低温低压气体压力精确控制系统及方法与流程

本发明属于航天器地面环境试验技术领域，具体涉及一种低温低压气体压力精确控制系统及方法，通过在地面环境下实现不同组分不同温度环境下的低气压模拟。

背景技术：

要成功实施航天任务，需要预先对进入过程的各个环节进行大量的地面试验和系统测试。其中，地面试验因为安全、可有效暴露航天器问题优点在国内外多次航天任务中得以应用。航天器特殊环境试验是深空任务涉及的关键技术之一。

火星表面有着600-1000pa主要成分为二氧化碳的大气，表面温度在-110-20℃范围内变化，为保证探测任务的成功，需对航天器压力敏感材料性能进行验证。为了验证压力敏感材料在不同压力下的性能改变情况，要求对试验过程的不同压力环境状态进行全程高精度模拟。由于航天器试验过程持续时间长，复杂的热学环境会带来异常压力变化。因此，针对该情况，本发明构思了一种适用于火星环境模拟的低温低压气体压力精确控制系统及方法，来模拟试验过程中不同压力状态，为相关材料、元器件提供试验支撑。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种低温低压气体压力精确控制系统及方法，以满足航天器的地面试验测试需求。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

低温低压气体压力精确控制系统，主要由真空抽气子系统、充气子系统和测控子系统组成，采用快速充压和泄压方式来实现压力精确控制，其中，真空抽气子系统为试验系统提供真空环境，包括并列连接到试验容器上的稳压抽气阀和快速抽气阀，两者的气体出口连通到热阱上，抽气过程中通过换热水循环泵和加热器保持热阱的温度为恒温，热阱与缓冲容器连通，缓冲容器分别通过泵口阀连接有稳压真空抽气泵和快速降压抽气泵；热阱采用翅片管换热形式，换热效率高，能够保证经过热阱的气体充分加热，满足泵组抽气的气体温度要求；热水循环系统采用热水循环泵及加热器作为热源，温度控制在恒温，将恒温水通过管路进入到热阱翅片管中，加热抽出的低温气体；

充气子系统通过向容器内充入气体来调整试验容器内的压力，包括并列连接到试验容器上的快速补气阀和稳压补气阀，两者经减压阀连接到气源上以对试验容器进行快速补气和稳压补气。

其中，试验容器上还设置有真空规。

进一步地，本系统还包括测控系统，测控系统用于对系统中的各阀门和部件进行控制。

其中，测控系统通过真空规测量出当前压力数值远高于目标值，开启快速抽气阀、快速抽气泵及对应的泵口阀，抽气过程中通过换热水循环泵和加热器保持热阱温度为常温。

低温低压气体压力精确控制方法，包括以下步骤：

通过测量容器压力，与目标压力值进行对比，采用快速充压或泄压方式接近目标压力；

在接近目标压力后，系统进入稳压控制模式，当超出允许的差值时，依据压力高低，开启稳压抽气阀或稳压补气阀进行精细控制，控制误差在5pa以内。

本发明相比现有技术，主要有如下优点：

实现了低气压环境下压力的高精确控制，控制误差在5pa以内。通过设置抽气缓冲罐来避免真空机组对容器内的压力造成剧烈影响。本发明进一步通过设置抽气热阱，实现了可以通过真空机组抽取容器内的低温气体。

附图说明

图1为本发明的压力精确控制系统结构示意图。

其中，1为试验容器；2为稳压补气阀；3为快速补气阀；4为减压阀；5为快速抽气阀；6为稳压抽气阀；7为真空规；8为热阱；9为换热水循环泵；10为加热器；11为缓冲容器；12为泵口阀；13为快速抽气泵；14为泵口阀；15为稳压抽气泵；16为气源。

图2为本发明的压力精确控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

参见图1，图1显示了本发明的压力精确控制系统，主要由真空抽气子系统、充气子系统和测控子系统组成，采用快速充压和泄压方式来实现压力精确控制，其中，试验容器1上并列连接有稳压抽气阀6和快速抽气阀5，两者的气体出口连通到热阱8上，抽气过程中通过热水循环泵9和换热器10保持热阱8的温度为常温，热阱8与缓冲容器11连通，缓冲容器11分别通过泵口阀12，泵口阀14连接有稳压抽气泵15和快速抽气泵13；充气子系统通过向容器内充入气体来调整试验容器内的压力，包括并列连接到试验容器1上的快速补气阀3和稳压补气阀2，两者经减压阀4连接到气源16上以对试验容器1进行快速补气和稳压补气。

根据试验要求，试验容器1的压力要从3000pa将至1400pa并保持，测控系统通过真空规7测量出当前压力数值远高于目标值，开启快速抽气阀5、快速抽气泵13及对应的泵口阀12，抽气过程中通过换热水循环泵9和加热器10保持热阱8温度为常温。

参见图2，图2显示了本发明的压力精确控制方法流程图，该低温低压气体压力精确控制方法，包括以下步骤：

当前压力数值远低于于目标值时，开启快速补气阀3，气体从气源16经减压阀4、快速补气阀3进入容器。

当容器压力距目标压力小于5pa时，进入稳压模式，稳压抽气泵15及对应的泵口阀14，关闭快速抽气阀5、快速抽气泵13及对应的泵口阀12。当容器压力大于目标压力允差时，开启稳压抽气阀6，容器内气体经稳压抽气阀6、热阱7、缓冲容器11、泵口阀14、稳压抽气泵15抽出；进入允差范围内后，关闭稳压抽气阀6；当容器压力小于目标压力允差时，开启稳压补气阀2，气体从气源16经减压阀4、稳压补气阀2，进入容器。进入允差范围内后，关闭稳压补气阀2。

尽管上文对本专利的具体设计方式和思路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专利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。

技术特征：

技术总结
本发明为一种低温低压气体压力精确控制系统，由抽气系统、充气系统和测控系统组成，抽气系统提供真空环境，包括稳压抽气阀和快速抽气阀，两者连通到热阱上，热阱的温度保持常温，热阱与缓冲容器连通，其再分别连接稳压真空抽气泵和快速降压抽气泵；充气系统包括并列连接到试验容器上的快速补气阀和稳压补气阀，两者经减压阀连接到气源上以对试验容器进行补气。本发明也公开了对应的压力控制方法。本发明通过在地面环境下实现不同组分不同温度环境下的低气压模拟，解决了相应的气体在温度变化情况下的压力高精确控制。

技术研发人员：武越;王宇辰;刘金龙;李培印;魏茜;王晶
受保护的技术使用者：北京卫星环境工程研究所
技术研发日：2019.07.02
技术公布日：2019.10.08