液压系统流量参数的超声波管外检测原理与装置.docVIP

液压系统流量参数的超声波管外检测原理与装置 .一 一第墙卷第4期 1999年8月 煤炭技术 Coallrechn01.Vo1.18№.4 Aug..1999 液压系统流量参数的超声波管外检测原理与装置 L/ 罗建荣,彭佑多,刘德顺———.—一 ———————～ T7 王7,; 湘潭电气集公司特种电机分厂.湖南湘潭4112fE,~2. 湘谭工学院振动一冲击与诊断研究所,湖南湘谭4112rE,) 摘要:流量是确保液压系统正常工作的一个重要参数,也是液压系统状态监控与故障诊断的主要特征信息 本文概件的动作情况看不 见,摸不着,使液压系统的故障诊断比机械,电气设 备的故障诊断更为困难,同时,随着液压技术朝着高 压,高速,大功率,高效率,低噪声,高度集成化等方 向的发展及比例控制,伺服控制,数字控制的不断完 善,传统的接触式流量监控测量方法已越来越不能 满足现代液压系统的要求. 超声波管外流量检测仪器是近20年来随着高 集成电路,微型计算机技术以及超声传感技术的迅 速发展而进人实用领域的新型测量仪器,它具有无 活动感应部件,不破坏流体流场,没有机械惯性,同 时瞬态响应快,动态测量能力强,安装使用方便.易 于实现自动化和网络化管理等特点.但因受到设计 水平与材料,工艺,使用条件等诸多因素的影响.以 往多局限于较大管径管路系统测量使用,能适于小 管径液压系统的目前仍处于研制和小范围试用阶 段,但它已显示出强大的生命力.今后必将成为液 压设备状态监控,过程控制与故障诊断的首选流量 仪器.本文概要介绍了液压流量的超声波管外检测 原理,装置功能及主要测量线路框图. 2超声波管外流量检测原理 超声波管外流量检测是基于超声波在流体中传 播的速度等于被测流体的平均流速和超声波本身速 度的矢量和的基本原理,就其具体方法而言,主要有 传播速度差法(包括直接时差法,时差法,相位差法, 频差法),波束偏移法,多普勒法,相关法,空间滤波 法及噪声法等类型.目前,小管径液压系统量检测 中用得较多的是颇差法和时差法. 图I为采用回呜技术的频差法超声波流量测量 原理图,其中换能器TR1,b安装在管外,由控制器 控制交替作为发射器和接收器;当TR1作为发射器 时,发出的超声波脉冲穿过管道被TR2接收,作. ■ 第4期罗建荣:液压系统流量参数的超声泣管外检测原理与装置?31? 设超声波在换能器,TR2(声程均为LI),管 壁(声程L)中传播时间及电路延迟时间的和为总 延迟时间r0,且设顶,逆回呜循环时ro值一样,则: 顺回呜循环时问=芦+总延迟时间 逆回呜循环时间:芦+总延迟时间 即+ro . D/cocO3 z一—C—- 一 :, — sin—03. 式中u一流体沿超声波传播路径上的平均流速 C—超声波在静止流体中的传播速度 厂_超声波在流体中浸教角 相应的顺,逆回呜循环频率_厂+,一分别为: 1 = [+rn ,一=__1=[+rn)一t 频差:,+一,一=sin2 厂 03[1+roe D ~O3 , l一2u 可见频差△f和流速u存在如下关系式: u= sin203[1+垡] 考虑到管道横截面上的平均流速u0与超声波 传播路径上的平均流速u存在流量修正系数K,则 管内流量为: 口=号.=…zcD3l+, 可见流量与频差成正比,测量频差即可求 得流量.实际上因△,很小,所以往往将△,倍频后 再进行测量,以提高测量精度;但频差法由于存在固 定延时r0,检测结果仍受声速c的影响,存在一定 的声速,温度误差. 时差法的工作原理也是利用图1中安装在被测 流体管壁外的由控制器控制交替作为发射器和接收 器的压电换能器TRl,TR2组成声波传播通道,顺,逆 流方向发射超声波的传播时问分别为: D/cosO z—C+o—sin0 3 D/cosO3 一 — C-v—sinO3 则时差△￡=一一+=2 一 D u r- ~ 来的时差增大了倍,从而 提高了测量精度. 3装置设计 3.1功能与主要技术指标 超声波管外流量检测装置主要由超声渡换能 器,电子线路,参数显示及打印系统等部分组成其 中超声波换能器利用压电材料的压电或逆压电效应 将电脉冲信号转换成超声脉冲,并发射到被测流体 中或接收超声振动信号并转换为电信号以便检测, 该装置能实现液压系统流量管外检测,且为便携式 结构.液压设备,尤其是众多井下作业的矿山液压 设备,在进行状态监测与故障诊断时,只能利用固连 仪表或须破坏流场;既费工费时,又不能反映真实参 数,有时甚至无法实施,只能将仪表感知元件临时安 装在系统中.该装置能够克服这种检测方法的一系 列缺点. 主要技术指标 被测流体:种类——液压流体介质 温度——0～80 测量范围:流速——0—10m/s 配管材质——钢,不锈钢,塑料,尼 龙,高压胶管 配管内径——ol0～100/ll