CN101852661A - 阀门扭矩连续测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀门扭矩连续测试装置，用于对阀门(1)的开启和闭合时测试扭矩，所述的测试装置包括阀门驱动机构(2)、扭矩传感器(3)、阀门开度数据数据采集系统(4)和电脑运算控制系统(5)，所述的扭矩传感器(3)设在阀门驱动机构(2)与阀门(1)的连接位置。本发明还公开了相应的测试方法，可连续测试扭矩范围内的蝶阀、球阀及闸阀的启闭扭矩及启闭过程中的动态扭矩；扭矩传感器精度：0.5％；扭矩测试系统的测量误差≤1％；该装置能显示阀门启闭过程中任一开度位置的扭矩值，并能输出打印阀门开度位置与扭矩值对应曲线图；该装置的驱动方式既可电动也可手动，且互不干涉。

Description

阀门扭矩连续测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于阀门检验测试装备的技术领域，具体地说，本发明涉及一种阀门扭矩连续测试装置。另外，本发明还涉及所述的阀门扭矩连续测试装置的测试方法。

背景技术

阀门是承受内压的机械产品，因而必须具有足够的强度和刚度，以保证长期使用而不发生破裂或产生变形。起闭力和启闭力矩是指阀门开启或关闭所必须施加的作用力或力矩。

阀门启闭扭矩是体现阀门综合水平的一项重要性能指标。目前所有的阀门检测装置大多数根据国家的相关标准以压力表显示其试验强度和密封性能，这一简单的试验方法并不能完全反映出一种阀门在设计与加工中存在的诸多问题。

根据国内行业调查及科技查新表明，对于阀门启闭扭矩的试验、测试与研究，国内目前尚属空白领域，无人做过此项工作，既无显示阀门开度位置与扭矩值的对应关系的测试设备，也没有在使用现场检测阀门动态扭矩的设备，由于无法了解阀门在实际工况下的启闭扭矩值和该值与阀门开度的对应关系，给阀门的设计、制造工艺、使用带来了盲目性，严重制约了阀门产品的技术进步和质量提升，不能满足产品的使用要求；另外，因缺乏扭矩实际数据，所以在驱动装置选型配套方面也经常出现问题，往往不是扭矩选择过剩，造成浪费，就是扭矩选择不足，无法驱动。

发明内容

针对上述缺陷，本发明所要解决的第一个问题是提供一种阀门扭矩连续测试装置，其目的是在阀门扭矩进行连续测试并反映其动态数据。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明所提供的这种阀门扭矩连续测试装置，用于对阀门的开启和闭合时测试扭矩，所述的测试装置包括阀门驱动机构、扭矩传感器、阀门开度数据数据采集系统和电脑运算控制系统，所述的扭矩传感器设在阀门驱动机构与阀门的连接位置。

本发明还提供了以下更为具体的技术方案，体现了本发明的新颖性、创造性和实用性：

所述的电脑运算控制系统中设软件处理模块、驱动控制模块、传感器数据转换模块和图形数据显示模块。

所述的阀门开度数据数据采集系统在所述的阀门驱动机构的输出轴位置设置脉冲编码器，与阀门驱动机构的输出轴直接连接。

所述的脉冲编码器获取信号的方式是：当阀门驱动机构的输出轴运行时输出两路相位差90°的脉冲信号，所述的脉冲编码器每旋转一圈，每一路输出1000个脉冲。

所述的软件处理模块中设脉冲信号处理模块，接收来自脉冲编码器的脉冲信号，进行计数，正转时数字递增，反转时数字递减，每转一圈将计4000个数字。

所述的驱动控制模块与阀门驱动机构进行控制信号的连接，控制其运行并接收阀门驱动机构上的行程开关、扭矩开关的信号。

所述的传感器数据转换模块与用于提供扭矩传感器工作电源连接，并与扭矩传感器上输出的毫伏信号线路连接，所述的传感器数据转换模块设A/D数模转换器，将扭矩传感器上输出的毫伏信号放大后进行A/D转换成数字信号。

所述的图形数据显示模块设数据读取和存储设备，所述的数据读取和存储设备读取既往测试试验后保存的数据；所述的图形数据显示模块设有显示设备，所述的显示设备根据读取的数据显示其图象，所述的图象包括阀门扭矩与开度关系曲线、阀门动作时间与开度关系曲线；所述的图形数据显示模块设打印设备，所述的打印设备打印所述的显示设备所显示的图象、打印数据读取和存储设备所读取的数据。

所述的阀门驱动机构设有力矩保护机构；所述的阀门驱动机构设有手动、电动切换机构。

本发明所要解决的第二个问题是提供上述阀门扭矩连续测试装置采用的测试方法，其技术方案是：

所述的阀门承受的扭矩和阀门关闭件运动位移，分别由扭矩传感器和脉冲编码器获得数据，然后通过串口通信传给电脑运算控制系统进行后续处理，电脑运算控制系统采用VisualBasic语言控制程序，检测结果转换成数字信号并保存在SQLServer数据库中，再根据电脑运算控制系统的要求将数据传送给电脑运算控制系统；

所述的驱动控制模块用于控制阀门驱动机构的运行并接收阀门驱动机构的行程开关、扭矩开关的信号；

所述的传感器数据转换模块用于提供扭矩传感器的工作电源并接收来自扭矩传感器输出的毫伏信号，放大后进行A/D转换成数字信号；

所述的软件处理模块用于接收来自脉冲编码器的脉冲信号，进行计数；正转时数字递增，反转时数字递减，每转一圈将计4000个数字；

所述的VisualBasic语言控制程序实现两种控制，即：工作过程控制方式和数据打印模块，其中：

1)、工作过程控制方式：

A、操作权的控制：在所述的阀门扭矩连续测试装置开机前，阀门的操作权属现场控制按钮；阀门扭矩连续测试装置可以将操作权收归电脑运算控制系统控制；

B、阀门驱动机构开、关、停动作的控制；

C、行程整定功能，控制阀门驱动机构进行一次开、关操作，先关后开，求得阀门在全行程中脉冲编码器9输出的脉冲数，以便利以后的数据处理；

D、读传感器扭矩功能；

E、读编码器脉冲数功能；

F、在传感器不受力时的扭矩调零功能；

G、开阀和关阀过程中连续采样功能，主要采集阀门转动扭矩、行程、运行时间三个数据；

2)、数据打印模块：

A、读取以前做试验后保存的数据；

B、根据读取的数据显示图象，图象中包括：a、阀门扭矩与开度关系曲线；b、阀门动作时间与开度关系曲线；

C、打印显示的图象；

D、打印所读取的数据。

本发明采用上述技术方案，填补了国内外阀门扭矩连续测试和同时显示阀门扭矩值及开度位置对应关系的测试设备的空白，其技术指标为：扭矩测试范围：50～20000Nm，转速测试范围：0.5～4r/min；本发明可测试或连续测试扭矩范围内的蝶阀、球阀及闸阀的启闭扭矩及启闭过程中的动态扭矩；扭矩传感器精度：0.5％；扭矩测试系统的测量误差≤1％；该装置能显示阀门启闭过程中任一开度位置的扭矩值，并能输出打印阀门开度位置与扭矩值对应曲线图；该装置的驱动方式既可电动也可手动，且互不干涉。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明中测试装置的结构示意图；

图2为本发明的控制路线示意图；

图3为本发明中的测试方法的流程示意图。

图中标记为：

1、阀门，2、阀门驱动机构，3、扭矩传感器，4、阀门开度数据数据采集系统，5、电脑运算控制系统，6、软件处理模块，7、驱动控制模块，8、传感器数据转换模块，9、图形数据显示模块，10、脉冲编码器，11、脉冲信号处理模块，12、显示设备，13、打印设备。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1、图2所表达的本发明的结构，本发明为一种阀门扭矩连续测试装置，用于对阀门1的开启和闭合时测试扭矩。

为了解决在本说明书背景技术部分所述的目前公知技术存在的问题并克服其缺陷，实现在阀门扭矩进行连续测试并反映其动态数据的发明目的，本发明采取的技术方案为：

如图1至图3所示，本发明所述的这种阀门扭矩连续测试装置包括阀门驱动机构2、扭矩传感器3、阀门开度数据数据采集系统4和电脑运算控制系统5，所述的扭矩传感器3设在阀门驱动机构2与阀门1的连接位置。

本发明的测试装置主要由驱动装置、阀门开度数据数据采集系统和数据处理系统组成。

阀门承受的扭矩和阀门转过的角度由传感器和脉冲编码器获得数据，然后通过串口通信传给工控机(即本发明所述的电脑运算控制系统5，主要为计算机的软硬件构成)进行后续处理，数据处理系统用VB开发，检测结果保存在SQLServer数据库中，并转换成数字信号，再根据计算机的要求将数据传送给计算机。数字采集与计算机通过串行方式进行通讯和数据传输。

在驱动装置与阀门之间连接一个扭矩传感器3，用于测量驱动装置的输出扭矩即阀门的转动扭矩，该扭矩传感器的结构采用无接流环型式，故精度较高，寿命较长。

下面以NS型阀门扭矩连续测试装置为例：

NS型阀门扭矩连续测试装置适用于阀门生产单位对阀门进行扭矩检测，以及水电、冶金、石化、环保、核能等领域的使用单位在使用现场对阀门进行扭矩检测。该装置也适用于类似阀门启闭的其他设备的扭矩检测，如水轮机调速器调速扭矩的检测。

NS型阀门扭矩连续测试装置，可以在压力或工况条件下连续测试阀门或类似设备的开启和关闭时的扭矩，包括启闭过程中的动态扭矩。

采用P8R8DIO、ISO-LD、ENCODER300三种功能模块，分别用于驱动装置的开关信号、扭矩传感器的毫伏信号、脉冲编码器的脉冲信号的放大、处理、控制等，以满足测控要求。

NS型阀门扭矩连续测装置，用于阀门在压力或工况条件下测试阀门开启和关闭时的扭矩，包括启闭过程中的动态扭矩。扭矩测试范围：50-320000N.m。该装置可测试扭矩范围内的蝶阀、球阀及闸阀的启闭扭矩及启闭过程中的动态扭矩；扭矩传感器精度：0.5％；扭矩测试系统的测量误差≤1％；装置能显示阀门启闭过程中任一开度位置的扭矩值，并能输出打印阀门开度位置与扭矩值对应曲线图；装置的驱动方式既可电动也可手动。

本发明执行的标准类型为：国家标准、行业标准、企业标准。全部的技术性能指标参数均符合以下标准：

JB/T8528-1997《阀门电动装置技术条件》；

JJG924-1996《转矩转速测量装置检定规程》

GB/T4942.2-93《低压电器外壳防护等级》；

JB/T8219一1999《工业过程测量和控制系统用电动执行机构》；

Q/HJY001-2007《阀门扭矩连续测试装置技术条件》。

下面是本发明提供的有关阀门扭矩连续测试装置的具体实施示例，供本领域的技术人员在实施本发明时参考、借鉴：

在整个测试系统中，数据处理是十分重要的环节，它主要具有三项功能即数据读取处理、数据显示和数据管理。

以上所述的工控机中的串口通讯利用VisualBasic6.0中的MSCman控件来实现。通过串口传输的数据为测试过程中的转矩(毫伏信号)和转角(脉冲信号)，串行端口通讯协议为波特率9600。

测试系统具有测试数据、扭矩曲线与开度值对应显示，运行时间显示，实验参数设置和测试结果储存、打印，系统界面友好易操作。

电脑运算控制系统5内除了一般电脑具有的配置外，为了满足测控要求还增加了三块功能模块，目前国内外同类产品尚无该项技术：驱动装置、扭矩传感器、脉冲编码器的接线全部通过一个接线盒汇总，然后连接到一台工控机(即设有电脑运算控制系统5的硬件、软件的计算机)，工控机内除了一般电脑具有的配置外，为了满足测控和输出打印的要求，还安装了三块功能模块：

1)、P8R8DIO板；

2)、ISO-LD板；

3)、ENCODER300板。

实施例一：

本发明所述的电脑运算控制系统5中设软件处理模块6、驱动控制模块7、传感器数据转换模块8和图形数据显示模块9。

实施例二：

本发明所述的阀门开度数据数据采集系统4在所述的阀门驱动机构2的输出轴位置设置脉冲编码器10，与阀门驱动机构2的输出轴直接连接。

实施例三：

本发明所述的脉冲编码器10获取信号的方式是：当阀门驱动机构2的输出轴运行时输出两路相位差90°的脉冲信号，所述的脉冲编码器10每旋转一圈，每一路输出1000个脉冲。

实施例四：

本发明所述的脉冲信号处理模块11中设脉冲信号处理模块11，接收来自脉冲编码器10的脉冲信号，进行计数，正转时数字递增，反转时数字递减，每转一圈将计4000个数字。

脉冲信号处理模块11采用ENCODER300板，用于接收来自脉冲编码器的脉冲信号，进行计数、正转时数字递增，反转时数字递减，每转一圈将计4000个数字。

实施例五：

本发明所述的驱动控制模块7与阀门驱动机构2进行控制信号的连接，控制其运行并接收阀门驱动机构2上的行程开关、扭矩开关的信号。

驱动控制模块7采用P8R8DIO板，用于控制驱动装置的运行并接收驱动装置的行程开关、扭矩开关的信号。

实施例六：

本发明所述的传感器数据转换模块8与用于提供扭矩传感器8工作电源连接，并与扭矩传感器3上输出的毫伏信号线路连接，所述的传感器数据转换模块8设A/D数模转换器，将扭矩传感器3上输出的毫伏信号放大后进行A/D转换成数字信号。

传感器数据转换模块8ISO-LD板，用于提供扭矩传感器工作电源并接收来自扭矩传感器输出的毫伏信号，放大后进行A/D转换成数字信号。

实施例七：

本发明所述的图形数据显示模块9设数据读取和存储设备，所述的数据读取和存储设备读取既往测试试验后保存的数据；所述的图形数据显示模块9设有显示设备12，所述的显示设备12根据读取的数据显示其图象，所述的图象包括阀门扭矩与开度关系曲线、阀门动作时间与开度关系曲线；所述的图形数据显示模块9设打印设备13，所述的打印设备13打印所述的显示设备12所显示的图象、打印数据读取和存储设备所读取的数据。

实施例八：

本发明所述的阀门驱动机构2设有力矩保护机构；所述的阀门驱动机构2设有手动、电动切换机构。

本发明该装置的驱动部份设有力矩保护、手电动切换且互不干涉等功能，运行安全可靠。

如图3所示，本发明的结构组成：该装置的驱动系统采用一台整体型驱动装置，不需要控制器，操作人员可利用驱动装置上的按钮开关阀门，也可通过电脑软件对驱动装置进行操作。

本发明的主要技术与性能指标：

(1)、最大控制转矩：50～320000(N.m)；

(2)、输出转速：0.5～4(r/min)；

(3)、扭矩传感器精度：0.5％；

(4)、测试系统的测量误差≤1％；

(5)、电机功率：0.025～7.5(KW)；

(6)、整机重量：39～400(Kg)。

本发明还提供上述阀门扭矩连续测试装置采用的测试方法，其技术要点是：

如图3所示，其测试方法的操作过程是：

开机；

进入操作界面；

选择是否进行电脑操作；

如果是电脑操作，则进入电脑操作界面；

同步进行下列两个过程：

1、获取光电编码器信号，进行行程整定；

获得阀门开度值；

2、由力矩传感器获取信号，进行单次采样；

调零；

连续采样；

获取阀门力矩值；

以上两个过程获得的信号生成图形，均经图形显示设备显示；

打印；结束。

如果不是电脑操作，则进行现场操作；

采用按钮操作；

调定行程。

本发明所述的阀门1承受的扭矩和阀门1转过的角度，分别由扭矩传感器3和脉冲编码器10获得数据，然后通过串口通信传给电脑运算控制系统5进行后续处理，电脑运算控制系统5采用VisualBasic语言控制程序，检测结果转换成数字信号并保存在SQLServer数据库中，再根据电脑运算控制系统5的要求将数据传送给电脑运算控制系统5；

以上所述的驱动控制模块用于控制阀门驱动机构2的运行并接收阀门驱动机构2的行程开关、扭矩开关的信号；

以上所述的传感器数据转换模块8用于提供扭矩传感器3的工作电源并接收来自扭矩传感器3输出的毫伏信号，放大后进行A/D转换成数字信号；

以上所述的脉冲信号处理模块11用于接收来自脉冲编码器10的脉冲信号，进行计数；正转时数字递增，反转时数字递减，每转一圈将计4000个数字；

以上所述的VisualBasic语言控制程序实现两种控制，即：工作过程控制方式和数据打印模块，其中：

1、工作过程控制方式：

A、操作权的控制：在所述的阀门扭矩连续测试装置开机前，阀门1的操作权属现场控制按钮；阀门扭矩连续测试装置可以将操作权收归电脑运算控制系统5控制；

B、阀门驱动机构2开、关、停动作的控制；

C、行程整定功能，控制阀门驱动机构2进行一次开、关操作，先关后开，求得阀门1在全行程中脉冲编码器9输出的脉冲数，以便利以后的数据处理；

D、读传感器扭矩功能；

E、读编码器脉冲数功能；

F、在传感器不受力时的扭矩调零功能；

G、开阀和关阀过程中连续采样功能，主要采集阀门转动扭矩、行程、运行时间三个数据；

2、数据打印模块：

A、读取以前做试验后保存的数据；

B、根据读取的数据显示图象，图象中包括：a、阀门扭矩与开度关系曲线；b、阀门动作时间与开度关系曲线；

C、打印显示的图象；

D、打印所读取的数据。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阀门扭矩连续测试装置，用于对阀门(1)的开启和闭合时测试扭矩，其特征在于：所述的测试装置包括阀门驱动机构(2)、扭矩传感器(3)、阀门开度数据数据采集系统(4)和电脑运算控制系统(5)，所述的扭矩传感器(3)设在阀门驱动机构(2)与阀门(1)的连接位置。

2.按照权利要求1所述的阀门扭矩连续测试装置，其特征在于：所述的电脑运算控制系统(5)中设软件处理模块(6)、驱动控制模块(7)、传感器数据转换模块(8)和图形数据显示模块(9)。

3.按照权利要求1所述的阀门扭矩连续测试装置，其特征在于：所述的阀门开度数据数据采集系统(4)在所述的阀门驱动机构(2)的输出轴位置设置脉冲编码器(10)，与阀门驱动机构(2)的输出轴直接连接。

4.按照权利要求1所述的阀门扭矩连续测试装置，其特征在于：所述的脉冲编码器(10)获取信号的方式是：当阀门驱动机构(2)的输出轴运行时输出两路相位差90°的脉冲信号，所述的脉冲编码器(10)每旋转一圈，每一路输出1000个脉冲。

5.按照权利要求1所述的阀门扭矩连续测试装置，其特征在于：所述的脉冲信号处理模块(11)中设脉冲信号处理模块(11)，接收来自脉冲编码器(10)的脉冲信号，进行计数，正转时数字递增，反转时数字递减，每转一圈将计4000个数字。

6.按照权利要求1所述的阀门扭矩连续测试装置，其特征在于：所述的驱动控制模块(7)与阀门驱动机构(2)进行控制信号的连接，控制其运行并接收阀门驱动机构(2)上的行程开关、扭矩开关的信号。

7.按照权利要求1所述的阀门扭矩连续测试装置，其特征在于：所述的传感器数据转换模块(8)与用于提供扭矩传感器(8)工作电源连接，并与扭矩传感器(3)上输出的毫伏信号线路连接，所述的传感器数据转换模块(8)设A/D数模转换器，将扭矩传感器(3)上输出的毫伏信号放大后进行A/D转换成数字信号。

8.按照权利要求1所述的阀门扭矩连续测试装置，其特征在于：所述的图形数据显示模块(9)设数据读取和存储设备，所述的数据读取和存储设备读取既往测试试验后保存的数据；所述的图形数据显示模块(9)设有显示设备(12)，所述的显示设备(12)根据读取的数据显示其图象，所述的图象包括阀门扭矩与开度关系曲线、阀门动作时间与开度关系曲线；所述的图形数据显示模块(9)设打印设备(13)，所述的打印设备(13)打印所述的显示设备(12)所显示的图象、打印数据读取和存储设备所读取的数据。

9.按照权利要求1所述的阀门扭矩连续测试装置，其特征在于：所述的阀门驱动机构(2)设有力矩保护机构；所述的阀门驱动机构(2)设有手动、电动切换机构。

10.按照权利要求1所述的阀门扭矩连续测试装置采用的测试方法，其特征在于：

所述的阀门(1)承受的扭矩和阀门(1)转过的角度，分别由扭矩传感器(3)和脉冲编码器(10)获得数据，然后通过串口通信传给电脑运算控制系统(5)进行后续处理，电脑运算控制系统(5)采用VisualBasic语言控制程序，检测结果转换成数字信号并保存在SQLServer数据库中，再根据电脑运算控制系统(5)的要求将数据传送给电脑运算控制系统(5)；

所述的驱动控制模块用于控制阀门驱动机构(2)的运行并接收阀门驱动机构(2)的行程开关、扭矩开关的信号；

所述的传感器数据转换模块(8)用于提供扭矩传感器(3)的工作电源并接收来自扭矩传感器(3)输出的毫伏信号，放大后进行A/D转换成数字信号；

所述的脉冲信号处理模块(11)用于接收来自脉冲编码器(10)的脉冲信号，进行计数；正转时数字递增，反转时数字递减，每转一圈将计4000个数字；

所述的VisualBasic语言控制程序实现两种控制，即：工作过程控制方式和数据打印模块，其中：

1)、工作过程控制方式：

A、操作权的控制：在所述的阀门扭矩连续测试装置开机前，阀门(1)的操作权属现场控制按钮；阀门扭矩连续测试装置可以将操作权收归电脑运算控制系统(5)控制；

B、阀门驱动机构(2)开、关、停动作的控制；

C、行程整定功能，控制阀门驱动机构(2)进行一次开、关操作，先关后开，求得阀门(1)在全行程中脉冲编码器(10)输出的脉冲数；

D、读传感器扭矩功能；

E、读编码器脉冲数功能；

F、在传感器不受力时的扭矩调零功能；

G、开阀和关阀过程中连续采样功能：采集阀门转动扭矩、行程、运行时间三个数据；

2)、数据打印模块：

A、读取以前做试验后保存的数据；

B、根据读取的数据显示图象，图象中包括：a、阀门扭矩与开度关系曲线；b、阀门动作时间与开度关系曲线；

C、打印显示的图象；

D、打印所读取的数据。

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