超聲波流量計動態(tài)補償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天器推進技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波流量計動態(tài)補償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航天器推進系統(tǒng)完成軌道轉(zhuǎn)移、姿態(tài)控制和位置保持等在軌機動，推進劑對保證 這些在軌機動任務(wù)的完成至關(guān)重要，因此非常有必要對在軌航天器的推進劑進行監(jiān)測和預 估。目前普遍使用的推進劑剩余量測量技術(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法的測量誤差大于2% ;BK法在實際應(yīng)用時，需要引用推進系統(tǒng)的地面 試驗數(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] 超聲波流量計通過直接測量管路中超聲波順流方向和逆流方向傳播時間來計算 推進劑流速，從而換算成流量。具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、測量范圍大、穩(wěn)定性好、精度高 等特點。航天器液體推進系統(tǒng)完成在軌機動（軌道轉(zhuǎn)移、姿態(tài)控制、位置保持）和在軌加注 等任務(wù)，超聲波流量計以其高精度、無流體壓力損失的特點在在軌機動和在軌加注中有顯 著的使用價值，另外還可應(yīng)用于地面推力器點火脈沖流量測量。
[0004] 廣泛使用的超聲傳播時間差法是對接收到的超聲波信號直接進行電壓比較來測 量超聲波傳播時間，繼而計算流體的流速流量。實際應(yīng)用時，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，則超聲波傳播信號會出現(xiàn)幅值增大或者減小，從而導致超聲 波傳播時間測量出現(xiàn)異常變化，從而影響到流量測量精度。
【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動態(tài)補償方法，能夠消除 對閥門瞬間開關(guān)帶來的水擊效應(yīng)或者管路中殘存的氣泡會引起的超聲傳播時間測量偏差， 提高流量測量精度；
[0006] 進一步的，能夠消除由溫度引起的液體密度變化所引入的流量計算偏差；
[0007] 進一步的，能夠消除處理線路盒內(nèi)元器件溫度變化影響的時間差基準偏移；
[0008] 進一步的，能夠?qū)硕ㄏ禂?shù)實現(xiàn)在查找表中動態(tài)查找，相對現(xiàn)有的采取固定標定 系數(shù)的情況，提高流量計算精度。
[0009] 本發(fā)明包括如下技術(shù)方案：
[0010] -種超聲波流量計動態(tài)補償方法，包括測量時間動態(tài)周期補償?shù)牟襟E，該步驟包 括超聲波順流傳播時間補償和超聲波逆流傳播時間補償，所述超聲波順流傳播時間補償包 括：
[0011] (1)將前一次測量的超聲波順流傳播時間記為Tuppi^
[0012] (2)檢測接收信號中超過一預觸發(fā)閾值后連續(xù)三個過零點脈沖上升沿作為停止計 時使能信號，測得時間依次分別記為3J、和;
[0013] (3)本次測量超聲波順流傳播時間記作Tup，Tup的初始值取然后進行判斷：
[0014] 如果Tup大于T uppra_tup且小于T uppra+tup，則將本次測量超聲波順流傳播時間Tup的 取值直接確定為^，其中t up為超聲波順流傳播時間變化量的閾值；
[0015] 否則進行Tup動態(tài)周期補償，包括：
[0016] 如果Tup小于T uppra_tup，則計算第η次迭代的傳播時間TupW，
[0017] 如果Tup大于T uppra+tup，則計算第η次迭代的傳播時間TupW，
[0018] 其中η表示迭代次數(shù)，為1，2, 3···..，當?shù)讦谴蔚肨upw滿足大于T up_-tup 且小于Tuppra+tuj^條件時，停止迭代并將本次測量超聲波順流傳播時間Tup的取值確定為該 Tupw，當?shù)讦谴蔚肨upw不滿足大于T uppra-tup且小于T uppra+tu|^條件時，則令η增加 1，重新計算Tupw;
[0019] 所述超聲波逆流傳播時間補償采用與所述超聲波順流傳播時間補償相同的方式 進行補償。
[0020] 進一步的，所述超聲波流量計動態(tài)補償方法還包括對流體密度進行補償?shù)牟襟E， 包括：
[0021] (1)通過對超聲波流量計測量管路液體進行溫度場仿真，確定測溫熱敏電阻安裝 的位置，測得管路溫度T 1;
[0022] (2)對所測溫度值T1進行修正后，對流體密度進行修正補償?shù)玫窖a償后的流體密 度 P (T1)。
[0023] 進一步的，所述流體為四氧化二氮，其流體密度修正補償?shù)玫窖a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，對所測溫度T 1的修正系數(shù)，取值0. 28。
[0026] 進一步的，所述超聲波流量計動態(tài)補償方法還包括對超聲波逆流傳播時間與超聲 波順流傳播時間的時間差進行溫度補償?shù)牟襟E，包括：
[0027] (1)測得線路盒內(nèi)部溫度T2;
[0028] (2)根據(jù)所述測得的線路盒內(nèi)部溫度T2，計算超聲波逆流傳播時間與超聲波順流 傳播時間的時間差基準補償量A (Tdciwn-Tup) (T2):
[0029] MTtmti - Tit^gg = 0.0017 + 0..0.M3 X 'Tz - 4.36.17
[0030] (3)利用該補償量進一步獲得溫度補償后的超聲波逆流傳播時間與超聲波順流傳 播時間的時間差（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間。
[0033] 進一步的，所述超聲波流量計動態(tài)補償方法還包括通過預先建立的標定系數(shù)查找 表動態(tài)地查找標定系數(shù)的步驟，包括：使用流量標準器對超聲波流量計進行多量程段標定， 并對標定結(jié)果進行擬合插值，建立標定系數(shù)k的標定系數(shù)查找表，在計算流體流量時，動態(tài) 地從該表中查找對應(yīng)的k值記作Ic1。
[0034] 進一步的，以0. lg/s為間隔建立所述標定系數(shù)k的所述標定系數(shù)查找表。
[0035] 進一步的，還包括流量計算的步驟，所述流量計算的計算式為：
[0036]
[0037] 其中，Q為動態(tài)補償后的流量，P (T1)為溫度補償后的流體密度，D為管路直徑， h為計算流體流量時從預先建立的標定系數(shù)查找表中查得的標定系數(shù)，L為管路長度， (Tdmm-Tup) (T2)為溫度補償后的超聲波逆流傳播時間與超聲波順流傳播時間的時間差，Tup 為超聲波逆流傳播時間，Td_為超聲波逆流傳播時間，T i為管路溫度，T 2為線路盒內(nèi)部溫度。
[0038] -種超聲波流量計多級動態(tài)補償方法，包括以下步驟：
[0039] (1)測量超聲波順流傳播時間Tup和超聲波逆流傳播時間T d_;
[0040] (2)檢驗Tup和T d_分別是否滿足預設(shè)條件，若不滿足則分別進行T up動態(tài)周期補 償和1。_動態(tài)周期補償；
[0041] (3)利用測量的線路盒內(nèi)部溫度進行超聲波逆流傳播時間與超聲波順流傳播時間 的時間差溫度補償；
[0042] (4)測量管路溫度；
[0043] (5)利用所測管路溫度進行流體密度補償；
[0044] (6)從預先建立的標定系數(shù)查找表中動態(tài)查找標定系數(shù)k1;
[0045] (7)計算多級動態(tài)補償?shù)牧髁俊?br>[0046] 進一步的，所述預設(shè)條件包括：
[0047] Tup預設(shè)條件：T ψ大于T u_e-tup且小于T
[0048] Td_預設(shè)條件：T d_大于T downpre ^down-S*^''^^ ^ downpre~^^down
[0049] 其中Tuppra為前一次測量的超聲波順流傳播時間，t up為超聲波順流傳播時間變化 量的閾值；
[0050] Tdmmpra為前一次測量的超聲波逆流傳播時間，t d_為超聲波逆流傳播時間變化量 的閾值。
[0051] 進一步的，所述Tup動態(tài)周期補償采用前述的T up動態(tài)周期補償，所述T