CN101344105A - 基于mems的v锥流量传感器的液压系统功率测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压系统功率测量装置，尤其是基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置。该装置主要由流量传感器，压力传感器，信号处理单元三大部分组成。流量测量装置将MEMS敏感芯体置于V型锥体内部，取消了传统V锥流量计需要引压到管外的结构。压力传感器测量所在管路的压力信号。根据流量－压力－功率数学关系模型，实现对液压系统功率的测量。本发明实现了液压系统流量，压力以及功率的在线测量，为液压系统状态监测以及故障诊断提供了合适的解决方案。

Description

基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置

技术领域

本发明涉及一种液压系统功率测量装置，尤其涉及基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置。

背景技术

目前在管路中对流体进行测量的方法中，只能进行压力测量、温度测量和流量测量，流量测量也只是应用容积式、孔板式、电磁式、涡轮式以及超声式原理的测量装置。现有的各种测量仪器无法直接在线应用于功率测量，在线功率测量存在着无法克服的技术困难。针对现有技术所存在的问题，研制一种液压系统在线功率测量的装置，以克服现存的问题是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置，即通过液压系统管道内工作介质的流量测量、压力场测量进而实现液压系统管道内液压功率的测量装置。

本发明的技术方案是：基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置，该装置由法兰1、测量管2、支撑架3、V型锥体组件6、负取压口7、正取压口9压力传感器10、信号采集处理设备11及流量传感器部分的MEMS敏感芯体4、封装结构5、信号线8、流量计二次仪表12构成；、测量管2两端设法兰1；V型锥体组件6通过支撑架3同轴固定在测量管2内部；正取压口9与负取压口7均设在V型锥体组件6上，位于测量管2内部；MEMS敏感芯体4被封装在封装结构5中，置于V型锥体组件6内部或嵌在V型锥体直管壁中或锥面壁中，并保持密封；MEMS敏感芯体4的两个取压管分别通过正取压口9与负取压口7接触高压和低压流体；信号线8与MEMS敏感芯体4连接后引出测量管2至流量计二次仪表12；流量计二次仪表12和压力传感器10与信号采集处理设备11连接。所述的MEMS敏感芯体4为硅微压阻式、压电式、或电容式微型压力/压差敏感芯体。所述的V型锥体组件6的前端与支撑架3一端固定连接，支撑架3另一端固定在测量管2内壁上。所述的封装结构5上侧固定在V型锥体组件内壁上，下侧与V型锥体组件6上的正取压口9相通，测取高压，右侧与负取压口7相通测取低压，左侧与信号线9连接。

本发明的原理是：根据伯努利方程可知，流体流过V型锥体组件6时会产生对应于流量大小的压力差信号，该压力差信号被MEMS敏感芯体4测得并通过信号线8引出测量管2。根据下面的流量——压差数学关系模型和现场实际标定，可以实现对流量的动态和稳态测量。其流量方程为：

$q_v=\frac{\mathrm{c\ϵ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\β}}^4}}\·\frac{\mathrm{\π}}{4}\·{\mathrm{\β}}^2\·D^2\·\sqrt{2\mathrm{\ΔP}/{\mathrm{\ρ}}_1}$

$q_m=\frac{\mathrm{c\ϵ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\β}}^4}}\·\frac{\mathrm{\π}}{4}\·{\mathrm{\β}}^2\·D^2\·\sqrt{2\mathrm{\ΔP}\·{\mathrm{\ρ}}_1}$

式中：q_v——体积流量，m³/s

q_m——质量流量，kg/s

c——流出系数

ε——可膨胀性系数

β——等效直径比

D——工况下测量管内径

ΔP——压差

ρ₁——工况密度

再结合由压力传感器10测得的压力，根据公式

P＝Q×p

其中

P-液压功率

Q-管道内液体流量

p-管道在该点处压力

即可得到功率数据。

本发明的有益效果是：提出一种新的流量测量方法，以此为基础实现了液压系统功率的在线测量，为液压系统状态监测和故障诊断等需要提供测试装置。通过流量和压力的测量，结束了液压系统在线功率测量无法实现的局面。

附图说明

图1为本发明基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置实施例1的示意图；

图2为本发明基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置实施例2的示意图；

图3为本发明基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置实施例3的示意图。

图中：1、法兰，2、测量管，3、支撑架，4、MEMS敏感芯体，5、封装结构，6、V型锥体组件，7、负取压口，8、信号线，9、正取压口，10、压力传感器，11、信号采集处理设备，12、流量计二次仪表。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，V型锥体组件6的前端与支撑架3一端固定连接，支撑架3另一端固定在测量管2内壁上；MEMS敏感芯体4由封装结构5封装在V型锥体组件6内部；当测量管2中的流体流经V型锥体组件6的V型尖圆锥时，流体逐渐地节流收缩到管道的内边壁，根据伯努力原理可知，该V型内锥体前后产生对应于流量大小的压力差，该压力差被MEMS敏感芯体4测得并通过信号线8引出测量管2送至流量计二次仪表12；压力传感器10测取管路中该点的压力；压力信号与流量信号同时送入信号采集处理设备11中，得到功率信号。

实施例2

如图2所示，V型锥体组件6的前端与支撑架3一端固定连接，支撑架3另一端固定在测量管2内壁上；MEMS敏感芯体4封装在封装结构5中嵌在V型锥体组件6的直管段管壁中，并与管壁保持密封；当测量管2中的流体流经V型锥体组件6的V型尖圆锥时，流体逐渐地节流收缩到管道的内边壁，根据伯努力原理可知，该V型内锥体前后产生对应于流量大小的压力差，该压力差被MEMS敏感芯体4测得并通过信号线8引出测量管2送至流量计二次仪表12；压力传感器10测取管路中该点的压力；压力信号与流量信号同时送入信号采集处理设备11中，得到功率信号。

实施例3

如图3所示，V型锥体组件6的前端与支撑架3一端固定连接，支撑架3另一端固定在测量管2内壁上；MEMS敏感芯体4封装在封装结构5中嵌在V型锥体组件6的V型锥面管壁中，并与管壁保持密封；当测量管2中的流体流经V型锥体组件6的V型尖圆锥时，流体逐渐地节流收缩到管道的内边壁，根据伯努力原理可知，该V型内锥体前后产生对应于流量大小的压力差，该压力差被MEMS敏感芯体4测得并通过信号线8引出测量管2送至流量计二次仪表12；压力传感器10测取管路中该点的压力；压力信号与流量信号同时送入信号采集处理设备11中，得到功率信号。

Claims (4)

1、基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置，其特征在于，该装置由法兰(1)、测量管(2)、支撑架(3)、V型锥体组件(6)、负取压口(7)、正取压口(9)压力传感器(10)、信号采集处理设备(11)及流量传感器部分的MEMS敏感芯体(4)、封装结构(5)、信号线(8)、流量计二次仪表(12)构成；测量管(2)两端设法兰(1)；V型锥体组件(6)通过支撑架(3)同轴固定在测量管(2)内部；正取压口(9)与负取压口(7)均设在V型锥体组件(6)上，位于测量管(2)内部MEMS敏感芯体(4)被封装在封装结构(5)中，置于V型锥体组件(6)内部或嵌在V型锥体直管壁中或锥面壁中，并保持密封；MEMS敏感芯体(4)的两个取压管分别通过正取压口(9)与负取压口(7)接触高压和低压流体；信号线(8)与MEMS敏感芯体(4)连接后引出测量管(2)至流量计二次仪表(12)；流量计二次仪表(12)和压力传感器(10)与信号采集处理设备(11)连接。

2、根据权利要求1所述的基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置，其特征在于，所述的MEMS敏感芯体(4)为硅微压阻式、压电式、或电容式微型压力/压差敏感芯体。

3、根据权利要求1所述的基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置，其特征在于，所述的V型锥体组件(6)的前端与支撑架(3)一端固定连接，支撑架(3)另一端固定在测量管(2)内壁上。

4、根据权利要求1所述的基于MEMS的V锥流量传感器的液压系统功率测量装置，其特征在于，所述的封装结构(5)上侧固定在V型锥体组件内壁上，下侧与V型锥体组件(6)上的正取压口(9)相通，测取高压，右侧与负取压口(7)相通测取低压，左侧与信号线(9)连接。

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