动态流量计及其应用

　　1　前　言

　　随着工业生产和科学技术的迅猛发展,尤其是电液比例控制技术的不断进步,液压传动及控制装置赢得了越来越广泛的应用,同时对液压元件、系统以及 测试等方面提出了越来越高的要求。精确和快速控制的前提是更精确和更快速的测量,在液压系统中,动态流量精确测定的重大意义在于:(1)可掌握系统或系统 中元件的动态特性,识别其数学模型和物理参数;(2)用于流量反馈控制;(3)获得平均流量的精确值;(4)用于液压参数测试、流体力学实验研究。

　　当前,在液压领域中,能兼顾动、静态特性,性能指标、经济指标均令人满意的动态流量测量仪表还属鲜见。

　　作者研制成功的单向、双向动态流量计,具有多种通径系列,耐高压35MPa,最大测量流量250L/min,最大压力损失小于0.3MPa,稳 态精度接近1.5级,动态频宽f-3db大于100Hz。动态流量计经智能化后,不仅将稳态精度提高到接近1级,还扩大了仪表功能。

　　2　动态流量计的基本原理

　　动态流量计由位移传感器、流量位移转换器等组成。流量位移转换器负责将被测流量Q转化成线性成比例的磁芯位移量X,位移传感器则完成位移X-电 压U的线性转换。位移传感器(见图1)是基于电磁感应原理,由两个电感线圈和一个可动磁芯构成两个桥臂。当磁芯处于中位(零位)时桥路平衡,输出零电平; 当磁芯偏离中位时,两线圈电感发生变化,桥路输出幅值随位移变化的正弦波,经放大、相敏解调、低通滤波、二次放大后,获得随位移量呈线性变化的电压信号 U。无论是单向(见图2)还是双向动态流量计(见图3),其流量位移转换器的基本工作原理是一致的。当无流量通过转换器时,阀芯(或薄刃板)组件在弹簧力 的作用下处于关闭位置,位移X=0。当有流量Q通过时,阀芯(或薄刃板)在液压力的作用下,克服弹簧力、液动力和摩擦力的作用移动至相应位置,实现流量- 位移的转换。由于阀套(或窗体)上开有其形状经反复计算和实验确定的非线性通油窗口,能补偿与弹簧力、液动力相平衡的油液压差所造成的流量-位移非线性关 系,从而可获得线性度良好的流量位移增益。

　　3　动态流量计的设计关键

　　提高稳态精度和动态频宽是动态流量计设计中的两个技术关键。

　　3.1　提高稳态精度

　　单向和双向动态流量计在稳态模型上虽然存在着差异,但经大量的稳态仿真和实验研究后,我们认为,非线性节流窗口流量系数AL和稳态液动力系数 KS在设计中的正确选取是影响单向或双向动态流量计稳态精度的关键。图4、图5分别为双向动态流量计非线性窗口特定结构流量系数AL、稳态液动力系数KS 随薄刃板组件位移(即过流窗口开启位移)X变化的变动曲线。兼顾线切割加工工艺性的大量窗体试制结果表明,节流窗口流量系数AL、稳态液动力系数KS分别 取常数值0.6和方程式0.005(XC-12)2+0.43(XC≤12mm)[4]为最佳。