超声波流量计动态补偿方法

文档序号:9372469阅读:1002来源:国知局
超声波流量计动态补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航天器推进技术领域,特别涉及一种超声波流量计动态补偿方法。
【背景技术】
[0002] 航天器推进系统完成轨道转移、姿态控制和位置保持等在轨机动,推进剂对保证 这些在轨机动任务的完成至关重要,因此非常有必要对在轨航天器的推进剂进行监测和预 估。目前普遍使用的推进剂剩余量测量技术为气体状态方程法(PVT法)和记帐法(BK法)。 由于贮箱形变、气体压缩因子和气体在液体中的溶解度、星上贮箱温度和压力采样不精确 等因素的影响,PVT法的测量误差大于2% ;BK法在实际应用时,需要引用推进系统的地面 试验数据并有赖于星上推力器性能稳定,再加上空间环境、推力器性能变化等诸多因素的 影响,BK法误差大于4%。
[0003] 超声波流量计通过直接测量管路中超声波顺流方向和逆流方向传播时间来计算 推进剂流速,从而换算成流量。具有结构简单、响应速度快、测量范围大、稳定性好、精度高 等特点。航天器液体推进系统完成在轨机动(轨道转移、姿态控制、位置保持)和在轨加注 等任务,超声波流量计以其高精度、无流体压力损失的特点在在轨机动和在轨加注中有显 著的使用价值,另外还可应用于地面推力器点火脉冲流量测量。
[0004] 广泛使用的超声传播时间差法是对接收到的超声波信号直接进行电压比较来测 量超声波传播时间,继而计算流体的流速流量。实际应用时,若存在阀门瞬间开关带来的水 击效应或者管路中残存气泡,则超声波传播信号会出现幅值增大或者减小,从而导致超声 波传播时间测量出现异常变化,从而影响到流量测量精度。

【发明内容】

[0005] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种超声波流量计动态补偿方法,能够消除 对阀门瞬间开关带来的水击效应或者管路中残存的气泡会引起的超声传播时间测量偏差, 提高流量测量精度;
[0006] 进一步的,能够消除由温度引起的液体密度变化所引入的流量计算偏差;
[0007] 进一步的,能够消除处理线路盒内元器件温度变化影响的时间差基准偏移;
[0008] 进一步的,能够对标定系数实现在查找表中动态查找,相对现有的采取固定标定 系数的情况,提高流量计算精度。
[0009] 本发明包括如下技术方案:
[0010] -种超声波流量计动态补偿方法,包括测量时间动态周期补偿的步骤,该步骤包 括超声波顺流传播时间补偿和超声波逆流传播时间补偿,所述超声波顺流传播时间补偿包 括:
[0011] (1)将前一次测量的超声波顺流传播时间记为Tuppi^
[0012] (2)检测接收信号中超过一预触发阈值后连续三个过零点脉冲上升沿作为停止计 时使能信号,测得时间依次分别记为3J、和;
[0013] (3)本次测量超声波顺流传播时间记作Tup,Tup的初始值取然后进行判断:
[0014] 如果Tup大于T uppra_tup且小于T uppra+tup,则将本次测量超声波顺流传播时间Tup的 取值直接确定为^,其中t up为超声波顺流传播时间变化量的阈值;
[0015] 否则进行Tup动态周期补偿,包括:
[0016] 如果Tup小于T uppra_tup,则计算第η次迭代的传播时间TupW,
[0017] 如果Tup大于T uppra+tup,则计算第η次迭代的传播时间TupW,
[0018] 其中η表示迭代次数,为1,2, 3···..,当第η次迭代所得Tupw满足大于T up_-tup 且小于Tuppra+tuj^条件时,停止迭代并将本次测量超声波顺流传播时间Tup的取值确定为该 Tupw,当第η次迭代所得Tupw不满足大于T uppra-tup且小于T uppra+tu|^条件时,则令η增加 1,重新计算Tupw;
[0019] 所述超声波逆流传播时间补偿采用与所述超声波顺流传播时间补偿相同的方式 进行补偿。
[0020] 进一步的,所述超声波流量计动态补偿方法还包括对流体密度进行补偿的步骤, 包括:
[0021] (1)通过对超声波流量计测量管路液体进行温度场仿真,确定测温热敏电阻安装 的位置,测得管路温度T 1;
[0022] (2)对所测温度值T1进行修正后,对流体密度进行修正补偿得到补偿后的流体密 度 P (T1)。
[0023] 进一步的,所述流体为四氧化二氮,其流体密度修正补偿得到补偿后的P (T1)0fwfc 二氮为:
[0024] P (T1)四氧化二氮=2174. 4-2. 489 X (?\+Τ 四氧化二氮)
[0025] 其中,Τ' 为四氧化二氮流体时,对所测温度T 1的修正系数,取值0. 28。
[0026] 进一步的,所述超声波流量计动态补偿方法还包括对超声波逆流传播时间与超声 波顺流传播时间的时间差进行温度补偿的步骤,包括:
[0027] (1)测得线路盒内部温度T2;
[0028] (2)根据所述测得的线路盒内部温度T2,计算超声波逆流传播时间与超声波顺流 传播时间的时间差基准补偿量A (Tdciwn-Tup) (T2):
[0029] MTtmti - Tit^gg = 0.0017 + 0..0.M3 X 'Tz - 4.36.17
[0030] (3)利用该补偿量进一步获得温度补偿后的超声波逆流传播时间与超声波顺流传 播时间的时间差(T dciwn-Tup) (T2):
[0031] (Tdown-Tup) (T2) = (Tdown-Tup)+ Δ (Tdown-Tup) (T2)
[0032] 其中,Td_为超声波逆流传播时间。
[0033] 进一步的,所述超声波流量计动态补偿方法还包括通过预先建立的标定系数查找 表动态地查找标定系数的步骤,包括:使用流量标准器对超声波流量计进行多量程段标定, 并对标定结果进行拟合插值,建立标定系数k的标定系数查找表,在计算流体流量时,动态 地从该表中查找对应的k值记作Ic1。
[0034] 进一步的,以0. lg/s为间隔建立所述标定系数k的所述标定系数查找表。
[0035] 进一步的,还包括流量计算的步骤,所述流量计算的计算式为:
[0036]
[0037] 其中,Q为动态补偿后的流量,P (T1)为温度补偿后的流体密度,D为管路直径, h为计算流体流量时从预先建立的标定系数查找表中查得的标定系数,L为管路长度, (Tdmm-Tup) (T2)为温度补偿后的超声波逆流传播时间与超声波顺流传播时间的时间差,Tup 为超声波逆流传播时间,Td_为超声波逆流传播时间,T i为管路温度,T 2为线路盒内部温度。
[0038] -种超声波流量计多级动态补偿方法,包括以下步骤:
[0039] (1)测量超声波顺流传播时间Tup和超声波逆流传播时间T d_;
[0040] (2)检验Tup和T d_分别是否满足预设条件,若不满足则分别进行T up动态周期补 偿和1。_动态周期补偿;
[0041] (3)利用测量的线路盒内部温度进行超声波逆流传播时间与超声波顺流传播时间 的时间差温度补偿;
[0042] (4)测量管路温度;
[0043] (5)利用所测管路温度进行流体密度补偿;
[0044] (6)从预先建立的标定系数查找表中动态查找标定系数k1;
[0045] (7)计算多级动态补偿的流量。
[0046] 进一步的,所述预设条件包括:
[0047] Tup预设条件:T ψ大于T u_e-tup且小于T
[0048] Td_预设条件:T d_大于T downpre ^down-S*^''^^ ^ downpre~^^down
[0049] 其中Tuppra为前一次测量的超声波顺流传播时间,t up为超声波顺流传播时间变化 量的阈值;
[0050] Tdmmpra为前一次测量的超声波逆流传播时间,t d_为超声波逆流传播时间变化量 的阈值。
[0051] 进一步的,所述Tup动态周期补偿采用前述的T up动态周期补偿,所述T
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