本發(fā)明屬于液面高度測控制技術(shù)領域，具體涉及一種雙組元液體推進劑液面高度測控裝置。

背景技術(shù)：

液體火箭作為載人航天技術(shù)和軍事武器的重要載體，具有速度高、航行距離遠的特點。按照所包含的液體組元數(shù)目，液體火箭的推進劑可分為單組元和雙組元推進劑?，F(xiàn)代液體推進劑火箭發(fā)動機幾乎無一例外地采用雙組元液體推進劑，這是因為相比于單組元液體推進劑，雙組元液體推進劑的性能和安全性更高，也便于調(diào)節(jié)。

火箭發(fā)動機推進劑的澆注總量具有極為嚴格的要求，澆注過少無法完成飛行任務，過多又會使火箭總體質(zhì)量加大，增加飛行成本。因此，當發(fā)動機殼體內(nèi)需澆注兩種或兩種以上推進劑液體時，需即時了解下料速度及液面位置狀況，以便能夠定量控制下料速度，最終實現(xiàn)“定點”、“定容”澆注。

目前液面高度的測量裝置和方法有很多，如公開號為cn102809407a的中國發(fā)明專利，公開了一種利用紅外傳感器和單片機相結(jié)合的檢測技術(shù)，對水位液面實時無線監(jiān)控的裝置；公開號為cn104375521a的中國發(fā)明專利，公開了一種基于壓力傳感器的液面控高裝置；公開號為cn105784069a的中國發(fā)明專利，公開了一種基于無線傳輸和超聲波技術(shù)的大型儲液罐液面高度測量裝置，等等。然而，這些已有的技術(shù)方法或裝置，對于單組元液面高度測量具有較好的測量精度和適用性，卻無法直接應用于雙組元或三組元液體液面高度的測量及控制。因此，為解決火箭推進劑定量澆注等工程實際問題，急需一種有效的測控裝置對互不相溶的雙組元或三組元液體的液面高度進行測量和控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種雙組元液體推進劑液面高度測控裝置，既能實時自動測量互不相溶的雙組元液體的液面高度，還能根據(jù)液面位置狀況自動控制液體澆注的速度，且測量結(jié)果不受溫度和氣體壓力等環(huán)境因素的影響，測量的準確性更高。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種雙組元液體推進劑液面高度測控裝置，包括發(fā)動機儲液罐，發(fā)動機儲液罐的頂部安裝有噴淋器3，噴淋器3通過電動膠管閥2和料斗1連接，發(fā)動機儲液罐內(nèi)部垂直放置有壓力測試板4，壓力測試板4固定有壓力傳感器組5，壓力傳感器組5的信號輸出通過數(shù)據(jù)傳輸線6和數(shù)據(jù)處理器7的輸入連接，數(shù)據(jù)處理器7的第一輸出和電動閥門控制系統(tǒng)8的輸入連接，電動閥門控制系統(tǒng)8的輸出和電動膠管閥2的控制連接，數(shù)據(jù)處理器7的第二輸出和液晶顯示器9的輸入連接。

所述的料斗1用于盛裝液體推進劑，其體積根據(jù)澆注量的大小而定。

所述的電動膠管閥2采用上裝式結(jié)構(gòu)，用于控制推進劑澆注速度。

所述的噴淋器3下端裝有花板，推進劑由花板分割后進入發(fā)動機儲液罐。

所述的壓力測試板4采用防腐鋼質(zhì)薄板，寬50～80mm，厚度不小于5mm，長度根據(jù)儲液罐的深度而定。

所述的壓力傳感器組5由5個壓力傳感器組成，其分別安裝在壓力測試板4側(cè)壁不同高度處，分別為a、b、c、d和e處，a位于壓力測試板4的底部，b位于a、c之間，c處為第一種液體預澆注的液面位置，d位于c、e之間，e位于壓力測試板4的頂部，實時測量所在位置的壓力。

所述的數(shù)據(jù)處理器7為c51系列單片機處理器通過數(shù)據(jù)傳輸線6接收壓力傳感器組5的測量數(shù)據(jù)，對這些壓力測量數(shù)據(jù)進行整合，計算得出推進劑的實時液面高度，并根據(jù)液面高度狀況做出邏輯判斷指令。

所述的電動閥門控制系統(tǒng)8接收數(shù)據(jù)處理器7的邏輯判斷指令，控制電動膠管閥2的開度值，從而控制推進劑的澆注速度。

所述的液晶顯示器9接收數(shù)據(jù)處理器7整合和計算的數(shù)據(jù)，并采用tft液晶觸摸屏控制、顯示數(shù)據(jù)信息。

本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)采用的設備簡單，結(jié)構(gòu)較小，安裝和測量方便，設備還可重復使用，成本較低。

(2)能實時在線監(jiān)測互不相溶的雙組元液體的液面高度，具有根據(jù)液面高度狀況自動調(diào)節(jié)澆注速度的功能。

(3)利用5個壓力傳感器通過測量不同位置處的壓力值，計算互不相溶的雙組元液體的液面高度，測量的量少，且能排除溫度、容器內(nèi)氣體壓力等因素的影響，測量結(jié)果的準確性更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明在澆注第一種液體時液面高度的測量原理圖。

圖3為本發(fā)明在澆注第二種液體時液面高度的測量原理圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

如圖1所示，一種雙組元液體推進劑液面高度測控裝置，包括發(fā)動機儲液罐，發(fā)動機儲液罐的頂部安裝有噴淋器3，噴淋器3通過電動膠管閥2和料斗1連接，發(fā)動機儲液罐內(nèi)部垂直放置有壓力測試板4，壓力測試板4固定有壓力傳感器組5，壓力傳感器組5的信號輸出通過數(shù)據(jù)傳輸線6和數(shù)據(jù)處理器7的輸入連接，數(shù)據(jù)處理器7的第一輸出和電動閥門控制系統(tǒng)8的輸入連接，電動閥門控制系統(tǒng)8的輸出和電動膠管閥2的控制連接，數(shù)據(jù)處理器7的第二輸出和液晶顯示器9的輸入連接。

所述的料斗1用于盛裝液體推進劑，其體積根據(jù)澆注量的大小而定。

所述的電動膠管閥2采用上裝式結(jié)構(gòu)，用于控制推進劑澆注速度。

所述的噴淋器3下端裝有花板，推進劑由花板分割后進入發(fā)動機儲液罐。

所述的壓力測試板4采用防腐鋼質(zhì)薄板，寬50～80mm，厚度不小于5mm，長度根據(jù)儲液罐的深度而定。

所述的壓力傳感器組5由5個壓力傳感器組成，其分別安裝在壓力測試板4側(cè)壁不同高度處，分別為a、b、c、d和e處，a位于壓力測試板4的底部，a、b之間的距離hab＝0.2m，c處為第一種液體預澆注的液面位置，c、d之間的距離hcd＝0.2m，e位于壓力測試板4的頂部，實時測量所在位置的壓力。

所述的數(shù)據(jù)處理器7為c51系列單片機處理器通過數(shù)據(jù)傳輸線6接收壓力傳感器組5的測量數(shù)據(jù)，對這些壓力測量數(shù)據(jù)進行整合，計算得出推進劑的實時液面高度，并根據(jù)液面高度狀況做出邏輯判斷指令。

所述的電動閥門控制系統(tǒng)8接收數(shù)據(jù)處理器7的邏輯判斷指令，控制電動膠管閥2的開度值，從而控制推進劑的澆注速度。

所述的液晶顯示器9接收數(shù)據(jù)處理器7整合和計算的數(shù)據(jù)，并采用tft液晶觸摸屏控制、顯示數(shù)據(jù)信息。

本發(fā)明的工作原理為：

第一步，準備工作：按照圖1所示的裝置圖完成所有設備的組裝工作。其中，壓力傳感器組5中的5個壓力傳感器，要根據(jù)兩種互不相溶的液體的預澆注液面高度，固定安裝在壓力測試板4的5個不同高度a、b、c、d和e處，如圖2和圖3所示，a位于壓力測試板4的底部，a、b之間的距離hab＝0.2m，c處為第一種液體預澆注的液面位置，c、d之間的距離hcd＝0.2m，e位于壓力測試板4的頂部；

第二步，澆注第一種液體：設a、b、c、d和e處的5個壓力傳感器的測量值分別表示為p1、p2、p3、p4和p5；

澆注未開始時，p1＝p2＝p3＝p4＝p5，5個壓力傳感器的測量值都為儲罐中的氣體壓力值。

開始澆注后，當澆注液面低于b點時，p1＞p2＝p3＝p4＝p5，液晶顯示器9顯示液面高度h1＜hab＝0.2m。

當澆注液面高于b點時，如圖2所示，此時，p1＞p2＞p3＝p4＝p5，根據(jù)壓強公式，有p1＝p5+ρgh1和p1＝p2+ρghab，聯(lián)立此二式求解可得數(shù)據(jù)處理器7利用設計好的程序?qū)@些壓力測量數(shù)據(jù)進行整合，計算得出澆注的實時液面高度h1，同時根據(jù)實時液面位置與預澆注的液面位置之間的距離大小，向電動閥門控制系統(tǒng)8發(fā)出指令，以控制電動膠管閥2的開度，逐步降低澆注速度。當h1＝hac，即實時液面高度等于預澆注的液面高度時，電動膠管閥2完全關閉，第一種液體澆注完畢。

第三步，澆注第二種液體：第一種液體澆注完畢后，料斗1中換入第二種待澆注液體，然后開啟電動膠管閥2，開始澆注第二種液體。當澆注液面低于d點時，p1＞p2＞p3＞p4＝p5，液晶顯示器9顯示第二種液體的液面高度h2＜hcd＝0.2m。

當澆注液面高于d點時，如圖3所示，此時，p1＞p2＞p3＞p4＞p5，根據(jù)壓強公式，同理有p3＝p5+ρgh2和p3＝p4+ρghcd，聯(lián)立此二式求解可得兩種液面的總高度h＝h1+h2＝hac+h2。數(shù)據(jù)處理器7利用設計好的程序計算得出第二種液體澆注的實時液面高度h2和兩種液面的總高度h，并根據(jù)實時液面位置與預澆注的液面位置之間的距離大小，通過電動閥門控制系統(tǒng)8控制電動膠管閥2的開度，逐步降低澆注速度。當實時澆注液面位置到達預澆注液面位置時，電動膠管閥2完全關閉，第二種液體澆注完畢。

第四步，澆注完畢，從容器中取出測量設備。下次澆注時所用設備可重復使用。