液压系统油液压力非插入式测量的新方法

　　1　引　　言

　　液压系统压力测试仪表经历了机械式、数字式和智能化三个发展阶段。这些压力测试仪表基本上由感压元件、传递元件和显示元件三大部分组成。不难发现,其共同特征之一是感压元件必须和液体介质相接触,以便直接反映压力。当这些传统的接触式压力测试仪表用于液压系统的定量监测与故障诊断时[1][2],就需要配合接头插入压力油管才能实施检测。这样,在有的系统中只能获得有限部位的压力读数,而在大多数精密系统中不允许插装压力计,严重制约液压系统的快速故障定位。遵循尽可能减少拆装工作量,在尽可能短的时间内准确找到故障部位并迅速排除的基本诊断原则,研究非插入式压力检测方法有助于获得多个临时检测部位的压力值,这对于液压系统管外测压及快速故障定位具有十分重要的意义。

　　将传统结构型压力测试方法进行延伸,便可以根据压力作用下金属管道径向产生弹性变形的特性,通过检测管道外径微小变形量即可解算出管道内部压力[3]。然而,毕竟与专门设计的感压元件相比,管道的变形特性自然要差一些,从而使这种测压方法的灵敏度、精确度等指标受到影响。本文提出完全突破传统压力检测思维模式,对液压管道压力进行非插入式检测的新方法。

　　2　检测原理

　　液压管道压力非插入式检测的新思路,是利用检测源提供检测介质,与被检对象相互作用,使检测介质的参数随被检物体状态变化而变化,从而可以产生多种信号,通过对某些信号的检测、解释实现要求的检测目的。可以纳入考虑范围的检测介质有超声波、各种射线、电磁波等。针对压力这一检测参数,被检对象可以是油液、管壁、整段油管等。本文把压力油作为被检对象,依据压力变化引起油液声速变化这一物理特性,选择超声波作为检测介质,通过测量超声波在油液中的传播速度达到压力测量之目的。

　　测量流体时,通常声速不易直接测得,而是用固定超声波声程的方法,通过测量此声程下的声时求出声速。可以用脉冲回波法[4],也可以用脉冲穿透法[5]。为保证声速测量精度,要求超声波探头与流体介质接触,否则就需要对管道(或容器)壁厚引起的误差进行修正。当壁厚为变量时,误差修正比较困难。对于液压传动系统而言,油液密封于压力管内,油管壁厚因其规格不同而变化,从而使得管外测量液压油中的声速变得复杂化。

　　本文提出“脉冲回波——穿透”组合式超声波管外准确地测定管内油液声速的检测方案,如图1所示。探头1工作于脉冲回波方式,接收管壁4内侧的反射波,而探头2与探头1组成脉冲穿透工作方式。设压力油管内半径为a,外半径为b,超声波在声程为2a的油液中传播的声时为t ,在声程为(b-a)的管壁中传播的声时为ts,可以得到: