危险气体监测系统设计及特性
3.2性能指标测试
为了得到测试系统的性能指标，编制了共底安全监测系统测试大纲和操作细则，根据大纲和操作细则对系统指标进行逐一测试，测试结果列于表1。
危险气体监测系统已成功地用于长征三号系列火箭的发射试验，多次试验证明，该系统性能稳定、质量可靠、测量数据迅速准确，保证火箭安全发射。系统的应用包括共底真空性能测试和在燃料加注过程中的共底安全监测两个方面。
4.1 共底真空性能测试
4.1.1共底极限压力测定
共底极限压力是指共底在操作规程规定的抽气时间内，采用规定的抽气系统，共底达到的压力。该项指标是反应共底漏放气率和抽气性能的综合指标。当共底的漏放气率确定后，共底的极限压力主要取决于抽气系统的抽速。因此，测量该项指标时，必须保证抽气系统正常工作条件：机械泵正常工作、抽气管道不漏。
由于共底采用间断抽气的方法，因此，测量极限压力的最好办法是绘制共底压力和抽气时间关系的曲线，根据曲线的趋势并在规定的时间点上，查到的对应压力即为所测值。图3为典型的共底抽气曲线。由于采用间断抽气，因此在每次停止抽气时因共底夹芯玻璃钢出气使共底压力增加。从曲线上可查出共底的抽气时间和极限压力。
图3 典型共底抽气曲线
◆-压力
共底停止抽气后，压力按P=Qt/V变化，式中Q为共底的总漏放气率。正常条件下，共底的放气率占主要部分。由于受共底蜂窝夹层流导的限制，其放气过程是一个缓慢的过程。实验表明，这个过程需要几个小时。为了正确测量共底漏放气率，必须选择足够长的时间，通常为24 h。
共底漏放气率测试，只有在共底抽气足够长时间后进行才有意义。在共底抽气初期（累计抽气时间小于10 h），由于共底的大量放气，测量的数据很难正确反映共底的真实状态。根据大量的共底漏放气率测试的实验数据，在测试规程中规定，共底累计抽气时间30 h后，进行常温下24 h共底漏放率测定。
测试方法为：关闭共底箱阀，记录共底24 h内的压力，绘制压力和时间变化曲线，计算共底漏放气率。必要时，可以分别计算漏气率和放气率。
4.2 燃料加注过程中共底安全监测
在火箭低温燃料液氢、液氧加注过程中，监测系统对共底压力和氢浓度进行实时监测，图4为加注过程中共底无泄漏情况下压力和浓度随时间变化曲线。
从变化曲线可以看出，在液氢加注预冷结束时，共底的压力迅速下降，在不到2 min时间内，压力下降3个数量级，这是由于共底的低温面在液氢温度下对共底抽气造成的。如果共底没有泄漏，压力一直可维持在1×10-1 Pa。氢浓度在加注整个过程中，始终在1%波动，该值可以认为是真空系统的本底。
图4 液氢、液氧加注过程共底压力和浓度变化曲线
◆-压力；■-氢浓度
5 结 论
危险气体监测系统采用质谱技术对火箭危险气体进行监测，经多次发射试验验证，该系统设计基本满足使用要求。由于配有大气取样装置，系统还可用于大气环境下危险气体监测。为了扩大应用范围，系统可在提高检测灵敏度、减小重量和体积、防止或减小污染等方面进一步完善。
王荣宗：男，58岁，高级工程师，从事真空和质谱技术研究，目前进行空间质谱测量和航天器危险气体检测工作
王荣宗（兰州物理所 ，兰州，730000）
孙天辉（兰州物理所 ，兰州，730000）
参考文献
1，达道安等.真空设计手册.国防工业出版社，1991.
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