卫星总漏率测试用取放样装置及取放样标定方法
【专利摘要】本发明公开了一种卫星总漏率测试过程中使用的取放样装置主要包括具有固定容积的腔体、腔体上方连通设置有十字相交的横管和纵管，横管与纵管的内部呈十字连通结构，横管两端分别用作总漏率测试用的气体取样口和气体放样口，纵管顶部设置有开关阀门以分别针对取样和放样过程对腔体内的气体进出横管进行控制、开关阀门与纵管的内侧设置有0型密封圈以防止气体在取放样过程中从纵管上端逸出。本发明还公开了一种利用该装置取放样的方法。该方法与现有技术相比，可实现在卫星总漏率测试现场快速进行测试系统的标定工作，缩短了标定周期，有效避免了环境发生变化时引起的标准漏孔的漏率偏差，提高了测试系统标定的准确性。
【专利说明】卫星总漏率测试用取放样装置及取放样标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于卫星累积法总漏率测试过程的系统标定方法，特别涉及一种 通过微量气体取样及放样的装置和标定的方法，完成总漏率测试过程中测试系统的标定工 作，最终实现卫星总漏率测试的定量测试工作。
【背景技术】
[0002] 随着航天技术的不断发展，对卫星总漏率测试的指标需求越来越高，精度要求越 来越高，卫星总漏率测试工作是将卫星被检漏密封系统中充入与在轨运行工作压力一致的 示漏气体，放入一个密封的收集容器对泄漏的示漏气体量累积一定的时间t，通过收集容器 内示漏气体的浓度变化A1，用仪器来测量被检漏系统的总漏率。其测试过程属于相对测量， 需要对测试系统进行标定后，才能确定卫星最终的总漏率数据。
[0003] 目前采用的测试系统标定方法是利用标准漏孔进行标定，标准漏孔标定过程是： 首先将卫星被检密封系统中不加任何示漏气体，放入上述密封的收集容器中，在容器中放 入1个漏率已知的标准漏孔Q1，进行累积同上述相同的时间t，用仪器测试标准漏孔的泄漏 造成收集容器内示漏气体量浓度的变化量A2,被捡漏系统的总漏率Q = A1XQ1/A2。采用 标准漏孔对测试系统进行标定具有以下特点：
[0004] 1)标准漏孔的漏率经计量机构校准，数据可靠；
[0005] 2)标准漏孔需要放置在容器中累积同卫星同样的时间t，t 一般为24小时以上。
[0006] 同时，采用标准漏孔对测试系统进行标定的过程中存在以下缺点：
[0007] 1)标定周期长，需要同卫星累积检漏时间一致，一般为24以上；
[0008] 2)标准漏孔需要专业计量机构校准的周期长；
[0009] 3)标准漏孔使用的环境发生变化后会引起自身漏率的偏差，会累积到总漏率的最 终测试数据中，引起测试数据的偏差；
[0010] 4)标准漏孔一般是针对氦气、空气、氮气等气体的漏率，只有氦气可以作为示漏气 体使用。
[0011] 本发明提出一种卫星总漏率用取放样装置及取放样标定方法，可以在卫星总漏率 测试现场快速进行测试系统的标定工作，可以缩短标定周期，有效避免了环境发生变化时 引起的标准漏孔的漏率偏差，提高了测试系统标定的准确性，同时可实现多种示漏气体的 取放样标定过程。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是提供一种卫星总漏率测试过程中的取放样装置及取放样标定方 法。
[0013] 为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
[0014] 一种卫星总漏率测试用取放样装置，包括具有固定容积的腔体、腔体上方连通设 置有十字相交的横管和纵管，横管与纵管的内部呈十字连通结构，横管两端分别用作总漏 率测试用的气体取样口和气体放样口，纵管顶部设置有开关阀门以分别针对取样和放样过 程对腔体内的气体进出横管进行控制、开关阀门与纵管的内侧设置有0型密封圈以防止气 体在取放样过程中从纵管上端逸出。
[0015] 进一步地，所述固定容积是指20ml左右的容积，其偏差不大于± lml，并经标定后 确定其精确的容积V。
[0016] 进一步地，所述开关阀门为具有能密封固定容积的腔体功能的针阀。
[0017] 其中，针阀的针状体伸入到横管下方来进行气体进出的控制。
[0018] 其中，十字交叉的横管、纵管及腔体由不锈钢材料焊接而成，其焊缝漏率要求不 大于1 X l(T8Pa. m3/s，开关阀门及具有固定容积的腔体2之间的密封性能指标要求不大于 1 X l(T7Pa. m3/s，取放样装置的总漏率指标要求不大于1 X l(T5Pa. m3/s。
[0019] 利用上述取放样装置进行卫星总漏率测试的取放样标定方法，包括如下步骤：
[0020] 1)示漏气体充入卫星被检系统后，将卫星保持在密闭容器内预定的时间t，用仪 器测量密闭容器内示漏气体的浓度增量A1 ;
[0021] 2)将取样装置的气体取样口与示漏气体的气源连接，封闭气体放样口，开启开关 阀门，对取样装置标准容积的腔体抽真空；
[0022] 3)进行取样，将示漏气体充入取样装置的标准体积为V(ml)的腔体中，直到压力 达到0. 5MPa，关闭开关阀门，取样过程结束；
[0023] 4)断开气体取样口与示漏气体的连接并封闭取样口，将气体放样口与上述密封容 器连接，打开开关阀门，进行放样工作；
[0024] 5)放样结束后关闭开关阀门，利用相同的测量方法测量放样前后密封容器内示漏 气体浓度的进一步的增量A2,完成标定；
[0025] 6)利用以下公式计算卫星的总漏率Q，完成总漏率的测试工作，Q = (0· 5XV) XAl"A2Xt)。
[0026] 其中，固定容积的容积为20ml ± lml。
[0027] 其中，示漏气体为氦气、氪气、四氟化碳或六氟化硫。
[0028] 其中，预定时间t通常在24小时以上。
[0029] 本发明提出一种卫星总漏率用取放样装置及取放样标定方法，可以在卫星总漏率 测试现场快速进行测试系统的标定工作，可以缩短标定周期，有效避免了环境发生变化时 引起的标准漏孔的漏率偏差，提高了测试系统标定的准确性，实现多种示漏气体的取放样 标定过程。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1是本发明的卫星总漏率测试用取放样装置的结构示意图。
[0031] 其中，1为气体取样口；2为具有固定容积的腔体；3为气体放样口；4为0型密封 圈；5开关阀门。
【具体实施方式】
[0032] 以下介绍的是作为本发明所述内容的【具体实施方式】，下面通过【具体实施方式】对本 发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列【具体实施方式】只为示例本发明的不同方 面的内容，而不应理解为限制本发明范围。
[0033] 图1公开了本发明的卫星总漏率测试用取放样装置的结构示意图。该取放样装 置，包括具有气体取样口 1、固定容积的腔体2、气体放样口 3、0型密封圈4及开关阀门5 等部分。其中具有固定容积的腔体2为取样装置的主要部分，其容积为重要参数，一般卫星 的密封性能指标要求为累积24小时的泄漏量约为10Pa. m3,即lOMPa. ml。由于压力测量的 精度比体积测量精度高，选取20ml的体积，此时对应的压力为0· 5MPa，可以兼顾压力和体 积的取样精度和难易程度。故选取20ml的理论容积进行设计，制造偏差选取±lml。最终 将专业计量机构进行标定来确定其真实容积V，作为示漏气体取样放样的真实体积。
[0034] 十字交叉的横管、纵管及腔体由不锈钢材料焊接而成，其焊缝及材料本身的漏率 指标要求不大于lXl〇^8Pa. m3/s。
[0035] 由于取样时需要打开开关阀门5,取样结束后关闭开关阀门5,将其余部位的示漏 气体排空，将气体放样口 3连接在卫星总漏率测试使用的收集容器中，打开开关阀门5实现 示漏气体的放样工作。为了确保取样的气体量在放样之前不被泄漏，通过〇型密封圈4实 现开关阀门5及具有固定容积的腔体2的密封。开关阀门及具有固定容积的腔体2之间的 密封性能指标要求不大于1 X l(T7Pa. m3/s。
[0036] 取放样装置研制完成后，需要对其整体密封性能进行测试，具体方法是，密封气体 放样口 3,将氦气源连接在气体取样口，打开开关阀门对取放样装置充入氦气，直至压力达 到IMPa，利用氦质谱吸枪检漏法分别对上述材料本体、焊缝及0型密封圈处进行漏率测试， 漏率指标需要满足上述指标要求；再通过真空检漏法对上述取放样装置进行总漏率测试， 总漏率指标要求不大于1 X l(T5Pa. m3/s。
[0037] 最后将该装置送专业计量机构进行有效容积测试，给出取放样装置的标准容积V。
[0038] 利用上述取放样装置进行卫星总漏率测试的取放样标定方法，包括如下步骤：
[0039] 1)示漏气体充入卫星被检系统后，将卫星保持在密闭容器内预定的时间t = 24h, 测量密闭容器内示漏气体的浓度增量A1 ;
[0040] 2)将取放样装置的气体取样口与示漏气体的气源连接，封闭气体放样口，开启开 关阀门，对取样装置标准容积的腔体抽真空；
[0041] 3)进行取样，将示漏气体充入取样装置的标准体积为V(ml)的腔体中，直到压力 达到0. 5MPa，关闭开关阀门，取样过程结束；
[0042] 4)断开气体取样口与示漏气体的连接并封闭取样口，将气体放样口与上述密封容 器连接，打开开关阀门，进行放样工作；
[0043] 5)放样结束后关闭开关阀门，利用相同的测量方法测量放样前后密封容器内示漏 气体浓度的进一步的增量A2,完成标定；
[0044] 6)利用以下公式计算卫星的总漏率Q，完成总漏率的测试工作，Q = (0· 5XV) XAl"A2Xt)。
[0045] 在一【具体实施方式】中，示漏气体可以选择为氦气。使用氦气当示漏气体时，可以采 用氦质谱检漏技术测试密封容器内的示漏气体浓度增量。
[0046] 在其他替代实施方式中，示漏气体可以为氪气、四氟化碳或六氟化硫，这都不影响 本发明方法的实施。根据成本优先选择顺序为氦气、氪气、四氟化碳或六氟化硫。
[0047] 如果卫星被测试系统为两个或两个以上，可以采用多次重复测量，重复对系统进 行标定的方法。同时也可以采用对不同的测试系统充入用不同的示漏气体，最多不超过上 述4种示漏气体。同时利用四极质谱检漏仪进行密封容器内示漏气体浓度的增量，标定时 用分别针对不同的示漏气体按照上述方法进行取放样，利用四极质谱检漏仪测试不同示漏 气体取放样前后引起密封容器内示漏气体浓度的增量，完成多种示漏气体取放样的标定工 作，从而同时完成多个不同系统的总漏率测试工作。
[0048] 当被测卫星总漏率指标提高时，取样放样量缩小，取样工作变得困难，不确定度增 力口。此时通过采用配制标准示漏气体浓度的方法来完成示漏气体的取样放样工作。当被 测卫星的总漏率指标提高一个数量级即缩小10倍时，采用缩小示漏气体浓度的方法，采用 10%示漏气体浓度气体进行取放样标定工作；如果被测卫星的总漏率指标提高2个数量级 即缩小100倍时，可以采用1%示漏气体浓度气体进行取放样标定工作。通过在容积大于 40L的大容器里配制所需示漏气体浓度的气体，可以准确实现微量示漏气体的取放样过程， 也不会影响到取样放样的精度。
[0049] 被测卫星的总漏率指标提高1个数量级，可以采用10%示漏气体浓度气体进行取 放样标定，在取样前先配置10%的示漏气体，取样时将取放样装置的气体取样口与配置好 示漏气体的气源连接，其他工作步骤与上述取放样标定步骤一致，在计算卫星的总漏率Q 公式增加示漏气体的浓度，被测系统总漏率Q= (〇. 5XVX10%)XAlAA2Xt)。
[0050] 被测卫星的总漏率指标提高2个数量级，可以采用1%示漏气体浓度气体进行取 放样标定，在取样前先配置1 %的示漏气体，取样时将取放样装置的气体取样口与配置好示 漏气体的气源连接，其他工作步骤与上述取放样标定步骤一致，在计算卫星的总漏率Q公 式增加示漏气体的浓度，被测系统总漏率Q= (〇. 5XVXl%)XAlAA2Xt)。
[0051] 尽管上文对本发明的【具体实施方式】给予了详细描述和说明，但是应该指明的是， 我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作 用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种卫星总漏率测试用取放样装置，包括具有固定容积的腔体、腔体上方连通设置 有十字相交的横管和纵管，横管与纵管的内部呈十字连通结构，横管两端分别用作总漏率 测试用的气体取样口和气体放样口，纵管顶部设置有开关阀门以分别针对取样和放样过程 对腔体内的气体进出横管进行控制、开关阀门与纵管的内侧设置有0型密封圈以防止气体 在取放样过程中从纵管上端逸出。
2. 如权利要求1所述的卫星总漏率测试用取放样装置，其中，所述固定容积是指20ml 左右的容积，其偏差不大于± lml，并经标定后确定其精确的容积V。
3. 如权利要求1所述的卫星总漏率测试用取放样装置，其中，所述开关阀门为具有能 密封固定容积的腔体功能的针阀。
4. 如权利要求3所述的卫星总漏率测试用取放样装置，其中，针阀的针状体伸入到横 管下方来进行气体进出的控制。
5. 如权利要求1所述的卫星总漏率测试用取放样装置，其中，十字交叉的横管、纵管及 腔体由不锈钢材料焊接而成，其焊缝漏率要求不大于1 X l〇_8Pa. m3/s，开关阀门及具有固定 容积的腔体2之间的密封性能指标要求不大于1 X l(T7Pa. m3/s，取放样装置的总漏率指标 要求不大于1 X l(T5Pa. m3/s。
6. 利用权利要求1-5任一项所述的取放样装置进行卫星总漏率测试的取放样标定方 法，包括如下步骤： 1) 示漏气体充入卫星被检系统后，将卫星保持在密闭容器内预定的时间t，用仪器测 量密闭容器内示漏气体的浓度增量A1 ; 2) 将所述取样装置的气体取样口与示漏气体的气源连接，封闭气体放样口，开启开关 阀门，对取样装置标准容积的腔体抽真空； 3) 进行取样，将示漏气体充入取样装置的标准体积为V(ml)的腔体中，直到压力达到 0. 5MPa，关闭开关阀门，取样过程结束； 4) 断开气体取样口与示漏气体的连接并封闭取样口，将气体放样口与上述密封容器连 接，打开开关阀门，进行放样工作； 5) 放样结束后关闭开关阀门，利用相同的测量方法测量放样前后密封容器内示漏气体 浓度的进一步的增量A2,完成标定； 6) 利用以下公式计算卫星的总漏率Q，完成总漏率的测试工作，Q= (0.5XV)XA1/ (A2 X t)。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，所述固定容积的容积为20ml±lml。
8. 如权利要求6所述的方法，其中，示漏气体为氦气、氪气、四氟化碳或六氟化硫。
9. 如权利要求6所述的方法，其中，预定时间t通常在24小时以上。
【文档编号】G01M3/20GK104089745SQ201410369471
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】师立侠, 冯琪, 刘胜, 洪晓鹏, 杨定魁, 丁冉 申请人:北京卫星环境工程研究所