专利名称：一种推力台架原位校准系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种推力台架原位校准系统，属于航空航天发动机试验技术领域。
背景技术：
在火箭发动机试车过程中，推力测量的基本方法就是将发动机固定在推力架的动架上，推力架的动架和定架用弹簧片连接起来，试车时，发动机产生的推力使动架和发动机一起向推力方向移动，并通过传力机构作用在测力传感器上。推力架主要有三部分构成，一是推力传递机构，由定架、动架、弹簧片和预紧力部件等组成；二是测量装置，包括工作力传感器、传输电缆和数据采集装置等；三是现场校准装置，包括标准力传感器、力源和相应的指示仪表。 精确测量发动机的推力十分困难，推力从发动机到传感器的传递过程中容易受很多因素的影响1)推力架动架和定架之间的支撑件、约束件的影响；2)推进剂输送管、测压管等的影响，以及推进剂管路内压力和流体动量的影响；3)在垂直式或倾斜式试车台上试车，发动机主阀门后的管路、推力室头部、喷管冷却夹套内的推进剂填充量和烧蚀式喷管的烧蚀量的变化，引起发动机重量变化，因此影响推力测量准确度。为了提高推力测量的精度，推力架常采用原位推力校准系统。校准力源是“模拟推力”的力发生器，可以是机械式的，也可以是液压式的。机械式的优点是加载精度高，设计简单；其主要缺陷是大吨位加载费时费力，受到场地限制。液压式的主要优点是加载方便，体积小，重量轻，加载量程远大于砝码加载量程；其主要缺点是加载压力不稳定，容易产生冲击，对传感器造成损伤，加载精度不易保证。

发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种高精度、高稳定性的推力测量台架原位推力校准系统。本发明通过脉冲自动跟踪系统和宽频伺服电机控制自控泵的工作，以实现液压缸对标准传感器的自动加、卸载，并和计算机软件相结合，使得加卸载、数据采集和数据处理完全自动化。本发明可加、卸载到测量范围内的任意力值，并可稳定必要的时间，加载稳定度和测量精度均较高。一种推力台架原位校准系统，包括标准传感器组件、液压系统和加卸载控制系统；标准传感器组件包括传感器拉杆、前万向挠性件、标准传感器和后万向挠性件；标准传感器一端通过前万向挠性件与传感器拉杆的一端连接，标准传感器的另一端通过后万向挠性件与液压缸连接，传感器拉杆的另一端与推力架动架相连接；液压缸提供系统原位校准时所需的拉力，经标准传感器测量得到标准力值，并通过传感器拉杆将液压缸产生的力传递给推力台架的动架，进一步传递给工作传感器，实现对工作传感器的校准；液压系统包括液压缸、压腔加油阀、手提泵、拉腔加油阀、电接点压力表和压腔蓄能器；手提泵通过压腔加油阀连接液压缸的压腔，给液压缸的压腔和压腔蓄能器加油，手提泵通过拉腔加油阀连接液压缸的拉腔，给液压缸的拉腔加油；液压缸的压腔还连接压腔蓄能器；加卸载控制系统包括自控泵、宽频伺服电机、脉冲自动跟踪系统、计算机和采集卡；宽频伺服电机连接自控泵和脉冲自动跟踪系统，宽频伺服电机控制自控泵，脉冲自动跟踪系统向宽频伺服电机输出脉冲频率，控制宽频伺服电机的转速，自控泵通过管路连接液压缸的拉腔，宽频伺服电机启动后，液压缸产生拉力，采集卡采集标准传感器测量得到的加载值，将加载值输出至计算机，计算机内设有校验标准值，计算机判断校验标准值与加载值的大小，当加载值小于校验标准值时，计算机发出脉冲信号给脉冲自动跟踪系统，脉冲自动跟踪系统提高输出至宽频伺服电机的脉冲频率，并且脉冲信号为正，宽频伺服电机电机正转且转动速度增加，增大液压缸产生的拉力，加载值增大，使得加载值趋近于校验标准值；当加载值大于校验标准值时，计算机发出脉冲信号给脉冲自动跟踪系统，脉冲自动跟踪系统降低输出至宽频伺服电机的脉冲频率，并且脉冲信号为负，宽频伺服电机电机反转且转动速度减少，减小液压缸产生的拉力，加载值减小，使得加载值趋近于校验标准值，最终校
准系统的加载值达到并稳定于校准标准值本发明的优点在于(I)校准精度高校准系统采用原位推力校准，即在试验发动机安装完成，准备试车前进行工作传感器的推力校准；校准系统通过计算机软件控制加、卸载过程，能准确加载到校准标准值；标准传感器的测量精度高，数据采集的精度可在±0. 002%F. S和±0. 001%F. S中任选；(2)校准稳定性高原位推力校准系统通过脉冲自动跟踪系统和宽频伺服电机控制自控泵的工作，并将标准传感器的测量信号反馈给计算机，计算机通过软件运算又将脉冲信号传给脉冲自动跟踪系统，实现了液压缸对标准传感器的自动加、卸载，并可稳定必要的时间，加载稳定度可达到每30分钟(或更长时间)O. 004%F. S ；(3)校准过程自动化原位推力校准系统的加卸载过程、标准传感器和工作传感器的数据采集以及数据处理过程均由软件通过计算机控制来完成，实现了推力校准过程的完全自动化；(4)采用液压缸作为原位推力校准系统的校准力源，结构紧凑、体积小、质量轻，便于安装在推力台架上，且产生的力值较大。


图I是本发明推力台架原位校准系统的结构示意图。图中I-标准传感器组件2-液压系统3-加卸载控制系统4-传感器拉杆5-前万向挠性件6-标准传感器7-后万向挠性件8-液压缸9-压腔加油阀10-手提泵11-拉腔加油阀12-电接点压力表13-压腔蓄能器14-自控泵15-宽频伺服电机16-脉冲自动跟踪系统17-计算机18-米集卡
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明是一种推力台架原位校准系统，如图I所示，包括标准传感器组件I、液压系统2和加卸载控制系统3。标准传感器组件I包括传感器拉杆4、前万向挠性件5、标准传感器6和后万向挠性件7。标准传感器6 —端通过前万向挠性件5与传感器拉杆4的一端连接,标准传感器6的另一端通过后万向挠性件7与液压缸8连接，传感器拉杆4的另一端与推力架动架相连接。液压缸8提供系统原位校准时所需的拉力，经标准传感器6测量得到标准力值，并 通过传感器拉杆4将液压缸8产生的力传递给推力台架的动架，进一步传递给工作传感器以实现对工作传感器的校准。所述的标准传感器6为德国进口、圆盘式拉压传感器，量程为3. Ot,测量精度为O. 02%，由中国运载火箭技术研究院测量所标定，数据采集的精度可在±0. 002%F. S和±0. 001%F. S中任选。所述的前万向挠性件5和后万向挠性件7由航天科工集团601所研制加工，由一个基体和四个副片组成，安装在标准传感器6的两端，使得标准传感器6在工作时仅受正拉力的作用。液压系统2包括液压缸8、压腔加油阀9、手提泵10、拉腔加油阀11、电接点压力表12、压腔蓄能器13和相应管路。手提泵10通过压腔加油阀9连接液压缸8的压腔，给液压缸8的压腔和压腔蓄能器13加油，手提泵10通过拉腔加油阀11连接液压缸8的拉腔，给液压缸8的拉腔加油。液压缸8的压腔还连接压腔蓄能器13。压腔蓄能器13作为辅助动力源协助手提泵工作，同时可以吸收液压冲击。电接点压力表12接点位于拉腔加油阀11与液压缸8拉腔之间的管路上，电接点压力表12的接点压力根据试验发动机的额定推力调整，校准力的最大值为I. 2倍发动机额定推力，接点压力应调整为L 25倍试验发动机额定推力。电接点压力表12测量并显示接点压力值。所述的压腔蓄能器13的皮囊压力以I 2MPa为宜，使用过程中应定期检查，压力过低时要给皮囊充氮气。所述的液压缸8是原位推力校准系统的校准力源，结构紧凑、体积小、质量轻，便于安装在推力台架上，且产生的力值较大。加卸载控制系统3包括自控泵14、宽频伺服电机15、脉冲自动跟踪系统16、计算机17和采集卡18。宽频伺服电机15连接自控泵14和脉冲自动跟踪系统16，宽频伺服电机15控制自控泵14，脉冲自动跟踪系统16向宽频伺服电机15输出脉冲频率，控制宽频伺服电机15的转速，自控泵14通过管路连接液压缸8的拉腔，宽频伺服电机15启动后，液压缸8产生拉力，采集卡18采集标准传感器6测量得到的加载值，将加载值输出至计算机17，计算机17内设有校验标准值，计算机17判断校验标准值与加载值的大小，当加载值小于校验标准值时，计算机17发出脉冲信号给脉冲自动跟踪系统16，脉冲自动跟踪系统16提高输出至宽频伺服电机15的脉冲频率，并且脉冲信号为正，宽频伺服电机15电机正转且转动速度增加，增大液压缸8产生的拉力，加载值增大，使得加载值趋近于校验标准值；当加载值大于校验标准值时，计算机17发出脉冲信号给脉冲自动跟踪系统16，脉冲自动跟踪系统16降低输出至宽频伺服电机15的脉冲频率，并且脉冲信号为负，宽频伺服电机15电机反转且转动速度减少，减小液压缸8产生的拉力，加载值减小，使得加载值趋近于校验标准值，最终校准系统的加载值达到并稳定于校准标准值。所述的自控泵14在系统工作前，应使泵指针距离上限位置约30mm左右，并定期检查自控泵14的上、下限位置，保证处于正常状态。所述的原位校准系统的任意一个环节有故障，导致计算机17在O. 6秒以内没有采集到数据，则校准程序自动退出。所述的液压系统2设有超压保护，当液压缸8的压力超过设置值时，系统将发出声光报警，宽频伺服电机15将立即停止加载并主动卸载。 所述的原位校准系统在工作前的加油步骤如下a)向手提泵10的油箱加油，看油标的指示，加满油为止；b)从系统中卸下标准传感器6 ；c)向液压缸8的拉腔加油打开拉腔放气管堵头，打开拉腔加油阀11，启动手提泵10，液压油从手提泵10的油箱流向液压缸8的拉腔，并经拉腔放气管流出，当放气管流出的全是油且不含气体时，关闭手提泵10，堵上放气管堵头，关闭拉腔加油阀11 ；d)向液压缸8的压腔加油断开压腔蓄能器13的连接管，打开压腔加油阀9，启动手提泵10，液压油从手提泵10的油箱流向液压缸8的压腔，并由压腔放气管流出，当放气管流出的全是油且不含气体时，关闭手提泵10，将压腔放气管与压腔蓄能器13连接，再次启动手提泵10，开机O. 5分钟后关闭手提泵10，关闭压腔加油阀9 ；e)向自控泵14的油箱加油打开自控泵14的放气管堵头，打开拉腔加油阀11，打开计算机17，启动计算机程序控制宽频伺服电机15低速转动，使自控泵14的活塞向下移动到下限位置为止，启动手提泵10，同时启动宽频伺服电机15，让自控泵14的活塞慢慢上移直至上限位置为止，活塞上移的速度以放气管不断有少量油流出为宜，当放气管流出的全是油且不含气体时，关闭宽频伺服电机15，关闭手提泵10，堵上放气管堵头，关闭拉腔加油阀11。
权利要求
1.一种推力台架原位校准系统，其特征在于，包括标准传感器组件、液压系统和加卸载控制系统； 标准传感器组件包括传感器拉杆、前万向挠性件、标准传感器和后万向挠性件；标准传感器一端通过前万向挠性件与传感器拉杆的一端连接，标准传感器的另一端通过后万向挠性件与液压缸连接，传感器拉杆的另一端与推力架动架相连接；液压缸提供系统原位校准时所需的拉力，经标准传感器测量得到标准力值，并通过传感器拉杆将液压缸产生的力传递给推力台架的动架，进一步传递给工作传感器，实现对工作传感器的校准； 液压系统包括液压缸、压腔加油阀、手提泵、拉腔加油阀、电接点压力表和压腔蓄能器；手提泵通过压腔加油阀连接液压缸的压腔，给液压缸的压腔和压腔蓄能器加油，手提泵通过拉腔加油阀连接液压缸的拉腔，给液压缸的拉腔加油；液压缸的压腔还连接压腔蓄能器； 加卸载控制系统包括自控泵、宽频伺服电机、脉冲自动跟踪系统、计算机和采集卡；宽频伺服电机连接自控泵和脉冲自动跟踪系统，宽频伺服电机控制自控泵，脉冲自动跟踪系统向宽频伺服电机输出脉冲频率，控制宽频伺服电机的转速，自控泵通过管路连接液压缸的拉腔，宽频伺服电机启动后，液压缸产生拉力，采集卡采集标准传感器测量得到的加载值，将加载值输出至计算机，计算机内设有校验标准值，计算机判断校验标准值与加载值的大小，当加载值小于校验标准值时，计算机发出脉冲信号给脉冲自动跟踪系统，脉冲自动跟踪系统提高输出至宽频伺服电机的脉冲频率，并且脉冲信号为正，宽频伺服电机电机正转且转动速度增加，增大液压缸产生的拉力，加载值增大，使得加载值趋近于校验标准值；当加载值大于校验标准值时，计算机发出脉冲信号给脉冲自动跟踪系统，脉冲自动跟踪系统降低输出至宽频伺服电机的脉冲频率，并且脉冲信号为负，宽频伺服电机电机反转且转动速度减少，减小液压缸产生的拉力，加载值减小，使得加载值趋近于校验标准值，最终校准系统的加载值达到并稳定于校准标准值。
2.根据权力要求I所述的一种推力台架原位校准系统，其特征在于，所述的标准传感器为圆盘式拉压传感器，量程为3. Ot，测量精度为O. 02%，数据采集的精度可在±0. 002%F.S和±0. 001%F. S中任选。
3.根据权力要求I所述的一种推力台架原位校准系统，其特征在于，所述的前万向挠性件和后万向挠性件由一个基体和四个副片组成，安装在标准传感器的两端，使得标准传感器在工作时仅受正拉力的作用。
4.根据权力要求I所述的一种推力台架原位校准系统，其特征在于，所述的电接点压力表接点位于拉腔加油阀与液压缸拉腔之间的管路上，电接点压力表测量并显示接点压力值。
5.根据权力要求3所述的一种推力台架原位校准系统，其特征在于，所述的电接点压力表的接点压力根据试验发动机的额定推力调整，校准力的最大值为I. 2倍发动机额定推力，接点压力应调整为I. 25倍试验发动机额定推力。
6.根据权力要求I所述的一种推力台架原位校准系统，其特征在于，所述的压腔蓄能器的皮囊压力为I 2MPa，压力过低时，皮囊充氮气。
7.根据权力要求I所述的一种推力台架原位校准系统，其特征在于，所述的自控泵在系统工作前，使泵指针距离上限位置约30mm左右，并定期检查自控泵的上、下限位置，保证处于正常状态。
8.根据权力要求I所述的一种推力台架原位校准系统，其特征在于，当计算机在O.6秒以内没有采集到数据，则校准程序自动退出。
9.根据权力要求I所述的一种推力台架原位校准系统，其特征在于，所述的液压系统设有超压保护，当液压缸的压力超过设置值时，系统将发出声光报警，宽频伺服电机将立即停止加载并主动卸载。
全文摘要
本发明公开了一种推力台架原位校准系统，包括标准传感器组件、液压系统和加卸载控制系统；标准传感器组件包括传感器拉杆、前万向挠性件、标准传感器和后万向挠性件；液压系统包括液压缸、压腔加油阀、手提泵、拉腔加油阀、电接点压力表和压腔蓄能器；加卸载控制系统包括自控泵、宽频伺服电机、脉冲自动跟踪系统、计算机和采集卡；原位推力校准系统通过脉冲自动跟踪系统和宽频伺服电机控制自控泵的工作，并将标准传感器的测量信号反馈给计算机，计算机通过软件运算又将脉冲信号传给脉冲自动跟踪系统，实现了液压缸对标准传感器的自动加、卸载，并可稳定必要的时间，加载稳定度可达到每30分钟(或更长时间)0.004%F.S。
文档编号G01L25/00GK102818676SQ20121029219
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者覃粒子, 张晓源, 常桁, 王一白, 刘宇 申请人:北京航空航天大学