超聲波流量計(jì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天器推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波流量計(jì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航天器推進(jìn)系統(tǒng)完成軌道轉(zhuǎn)移、姿態(tài)控制和位置保持等在軌機(jī)動(dòng)，推進(jìn)劑對(duì)保證 這些在軌機(jī)動(dòng)任務(wù)的完成至關(guān)重要，因此非常有必要對(duì)在軌航天器的推進(jìn)劑進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù) 估。目前普遍使用的推進(jìn)劑剩余量測(cè)量技術(shù)為氣體狀態(tài)方程法（PVT法）和記帳法（BK法）。 由于貯箱形變、氣體壓縮因子和氣體在液體中的溶解度、星上貯箱溫度和壓力采樣不精確 等因素的影響，PVT法的測(cè)量誤差大于2% ;BK法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要引用推進(jìn)系統(tǒng)的地面 試驗(yàn)數(shù)據(jù)并有賴于星上推力器性能穩(wěn)定，再加上空間環(huán)境、推力器性能變化等諸多因素的 影響，BK法誤差大于4%。
[0003] 超聲波流量計(jì)通過直接測(cè)量管路中超聲波順流方向和逆流方向傳播時(shí)間來計(jì)算 推進(jìn)劑流速，從而換算成流量。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、測(cè)量范圍大、穩(wěn)定性好、精度高 等特點(diǎn)。航天器液體推進(jìn)系統(tǒng)完成在軌機(jī)動(dòng)（軌道轉(zhuǎn)移、姿態(tài)控制、位置保持）和在軌加注 等任務(wù)，超聲波流量計(jì)以其高精度、無流體壓力損失的特點(diǎn)在在軌機(jī)動(dòng)和在軌加注中有顯 著的使用價(jià)值，另外還可應(yīng)用于地面推力器點(diǎn)火脈沖流量測(cè)量。
[0004] 廣泛使用的超聲傳播時(shí)間差法是對(duì)接收到的超聲波信號(hào)直接進(jìn)行電壓比較來測(cè) 量超聲波傳播時(shí)間，繼而計(jì)算流體的流速流量。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，若存在閥門瞬間開關(guān)帶來的水 擊效應(yīng)或者管路中殘存氣泡，則超聲波傳播信號(hào)會(huì)出現(xiàn)幅值增大或者減小，從而導(dǎo)致超聲 波傳播時(shí)間測(cè)量出現(xiàn)異常變化，從而影響到流量測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種超聲波流量計(jì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，能夠消除 對(duì)閥門瞬間開關(guān)帶來的水擊效應(yīng)或者管路中殘存的氣泡會(huì)引起的超聲傳播時(shí)間測(cè)量偏差， 提高流量測(cè)量精度；
[0006] 進(jìn)一步的，能夠消除由溫度引起的液體密度變化所引入的流量計(jì)算偏差；
[0007] 進(jìn)一步的，能夠消除處理線路盒內(nèi)元器件溫度變化影響的時(shí)間差基準(zhǔn)偏移；
[0008] 進(jìn)一步的，能夠?qū)?biāo)定系數(shù)實(shí)現(xiàn)在查找表中動(dòng)態(tài)查找，相對(duì)現(xiàn)有的采取固定標(biāo)定 系數(shù)的情況，提高流量計(jì)算精度。
[0009] 本發(fā)明包括如下技術(shù)方案：
[0010] -種超聲波流量計(jì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，包括測(cè)量時(shí)間動(dòng)態(tài)周期補(bǔ)償?shù)牟襟E，該步驟包 括超聲波順流傳播時(shí)間補(bǔ)償和超聲波逆流傳播時(shí)間補(bǔ)償，所述超聲波順流傳播時(shí)間補(bǔ)償包 括：
[0011] (1)將前一次測(cè)量的超聲波順流傳播時(shí)間記為Tuppi^
[0012] (2)檢測(cè)接收信號(hào)中超過一預(yù)觸發(fā)閾值后連續(xù)三個(gè)過零點(diǎn)脈沖上升沿作為停止計(jì) 時(shí)使能信號(hào)，測(cè)得時(shí)間依次分別記為3J、和;
[0013] (3)本次測(cè)量超聲波順流傳播時(shí)間記作Tup，Tup的初始值取然后進(jìn)行判斷：
[0014] 如果Tup大于T uppra_tup且小于T uppra+tup，則將本次測(cè)量超聲波順流傳播時(shí)間Tup的 取值直接確定為^，其中t up為超聲波順流傳播時(shí)間變化量的閾值；
[0015] 否則進(jìn)行Tup動(dòng)態(tài)周期補(bǔ)償，包括：
[0016] 如果Tup小于T uppra_tup，則計(jì)算第η次迭代的傳播時(shí)間TupW，
[0017] 如果Tup大于T uppra+tup，則計(jì)算第η次迭代的傳播時(shí)間TupW，
[0018] 其中η表示迭代次數(shù)，為1，2, 3···..，當(dāng)?shù)讦谴蔚肨upw滿足大于T up_-tup 且小于Tuppra+tuj^條件時(shí)，停止迭代并將本次測(cè)量超聲波順流傳播時(shí)間Tup的取值確定為該 Tupw，當(dāng)?shù)讦谴蔚肨upw不滿足大于T uppra-tup且小于T uppra+tu|^條件時(shí)，則令η增加 1，重新計(jì)算Tupw;
[0019] 所述超聲波逆流傳播時(shí)間補(bǔ)償采用與所述超聲波順流傳播時(shí)間補(bǔ)償相同的方式 進(jìn)行補(bǔ)償。
[0020] 進(jìn)一步的，所述超聲波流量計(jì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法還包括對(duì)流體密度進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟襟E， 包括：
[0021] (1)通過對(duì)超聲波流量計(jì)測(cè)量管路液體進(jìn)行溫度場(chǎng)仿真，確定測(cè)溫?zé)崦綦娮璋惭b 的位置，測(cè)得管路溫度T 1;
[0022] (2)對(duì)所測(cè)溫度值T1進(jìn)行修正后，對(duì)流體密度進(jìn)行修正補(bǔ)償?shù)玫窖a(bǔ)償后的流體密 度 P (T1)。
[0023] 進(jìn)一步的，所述流體為四氧化二氮，其流體密度修正補(bǔ)償?shù)玫窖a(bǔ)償后的P (T1)0fwfc 二氮為：
[0024] P (T1)四氧化二氮=2174. 4-2. 489 X (?\+Τ 四氧化二氮）
[0025] 其中，Τ' 為四氧化二氮流體時(shí)，對(duì)所測(cè)溫度T 1的修正系數(shù)，取值0. 28。
[0026] 進(jìn)一步的，所述超聲波流量計(jì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法還包括對(duì)超聲波逆流傳播時(shí)間與超聲 波順流傳播時(shí)間的時(shí)間差進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)牟襟E，包括：
[0027] (1)測(cè)得線路盒內(nèi)部溫度T2;
[0028] (2)根據(jù)所述測(cè)得的線路盒內(nèi)部溫度T2，計(jì)算超聲波逆流傳播時(shí)間與超聲波順流 傳播時(shí)間的時(shí)間差基準(zhǔn)補(bǔ)償量A (Tdciwn-Tup) (T2):
[0029] MTtmti - Tit^gg = 0.0017 + 0..0.M3 X 'Tz - 4.36.17
[0030] (3)利用該補(bǔ)償量進(jìn)一步獲得溫度補(bǔ)償后的超聲波逆流傳播時(shí)間與超聲波順流傳 播時(shí)間的時(shí)間差（T dciwn-Tup) (T2):
[0031] (Tdown-Tup) (T2) = (Tdown-Tup)+ Δ (Tdown-Tup) (T2)
[0032] 其中，Td_為超聲波逆流傳播時(shí)間。
[0033] 進(jìn)一步的，所述超聲波流量計(jì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法還包括通過預(yù)先建立的標(biāo)定系數(shù)查找 表動(dòng)態(tài)地查找標(biāo)定系數(shù)的步驟，包括：使用流量標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)超聲波流量計(jì)進(jìn)行多量程段標(biāo)定， 并對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行擬合插值，建立標(biāo)定系數(shù)k的標(biāo)定系數(shù)查找表，在計(jì)算流體流量時(shí)，動(dòng)態(tài) 地從該表中查找對(duì)應(yīng)的k值記作Ic1。
[0034] 進(jìn)一步的，以0. lg/s為間隔建立所述標(biāo)定系數(shù)k的所述標(biāo)定系數(shù)查找表。
[0035] 進(jìn)一步的，還包括流量計(jì)算的步驟，所述流量計(jì)算的計(jì)算式為：
[0036]
[0037] 其中，Q為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償后的流量，P (T1)為溫度補(bǔ)償后的流體密度，D為管路直徑， h為計(jì)算流體流量時(shí)從預(yù)先建立的標(biāo)定系數(shù)查找表中查得的標(biāo)定系數(shù)，L為管路長(zhǎng)度， (Tdmm-Tup) (T2)為溫度補(bǔ)償后的超聲波逆流傳播時(shí)間與超聲波順流傳播時(shí)間的時(shí)間差，Tup 為超聲波逆流傳播時(shí)間，Td_為超聲波逆流傳播時(shí)間，T i為管路溫度，T 2為線路盒內(nèi)部溫度。
[0038] -種超聲波流量計(jì)多級(jí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，包括以下步驟：
[0039] (1)測(cè)量超聲波順流傳播時(shí)間Tup和超聲波逆流傳播時(shí)間T d_;
[0040] (2)檢驗(yàn)Tup和T d_分別是否滿足預(yù)設(shè)條件，若不滿足則分別進(jìn)行T up動(dòng)態(tài)周期補(bǔ) 償和1。_動(dòng)態(tài)周期補(bǔ)償；
[0041] (3)利用測(cè)量的線路盒內(nèi)部溫度進(jìn)行超聲波逆流傳播時(shí)間與超聲波順流傳播時(shí)間 的時(shí)間差溫度補(bǔ)償；
[0042] (4)測(cè)量管路溫度；
[0043] (5)利用所測(cè)管路溫度進(jìn)行流體密度補(bǔ)償；
[0044] (6)從預(yù)先建立的標(biāo)定系數(shù)查找表中動(dòng)態(tài)查找標(biāo)定系數(shù)k1;
[0045] (7)計(jì)算多級(jí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)牧髁俊?br>[0046] 進(jìn)一步的，所述預(yù)設(shè)條件包括：
[0047] Tup預(yù)設(shè)條件：T ψ大于T u_e-tup且小于T
[0048] Td_預(yù)設(shè)條件：T d_大于T downpre ^down-S*^''^^ ^ downpre~^^down
[0049] 其中Tuppra為前一次測(cè)量的超聲波順流傳播時(shí)間，t up為超聲波順流傳播時(shí)間變化 量的閾值；
[0050] Tdmmpra為前一次測(cè)量的超聲波逆流傳播時(shí)間，t d_為超聲波逆流傳播時(shí)間變化量 的閾值。
[0051] 進(jìn)一步的，所述Tup動(dòng)態(tài)周期補(bǔ)償采用前述的T up動(dòng)態(tài)周期補(bǔ)償，所述T