危險氣體監測系統設計及特性
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3.2 性能指標測試
為了得到測試系統的性能指標，編制了共底安全監測系統測試大綱和操作細則，根據大綱和操作細則對系統指標進行逐一測試，測試結果列于表1。
危險氣體監測系統已成功地用于長征三號系列火箭的發射試驗，多次試驗證明，該系統性能穩定、質量可靠、測量數據迅速準確，保證火箭安全發射。系統的應用包括共底真空性能測試和在燃料加注過程中的共底安全監測兩個方面。
4.1 共底真空性能測試
4.1.1共底極限壓力測定
共底極限壓力是指共底在操作規程規定的抽氣時間內，采用規定的抽氣系統，共底達到的壓力。該項指標是反應共底漏放氣率和抽氣性能的綜合指標。當共底的漏放氣率確定后，共底的極限壓力主要取決于抽氣系統的抽速。因此，測量該項指標時，必須保證抽氣系統正常工作條件：機械泵正常工作、抽氣管道不漏。
由于共底采用間斷抽氣的方法，因此，測量極限壓力的最好辦法是繪制共底壓力和抽氣時間關系的曲線，根據曲線的趨勢并在規定的時間點上，查到的對應壓力即為所測值。圖3為典型的共底抽氣曲線。由于采用間斷抽氣，因此在每次停止抽氣時因共底夾芯玻璃鋼出氣使共底壓力增加。從曲線上可查出共底的抽氣時間和極限壓力。
圖3 典型共底抽氣曲線
◆-壓力
共底停止抽氣后，壓力按P=Qt/V變化，式中Q為共底的總漏放氣率。正常條件下，共底的放氣率占主要部分。由于受共底蜂窩夾層流導的限制，其放氣過程是一個緩慢的過程。實驗表明，這個過程需要幾個小時。為了正確測量共底漏放氣率，必須選擇足夠長的時間，通常為24 h。
共底漏放氣率測試，只有在共底抽氣足夠長時間后進行才有意義。在共底抽氣初期（累計抽氣時間小于10 h），由于共底的大量放氣，測量的數據很難正確反映共底的真實狀態。根據大量的共底漏放氣率測試的實驗數據，在測試規程中規定，共底累計抽氣時間30 h后，進行常溫下24 h共底漏放率測定。
測試方法為：關閉共底箱閥，記錄共底24 h內的壓力，繪制壓力和時間變化曲線，計算共底漏放氣率。必要時，可以分別計算漏氣率和放氣率。
4.2 燃料加注過程中共底安全監測
在火箭低溫燃料液氫、液氧加注過程中，監測系統對共底壓力和氫濃度進行實時監測，圖4為加注過程中共底無泄漏情況下壓力和濃度隨時間變化曲線。
從變化曲線可以看出，在液氫加注預冷結束時，共底的壓力迅速下降，在不到2 min時間內，壓力下降3個數量級，這是由于共底的低溫面在液氫溫度下對共底抽氣造成的。如果共底沒有泄漏，壓力一直可維持在1×10-1 Pa。氫濃度在加注整個過程中，始終在1%波動，該值可以認為是真空系統的本底。
圖4 液氫、液氧加注過程共底壓力和濃度變化曲線
◆-壓力；■-氫濃度
5 結 論
危險氣體監測系統采用質譜技術對火箭危險氣體進行監測，經多次發射試驗驗證，該系統設計基本滿足使用要求。由于配有大氣取樣裝置，系統還可用于大氣環境下危險氣體監測。為了擴大應用范圍，系統可在提高檢測靈敏度、減小重量和體積、防止或減小污染等方面進一步完善。
王榮宗：男，58歲，高級工程師，從事真空和質譜技術研究，目前進行空間質譜測量和航天器危險氣體檢測工作
王榮宗（蘭州物理所 ，蘭州，730000）
孫天輝（蘭州物理所 ，蘭州，730000）
參考文獻
1，達道安等.真空設計手冊.國防工業出版社，1991.
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