一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于低温电容式传感器技术领域，涉及到传感器的支撑结构，是一种在大口径低温液体输送管路中使用的电容式传感器元件的支撑方法。
【背景技术】
[0002]目前液体火箭发动机液氢推进剂的密度测量主要有两种方法:一种是温度一压力法(简称P-T法)，另一种是电容式密度计测量法。P-T法是通过测量管路中某一位置处液氢压力和温度，再利用液氢热物理性能手册查出对应压力、温度条件下液氢的密度，温度和压力测量的准确度直接决定密度测量结果的准确性，因此P-T法通常适合于温度和压力参数都能够准确测量的静态试验。电容式密度计测量法则是利用介质的密度、介电常数和密度计传感器的电容之间的变化关系，通过测量传感器的电容得到液氢的介电常数，再利用液氢热物理性能手册查出对应条件下液氢的密度。电容式密度传感器的尺寸是与液氢管路通径相匹配的，几乎能够获取流经整个管路横截面的所有液氢的相关信息，能有效克服P-T法以点盖面的测量缺陷，加上传感器具有精度高、动态响应好、适应性强等优点，因此在高温、低温、高压力、高冲击以及强磁场等各种恶劣环境条件下传感器都能正常工作。
[0003]电容式液氢密度计的核心部件是密度传感器，本质上是一个电容器，以多个内径不等、长度相等的薄壁不锈钢筒同心套合而成，奇数不锈钢筒相连为电容的一极，偶数不锈钢筒相连为另一极。液氢从各不锈钢筒之间的空隙进出，其密度发生变化，传感器电容即发生变化。
[0004]传感器的外廓尺寸是与液氢输送管路通径相匹配的，对于小口径液氢密度传感器来说，支撑多个不锈钢筒的支架一般采用聚四氟乙烯材料，可同时满足支撑和绝缘的作用；但对于大口径的电容式密度传感器而言，如仍采用聚四氟乙烯材料作支架，其强度达不到要求，不能满足加注前高速气体吹扫置换和大流量超低温液氢冲击的工况；同时，由于电容式密度传感器的支撑结构及电极筒所占的截面积不宜超过管路中被测液体流经截面面积的15%，否则对密度测量值有较大影响，因此不能简单地放大聚四氟乙烯支撑架的几何尺寸来满足强度要求，只能寻找强度更高的支撑材料或改进支撑结构形式，以满足大口径液氢密度计的使用要求。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于通过采用不锈钢支撑骨架内嵌聚四氟乙烯材料的方式设计制造出一种新型的电容式传感器电极筒支撑结构，在保证其绝缘性能的前提下加强传统电容式传感器电极筒支撑结构的抗冲击性。
[0006]本实用新型的技术方案为不锈钢支撑骨架和聚四氟乙烯绝缘材料组装而成。不锈钢支撑骨架结构由大小两个圆环和支持肋一体加工成型，两圆环之间通过3个120度分布的不锈钢支持肋相连；3个支持肋的内表面(与传感器不锈钢薄壁电极筒接触的一面)按照一定规则设有不锈钢凸起，凸起块之间镶嵌聚四氟乙烯绝缘块和绝缘槽，绝缘块和绝缘槽中心留有穿线通孔；3个支持肋的外表面沿径向各加工I个置线槽；大小圆环的内表面均采用聚四氟乙烯绝缘环覆盖。
[0007]本实用新型的不锈钢骨架采用不锈钢材料一体加工切削而成，不锈钢骨架上镶嵌的绝缘材料采用聚四氟乙烯，以不锈钢骨架为工装加工而成。绝缘材料与不锈钢骨架之间采用低温胶粘接。
[0008]本实用新型采用不锈钢支撑骨架与聚四氟乙烯材料相结合的电极筒支撑方式，利用不锈钢骨架良好的强度和低温性能解决了对支撑结构的强度要求，利用聚四氟乙烯材料良好的低温绝缘性能，满足了电容电极之间的绝缘要求，同时在支持肋上设计有置线槽，也避免了信号引线直接经受低温液氢和高压气体的冲击，减少了传感器寄生电容的产生，保证了传感器信号的稳定。该支撑结构能够在20K低温环境下工作，能够承受1.6MPa的压强。经多次、长时间低温试验，该支撑结构性能可靠，对传感器的测量指标没有任何不利影响，可成为适用于低温电容式传感器电极筒的支撑方式之一。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构的左视图。
[0010]图中大圆环、2置线槽、3支持肋、4小圆环、5定位销孔
[0011]图2为本实用新型一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构的A-A剖视图。
[0012]图中:6穿线通孔、7绝缘块、8绝缘槽、9不锈钢凸起
[0013]图3为本实用新型一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构的右视图。
[0014]图中:10绝缘环
[0015]图4为本实用新型在大口径电容式液氢密度传感器电极筒中的使用方式示意图。
[0016]图中:1导流锥、2紧固螺母、3心轴、4不锈钢压板、5电极筒支撑结构(本实用新型)、6绝缘条、7绝缘套A、8电极筒、9绝缘套B、10引线出口、11定位销
【具体实施方式】
[0017]具体实施案例1:以下结合技术方案和附图1、2和3，并参照附图4，详细说明本实用新型的实施案例。
[0018]本实用新型支撑结构的大圆环1、支持肋3、小圆环4为车削加工一次成型，大圆环I的外径与液氢输送管路内径一致，小圆环4的内径与心轴(附图4中“3”)的外径一致。三个支持肋3的外表面沿径向各加工一个置线槽2，同极各电极筒的引线穿过穿线通孔6和一个聚四氟乙烯绝缘条(附图4中“6”)，焊接连接在一起后放置于置线槽2中；置线槽2表面再覆盖一个聚四氟乙烯绝缘条，在整个不锈钢支撑骨架(本实用新型)外表面压上一个不锈钢压板(附图4中“4”)，两者之间通过定位销(附图4中“11”)定位。不锈钢压板结构与不锈钢支撑骨架相同，区别就是前者的内外表面为不锈钢实体表面，只在大圆环与支持肋的连接处分别设置一个引线出口(附图4中“10”)。不锈钢电极筒(附图4中“8”)两端头分别卡在两端支撑结构(本实用新型)的绝缘槽8中，两端支撑结构与两端的不锈钢盖板定位准确后，通过紧固螺母(附图4中“2”)拧紧固定。绝缘套A(附图4中“7”)套在最大的电极筒外部，两端与电极筒支撑结构(本实用新型)的大圆环I压紧后接触；绝缘套B(附图4中“9”)套在心轴(附图4中“3”)的外部，两端与电极筒支撑结构(本实用新型)的小圆环4压紧后接触。
【主权项】
1.一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构，由支撑骨架和绝缘层组成，其中支撑骨架采用不锈钢材料，绝缘层采用聚四氟乙烯材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构，其特征在于:支撑骨架上设计了大圆环(1)、置线槽(2)、支持肋(3)、小圆环(4)、定位销孔(5)和不锈钢凸起(9)六部分结构，整个支撑骨架采用不锈钢材料车削加工一次成型；绝缘层由一定数量的绝缘块(7)、一定数量的绝缘槽(8)和绝缘环(10)组成，采用聚四氟乙烯材料分别加工而成，镶嵌在支撑骨架内表面上相应位置，绝缘块(7)和绝缘槽⑶中心留有穿线通孔￠)。
3.根据权利要求1所述的一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构，其特征在于:不锈钢支撑骨架和聚四氟乙烯绝缘层之间采用低温胶粘结。
4.根据权利要求2所述的一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构，其特征在于:支撑骨架上的大圆环(I)和小圆环(4)之间通过3个呈120度分布的支持肋(3)相连，大圆环(1)、小圆环(4)和支持肋(3)的横截面呈矩形。
5.根据权利要求2所述的一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构，其特征在于:在大圆环(I)外表面上设计留有一个定位销孔(5)，采用内螺纹形式，用来定位3个支持肋(3)与传感器电极筒的相对角度。
6.根据权利要求4所述的一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构，其特征在于:3个支持肋(3)的外表面沿径向各加工I个置线槽(2)，置线槽(2)底部沿径向布置一排圆柱形通孔，该通孔内镶嵌圆柱形聚四氟乙烯绝缘块⑵。
7.根据权利要求4所述的一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构，其特征在于:3个支持肋(3)的内表面按照一定规则沿径向布置一排不锈钢凸起(9)，不锈钢凸起(9)之间形成了类长方体立体空间结构，在该结构中镶嵌有凹槽型聚四氟乙烯绝缘槽⑶。
8.根据权利要求2所述的一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构，其特征在于:大圆环(1)、小圆环⑷的内表面镶嵌有聚四氟乙烯绝缘环(10)，用于直径最大和最小电极筒与支撑结构之间的绝缘。
【专利摘要】本实用新型属于电容式传感器技术领域，是一种用于大口径电容式液氢密度传感器的电极筒支撑结构，该结构采用不锈钢骨架与聚四氟乙烯材料相结合的方式，由1大圆环、2置线槽、3支持肋、4小圆环、5定位销孔、6穿线通孔、7绝缘块、8绝缘槽、9不锈钢凸起、10绝缘环组装而成，既能承受低温流体的高速冲击，又可满足电容电极之间的绝缘要求，同时置线槽结构的应用也可避免信号引线直接经受低温高压液气体冲击，减少了寄生电容的产生。经多次、长时间试验，该支撑结构能够适应1.6MPa、20K工作环境，性能可靠，可成为低温电容式传感器电极筒的支撑方式之一。
【IPC分类】G01N9-00
【公开号】CN204405478
【申请号】CN201420617294
【发明人】张震, 杨国平, 朱晓彤, 耿亚璋, 刘海生, 施晓丽, 李岱昭, 吕攀珂, 赵珊珊, 何田田
【申请人】北京航天试验技术研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2014年10月24日