一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于低溫電容式傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及到傳感器的支撐結(jié)構(gòu)，是一種在大口徑低溫液體輸送管路中使用的電容式傳感器元件的支撐方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前液體火箭發(fā)動機液氫推進劑的密度測量主要有兩種方法:一種是溫度一壓力法(簡稱P-T法)，另一種是電容式密度計測量法。P-T法是通過測量管路中某一位置處液氫壓力和溫度，再利用液氫熱物理性能手冊查出對應(yīng)壓力、溫度條件下液氫的密度，溫度和壓力測量的準(zhǔn)確度直接決定密度測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此P-T法通常適合于溫度和壓力參數(shù)都能夠準(zhǔn)確測量的靜態(tài)試驗。電容式密度計測量法則是利用介質(zhì)的密度、介電常數(shù)和密度計傳感器的電容之間的變化關(guān)系，通過測量傳感器的電容得到液氫的介電常數(shù)，再利用液氫熱物理性能手冊查出對應(yīng)條件下液氫的密度。電容式密度傳感器的尺寸是與液氫管路通徑相匹配的，幾乎能夠獲取流經(jīng)整個管路橫截面的所有液氫的相關(guān)信息，能有效克服P-T法以點蓋面的測量缺陷，加上傳感器具有精度高、動態(tài)響應(yīng)好、適應(yīng)性強等優(yōu)點，因此在高溫、低溫、高壓力、高沖擊以及強磁場等各種惡劣環(huán)境條件下傳感器都能正常工作。
[0003]電容式液氫密度計的核心部件是密度傳感器，本質(zhì)上是一個電容器，以多個內(nèi)徑不等、長度相等的薄壁不銹鋼筒同心套合而成，奇數(shù)不銹鋼筒相連為電容的一極，偶數(shù)不銹鋼筒相連為另一極。液氫從各不銹鋼筒之間的空隙進出，其密度發(fā)生變化，傳感器電容即發(fā)生變化。
[0004]傳感器的外廓尺寸是與液氫輸送管路通徑相匹配的，對于小口徑液氫密度傳感器來說，支撐多個不銹鋼筒的支架一般采用聚四氟乙烯材料，可同時滿足支撐和絕緣的作用；但對于大口徑的電容式密度傳感器而言，如仍采用聚四氟乙烯材料作支架，其強度達不到要求，不能滿足加注前高速氣體吹掃置換和大流量超低溫液氫沖擊的工況；同時，由于電容式密度傳感器的支撐結(jié)構(gòu)及電極筒所占的截面積不宜超過管路中被測液體流經(jīng)截面面積的15%，否則對密度測量值有較大影響，因此不能簡單地放大聚四氟乙烯支撐架的幾何尺寸來滿足強度要求，只能尋找強度更高的支撐材料或改進支撐結(jié)構(gòu)形式，以滿足大口徑液氫密度計的使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于通過采用不銹鋼支撐骨架內(nèi)嵌聚四氟乙烯材料的方式設(shè)計制造出一種新型的電容式傳感器電極筒支撐結(jié)構(gòu)，在保證其絕緣性能的前提下加強傳統(tǒng)電容式傳感器電極筒支撐結(jié)構(gòu)的抗沖擊性。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案為不銹鋼支撐骨架和聚四氟乙烯絕緣材料組裝而成。不銹鋼支撐骨架結(jié)構(gòu)由大小兩個圓環(huán)和支持肋一體加工成型，兩圓環(huán)之間通過3個120度分布的不銹鋼支持肋相連；3個支持肋的內(nèi)表面(與傳感器不銹鋼薄壁電極筒接觸的一面)按照一定規(guī)則設(shè)有不銹鋼凸起，凸起塊之間鑲嵌聚四氟乙烯絕緣塊和絕緣槽，絕緣塊和絕緣槽中心留有穿線通孔；3個支持肋的外表面沿徑向各加工I個置線槽；大小圓環(huán)的內(nèi)表面均采用聚四氟乙烯絕緣環(huán)覆蓋。
[0007]本實用新型的不銹鋼骨架采用不銹鋼材料一體加工切削而成，不銹鋼骨架上鑲嵌的絕緣材料采用聚四氟乙烯，以不銹鋼骨架為工裝加工而成。絕緣材料與不銹鋼骨架之間采用低溫膠粘接。
[0008]本實用新型采用不銹鋼支撐骨架與聚四氟乙烯材料相結(jié)合的電極筒支撐方式，利用不銹鋼骨架良好的強度和低溫性能解決了對支撐結(jié)構(gòu)的強度要求，利用聚四氟乙烯材料良好的低溫絕緣性能，滿足了電容電極之間的絕緣要求，同時在支持肋上設(shè)計有置線槽，也避免了信號引線直接經(jīng)受低溫液氫和高壓氣體的沖擊，減少了傳感器寄生電容的產(chǎn)生，保證了傳感器信號的穩(wěn)定。該支撐結(jié)構(gòu)能夠在20K低溫環(huán)境下工作，能夠承受1.6MPa的壓強。經(jīng)多次、長時間低溫試驗，該支撐結(jié)構(gòu)性能可靠，對傳感器的測量指標(biāo)沒有任何不利影響，可成為適用于低溫電容式傳感器電極筒的支撐方式之一。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)的左視圖。
[0010]圖中大圓環(huán)、2置線槽、3支持肋、4小圓環(huán)、5定位銷孔
[0011]圖2為本實用新型一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)的A-A剖視圖。
[0012]圖中:6穿線通孔、7絕緣塊、8絕緣槽、9不銹鋼凸起
[0013]圖3為本實用新型一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)的右視圖。
[0014]圖中:10絕緣環(huán)
[0015]圖4為本實用新型在大口徑電容式液氫密度傳感器電極筒中的使用方式示意圖。
[0016]圖中:1導(dǎo)流錐、2緊固螺母、3心軸、4不銹鋼壓板、5電極筒支撐結(jié)構(gòu)(本實用新型)、6絕緣條、7絕緣套A、8電極筒、9絕緣套B、10引線出口、11定位銷
【具體實施方式】
[0017]具體實施案例1:以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖1、2和3，并參照附圖4，詳細說明本實用新型的實施案例。
[0018]本實用新型支撐結(jié)構(gòu)的大圓環(huán)1、支持肋3、小圓環(huán)4為車削加工一次成型，大圓環(huán)I的外徑與液氫輸送管路內(nèi)徑一致，小圓環(huán)4的內(nèi)徑與心軸(附圖4中“3”)的外徑一致。三個支持肋3的外表面沿徑向各加工一個置線槽2，同極各電極筒的引線穿過穿線通孔6和一個聚四氟乙烯絕緣條(附圖4中“6”)，焊接連接在一起后放置于置線槽2中；置線槽2表面再覆蓋一個聚四氟乙烯絕緣條，在整個不銹鋼支撐骨架(本實用新型)外表面壓上一個不銹鋼壓板(附圖4中“4”)，兩者之間通過定位銷(附圖4中“11”)定位。不銹鋼壓板結(jié)構(gòu)與不銹鋼支撐骨架相同，區(qū)別就是前者的內(nèi)外表面為不銹鋼實體表面，只在大圓環(huán)與支持肋的連接處分別設(shè)置一個引線出口(附圖4中“10”)。不銹鋼電極筒(附圖4中“8”)兩端頭分別卡在兩端支撐結(jié)構(gòu)(本實用新型)的絕緣槽8中，兩端支撐結(jié)構(gòu)與兩端的不銹鋼蓋板定位準(zhǔn)確后，通過緊固螺母(附圖4中“2”)擰緊固定。絕緣套A(附圖4中“7”)套在最大的電極筒外部，兩端與電極筒支撐結(jié)構(gòu)(本實用新型)的大圓環(huán)I壓緊后接觸；絕緣套B(附圖4中“9”)套在心軸(附圖4中“3”)的外部，兩端與電極筒支撐結(jié)構(gòu)(本實用新型)的小圓環(huán)4壓緊后接觸。
【主權(quán)項】
1.一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)，由支撐骨架和絕緣層組成，其中支撐骨架采用不銹鋼材料，絕緣層采用聚四氟乙烯材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于:支撐骨架上設(shè)計了大圓環(huán)(1)、置線槽(2)、支持肋(3)、小圓環(huán)(4)、定位銷孔(5)和不銹鋼凸起(9)六部分結(jié)構(gòu)，整個支撐骨架采用不銹鋼材料車削加工一次成型；絕緣層由一定數(shù)量的絕緣塊(7)、一定數(shù)量的絕緣槽(8)和絕緣環(huán)(10)組成，采用聚四氟乙烯材料分別加工而成，鑲嵌在支撐骨架內(nèi)表面上相應(yīng)位置，絕緣塊(7)和絕緣槽⑶中心留有穿線通孔￠)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于:不銹鋼支撐骨架和聚四氟乙烯絕緣層之間采用低溫膠粘結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于:支撐骨架上的大圓環(huán)(I)和小圓環(huán)(4)之間通過3個呈120度分布的支持肋(3)相連，大圓環(huán)(1)、小圓環(huán)(4)和支持肋(3)的橫截面呈矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于:在大圓環(huán)(I)外表面上設(shè)計留有一個定位銷孔(5)，采用內(nèi)螺紋形式，用來定位3個支持肋(3)與傳感器電極筒的相對角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于:3個支持肋(3)的外表面沿徑向各加工I個置線槽(2)，置線槽(2)底部沿徑向布置一排圓柱形通孔，該通孔內(nèi)鑲嵌圓柱形聚四氟乙烯絕緣塊⑵。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于:3個支持肋(3)的內(nèi)表面按照一定規(guī)則沿徑向布置一排不銹鋼凸起(9)，不銹鋼凸起(9)之間形成了類長方體立體空間結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中鑲嵌有凹槽型聚四氟乙烯絕緣槽⑶。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于:大圓環(huán)(1)、小圓環(huán)⑷的內(nèi)表面鑲嵌有聚四氟乙烯絕緣環(huán)(10)，用于直徑最大和最小電極筒與支撐結(jié)構(gòu)之間的絕緣。
【專利摘要】本實用新型屬于電容式傳感器技術(shù)領(lǐng)域，是一種用于大口徑電容式液氫密度傳感器的電極筒支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用不銹鋼骨架與聚四氟乙烯材料相結(jié)合的方式，由1大圓環(huán)、2置線槽、3支持肋、4小圓環(huán)、5定位銷孔、6穿線通孔、7絕緣塊、8絕緣槽、9不銹鋼凸起、10絕緣環(huán)組裝而成，既能承受低溫流體的高速沖擊，又可滿足電容電極之間的絕緣要求，同時置線槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也可避免信號引線直接經(jīng)受低溫高壓液氣體沖擊，減少了寄生電容的產(chǎn)生。經(jīng)多次、長時間試驗，該支撐結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)1.6MPa、20K工作環(huán)境，性能可靠，可成為低溫電容式傳感器電極筒的支撐方式之一。
【IPC分類】G01N9-00
【公開號】CN204405478
【申請?zhí)枴緾N201420617294
【發(fā)明人】張震, 楊國平, 朱曉彤, 耿亞璋, 劉海生, 施曉麗, 李岱昭, 呂攀珂, 趙珊珊, 何田田
【申請人】北京航天試驗技術(shù)研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年10月24日