一种火星风洞的二氧化碳成分控制系统及其控制方法与流程

1.本发明属于火星试验舱模拟技术领域，具体涉及一种火星风洞的二氧化碳成分控制系统及其控制方法。


背景技术：

2.火星风洞离不开用来模拟火星大气环境的试验舱，该试验舱用来模拟火星表表面的气压、气体成分、温度等。火星周围的大气层很薄，周围大气的主要成分为二氧化碳(其中co2占比约95.3％)，试验舱内大气一般维持在绝对压力最低至100pa(约为标准大气压的0.1％)，试验时需要将舱内注入模拟火星大气所需的co2气体，co2气体浓度通常需要达到97％，这样才能有效模拟气体成分。
3.为了使试验过程中的co2的气体浓度达到要求，需要使用co2浓度传感器来测量co2的浓度，但试验过程中低气压、低温以及砂尘会对co2浓度传感器带来不利影响，采用常规的co2测量传感器或测量方法，不仅得不到准确的co2浓度值，甚至致使co2浓度传感器探头的特性失效，导致探头内部堵塞，损坏co2浓度传感器。


技术实现要素：

4.因此，基于以上不足之处，本发明提供一种火星风洞的二氧化碳成分控制系统，可以解决火星风洞的低气压、低温以及砂尘环境下co2成分实现的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种火星风洞的二氧化碳成分控制系统，包括co2浓度测量系统、co2气源系统、抽真空系统和绝压传感器，所述的co2浓度测量系统、抽真空系统、co2气源系统和绝压传感器分别与火星舱相连通，所述的co2气源系统为火星舱内部的火星风洞提供稳定的co2动力气源；所述co2浓度测量系统包括二氧化碳测量法兰、采样端气动先导阀、抽气泵、流量计、二氧化碳传感器、回气端气动先导阀，所述的二氧化碳测量法兰位于火星舱的外壁并与其固定连接，二氧化碳测量法兰上设有采样进气管和采样回气管分别与火星舱内连通，所述的采样进气管与采样端气动先导阀连接，采样端气动先导阀与抽气泵连接，抽气泵与流量计连接，流量计与二氧化碳传感器连接，二氧化碳传感器与回气端气动先导阀连接，回气端气动先导阀与采样回气管连接。
6.进一步的，所述co2气源系统包括二氧化碳进气法兰、二氧化碳进气管道和二氧化碳气源装置，所述的二氧化碳进气法兰位于火星舱的外壁并与其固定连接，二氧化碳进气管道的一端通过二氧化碳进气法兰与火星风洞的引射器连通，二氧化碳进气管道的另外一端与二氧化碳气源装置连通。
7.进一步的，所述抽真空系统包括抽气法兰、真空抽气管道和抽真空装置，所述的抽气法兰位于火星舱的外壁并与其固定连接，真空抽气管道的一端通过抽气法兰与火星舱内连通，真空抽气管道的另外一端与抽真空装置连通。
8.本发明的另一目的是通过上述的二氧化碳成分控制系统提供一种火星风洞的二氧化碳成分控制方法，步骤如下：
9.第一步，关闭co2浓度测量系统和co2气源系统，开启抽真空系统，监测火星舱内的绝对压力传感器，抽至真空；
10.第二步，关闭抽真空系统，打开co2气源系统，将气态co2注入火星舱中，监测绝对压力传感器，当舱内压力达到标准大气压时，关闭co2气源系统；
11.第三步，打开co2浓度测量系统：先开启采样端气动先导阀与回气端气动先导阀，再启动抽气泵，由二氧化碳传感器测量稳定后的co2的浓度值，co2浓度测量完成后，先关闭抽气泵，再关闭采样端气动先导阀与回气端气动先导阀，完成co2的浓度测量；
12.第四步，若co2的浓度没有达到试验要求，重复上述第一至第三步；
13.第五步，达到试验要求的co2浓度后，开启抽真空系统，监测火星舱上的绝对压力传感器，抽至试验所需要的绝对压力。
14.本发明的有益效果及优点：本发明中的二氧化碳成分实现方法简便，其使用的co2浓度传感器为常规传感器，无需特殊防护，通过绝压传感器对火星舱内的气体压力进行检测，进而控制抽真空系统与co2浓度测量系统的工作时序，能够有效实现试验时火星舱内的二氧化碳浓度满足试验需求，并不会受真空低气压、低温和砂尘试验的影响。此外，设置了取样测量气管与回气管，避免了二氧化碳的排放问题，也进一步提高了测量时的稳定性。本发明结构简单，维护方便，效果显著，适宜推广使用。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，实际还可演变出其他相应的实例。
16.图1是一种火星风洞的二氧化碳成分控制系统原理框图。
17.图中：1、火星舱，2、火星风洞，3、二氧化碳测量法兰，4、采样进气管，5、采样端气动先导阀，6、抽气泵，7、流量计，8、二氧化碳传感器，9、回气端气动先导阀，10、抽气法兰，11、真空抽气管道，12、抽真空装置，13、二氧化碳进气法兰，14、二氧化碳气源装置，15、二氧化碳进气管道，16、引射器，17、绝压传感器，18、采样回气管。
具体实施方式
18.以下结合附图及实施例，对本发明进行详细阐述。以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.实施例1
20.结合图1，一种火星风洞的二氧化碳成分控制系统，包括co2浓度测量系统、co2气源系统、抽真空系统和绝压传感器，其特征在于：所述的co2浓度测量系统、抽真空系统、co2气源系统和绝压传感器分别与火星舱相连通，所述的co2气源系统为火星舱内部的火星风洞提供稳定的co2动力气源；
21.所述co2浓度测量系统包括二氧化碳测量法兰3、采样端气动先导阀5、抽气泵6、流量计7、二氧化碳传感器8和回气端气动先导阀9，所述的二氧化碳测量法兰位于火星舱的外壁并与其固定连接，二氧化碳测量法兰3上设有采样进气管4和采样回气管18，并分别与火
星舱1内连通，所述的采样进气管4与采样端气动先导阀5连接，采样端气动先导阀5与抽气泵6连接，抽气泵6与流量计7连接，流量计7与二氧化碳传感器8连接，二氧化碳传感器8与回气端气动先导阀9连接，回气端气动先导阀9与采样回气管18连接。测量时开启采样端气动先导阀5和回气端气动先导阀9，通过抽气泵6将火星舱1内的气体抽出，测量气管4上的流量计7可检测气体流量，二氧化碳传感器8可测量取样后的co2气体浓度。
22.所述co2气源系统包括二氧化碳进气法兰13、二氧化碳进气管道15和二氧化碳气源14装置，所述的二氧化碳进气法兰13位于火星舱1的外壁并与其固定连接，二氧化碳进气管道15的一端通过二氧化碳进气法兰13与火星风洞的引射器16连通，二氧化碳进气管道15的另外一端与二氧化碳气源装置14连通，将气态的co2注入火星风洞2内，既能为火星舱1内注入纯co2气体，也能为试验时火星风洞2提供稳定的动力气源。
23.通过上述的二氧化碳成分控制系统提供一种火星风洞的二氧化碳成分控制方法，步骤如下：
24.第一步，关闭co2浓度测量系统(即关闭采样端气动先导阀5、抽气泵6、回气端气动先导阀9)，关闭co2气源系统，开启抽真空系统，监测火星舱上的绝对压力传感器17，抽至本实施例的火星舱能达到的最低绝对压力为100pa。
25.第二步，关闭抽真空系统，打开co2气源系统，将气态co2注入火星舱1中，监测绝对压力传感器17，当舱内压力达到标准大气压时，关闭co2气源系统。
26.第三步，打开co2浓度测量系统，即先开启采样端气动先导阀5与回气端气动先导阀9，再启动抽气泵6，由二氧化碳传感器8测量co2的浓度值，测量时需测量数据稳定后的浓度数值(通常连接采集连续5s中数据稳定的数值)，co2浓度测量完成后，先关闭抽气泵6，再关闭采样端气动先导阀5与回气端气动先导阀9，完成co2的浓度测量。
27.第四步，若co2的浓度没有达到试验要求(通常是97％)，重复上述第一至第三步。
28.第五步，达到试验要求的co2浓度后，开启抽真空系统，监测火星舱1上的绝对压力传感器17，抽至试验所需要的绝对压力。
29.实施例2
30.设定试验时火星舱的压力为500pa,co2的浓度为不低于97％。将火星舱1的舱门封闭后，关闭采样端气动先导阀5和回气端气动先导阀9，关闭co2气源系统，开启抽真空系统，直至监测到火星舱上的绝对压力传感器17为100pa(本实施例的火星舱能达到的最低压力值)，关闭真空抽气管道11上的阀门。打开co2气源系统，将气态co2注入火星舱1中，直至监测绝对压力传感器17为100kpa(约为标准大气压)，关闭co2气源系统，并打开co2测量系统的采样端气动先导阀5和回气端气动先导阀9，再启动抽气泵6，待二氧化碳传感器8测量co2的数值稳定时，持续测量5s并计算出平均值(此时二氧化碳的浓度约为90％-92％)。重复上述过程，第二次在100kpa的火星舱压下测得co2浓度值为98％，满足试验的co2浓度需求。最后，开启抽真空系统，模拟火星舱内的压力，直至500pa的绝对压力，完成试验所需的压力为500pa、co2的浓度为不低于97％的环境模拟。
31.综上所述，本发明一种火星风洞的二氧化碳成分实现方法及其控制系统，原理简单、结构简单灵活、成本低，维护方便，已成功用于一种火星尘舱的风洞装置上，可推广性强。