具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，用于示例性的说明本发明的原理，并不被配置为限定本发明。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本发明实施例的理解。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。

对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

图1是本发明实施例的校准系统框图；图2是本发明实施例的校准系统中校准模块的结构示意图；图3a是本发明实施例的校准系统框图；图3b是本发明实施例的校准系统中吹除模块的结构示意图；

图4是本发明实施例的校准系统试验流程图；图5a和图5b是本发明实施例的校准方法流程图。

如图1和图2所示，本发明提供用于超低温液体火箭发动机调节阀的校准系统，包括控制模块10、校准模块20和数据处理模块30。所述控制模块按照预设程序控制所述断流阀14的开闭以及调节流量调节阀19的开度。校准系统还包括储箱12和已标定文氏管16，其中，储箱12用于存储低温介质；储箱12出口与文氏管16通过第一管道连接，第一管道设置有断流阀14；文氏管16与流量调节阀19通过第二管道连接，其中流量调节阀19为被试阀。文氏管16入口处设置有第一压力传感器和第一温度传感器用于测量文氏管16入口处的压力和温度；第二管道上设置有第二压力传感器用于测量流量调节阀19入口处的压力，流量调节阀19下游设置有第三压力传感器用于测量流量调节阀19出口处的压力。数据处理模块30用于处理和显示第一压力传感器第二压力传感器第三压力传感器所述第一温度传感器采集的数值和流量调节阀19的开度值，并拟合出流量调节阀19的特性曲线。

目前低温液体火箭发动机所用的流量调节阀特性曲线地面校准和标定试验系统均使用流量计测量介质的流量，但流量计价格昂贵，增加了校准试验系统的建造成本。采用这种流量计测量介质，在进行小流量调节阀校准和标定时，流量计测量精度往往偏差较大。此外，现有的测量方式，通常需要人工频繁试验系统，如调节液体流量、读取传感器和流量计的测量数据等，使得试验过程极为繁琐费力。由于测试人员需要频繁进入测试场所调试系统，一旦低温介质泄漏，极易造成人员伤亡，而且耗费大量低温介质，试验成本高昂。

在本实施例中，通过使用文氏管16替代流量计，并使用控制模块按照预设程序对校准模块进行控制，不需要测试人员频繁进入测试场所调试系统，可实现远程操作，且全自动完成试验过程，在保证流量调节特性曲线的准确性、降低试验成本的情况下，降低了人员伤亡的风险。

具体地，试验开始前，储箱12存储有低温介质，断流阀14为关闭状态，流量调节阀19的开度设在一个合适的初始值L₁，控制模块10预先设定了控制断流阀14和流量调节阀19开度的程序，以及预先设定的时序程序。触发控制模块10之后，即进入试验阶段，试验流程如下：

S011：由控制模块控制打开断流阀14，使得储箱12存储的低温介质流经断流阀14、文氏管16、流量调节阀19后排出；

S012：第一压力传感器第二压力传感器第三压力传感器和第一温度传感器分别采集对应的压力和温度值，由数据处理模块30对采集数值及流量调节阀19的开度值进行收集和显示；

S013：由控制模块调节流量调节阀19的开度，重复上述S012；

S014：试验结束，由控制模块10控制闭合断流阀14；数据处理模块根据原理公式，拟合出流量调节阀19的特性曲线。

其中，试验开始前，流量调节阀19的开度设在一个合适的初始值L₁，该数值可以为需要对流量调节阀19开度校准范围的最小值，控制模块预先设定的程序可以控制流量调节阀19的开度逐渐变大。同理，该数值可以为需要对对流量调节阀19开度校准范围的最大值，则控制模块预先设定的程序需要可以控制流量调节阀19的开度逐渐变小。

上述试验流程的第三步中控制模块10可以设置第一判断机制，即首先由控制模块10调节流量调节阀的开度至下一个数值，由控制模块10判断该数值是否超出流量调节阀19开度的阈值(最大值或最小值)；若未超出阈值，则继续采集传感器数值和流量调节阀19的开度值；若超出阈值，则试验结束，由控制模块10控制闭合断流阀14，低温介质不再从储箱12中流出，由数据处理模块30开始处理收集的数据。

上述试验流程的第四步中，通过第一压力传感器和第一温度传感器分别测量文氏管16入口处的压力P₁和温度T₁，因为文氏管16已标定，因此数据处理模块30可以计算得出流经文氏管16的流量，该流量同样也是流经流量调节阀19的流量。通过第二压力传感器和第三压力传感器分别测量流量调节阀19入口和出口处的压力P₂和P₃。通过调节流量调节阀19的开度，可以改变流量调节阀19入口处和出口处的压力。通过记录流量调节阀19的开度L_i、入口压力P₂和出口压力P₃，得到流量调节阀19开度L_i与其等效流通面积A_Li的离散对应关系，最后根据该离散对应关系可以数值拟合出流量调节阀19的特性曲线A_L＝f(L)，计算公式如下：

Qm＝f(P₁，T₁，φ)； ①

Qm＝μA_i(2ρ(P_2i-P_3i))^1/2，其中i＝1,2,3…； ②

A_Li＝μA_i； ③

通过测量和计算，可得到如下表所示数表，即流量调节阀19开度L_i与其等效流通面积A_Li的离散对应关系：

最后通过数值拟合，可得到调节阀特性曲线：

A_L＝f(L)

其中，公式中符号含义如下：

Qm—流经流量调节阀19的低温介质流量(kg/s)，可根据文氏管孔径φ及文氏管前压力P₁、温度T₁得到，即公式①；

φ—文氏管孔径，m；

P₁—文式管前介质压力，Pa；

T₁—文式管前介质温度，K；

μ—调节阀流量系数，无量纲；

A_i—调节阀在L_i开度下的阀口流通面积，m²；

ρ—低温介质密度，kg/m³；

P_2i—调节阀前介质压力，Pa；

P_3i—调节阀后介质压力，Pa；

A_Li—调节阀在L_i开度下的阀口等效流通面积，m²。

校准模块20中的已标定的文氏管16与第一管道和第二管道之间为可拆卸连接(如法兰连接)，可以根据流量调节阀19的量程范围，选择合适孔径的文氏管，重复上述试验过程。使用本发明提供的校准系统，除了需要人员进入测试场所更换被试阀和/或文氏管外，测试人员可以在安全距离控制试验全过程，大大降低了由于低温介质泄漏可能造成的人员伤亡事故。此外，校准模块中，使用文氏管替代流量计，由于文氏管价格较低，可以解决流量计价格昂贵、校准试验系统的建造成本高，以及小流量调节阀校准和标定时，流量计测量精度往往偏差较大的问题。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，校准试验系统的校准模块，除储箱12、断流阀14、文氏管16、第一压力传感器第一温度传感器第二压力传感器和第三压力传感器外，还包括第一调节阀1，第一调节阀1通过第三管道与流量调节阀19下游连接，用于调节流量调节阀19下游的压力，第一调节阀1的开闭由控制模块10控制。

流体在高速流量和压力变化的情况下，与流体接触的金属易被气蚀。为了防止流量调节阀19被气蚀，需要保证流量调节阀19入口压力P₂和出口处压力P₃差在合适范围内。在试验开始前，可以根据流量调节阀19量程范围，设定第一调节阀1的初始开度，保证后续试验过程中，P₃在合适范围内，最终保证流量调节阀19入口压力P₂和出口处压力P₃差在合适范围内，防止流量调节阀19被气蚀。控制模块10还可设置第二判断机制，用于判断压力P₂和P₃的差是否在合适范围内；若是，则继续试验；若超出合适范围，则控制模块10可控制调节第一调节阀1的开度，从而调整流量调节阀19出口处压力P₃，直至压力P₂和P₃的差在合适范围内。第一调节阀1可以选用节流阀。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，校准试验系统的校准模块，除储箱12、断流阀14、文氏管16、第一压力传感器第一温度传感器第二压力传感器和第三压力传感器外，还包括设置于第二管道上的主阀18，主阀18位于文氏管16和第二压力传感器之间，主阀18的开闭由所述控制模块控制。在试验中，在不需要读取P₁、P₂、P₃、T₁时，如调节流量调节阀19开度的过程中，可以不需要低温介质流经流量调节阀19，此时，可以由控制模块控制关闭主阀18，减少低温介质流经流量调节阀19泄出管路导致低温介质无效流失。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，校准试验系统的校准模块，除储箱12、断流阀14、文氏管16、第一压力传感器第一温度传感器第二压力传感器和第三压力传感器外，还包括设置于第一管道上的液体过滤器13，设置于储箱12出口和断流阀14之间。液体过滤器13可以过滤低温介质中的杂质，防止低温介质中的杂质堵塞管道。也可避免杂质滞留在流量调节阀19中，引起卡滞，影响其后续在火箭发动机中的使用效果。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，校准试验系统的校准模块的第二管道还设置有第四管道，第二管道通过第四管道与外界连通，第四管道设置有第二调节阀门2，第二调节阀门的开闭由控制模块控制。因为试验中使用的是低温介质，为保证试验结果的准确度，在试验正式开始前，可以先对校准模块20进行预冷。

具体地，试验开始前，储箱12存储有低温介质，断流阀14为关闭状态，流量调节阀19设置合适开度，控制模块10预先设定了控制断流阀14、第二调节阀门2和流量调节阀19开度的程序。触发控制模块10，进入试验预冷阶段，试验流程如下：

S021：由控制模块控制打开断流阀14和第二调节阀门2，使得储箱12存储的低温介质流经断流阀14、文氏管16和第二调节阀门2后，由第四管道排出；

S022：观察第一温度传感器采集温度值T₁；

S023：待T₁稳定在要求值后，由控制器控制闭合第二调节阀2，完成预冷，执行S012。

对校准模块20进行预冷，待文氏管16入口处温度T₁稳定在要求值后，再由数据处理模块30使用上述公式①计算流经流量调节阀19的低温介质流量，可以使试验结果更加精确，从而保证了试验结果的准确性。

控制模块10可以设置第三判断机制，判断T₁是否稳定在要求值；若是，则控制器控制闭合第二调节阀2，完成预冷，执行S012，开始正式试验；若T₁未稳定在要求值，则继续预冷。一般情况下，T₁最终稳定的数值即为低温介质自身的温度。

如图2、3a和3b所示，根据本发明的一个实施例，校准试验系统，还包括吹除模块40，吹除模块40包括储气瓶21。储气瓶21出口通过第一分支管道与与校准模块20的第一管道连通，储气瓶21的第一分支管道与第一管道的连通位置位于断流阀14和文氏管16之间，储气瓶21的第一分支管道设置有第三调节阀3。因为试验采用的使低温介质，当低温介质流经系统管道和设备时，管道中的水汽预低温介质后凝结使系统中的设备卡滞，为防止此现象，在试验正式开始前可以先用吹除模块对校准模块进行吹除和置换。

具体地，试验开始前，先使用气体(如氮气)对校准模块进行吹除和置换。在吹除过程中，断流阀14为关闭状态，流量调节阀19的开度设在一个合适的初始值L₁。控制模块10预先设定了控制断流阀14开关，以及第三调节阀3和流量调节阀19开度的程序。触发控制模块10，进入吹除阶段，吹除流程如下：

S031：由控制模块控制打开第三调节阀3，储气瓶21中的气体由储气瓶21的第一分支管道，经过第三调节阀3，流入校准模块，最后流经流量调节阀19后排出；

S032：关闭第三调节阀门3，吹除完成。

控制模块可以预先设置吹除时间，该预先设置的时间可以根据测试人员经验确定，且可修改。若达到吹除时间，则控制模块自动地结束吹除操作。

通过储气瓶21向校准试验系统管道吹气，可以将系统中的水汽置换，防止系统中的水汽遇低温介质凝结造成设备卡滞。储气瓶21可以为高压储气瓶。

在本实施例中，校准模块的储箱12除储箱出口外，还包括储箱入口，用于向所述储箱中注入液体或气体。储箱入口处还可设置开关阀6，开关阀6的开闭由控制模块10控制。试验结束后，由控制模块控制关闭开关阀6，可以防止储箱12内低温介质意外从储箱入口流出。

进一步地，储气瓶21出口通过储气瓶21的第二分支管道和开关阀6与储箱入口连通。控制模块10控制打开开关阀6，吹除系统40的储气瓶21中的气体进入储箱12中，可以给储箱12加压，使储气瓶21中低温介质可以顺利流出进入后续管道。储气瓶21的主管道上可以安装第五压力传感器P_O，用于测量储气瓶21出口的压力，第五压力传感器P_O采集的数据可以自动传输至数据处理模块30进行显示。

进一步地，吹除模块的储气瓶21的第二分支管道设置有调压装置15，调压装置15位于储气瓶21的出口和开关阀6之间，调压装置由控制模块10控制。控制模块10可以设置第四判断机制，用于判断储气瓶21流出气体的压力是否在合适范围。例如，当储气瓶21中流出的气体压力过大时(例如，储气瓶21为高压储气瓶)，控制模块10可以控制调压装置，储气瓶21流出的气体，首先经过调压装置15进行减压，然后再进入储箱12内。既可保证储箱12内足够的压力，也可有效调节12内的压力，使储箱12内的压力保持稳定。储箱12内压力值稳定，可以使流经文氏管16和流量调节阀19的流量稳定，即可以减少拟合流量调节阀19的特性曲线的计算步骤。调压装置15与开关阀6之间可以安装第四压力传感器Pz，更直观测量进入储箱12内的气体压力是否稳定在合适压力值，四压力传感器Pz采集的数值可以自动传输至数据处理模块30进行显示。

进一步地，调压装置15与开关阀6之间管道上还设置由单向阀11，单向阀的开关由控制模块10控制。单向阀11可以防止储箱12中的低温介质气化后反串至储气瓶21和储气瓶21的第一分支管道和第二分支管道，达到介质隔绝的目的。

进一步地，储气瓶21的第一分支管道设置有第四控制阀4，第四控制阀4位于储气瓶21与第三调节阀3之间。储气瓶21的第二分支管道设置有第五控制阀5，第五控制阀5位于储气瓶21与调压装置15之间。第四控制阀4和第五控制阀5的开闭由控制模块10控制。例如，单向阀11与开关阀6之间的管道可断开，第四控制阀4与第三调节阀3之间的管道可断开。当不需要储气瓶21向储箱12吹气时，控制模块可控制关闭第四控制阀4和第五控制阀5。第四控制阀4与第三调节阀3之间的管道、单向阀11与开关阀6之间的管道可以断开，即吹除模块和校准模块可以拆分为两个彼此独立的模块。储箱21通过入口和开关阀6与空气连通时，可以保证储箱12内的低温介质顺利流出储箱出口；当储箱12内的低温介质的储量不能满足试验要求时，还可通过储箱入口向储箱12内注入低温介质。

本发明不限制控制模块对系统中涉及的阀门、传感器的控制方式，任何可以实现远程控制阀门和传感器的方式均落入本发明的保护范围。

例如，断流阀14、主阀18为气动调节阀。储气瓶21还包括第三分支管道、第四分支管道、第五分支管道和第六分支管道。第三分支管路、第四分支管路与断流阀14连接，并分别设置第七控制阀7和第八控制阀8，控制模块通过控制第七控制阀7和第八控制阀8的打开和闭合，实现利用气体控制断流阀14的打开和闭合。第五分支管路、第六分支管路与主阀18连接，并分别设置第九控制阀9和第十控制阀10，控制模块通过控制第九控制阀9和第十控制阀10的打开和闭合，实现利用气体控制主阀18的打开和闭合。从而实现远程控制断流阀14和主阀18的目的。

进一步地，储气瓶21还可以包括第七分支管道，第七分支管道上设置有第十一控制阀17，第十一调节阀17由控制模块10控制。当储气瓶21中的气体量不足时，可以由控制模块10控制打开第十一控制阀17，通过第十一控制阀17向储气瓶21充气，可以为高压气，充气完成后，由控制模块10控制关闭第十一控制阀17。第七分支管道上可设置气体过滤器20，将气体过滤后再充入储气瓶17中，防止气体中混入杂质影响试验设备的灵敏度。

进一步地，储气瓶21还可以包括检测储气瓶21中气体量的装置，该装置数据可以自动传输至控制模块10。控制模块10可以设置第四判断机制，根据检测储气瓶21中气体量的装置采集的数据，可以判断储气瓶21中气体量的多少。控制模块10可以预设额定值，当储气瓶21中的气体量低于额定值，控制模块10可以控制打开第十一控制阀17，向储气瓶21中充气。

本发明的上述实施例中涉及到的阀门，可以为电动调节阀门。

图4是本发明实施例的校准系统试验流程示意图。如图4所示，在对流量调节阀19进行校准和标定前，首先对校准模块进行吹除和置换，若吹除和置换未达到预设的吹除时间，则继续吹除。吹除和置换达到预先设定的吹除时间后，再对校准模块进行预冷，若文氏管16入口处第一温度传感器采集的数值不能稳定在要求值，则继续预冷。第一温度传感器采集的数值不能稳定在要求值后，正式开始试验，即开始处理和显示第一压力传感器第二压力传感器第三压力传感器所述第一温度传感器采集的数值及流量调节阀开度值。调节流量调节阀19的开度，判断流量调节阀的开度是否超出阈值，若未超出阈值，重复上述试验过程；若流量调节阀的开度超出阈值，则根据上述试验过程采集的数值拟合出流量调节阀的特性曲线,试验停止。

本发明的另一个方面提供了一种使用上述校准系统的校准方法。

如图5a所述，该方法包括：

S100：向断流阀14发送打开指令，从而断流阀14执行打开操作，所述储箱12中的低温介质经过文氏管16和流量调节阀19；

S200：处理和显示第一压力传感器第二压力传感器第三压力传感器所述第一温度传感器采集的数值及流量调节阀开度值；

S300：调节流量调节阀的开度，判断流量调节阀的开度是否超出阈值，若未超出阈值，重复S200；若流量调节阀的开度超出阈值，则试验停止，根据S200采集的数值拟合出流量调节阀的特性曲线。

本发明的实施例提供的校准方法，通过使用上述本发明提供的发射控制系统，试验开始后，流量调节阀的开度可以由控制模块控制，试验采集数据可以自动传输至数据处理模块30进行显示和处理，从而实现对流量调节阀流量特性曲线试验的远程控制，减少测试人员进入测试场所的次数，降低低温介质泄漏引发的人员伤亡的风险。

如图5b所示，在一个实施例中，S200：处理和显示第一压力传感器第二压力传感器第三压力传感器所述第一温度传感器采集的数值及流量调节阀开度值还包括：

S201：在第一温度传感器采集的数值稳定在要求值时，采集第一压力传感器第二压力传感器第三压力传感器所述第一温度传感器采集的数值及流量调节阀开度值；

S202：处理和显示第一压力传感器第二压力传感器第三压力传感器所述第一温度传感器采集的数值及流量调节阀开度值。

本发明实施例通过在第一温度传感器采集的数值稳定在要求值时，再处理和显示第一压力传感器第二压力传感器第三压力传感器所述第一温度传感器采集的数值及流量调节阀开度值，最终由数据处理模块30使用上述公式①计算流经流量调节阀19的低温介质流量，可以使试验结果更加精确，从而保证了试验结果的准确性。

本发明的上述实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。例如，在本发明提供的校准系统的一个实施例中，包括控制模块10、校准模块20、数据处理模块30和吹除模块40，在试验正式开始前，对校准系统进行吹除和置换。该实施例中，同样可以包含本发明提供的校准系统的另一个实施例中的预冷设备和预冷过程。此时，应在试验系统预冷之前，进行试验系统的吹除和置换，防止在预冷过程中管道系统中的水汽凝结。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。