金属导管液体压力的原位检测设计

　　引言

　　为提高液压系统工作的可靠性，准确高效地诊断和排除液压系统故障，经常需要在液压系统处于工作状态时，在不拆除相关附件的情况下对液压金属导管进行在线压力检测。为此，本文设计研制了金属导管液体压力的原位在线检测原理样机，只要附加在液压系统诊断部位的金属导管外壁，即可迅速查明液压系统附件的运行状况，进而评估液压系统的动态品质，不需卸去附件，不影响液压系统的工作，弥补了现阶段液压系统压力检测手段的不足，提高了液压系统的可靠性和维修性。

　　1 金属导管液体压力原位在线检测机理

　　液压系统利用工作介质———液压油所具有的压力能进行能量的传递和转换，各种形式的伺服阀或舵机实现对压力能的控制和分配。压力能是液体分子能量的一种表现形式，在其作用下，液压附件和金属导管产生一定程度的弹性变形，液压金属导管壁厚和导管平均直径之比值一般小于 0. 1，因此可以把液压金属导管看作承受内部压力的薄壳物体进行理论计算。金属导管在内部压力作用下产生的轴向应变 ε 和压力 P的关系如下:

　　式中: ε 为导管轴向应变; P 为导管内部压力; r 为导管平均半径; E 为导管弹性摸量; h 为导管壁厚。

　　上式说明，当金属导管的几何尺寸和金属材料确定后，金属导管的轴向应变与承受的内压成正比。根据这一原理，在实际检测过程中，可以检测出具体的应变值，再将此应变值转化为电压信号，即可得出压力的变化情况，从而可以判断液压系统工作和故障状况。

　　2 金属导管内液体压力的原位在线检测仪原理设计

　　应用计算机检测金属导管轴向应变量的方式有多种，例如: 应变片式、电感式、电容式和光导纤维等。但相对而言，采用应变片式非接触式检测金属导管液体压力的方式具有操作简单，抗环境干扰能力强，压力信号稳定，成本低廉的优点。

　　采用应变片式原位检测金属导管内液体压力的方法如下:选用与被测金属导管外径尺寸相同的金属片( 紫铜片) 作弹性体，在弹性体外侧粘贴 4 片应变片 R1，R2，R3，R4，如图 1 所示：

　　将弹性体两端紧固于金属导管外壁，在弹性长度范围( 100 mm) 内，被测金属导管的直线度与圆度均应符合要求( 不超过 0. 5%) 。给电桥供直流恒压，在电桥两臂取得压力变化的电信号，当 E =10 V，液压金属导管内每变化一次压力时( 约为 0. 1 MPa) ，输出信号变化约为0. 1 mV，即 ΔU0≈0. 1 mV，经信号放大、滤波和 A/D 转换后，计算机进行实时采集，从而为液压故障专家诊断系统进行分析、判断提供第一手检测数据。