首頁>技術中心>技術資訊>基于集成傳感器技術的液壓系統檢測儀
基于集成傳感器技術的液壓系統檢測儀
發布時間：2017-09-01
液壓系統的原位檢測是常用的故障監測方法。由于原位檢測通常利用便攜式檢測儀器直接對液壓系統進行測試,機件不需拆離機械,所以這種測試方法尤其適用于工程機械液壓系統的視情維修。本文在運用目前比較成熟的微電子技術和先進的傳感元件,研制出性能穩定可靠的液壓系統測試儀,以實現工程裝備在不拆卸液壓系統整體的情況下的狀態監測與故障診斷。
1 檢測儀的總體構成
檢測儀由測試系統與數據處理系統組成。測試系統包括渦輪流量傳感器、SENSYM公司的硅應變式壓力傳感器、熱電阻Pt100溫度傳感器以及安全閥、模擬加載的加載閥等。數據處理系統包括接口電路、微處理器、液晶顯示、微型打印機、開關、蓄電池等。由傳感器輸出的流量、壓力、溫度信號通過前置信號處理后,通過A/D轉換(流量傳感器信號經前置放大后通過光電耦合器),經AT89C52微處理器處理后顯示出來,也可通過打印機打印出來。
2 傳感器設計及選擇
為減少泄漏,增強儀器的整體性,我們將壓力傳感器、溫度傳感器安裝在渦輪流量傳感器的殼體上,組成三位一體傳感器,以滿足在同一點、同時高精度測出壓力、流量、溫度的要求。
2.1 渦輪流量傳感器
渦輪流量傳感器響應速度快,傳感器精度5j,承受工作壓力可達40MPa,流量范圍12~350L/min,能滿足工程裝備液壓系統測試要求。其工作原理如下:當被測流體流過傳感器時,在流體作用下,葉輪受力而旋轉,轉速與管道平均流速成正比,葉輪轉動后周期性地改變磁電轉換器的磁阻值,檢測線圈中的磁通隨之發生周期性變化,產生周期性的感應電勢,裝在殼體外的非接觸式磁電轉速傳感器輸出脈沖信號的頻率與渦輪的轉速成正比,因此只要測定傳感器的輸出頻率即可確定流體的流量。在檢測系統中流量部分采用計數的辦法來實現,算出頻率,利用公式(1)求出流量。
式中: Q--流量,單位L/min;
f--頻率,單位Hz;
a、b--流量計標定參數。
渦輪流量傳感器對管道內流速分布畸變及旋轉流量是敏感的,進入傳感器應為充分發展管流,因此要根據上游阻流件類型的實際情況配備必要的直管段長度。
2.2 壓力傳感器
采用BP100硅壓力傳感器,壓力范圍0 ~40MPa,傳感器精度012j,變送器綜合精度1j,采用新型溫度補償電路,具有較寬的溫度補償范圍-20~70e,對信號的響應速度高,解決了動態參數的測量問題,而且過載能力強。
流體壓力通過不銹鋼隔離膜片,密封硅油,傳輸到擴散硅膜片上,同時參考端的壓力作用于膜片的另一側。這樣在膜片兩邊加上的差壓產生一個應力,使膜片的一側壓縮,另一側拉伸,兩個應變電阻片位于壓縮區內,另兩個應變電阻片位于拉伸區內,在電氣性能上,它們連接成一個全動態惠斯登電橋,以增大輸出信號。該電橋采用恒流源供電,使得電橋的輸出不受溫度的影響。
2.3 溫度傳感器
采用鉑熱電阻溫度傳感器Pt100,穩定性好,傳感器精度5j,測溫范圍0~150oC。
2.4 功率測試原理
泵組的功率測定由讀出的流量與壓力的乘積推算而得。
式中: N--功率,單位kW;
p--壓力,單位MPa;
Q--流量,單位L/min。
檢測儀按實測的工作壓力和泵的流量,通過微處理器計算后,在顯示屏上自動顯示計算結果。
3 數據處理部分設計
本儀器是單片機應用系統,設計時把溫度、壓力信號處理由硬件電路通過數據鎖存器、譯碼與驅動器來處理,系統運行速度快。流量信號的處理、溫度和壓力信號的選通以及功率的運算由AT89C52運算處理。
3.1 電路工作原理
流量傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器的信號經前置放大后,壓力信號、溫度信號經CD4051多路通道傳輸器送入雙積分A/D轉換器MC14433。MC1403是精密電源,作為MC14433基準電源。流量傳感器信號經前置放大后,經光電耦合器TLP512送入AT89C52 P3口。壓力、流量、溫度信號經AT89C52P0、P3口進行讀操作時由74LS138譯碼器選址后允許外部數據通過74LS244數據緩沖器讀入CPU。經單片機處理后送顯示屏直接顯示流量、壓力、溫度、功率值,同時根據需要可以即時打印上述參數。溫度、壓力信號處理由雙積分A/D轉換器MC14433進行的,該電路使用具有高性能、低功耗312位A/D轉換器,是一個外接元件少、自動調零和極性轉換的雙積分A/D轉換器,轉換速度為10次/s。模擬電路部分由基準電壓、模擬電壓輸入部分組成。模擬電壓輸入量程為19919V,基準電壓相應為200mV或2V。
數字電路部分由邏輯控制、BCD碼及輸出鎖存器、多路開關、時鐘以及極性判別、溢出檢測等電路組成。MC14433采用了動態掃描BCD碼輸出方式,即千、百、十、個各位BCD碼輪流地在Q0~Q3端輸出。同時,在DS1~DS4端出現同步字位選通信號。由于MC14433輸出結果是動態分時輪流輸出BCD碼,而且Q0~Q3和DS1~DS4都是非總線形式,因此必須通過并行I/O口或擴展I/O口與之相連,本系統MC14433的Q0~Q3 , DS1~DS4通過緩沖器接至AT89C52中的P0口。當MC14433上電后即對外部模擬電路輸入電壓信號進行A/D轉換,每次轉換完畢都有相應的BCD碼及相應的選通信號出現在Q0~Q3和DS1~DS4上,當AT89C52中斷,允許INT1中斷申請,并置外部中斷為邊沿觸發方式,每次A/D轉換結束時,都將把A/D轉換結果數據送入片內RAM中,以供CPU處理。
3.2 系統軟件設計
本儀器是一種新型單片機應用系統,主要配置有采集電路、顯示器、按鍵、打印機,相應的軟件有采集、控制、數據處理、顯示、打印等。軟件部分主要包括監控程序和系統測控處理程序。
3.2.1 監控程序。監控程序完成系統操作前的準備工作。(1)初始化,將系統中所有的命令、狀態以及有關的存儲器單元置位成初始狀態; (2)系統測試,利用測試程序檢查程序存儲器、數據存儲器以及硬件功能是否正常; (3)提示符顯示,當完成初始化和系統測試正常后,顯示器上顯示正常標記。
3.2.2 系統測控處理程序。(1)測控功能程序,系統直接完成測量流量、壓力、溫度,處理運算功率值,存儲記憶; (2)外設功能程序,外部設備的控制程序、顯示和打印等。
4 檢測儀的應用
數字式液壓系統檢測儀主要用于液壓系統和發動機)油泵組的狀態監測和故障診斷,在使用中可通過管路接口附件串接或并聯于液壓系統中。通過調節加載閥,對油泵、溢流閥、控制閥、液壓缸和液壓馬達等元件的技術狀況進行原位檢測,在一個檢測點即可同時讀出液壓系統的溫度、壓力、流量和泵組功率。變換測試儀在液壓系統中串聯或并聯的位置,能測試液壓系統中動力元件(油泵)、控制元件(溢流閥、換向閥等)及執行元件(液壓缸、液壓馬達)的性能與故障狀態,從而迅速查找出故障的部位以及評判液壓系統的狀態性能。
本文以Tee測試(簡稱“T測試”)為例,論述檢測儀的應用。所謂“T”測試,是指一種在盡可能接近液壓系統實際工作條件下,進行系統測試的方法。
Tee測試步驟如下:
在油泵和控制閥之間安裝一個/T0型接頭(三通),接頭其中一端連接到檢測儀的進油口上,檢測儀的出油口同油箱相連,如圖3所示。“T”測試對于液壓系統的狀態監測十分有效,整個系統及其部件均可通過“T”測試來檢查其性能,但要準確判定故障的部位,還需進行分段測試。以油馬達測試為例,簡述運用檢測儀進行“T”測試的步驟:
(1)將控制閥置于某一操作工位,但在任一時刻只操作一個閥;
(2)逐步關閉檢測儀加載閥,使油壓從/00升至最大值pm(略低于溢流閥開啟壓力),并記錄相應的流量值Qi;
(3)將各個控制閥遍置所有工位,重復步驟(2)。
如果壓力pm和流量Qi的測量值均與油泵的測試結果相符,表明所有的液壓元件狀態良好;如果發現在某一控制閥的某一工位上,流量值Qi小于Qp,圖3 測試回路表明系統出現泄漏,泄漏量(.jpg){kind=small}
Q=Q0-Qi)包括油泵、溢流閥、控制閥及執行元件(油缸、油馬達)的內泄漏之和;如果各控制閥在所有工位上流量讀數Qi均較小,即表明溢流閥出現故障。
5 結論
通過本文的研究與應用表明,數字式液壓系統檢測儀的測量范圍大,能滿足工程裝備液壓系統測試要求;測試參數比較全,能同時顯示功率、流量、壓力、溫度等參數,且參數可打印;操作簡單方便,易學易用,測試效率高;結構緊湊,體積小,攜帶方便,能在使用現場和各種修理場所使用。它的應用,將有力地提高我國液壓系統的智能化監測水平。
摘自：中國計量測控網
