CN101561252A - 一种伺服阀阀芯长度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

工程中经常需要知道伺服阀阀芯的长度以精确地控制液体或气体的流速，本发明给出了一种高精度测量伺服阀阀芯长度的方法和装置，即利用步进电机控制伺服阀阀芯运动的方向和位移的大小，并利用光栅传感器测量阀芯位移的方向和大小，作为X轴方向数据；记录下气动量仪浮子随阀芯位移时高度的变化情况，作为Y轴方向的数据。将获得的数据在直角坐标系上描出散点，进行数据拟合之后可以得到伺服阀阀芯的长度。步进电机控制精确，减少了人为误差和随机性，光栅尺传感器分辨率很高，测得的数据精度高，进行拟合之后误差很小。

Description

一种伺服阀阀芯长度测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种伺服阀阀芯长度测量方法及装置，尤其涉及一种用光栅尺传感器和气动量仪测量由步进电机控制的伺服阀阀芯长度。

背景技术

伺服阀是工业控制领域经常使用的设备，它常用来控制油、天然气或其它液体、气体的流量和流速，方法是通过调节伺服阀阀芯，使其遮盖气孔或油孔的大小发生变化。

传统的调节方式有采用手动调节的，扭动阀芯，使其相对油孔或气孔运动，用千分尺测量阀芯发生位移的大小和方向，从而计算出伺服阀阀芯的长度，得到其遮盖气孔的比例大小。这种控制方式精度很低，且主观性和随机性较大，操作繁琐，不易实现自动控制。

目前存在对于伺服阀的反馈控制，但并不存在通过测量伺服阀阀芯的长度从而实现对伺服阀的高精度控制的方法和设备。

授权公告号CN2317367，授权公告日1999年5月5日，实用新型名称为数字直控伺服阀，该实用新型专利公开了一种伺服阀，该伺服阀由步进电机接受数字信号，直接传动阀芯、阀套，将空心的阀芯滑动连接在阀套中，阀套再滑动连接在阀体中。阀芯、阀套、阀体上相对应的开有各种形状的油槽及油孔，三者形成油通路。阀芯一端连接步进电机，由控制系统操作，直接传动阀芯。阀套一端连接短轴再连接步进电机，接受反馈信号，直接传动阀套。反馈步进电机由光电管传递反馈信号。其不足之处是虽然有反馈步进电机，但是由于使用的是光电管传递反馈信号，精度太低，反馈的实际作用不明显。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种伺服阀阀芯长度测量方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：利用步进电机控制伺服阀阀芯的运动，利用光栅尺传感器测量伺服阀阀芯位移的方向和大小，再记录下气动量仪浮子的高度随伺服阀阀芯运动发生的变化，将位移和高度两组数据在直角坐标系上拟合，就可以得出伺服阀阀芯的长度。

利用LabWindows/CVI软件创建一个步进电机的控制界面，以控制步进电机的移动速度和方向；将计算机通过NI PCI6014板卡和步进电机驱动器连接起来，可使用R6868电缆和CB-68LP板将其连接；驱动器和两相步进电机连接，伺服阀阀芯随步进电机的移动而移动，阀芯水平方向移动，设阀芯水平位移为X轴方向，并选定气动量仪浮子在最高点时阀芯的某一个位置作为原点，即X＝0，Y＝气动量仪浮子最大值。且将气动量仪浮子的高度作为Y轴数据，浮子在最低点时Y＝0。当阀芯移动时，光栅尺传感器测得阀芯的位移X，并记录下气动量仪浮子的高度Y，测得若干组数据，将数据上传到计算机中，并描绘在直角坐标系中，根据所描的各个零散的点，进行数据拟合，可得到伺服阀阀芯的长度。

伺服阀阀芯长度测量装置包括：控制模块和采集模块。

控制模块：控制步进电机推进的方向和位移大小，使伺服阀阀芯遮盖气孔的大小发生变化，以控制液体或气体的流速和流量。

采集模块：采集伺服阀阀芯位移的方向和大小，以及气动量仪浮子高度的变化情况，传递给CVI控制与数据采集软件并上传到计算机，以便进行下一步数据拟合。

附图说明

图1是测量装置框图；

图2是伺服阀阀芯运动状态图；

图3是数据拟合图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1所示是测量伺服阀阀芯长度的装置框图，CVI控制与数据采集软件1通过PCI6014板卡2与步进电机驱动器3连接起来，以控制步进电机4的推进方向和速度。由于PCI6014板卡安装在计算机机箱内，不易与步进电机4连接，可采用R6860电缆和CB-68LP板，将PCI6014板卡2的接线端引出到机箱外，步进电机驱动器3接在CB-68LP板上。伺服阀阀芯5与步进电机4固定在一起，随步进电机4的推进而发生位移。光栅尺6测得伺服阀阀芯发生位移的方向和大小，将数据通过PCI6014板卡2传递给CVI控制与数据采集软件1，作为X轴数据存储在计算机内。伺服阀阀芯5发生位移时，伺服阀垂直阀芯方向上的气孔或油孔大小发生变化，通气量或通油量将随之发生变化，气动量仪8的浮子位置也会改变，每隔一段很小的时间，记录一次浮子的位置和伺服阀阀芯5发生的位移，将浮子的位置作为Y轴数据记录在计算机内，与伺服阀阀芯5发生的位移一起描在直角坐标系上，可以计算出阀芯的长度。

具体测量时：

第一步：选定X轴的原点。在界面上设定步进电机移动的方向和速度，当气动量仪的浮子恰好达到最高点时停止，将这一点设为X轴的原点，并将此时的状态记为A，此时，X＝A，Y＝气动量仪浮子最大值，如图2A所示；

第二步：继续同方向推进步进电机，浮子逐渐下降，记录下若干次浮子的高度和阀芯发生的位移；

第三步：当其恰好到达最低点时，设其状态为B，此时，X＝B，Y＝0，如图2B所示；

第四步：继续同方向推进步进电机，浮子一直处于最低点不动，高度为零，直到其开始上升的前一刻，设其状态为C，此时，X＝C，Y＝0，如图2C所示；

第五步：继续同方向推进步进电机，浮子一直上升，同样记录下若干次浮子高度和阀芯位移的对应值；

第六步：直到浮子到达最高点，设此时的状态为D，此时，X＝D，Y＝气动量仪浮子最大值，如图2D所示；

第七步：继续推进步进电机，浮子一直处于最高点不动。反方向推进步进电机时，开始新一轮的循环。

第八步：得到多次测量的数据之后，根据现有的X值和Y值，调用CurveFit.PolynomialFit函数进行曲线拟合，得到A、B、C、D在X轴上的位置和其值的大小，如图3所示，因为从A状态到C状态，阀芯移动了一个阀芯的长度，从B状态到D状态也是一个阀芯的长度，故阀芯长度 $L=\frac{(C-A)+(D-B)}{2}.$

Claims (6)

1、一种伺服阀阀芯长度测量方法，其特征在于利用LabWindows/CVI将数据采集软件通过PCI6014板卡与步进电机驱动器连接起来，以控制步进电机的推进方向和速度；该方法包括以下步骤：

步骤一，伺服阀阀芯与步进电机固定在一起，随步进电机的推进而发生位移；

步骤二，伺服阀阀芯运动时，测量其发生位移的方向和大小，作为X轴数据存储在计算机内；

步骤三，伺服阀阀芯发生位移时，伺服阀垂直阀芯方向上的气孔大小发生变化，通气量将随之发生变化，气动量仪的浮子位置也会改变，将浮子的高度作为Y轴数据记录在计算机内；

步骤四，多次测量，得到多组X轴和Y轴数据；

步骤五，将阀芯位移X和浮子高度数据Y进行拟合，并绘在直角坐标系上，可得到阀芯的长度。

2、按照权利要求1所述的伺服阀阀芯长度测量方法，其特征在于利用光栅尺传感器及气动量仪测量伺服阀阀芯位移的方向和大小。

3、一种伺服阀阀芯长度测量方法，其具体测量步骤为：

第一步：选定X轴的原点；在界面上设定步进电机移动的方向和速度，当气动量仪的浮子恰好达到最高点时停止，将这一点设为X轴的原点，并将此时的状态记为A，此时，X＝A，Y＝气动量仪浮子最大值；

第二步：继续同方向推进步进电机，浮子逐渐下降，记录下若干次浮子的高度和阀芯发生的位移；

第三步：当其恰好到达最低点时，设其状态为B，此时，X＝B，Y＝0；

第四步：继续同方向推进步进电机，浮子一直处于最低点不动，高度为零，直到其开始上升的前一刻，设其状态为C，此时，X＝C，Y＝0；

第五步：继续同方向推进步进电机，浮子一直上升，同样记录下若干次浮子高度和阀芯位移的对应值；

第六步：直到浮子到达最高点，设此时的状态为D，此时，X＝D，Y＝气动量仪浮子最大值；

第七步：继续推进步进电机，浮子一直处于最高点不动。反方向推进步进电机时，开始新一轮的循环；

第八步：得到多次测量的数据之后，根据和X值和Y值的对应关系，调用CurveFit.PolynomialFit函数进行数据拟合，得到A、B、C、D值的大小和在X轴上的位置，因为从A状态到C状态，阀芯移动了一个阀芯的长度，从B状态到D状态也是一个阀芯的长度，故阀芯长度 $L=\frac{(C-A)+(D-B)}{2}.$

4、一种伺服阀阀芯长度测量装置，包括控制模块和采集模块，其特征在于控制模块采用步进电机控制伺服阀阀芯的推进。

5、按照权利要求4所述的伺服阀阀芯长度测量装置，其特征在于：控制模块用于控制步进电机的位移方向和大小；采集模块用于采集伺服阀阀芯的位移方向和大小，并采集气动量仪浮子的高度数据。

6、按照权利要求4所述的伺服阀阀芯长度测量装置，其特征在于利用PCI6014板卡将采集到的数据上传给计算机。

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