基于软测量技术的虚拟动态流量计的模型研究

　　随着现代液压控制技术的发展,对于系统和元件的动态特性的要求越来越高,因而对瞬时动态流量测试技术的要求也越来越高。但是由于油液性质和流动 状态的复杂性,以及流量计自身运动部件的惯性的影响,多数流量计都不能用于高频动态流量的测量。只有用测试液压缸+速度传感器组成的伺服阀动态流量测试系 统,由于采用大活塞面积和间隙摩擦,动态特性比较好。但是由于它的行程有限,只适用于测量零区附近的小流量和对称往复流量,不能用于其他类型的复杂动态流 量的测量。对于其他场合,特别是在比例流量阀的动态测试中,目前国内尚无性能较好的流量计能满足动态测量的要求。

　　另一方面,虚拟仪器的兴起使得计算机在测试过程中的作用得以充分发挥,“软件就是仪器”已成为新的测试理念。他不仅使得测试系统的硬件组成更加 灵活,也使得通过大量计算,解复杂算式来间接获得待测参数成为可能。并由此促进了另一种新测试技术———软测试技术的进一步发展和应用。它的特点就是以计 算机和软件为核心,根据比较容易测得的一种或几种辅助变量,来估计不能直接测量的主要变量。因此根据液压测试自身的特点,借助虚拟仪器系统,在动态流量的 测试中引入软测量技术,通过测量特定管路内油液的压力、黏度、温度等易得信号,就能间接得到流量信号。由于这种虚拟动态流量计不含运动部件,运算能力强, 建模时允许全面考虑流体的惯性力、黏性力及其他因素的影响,因此可以获得很高的动态响应品质和稳态测量准确度,具有很好的开发和应用前景。

　　1　流量计的结构设计

　　流量计结构见图1,壳体采用弯管形式,这样可以把液流中的稳态分量通过在油液流过弯管时发生的动量变化充分反映出来,以提高对稳态流量的测量准确度。采用两个压力传感器分别安装到直管段管道上,测量直管前后两截面的压力。采用一个温度传感器来测量介质的温度。

　　2　在LABVIEW平台上组建虚拟仪器系统

　　该系统由传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机以及其他设备组成。传感器包括两个压力传感器和一个温度传感器,两个压力传感器的输出电信号 经过双臂电桥处理,得到压力差值信号,再与温度信号分别被调制成标准的电流信号后,经数据采集卡采样后输入计算机。计算机在Labview平台上对信号进 行采样、放大、存储、计算,最终得到流量信号,并在虚拟前面板上以各种数列、图表的形式表示出来,或者通过网络与其他系统进行通信。

　　3　建立流量计的数学模型

　　将图1中A1、A2、A3两截面之间的直管段液体作为控制体,取L=100 mm, =20 mm,预计平均流量为20 L/min,测得油液黏度ν=26 mm2/s,流量计壳体采用光滑金属管,临界雷诺值RCE=2160,由此可以估算出雷诺值: