本發(fā)明涉及變量機構測試裝置的檢測,屬于測試領域,尤其是涉及一種比列閥的動態(tài)特性檢測。
背景技術:
1、比例閥是一種把輸入的電信號按比例轉換成力或位移,從而對壓力、流量等參數(shù)進行連續(xù)控制的液壓閥。當電信號輸入其電磁系統(tǒng)時,會產(chǎn)生與電流成正比的電磁推力,控制相應的部件和閥芯,使閥芯平衡系統(tǒng)設定的壓力,進而使系統(tǒng)壓力與電信號成正比。如果輸入電信號按比例或在某個程序中發(fā)生變化,系統(tǒng)的參數(shù)也會相應發(fā)生變化。比例閥由直流比例電磁鐵與液壓閥兩部分組成。其中,直流比例電磁鐵與一般電磁閥所用的電磁鐵不同,采用比例電磁鐵可得到與給定電流成比例的位移輸出和吸力輸出。液壓閥部分則與一般液壓閥差別不大。
2、在流體控制系統(tǒng)中比例閥作為一種關鍵元件廣泛應用于壓力、流量和液位的精確控制。比例閥的性能直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應速度,因此對比例閥動態(tài)特性的測試顯得尤為重要。
3、比例閥動態(tài)特性測試的主要內(nèi)容包括比例閥在不同輸入信號(如階躍信號或正弦波信號)下的響應時間、閥芯位移速度以及系統(tǒng)穩(wěn)定性。具體來說,動態(tài)特性測試評估了比例閥從接收到輸入信號到執(zhí)行閥芯開關動作之間的延遲時間、系統(tǒng)的響應速度和準確性。這些數(shù)據(jù)對于優(yōu)化流體系統(tǒng)的響應速度、減小系統(tǒng)的超調(diào)和振蕩、提高控制精度具有關鍵作用。
4、動態(tài)特性測試的重要性在于:①確保系統(tǒng)性能穩(wěn)定性:比例閥的響應速度直接影響整個系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。在自動化和高精度控制領域,比例閥響應時間的遲緩或過快都會導致控制系統(tǒng)的誤差積累,甚至引發(fā)系統(tǒng)振蕩或失效。②適應高頻響應需求:隨著工業(yè)自動化系統(tǒng)復雜度的提升,越來越多的場景要求比例閥具備較高的固有頻率(通常為100hz以上),以便應對復雜環(huán)境下的快速變化。傳統(tǒng)的比例閥動態(tài)特性測試系統(tǒng)往往不能有效應對這種高頻響應需求,因此迫切需要更高效的測試方法。③優(yōu)化產(chǎn)品研發(fā)流程:通過動態(tài)特性測試,研發(fā)人員可以精確了解比例閥的機械響應時間、電磁響應時間等核心參數(shù),從而改進比例閥的設計,提高產(chǎn)品的性能和可靠性。
5、動態(tài)特性測試的難度主要體現(xiàn)在以下幾個方面:①高頻信號的精確檢測:在高頻率下(如固有頻率大于100hz),比例閥的響應速度要求極高。傳統(tǒng)的測試方法(如孔板式流量計)由于響應速度較慢,難以捕捉到瞬時的閥芯動作,使得檢測變得困難且不精確。②環(huán)境因素的影響:比例閥測試過程中的信號檢測易受到外部環(huán)境(如溫度、壓力波動等)的干擾,尤其是在動態(tài)測試過程中,容腔內(nèi)壓力的微小變化也會影響測試結果的準確性。因此,測試系統(tǒng)必須具備良好的抗干擾能力。③多變量參數(shù)的耦合:比例閥動態(tài)特性測試涉及多個耦合變量,包括閥芯的位移速度、壓力波動、介質(zhì)的物理性質(zhì)等,這些參數(shù)之間的相互影響使得測試復雜化,增加了測試系統(tǒng)設計和參數(shù)調(diào)整的難度。
6、在現(xiàn)有技術中,測量比例閥動態(tài)特性的方法主要可以分為以下幾類:
7、1、直接測量閥芯位移:通過位移傳感器(如激光位移傳感器等)直接測量比例閥閥芯在工作過程中的位移變化,從而反映其動態(tài)特性。閥芯的位移數(shù)據(jù)可用于推斷閥門的開度、響應時間等。缺陷:破壞性;在大多數(shù)情況下,比例閥的閥芯位于內(nèi)部且封閉,因此為了測量其位移,常需要對閥門進行物理改造,如開孔或增加傳感裝置,這種改造通常會影響比例閥的固有動態(tài)特性,使得測量結果與實際工作狀態(tài)不一致。
8、外部裝置影響閥動態(tài)特性;增加外部傳感器或通過修改閥芯結構進行位移檢測,會增加閥芯的質(zhì)量或改變其受力條件,影響閥的動態(tài)響應和真實特性,導致測量結果失真。
9、2、連接固定容腔測量固定容腔的壓力變化:該方法通過在比例閥的出口端安裝一個固定容腔,實時監(jiān)測容腔內(nèi)壓力隨比例閥動作的變化,以推斷閥芯位移和開度。該方法主要通過壓力傳感器來捕捉閥門開啟或關閉時的壓力波動。
10、缺陷:無法測試復雜動態(tài)過程;固定容腔的設計使得該方法只能測量響應時間,無法對比例閥的動態(tài)特性進行全面評估。測量滯后性;由于容腔壓力的變化滯后于閥芯實際的運動,測量結果無法精確反映比例閥的動態(tài)過程,特別是對于頻率較高的比例閥,壓力變化滯后會更加明顯,影響測試的精度。
11、3、直接測量流量:使用流量計來測量比例閥出口流量的變化,從而推斷閥芯位移和比例閥的動態(tài)特性。流量變化通常與閥芯的開度直接相關,因此流量計可以反映比例閥的動態(tài)響應。缺陷:流量計響應速度慢;大多數(shù)流量計(如孔板式流量計或渦輪流量計)在動態(tài)測試中存在響應速度慢的問題,尤其是在測試頻率較高的比例閥時,流量計的采樣頻率不足以捕捉快速變化的流量信號,從而導致測量結果不準確。無法測試高頻率動態(tài)特性;由于流量計的頻率響應較低,不能準確反映比例閥在高頻率工作狀態(tài)下的動態(tài)特性。因此,這種方法適用于低頻響應的比例閥,但對于高頻響的比例閥性能測量存在局限。
12、綜上,現(xiàn)有的比例閥動態(tài)特性檢測方法雖然各有應用,但都存在明顯的局限性。直接測量閥芯位移需要破壞閥結構,影響測量精度;固定容腔的壓力測量方法無法全面評估比例閥的動態(tài)過程開度;直接測量流量的方法響應速度慢,無法滿足高頻率測量的要求。因此,現(xiàn)有檢測方法在準確性、實用性和適應性上都有待提高。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的不足,提供了一種比例閥動態(tài)特性檢測系統(tǒng),在本技術系統(tǒng)中壓力傳感器與示波器的配合使得可以實時、精準地檢測比例閥的動態(tài)響應。同時,仿真分析幫助確定后端容腔和節(jié)流孔板的尺寸,確保系統(tǒng)緊湊且具備較高的測量精度和適應性。整個測試裝置安裝便捷,結構簡單,可適應不同規(guī)格的比例閥測試需求。
2、為了解決上述技術問題,本發(fā)明通過下述技術方案得以解決:一種比例閥動態(tài)特性檢測系統(tǒng),包括上位機、待測比例閥、和金屬容腔,所述金屬容腔內(nèi)具有貫穿的流道,所述的流道進口處連接所述待測比例閥,所述流道出口處連接節(jié)流孔板,所述金屬容腔內(nèi)具有與所述流道相配合的壓力傳感器,所述壓力傳感器電信號連接示波器,所述上位機電信號連接待測比例閥。
3、上述技術方案中,優(yōu)選的,所述的金屬容腔為長方體,所述的流道為圓柱形通孔貫穿所述金屬容腔前后兩面。
4、上述技術方案中,優(yōu)選的,所述的上位機與所述待測比例閥之間還電信號連接有功率放大器。
5、上述技術方案中,優(yōu)選的,所述的節(jié)流孔板在所述的流道出口上是可拆卸的。
6、上述技術方案中,優(yōu)選的,根據(jù)所述待測比例閥固有頻率、截止頻率和同流面積通過amesim仿真模型設計流道管徑、流道長度和節(jié)流孔板通流面積。
7、上述技術方案中,優(yōu)選的,通過更換不同通流面積的節(jié)流孔板改變壓力傳感器所受最大壓力。
8、上述技術方案中,優(yōu)選的,還包括為上位機、待測比例閥、壓力傳感器和示波器供電的電源。
9、由于比例閥閥芯開度和流量直接相關,本發(fā)明設計了一種通過高頻響壓力傳感器測量后端流道的壓力變動間接反應流量以測量比例閥動態(tài)特性的系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括上位機、待測比例閥、金屬容腔、壓力傳感器、示波器和電源。
10、上位機:上位機通過功率放大器與比例閥連接,用于給待測比例閥提供階躍電信號或特定頻率的正弦波電信號,驅動比例閥工作。
11、待測比例閥:待測比例閥與系統(tǒng)的測試裝置相連接,通過控制待測比例閥的開啟或關閉,實現(xiàn)測試中閥芯位移的動態(tài)檢測。
12、金屬容腔:后端金屬容腔為一長方體。前后兩面有一圓柱形通孔貫穿作為流道。流道進口處連接待測比例閥,出口處連接節(jié)流孔板;孔板可拆卸更換,通過螺釘連接。容腔一側面有螺紋孔用于安裝壓力傳感器。必要時另一側面有螺紋孔用于連接氣源。
13、壓力傳感器:安裝在金屬容腔的側面,用于實時檢測容腔內(nèi)的壓力變化。傳感器的測量范圍通過仿真分析后確定,以確保其精度與系統(tǒng)相匹配。
14、示波器:示波器用于讀取壓力傳感器輸出的電信號,并轉化為容腔內(nèi)的實際壓力值。通過示波器可以精確監(jiān)測從電信號通斷瞬間到壓力第一次達到最大值的90%所需的時間。
15、電源:為上位機、壓力傳感器及其他系統(tǒng)設備提供穩(wěn)定的電源,確保整個系統(tǒng)的正常運行。
16、在比例閥動態(tài)特性測試中,后端流道的設計對測試結果至關重要。流道的管長、管徑及節(jié)流孔板通流面積等參數(shù)直接影響系統(tǒng)的壓力響應特性,從而影響動態(tài)特性測試的精度和上限。具體來說:
17、管長的影響:過短的管長會導致容腔內(nèi)壓力波動較快,容易引起測量不穩(wěn)定,特別是在高頻測試時,壓力變化的峰值難以捕捉,影響系統(tǒng)的測試精度。過長的管長則可能引發(fā)壓力波動的延遲,增加測試響應時間,甚至掩蓋閥芯的真實動態(tài)特性,影響測試的及時性和準確性。
18、管徑的影響:過小的管徑會增加流體阻力,降低系統(tǒng)的流量,導致容腔內(nèi)壓力響應過于遲緩,難以反映比例閥的快速動作特性。過大的管徑則可能使得容腔的壓力波動不明顯,系統(tǒng)響應變得遲鈍,影響測試精度。
19、節(jié)流孔板通流面積:節(jié)流孔板的通流面積直接影響了容腔內(nèi)的壓力變化速度和幅度。通流面積越大,壓力變化越快,適合用于測試頻率較高的比例閥;通流面積越小,則適合用于測試頻率較低但需要更高穩(wěn)定性的比例閥。確定孔板通流面積的難度在于需要綜合考慮系統(tǒng)的動態(tài)特性需求和節(jié)流效果的精確控制,通常需要通過仿真模擬和實際試驗相結合來進行優(yōu)化。
20、在比例閥動態(tài)特性測試中,后端流道的設計對測試結果至關重要。流道的管長、管徑及節(jié)流孔板通流面積等參數(shù)直接影響系統(tǒng)的壓力響應特性,從而影響動態(tài)特性測試的精度和上限。這些參數(shù)的確定需要平衡響應速度和穩(wěn)定性,是動態(tài)特性測試系統(tǒng)設計中的一個關鍵挑戰(zhàn)。確定這些關鍵參數(shù)的難度在于需要在滿足動態(tài)測試要求的同時,保證系統(tǒng)結構緊湊、穩(wěn)定性高、安裝方便。傳統(tǒng)方法可能面臨需要多次實驗調(diào)整、成本較高和工藝要求復雜的問題。本發(fā)明通過使用amesim仿真模型預測參數(shù)效果,并結合實際測量驗證,有效降低了參數(shù)確定的難度,提高了系統(tǒng)設計的準確性和效率。
21、本技術是非破壞性測試,適應多種規(guī)格,通過壓力傳感器和示波器對比例閥的動態(tài)特性進行檢測,無需直接測量閥芯位移,避免了對比例閥結構的破壞。系統(tǒng)結構緊湊,安裝便捷,使用可拆卸的節(jié)流孔板調(diào)節(jié)測試參數(shù),可適應多種規(guī)格的比例閥測試需求,從而擴展了該系統(tǒng)的應用范圍。本技術提高測量精度與響應速度,通過仿真分析確定后端金屬容腔的管徑、管長以及節(jié)流孔板的孔徑,使系統(tǒng)具備了優(yōu)異的動態(tài)響應特性,確保對比例閥動態(tài)變化的快速反應,顯著提高了系統(tǒng)的測量精度和實時性。尤其在測量固有頻率較高的比例閥時,能夠更好地捕捉其動態(tài)特性。通過優(yōu)化后端容腔的流道設計,系統(tǒng)可以檢測到更高頻率的響應特性,顯著優(yōu)于傳統(tǒng)測量系統(tǒng),擴展了系統(tǒng)對高速動態(tài)變化的捕捉能力。本技術是成本低,易于操作,在設計和制造上兼顧了成本和加工的可行性,整體測試設備造價相對較低。由于其緊湊的結構和靈活的調(diào)節(jié)機制,操作簡單,適合快速部署和測試。
22、與現(xiàn)有技術相比,在本技術系統(tǒng)中壓力傳感器與示波器的配合使得可以實時、精準地檢測比例閥的動態(tài)響應。同時,仿真分析幫助確定后端容腔和節(jié)流孔板的尺寸,確保系統(tǒng)緊湊且具備較高的測量精度和適應性。整個測試裝置安裝便捷,結構簡單,可適應不同規(guī)格的比例閥測試需求。