电液比例阀性能测试用复合流量计的研究

    前言

    电液比例(伺服)阀广泛应用于机械、冶金、陶瓷、钢铁、挖掘等行业中,是工业系统控制的核心元件,是保证生产过程控制的自动化和精确性的关键。因此,电液比例(伺服)阀质量的保证至关重要,必须通过建立性能测试系统测出对阀进行出厂前和维修后的静态特性曲线和动态响应曲线,与标准进行比较判断其质量。

    由于电液比例(伺服)阀多工作于中高压系统(≥21 MPa),使得其测试系统中流量计的选择成为难题。常用流量计存在工作压力低(无法满足额定测试压力的条件,如容积式流量计的工作压力不超过10 MPa)、只能单向测量(而通常的比例换向阀是三位阀都需双向测试)、动态特性差(无动态性能参数,而比例阀的频宽≥1 Hz,伺服阀的频宽≥70 Hz)等,需要特制流量计或者降低要求以满足测试。本文设计研究基于液压缸和位移传感器的复合流量计(下称复合流量计)应用于测试系统中实现性能测试,克服常用流量计的缺陷。

    1　复合流量计的结构及原理

    复合流量计测量是基于间接流量测量法,将流量转化成位移的变化量(速度),通过速度计算出流量。其基本结构如图1a所示,液压油进出液压缸推动活塞运动,活塞带动位移传感器动尺运动产生与静尺的相对运动,流量的大小与相对运动速度成正比。其计算式如下,

    v =Δx/Δt              (1)

    Q = v×A               (2)

    式中Δx为传感器检测的位移差,Δt为经历的时间,v为活塞的运动速度,A为活塞工作腔的有效工作面积,Q为流量。

    复合流量计的使用是基于CAT系统中,其检测原理如图1b,位移传感器的信号经过处理后采集到计算机单元进行滤波、实时计算、显示流量值和方向。

    2　复合流量计的误差分析及处理方法

    复合流量计产生的误差包括原理性误差、结构性误差和测量过程误差。

    2.1　原理性误差

    在实际测量中,流体是可压缩的,因此由于压缩性而产生误差称为原理性误差。

    由质量守恒定律可知,流量原理性误差εp为:

    其中,压缩系数βe=-(dV/dp)/ V(MPa^-1)。通常情况下黏度及溶解气体等因素,流体介质的压缩系数选用范围为(0.7~1.4×10^-3)MPa^-1。则对于介质βe=0.7×10^-3MPa^-1,压力差为1 MPa时的流量误差为0.07%。

    因此,由液体压缩产生的误差较小,可以忽略,只有在高压下或者是介质的压缩系数过大时,需要进行校正及补偿。