航天运载器贮箱低温液位校准装置的误差分析与精度设计

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1、航天运载器贮箱低温液位校准装置的误差分析与精度设计0引言液位测量技术应用广泛，常用的测量方法有浮子法、电容法、超声波法等。其中，电容式液位传感器由于其动态响应好、稳定性强等优点，常被应用于航空航天领域，其测量原理是通过检测液体中两个电极间的电容值来获取液位信息。随着航天运载器推进技术的发展，低温液体推进剂由于其无毒、无污染的优点被各国广泛使用。航天运载器升空过程中对低温液体推进剂的监测和测量的手段很多，电容式液位测量法是最常用的方法之一。为了保证液位测量结果的准确性，需定期对所使用的液位传感器进行校准。本文围绕航天运载器低温液位校准技术

2、展开研究，针对电容式液位传感器设计了一种测量范围为0～2m的液位校准装置，该装置能模拟低温工作环境，其基本原理是采用比较法实现对电容式液位传感器的校准。1低温液位校准装置工作原理与结构本文设计的应用于电容式低温液位传感器的校准装置的工作原理是：在地面模拟航天运载器升空过程中液位的变化，根据相对运动原理，保持液位不变，通过校准装置带动电容式液位传感器上下移动，采用比较校准装置的测量结果与被校电容式液位传感器的测量结果的方式，来实现校准目的，并且可采用更高精度的双频激光干涉仪对所设计的校准装置进行校准，而双频激光干涉仪可送至国防科技工业一级

3、计量站或省级计量测试机构校准，从而可将电容式液位传感器的测量结果溯源至中国长度计量基准，建立航天运载器所使用的电容式液位传感器的完整溯源链，以保证测量结果的准确可靠。2低温液位校准装置的误差分析为了实现电容式液位传感器的校准，根据计量学理论，将低温液位校准装置的测量精度设计为被校电容式液位传感器测量精度的1/3～1/10，故所设计的低温液位校准装置的最大允许误差设计为0.6mm。为此必须对该校准装置测量过程中的误差源进行分析。在测量过程中，误差源主要来自测量装置误差、环境误差、方法误差和人员误差4个方面，具体表现为标准量误差、阿贝误差、

4、热变形误差等。2.1标准量误差低温液位校准装置通过测量光栅、伺服电机、导轨和滚珠丝杠组成闭环控制系统，实现连接杆的精确定位，所得测量信号被测量光栅读取，因此标准量测量光栅的示值误差11d(x)及连接杆定位误差12d(x)成为该校准装置的标准量误差的主要来源。2.2阿贝误差低温液位校准装置的升降机构通过连接杆同时带动测量光栅的指示光栅和电容式液位传感器，测量光栅的标尺光栅粘贴在升降机构的立柱上，因此校准电容式液位传感器时的测量中心线不与基准测量光栅的运动轨迹共线，测量过程中由