，以及囊体材料的气体阻隔性与压差的非线性关系，因而其测试结果难以反应浮空器囊体材料的实际气体阻隔性，测试结果多用于参考而不能用于工程计算；同时，这些测试装置要求极高的真空度及材料平整度才能保证测试结果的准确性。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种浮空器囊体材料气体阻隔性检测装置。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
所述浮空器囊体材料气体阻隔性检测装置包括试验箱、液氮供给设备、臭氧供给设备、油液供给设备、测试气体供给设备；
所述试验箱包括设有舱门的密封舱；所述密封舱顶板中心设有测试孔，顶板内侧设有正对测试孔且盖住测试孔的试样安装座；所述顶板上设有安装架和与测试孔连通的密封te ；
所述安装架上设有进气阀、微压差传感器、B油阀，所述进气阀与测试气体供给设备连接，所述B油阀与油液供给设备连接；所述安装架顶部设有电机组件；
所述密封罐为底部敞口的圆筒，其底部敞口直径与测试孔直径相等；所述密封罐内部设有密封塞，密封塞将密封罐分隔成上下两个腔室；所述密封罐顶部设有输气管、测压管、A油管和导杆；所述输气管上端与进气阀连通，输气管下端与密封塞上的A气嘴连通；所述测压管上端与微压差传感器连通，测压管下端与密封塞上的B气嘴连通；所述A油管上端与B油阀连通，A油管下端与密封罐连通；所述导杆上端与电机组件连接，导杆下端与密封塞连接；
所述顶板上还设有中心控制器；
所述密封舱侧板外侧设有气压调节阀、液氮供给阀、臭氧供给阀和A油阀；所述液氮供给阀与液氮供给设备连接，所述臭氧供给阀与臭氧供给设备连接，所述A油阀与油液供给设备连接；气压调节阀用于调节密封舱内外的气体压差；
所述密封舱底板内侧设有与液氮供给阀连通的液氮喷嘴；密封舱底板内侧中心设有光源组件。
[0007]其中，所述顶板、侧板、底板和舱门内均设有隔热材料；侧板内嵌加热器。
[0008]所述舱门内壁设有集成传感器组件，舱门外面设有显示板。
[0009]所述安装架上设有显示屏。
[0010]所述试样安装座包括带凸台的环形底座，环形底座的中心环孔上设有金属丝网；所述凸台上设有环绕凸台的三角密封槽和矩形密封槽；所述三角密封槽和矩形密封槽中均设有密封圈；所述环形底座周边设有将环形底座与顶板内侧连接的夹紧机构。
[0011 ] 所述夹紧机构包括金属合页和锁紧夹具。
[0012]所述三角密封槽内设置唇形橡胶密封圈，所述矩形密封槽内设置O形橡胶密封圈。
[0013]所述顶板内侧环绕测试孔的位置设有环形油液槽，与三角密封凹槽对应的环形锲刃；所述环形底座的环面上设有与环形油液槽连通的通孔，通孔通过接头与B油管连接，B油管与A油阀连接。
[0014]所述环形油液槽中设有环形加热元件。
[0015]所述测试孔内壁设有B温度传感器，所述环形底座中心环孔的内壁设有A温度传感器。
[0016]下面结合设计原理及各部件功能对本发明作进一步说明:
所述浮空器囊体材料气体阻隔性检测装置包括试验箱、液氮供给设备、臭氧供给设备、油液供给设备、测试气体供给设备；
试验箱为本发明的主体部分，用于在密封的试验环境中对试样进行测试；
外围设备(液氮供给设备、臭氧供给设备、油液供给设备、测试气体供给设备)用于提供测试气体、密封用油液及试样测试环境。其中，所述的液氮供给设备采用公知市售设备，包括液氮罐、压缩机及液氮输送管；所述的臭氧供给设备采用公知市售设备，包括臭氧发生器及气体输送管；所述的油液供给设备采用公知市售设备，包括双组油泵及密封油罐；所述的测试气体供给设备采用公知市售设备，包括储气罐、减压阀及气体输送管。
[0017]所述试验箱包括设有舱门的密封舱；所述密封舱顶板中心设有测试孔，顶板内侧设有正对测试孔且盖住测试孔的试样安装座；所述顶板上设有安装架和与测试孔连通的密封罐；密封舱用于提供可控的、模拟的、密封的试验环境；测试孔、试样安装座用于安装试样。
[0018]所述安装架上设有进气阀、微压差传感器、B油阀，所述进气阀与测试气体供给设备连接，所述B油阀与油液供给设备连接；所述安装架顶部设有电机组件；电机组件由带减速器的电机、精细涡轮或齿轮构成，并采用常用的光电编码、伺服控制方式达到高精度调节导杆的上下位移运动。
[0019]所述密封罐为底部敞口的圆筒，其底部敞口直径与测试孔直径相等，且两者的为密封光滑过渡连接；所述密封罐内部设有密封塞，密封塞将密封罐分隔成上下两个独立的密闭腔室，上面的腔室中可充满油液，下面的腔室用于充填测试气体；密封罐是囊体材料气体阻隔性测试腔；通过油封方式提供纯净的氦气压力空间，避免现行的抽真空方式。所述密封罐顶部设有穿过该顶部的输气管、测压管、A油管和导杆；所述输气管上端与进气阀连通，输气管下端与密封塞上的A气嘴连通；所述测压管上端与微压差传感器连通，测压管下端与密封塞上的B气嘴连通；所述A油管上端与B油阀连通，A油管下端与密封罐连通；所述导杆上端以螺纹形式与电机组件连接，导杆下端与密封塞连接；并且导杆112与密封罐106顶壁密封良好。
[0020]所述顶板上还设有中心控制器；所述的控制器为本发明的中心控制单元，安装并固定在密封舱的密封舱顶板上，通过控制器可以设置密封舱内的温度值、臭氧浓度值及日光或紫外光水平，进一步达到控制加热器、液氮供给阀、臭氧供给阀及光源组件的工作状态。
[0021]所述密封舱侧板外侧设有气压调节阀、液氮供给阀、臭氧供给阀和A油阀；所述液氮供给阀与液氮供给设备连接，所述臭氧供给阀与臭氧供给设备连接，所述A油阀与油液供给设备连接；气压调节阀用于调节密封舱内外的气体压差。
[0022]所述密封舱底板内侧设有与液氮供给阀连通的液氮喷嘴；密封舱底板内侧中心设有光源组件，光源组件用于提供均匀的日光光源及紫外光源；为市售的日光及紫外光组合光源，根据需要可以单独或同时使用日光或紫外光，日光或紫外光辐照强度已进行标定，并可通过控制器进行数值设定。
[0023]所述顶板、侧板、底板和舱门内均设有隔热材料；侧板内嵌加热器。
[0024]所述舱门内壁设有集成传感器组件，舱门外面设有显示板。集成传感器组件包含温度、臭氧浓度、湿度传感器；舱门外面设有显示板用于显示温度、湿度等各传感器检测的数值。
[0025]所述安装架上设有显示屏，该显示屏用于显示密封罐内、密封塞以下腔内的温度、湿度及压差数值。
[0026]所述试样安装座包括带凸台的环形底座，环形底座的中心环孔上设有金属丝网，用于支持试样，金属丝网采用稀疏孔目的金属网制成，试验过程中主要用于支撑囊体材料试样；所述凸台上设有环绕凸台的三角密封槽和矩形密封槽，用于试样上下表面的密封；所述三角密封槽和矩形密封槽中均设有密封圈；所述环形底座周边设有将环形底座与顶板内侧连接的夹紧机构。
[0027]所述夹紧机构包括金属合页和锁紧夹具。
[0028]所述三角密封槽内设置唇形橡胶密封圈，所述矩形密封槽内设置O形橡胶密封圈。
[0029]所述顶板内侧环绕测试孔的位置设有环形油液槽，与三角密封凹槽对应的环形锲刃；所述环形底座的环面上设有与环形油液槽连通的通孔，通孔通过接头与B油管连接，B油管与A油阀连接。
[0030]环形锲刃直径大于油液槽的直径，并与试样安装座的唇形橡胶密封圈匹配；当试样安装座安装在测试孔上时，环形油液槽与安装座构成密封腔室，内部通过油管、接头及通孔充填油液，使得位于油液槽内的试样边缘在压力作用下密封。采用油液对试样进行密封，这种方式对表面不平的试样也适用。
[0031]为了避免在低温测试环境下油液槽内的油液凝固，在所述环形油液槽中设一环形加热元件。
[0032]为了精确监测试样上下表面的温度，在所述测试孔内壁设置B温度传感器(测试试样上表面的气体温度)，在所述环形底座中心环孔的内壁设置A温度传感器(测试试样下表面的气体温度)。
[0033]下面结合附图对本发明工作原理及使用方法说明如下:
本发明装置用于对浮空器囊体材料在规定环境温度、日光、紫外光照射及臭氧等单因素或多因素组合环境下的气体阻隔性检测。在密封舱101内设置环境温度、日光及紫外光照射强度及臭氧浓度等检测条件，在密封罐106充填测试气体，通过监测试样I上下表面的气体压差变化来检测囊体材料的气体泄露速率。其测试过程具体步骤如下:
(1)在试验室环境条件下，打开密封舱101的舱门125，将试样I平整安装在试样安装座119上，通过锁紧夹具202将试样安装座119的环形底座201与密封舱顶板117中心的测试孔115配合密闭；
(2)关闭密封舱101的舱门125，控制电机组件109转动，导杆112推动密封塞114下移至与试样I表面接触，同时，油液供给设备403向密封罐106内补充油液111 ;
(3)在中心控制器116上设置密封舱101内的温度值、臭氧浓度值及日光或紫外光照射水平，并设置密封罐106与密封舱101之间的气体压差控制值；
(4)根据试样I表面的平整度情况，开启油液供给设备403向A油阀130注入并使得油液111充满试样安装座119与环形油液槽302构成的密闭腔室；
(5)根据试样测试环境需求，低温测试则开启液氮供给设备401工作，高温测试则开启加热器121工作；
(6)根据试样测试环境需求，开启臭氧供给设备402及/或光源组件123工作；
(7)在密封舱101温度环境达到规定值后，或者试样I经过规定时间的臭氧暴露及日光或紫外光照射后，控制电机组件109转动，导杆112推动密封塞114上移，油液111回流至油液供给设备403，同时，打开测试气体供给设备404，向密封罐106下腔内注入测试气体，当试样I上下表面即密封罐106与密封舱101之间的气体压差达到控制值时，测试气体停止注入；
(8)开启中心控制器116工作，开始浮空器囊体材料试样I的气体阻隔性测试；
(9)一段时间后，试样I上下表面气体压差由下降，反馈到中心控制器116，控制电机组件109转动，导杆112及密封塞114下移；
(10)中心控制器116根据密封塞114位移量，自动计算出在设定的环境条件下、该段时间内试样材料的气体泄露速率。
[0034](以上为试样安装及试样材料气体泄露速率测试过程)
(11)测试工作完成后，控制电机组件109转动，导杆112及密封塞114上移，使得试样I上下表面气体压差降到试样安装座119打开的安全压差范围；
(12)停止加热器121或液氮供给设备401、臭氧供给设备402、油液供给设备403及测试气体供给设备404的工作；关闭光源组件123 ；
(13)通过气压调节阀127排除密封舱101内的气体，当密封舱101内温度达到室温后，打开舱门125 ；
(14)开启油液供给设备403，排除环形油液槽302内的油液111；
(15)打开试样安装座119锁紧夹具202，撤下试样I;
(16)关闭舱门125，关闭中心控制器116。
[0035]综上所述，本发明根据浮空器囊体材料气体阻隔性测试需求，克服了现有技术存在的不足，提供了一种可适用于在不同温度、臭氧浓度、日光及紫外光辐照水平条件下对较大面积浮空器囊体材料进行气体阻隔性测试的测试装置，可利用其准确有效的测试结果直接为浮空器囊体材料的研制和浮空器的设计及飞行提供技术支持。实现了浮空器囊体材料在规定温度、臭氧浓度、日光及紫外光照射水平等单因素或多因素组合环境条件下的气体阻隔性测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为本发明检测装置结构示意图；
图2为本发明检测装置中试验箱的结构示意图；
图3为本发明检测装置中试样安装座的结构示意图；
图4为本发明检测装置中试样安装座安装试样的结构示意图。
[0037]图中:1、试样；100、试验箱；101、密封舱；102、B油阀；103、安装架；104、进气阀；105、显示屏;106、密封罐;107、输气管;108、A油管;109、电机组件;110、测压管;111、油液；112、导杆；113、A气嘴；114、密封塞；115、测试孔；116、中心控制器；117、顶板；118、隔热材料；119、试样安装座；120、侧板；121、加热器；122、底板；123、光源组件；124、液氮喷嘴；125、舱门；126、显示板；127、气压调节阀；128、液氮供给阀；129、臭氧供给阀；130、A油阀；131、B气嘴；132、微压差传感器；133、集成传感器组件；201、环形底座；202、锁紧夹具；203、金属合页；204、三角密封槽；205、矩形密封槽；206、金属丝网；207、通孔；208、接头；209、B油管；210、A温度传感器；211、O形橡胶密封圈；212、唇形橡胶密封圈；301、环形锲刃；302、环形油液槽；303、B温度传感器；304、加热元件；401、液氮供给设备；402、臭氧供给设备；403、油液供给设备；404、测试气体供给设备。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0039]实施例1
所述浮空器囊体材料气体阻隔性检测装置包括试验箱100、液氮供给设备401、臭氧供给设备402、油液供给设备403、测试气体供给设备404 ； 所述试验箱100包括设有舱门125的密封舱101 ;所述密封舱101顶板117中心设有测试孔115，顶板117内侧设有正对测试孔115且盖住测试孔115的试样安装座119 ;所述顶板117上设有安装架113和与测试孔115连通的密封罐106 ；
所述安装架113上设有进气阀104、微压差传感器132、B油阀102，所述进气阀104与测试气体供给设备404连接，所述B油阀102与油液供给设备403连接；所述安装架113顶部设有电机组件109 ；
所述密封罐106为底部敞口的圆筒，其底部敞口直径与测试孔115直径相等；所述密封罐106内部设有密封塞114，密封塞114将密封罐106分隔成上下两个腔室；所述密封罐106顶部设有输气管107、测压管110、A油管108和导杆112 ;所述输气管107上端与进气阀104连通，输气管107下端与密封塞114上的A气嘴113连通；所述测压管110上端与微压差传感器132连通，测压管110下端与密封塞114上的B气嘴131连通；所述A油管108上端与B油阀102连通，A油管108下端与密封罐106连通；所述导杆112上端与电机组件109连接，导杆112下端与密封塞114连接；
所述顶板117上还设有中心控制器116 ；
所述密封舱101侧板120外侧设有气压调节阀127、液氮供给阀128、臭氧供给阀129和A油阀130 ;所述液氮供给阀128与液氮供给设备401连接，所述臭氧供给阀129与臭氧供给设备402连接，所述A油阀130与油液供给设备403连接；
所述密封舱101底板122内侧设有与液氮供给阀128连通的液氮喷嘴124 ;密封舱101底板122内侧中心设有光源组件123。
[0040]其中，所述顶板117、侧板120、底板122和舱门125内均设有隔热材料118 ;侧板120内嵌加热器121。
[0041]所述舱门125内壁设有集成传感器组件133，舱门125外面设有显示板126。
[0042]所述安装架103上设有显示屏105。
[0043]所述试样安装座119包括带凸台的环形底座201，环形底座201的中心环孔上设有金属丝网206 ;所述凸台上设有环绕凸台的三角密封槽204和矩形密封槽205 ;所述三角密封槽204和矩形密封槽205中均设有密封圈；所述环形底座201周边设有将环形底座与顶板117内侧连接的夹紧机构。
[0044]所述夹紧机构包括金属合页203和锁紧夹具202。
[0045]所述三角密封槽204内设置唇形橡胶密封圈212，所述矩形密封槽205内设置O形橡胶密封圈211。
[0046]所述顶板117内侧环绕测试孔115的位置设有环形油液槽302，与三角密封凹槽204对应的环形锲刃301 ;所述环形底座119的环面上设有与环形油液槽302连通的通孔207，通孔207通过接头208与B油管209连接，B油管209与A油阀130连接。
[0047]所述环形油液槽302中设有环形加热元件304。
[0048]所述测试孔115内壁设有B温度传感器303，所述环形底座201中心环孔的内壁设有A温度传感器210。
[0049]采用本检测装置对##囊体材料试样进行低温下的材料气体阻隔性能检测结果如下表:
##囊体材料试样的气体阻隔性检测结果
【权利要求】
1.一种浮空器囊体材料气体阻隔性检测装置，其特征在于，所述检测装置包括试验箱(100)、液氮供给设备(401)、臭氧供给设备(402)、油液供给设备(403)、测试气体供给设备(404)； 所述试验箱(100)包括设有舱门(125)的密封舱(101);所述密封舱(101)顶板(117)中心设有测试孔(115)，顶板(117)内侧设有正对测试孔(115)且盖住测试孔(115)的试样安装座(I 19);所述顶板(I 17)上设有安装架(I 13)和与测试孔(I 15)连通的密封罐(106); 所述安装架(113)上设有进气阀(104)、微压差传感器(132)、B油阀(102)，所述进气阀(104)与测试气体供给设备(404)连接，所述B油阀(102)与油液供给设备(403)连接；所述安装架(I 13)顶部设有电机组件(109)； 所述密封罐(106)为底部敞口的圆筒，其底部敞口直径与测试孔(115)直径相等；所述密封罐(106)内部设有密封塞(114)，密封塞(114)将密封罐(106)分隔成上下两个腔室；所述密封罐(106)顶部设有输气管(107)、测压管(110)、A油管(108)和导杆(112);所述输气管(107)上端与进气阀(104)连通，输气管(107)下端与密封塞(114)上的A气嘴(113)连通；所述测压管(110)上端与微压差传感器(132)连通，测压管(110)下端与密封塞(114)上的B气嘴(131)连通；所述A油管(108)上端与B油阀(102)连通，A油管(108)下端与密封罐(106)连通；所述导杆(112)上端与电机组件(109)连接，导杆(112)下端与密封塞(114)连接； 所述顶板(117)上还设有中心控制器(116); 所述密封舱(101)侧板(120)外侧设有气压调节阀(127)、液氮供给阀(128)、臭氧供给阀(129)和A油阀(130);所述液氮供给阀(128)与液氮供给设备(401)连接，所述臭氧供给阀(129 )与臭氧供给设备(402 )连接，所述A油阀(130 )与油液供给设备(403 )连接；. 所述密封舱(101)底板(122)内侧设有与液氮供给阀(128)连通的液氮喷嘴(124);密封舱(101)底板(122 )内侧中心设有光源组件(123)。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述顶板(117)、侧板(120)、底板(122)和舱门(125)内均设有隔热材料(118);侧板(120)内嵌加热器(121)。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述舱门(125)内壁设有集成传感器组件(133)，舱门(125)外面设有显示板(126)。
4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述安装架(103)上设有显示屏(105)。
5.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述试样安装座(119)包括带凸台的环形底座(201)，环形底座(201)的中心环孔上设有金属丝网(206);所述凸台上设有环绕凸台的三角密封槽(204 )和矩形密封槽(205 );所述三角密封槽(204 )和矩形密封槽(205 )中均设有密封圈；所述环形底座(201)周边设有将环形底座与顶板(117)内侧连接的夹紧机构。
6.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述夹紧机构包括金属合页(203)和锁紧夹具(202)。
7.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述三角密封槽(204)内设置唇形橡胶密封圈(212 )，所述矩形密封槽(205 )内设置O形橡胶密封圈(211)。
8.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述顶板(117)内侧环绕测试孔(115)的位置设有环形油液槽(302)，与三角密封凹槽(204)对应的环形锲刃(301);所述环形底座(119)的环面上设有与环形油液槽(302)连通的通孔(207)，通孔(207)通过接头(208)与B油管(209)连接，B油管(209)与A油阀(130)连接。
9.如权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述环形油液槽(302)中设有环形加热元件(304)。
10.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述测试孔(115)内壁设有B温度传感器(303)，所述环形底座(201)中心环孔的内壁设有A温度传感器(210)。
【文档编号】G01N7/10GK103471961SQ201310444304
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】阳建华 申请人:湖南航天机电设备与特种材料研究所