CN101943636A - 全自动阀门电动装置试验台及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动阀门电动装置试验台，阀门电动装置的输出端与齿轮传动箱连接，电动装置试验台设工控机，工控机为信息处理单元，通过信号线路分别与阀门电动装置和电机连接。另外，本发明还公开了上述试验台的测试方法。采用上述技术方案，用电脑实现对阀门电动装置的各项力学、电学参数的全面测试，反映是实时的动态数据，自动进行多种项目的测试，如整定阀门电动装置全行程、各种状态下的转矩数据，测试结果准确，并实现测试过程的调节控制，模拟阀门运行的各种实际状态，进一步得到电机效率、电装传动总效率等数据，为阀门的设计、制造、运行提供重要依据。

Description

全自动阀门电动装置试验台及其测试方法

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，本发明涉及一种全自动阀门电动装置试验台。另外，本发明还提供了所述的全自动阀门电动装置试验台的测试方法。

背景技术

目前，在阀门电动装置的转矩测试时所采用的测试设备，采用传感器获得力学数据，通过电机驱动，对阀门电动装置加载，模拟阀门的实际工作状况。

由于阀门及其电动装置是在比较复杂的工作状态下运行，其电学参数和力学参数的变化相当复杂，互相之间的影响也不易描述，如果仅用常规的传感器及其相应的记录仪器、显示仪器，很难完整、快速、准确地反映阀门电动装置的工作状态，以及对所测得参数进行实时分析、判断，更无法实现在试验状态下对阀门的电动装置、电机驱动的调节控制。

现有技术还没有一个很好的解决上述问题的完整全面的、切实可行的实施方案。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种全自动阀门电动装置试验台，其目的是采用电脑实现对阀门电动装置的各项力学、电学参数的全面测试，并实现测试过程的实时调节控制。

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全自动阀门电动装置试验台，用于对阀门电动装置的力学和电学参数的测试，所述的阀门电动装置由电机驱动，所述的阀门电动装置的输出端与齿轮传动箱连接，所述的电动装置试验台设工控机，所述的工控机为信息处理单元，通过信号线路分别与所述的阀门电动装置和电机连接。

为使本发明更加完善，还进一步提出了以下更为详尽和具体的阀门扭矩连续测试装置结构的技术方案，以获得最佳的实用效果，更好地实现发明目的，并提高本发明的新颖性和创造性：

在所述的阀门电动装置与电机的传动连接件上，设电机输出扭矩传感器；在所述的阀门电动装置的输出端与所述的齿轮传动箱的传动连接件上设电动装置输出扭矩传感器。

所述的电动装置试验台设多路测试信号放大器，所述的电机输出扭矩传感器和电动装置输出扭矩传感器通过信号线路与所述的多路测试信号放大器连接；所述的多路测试信号放大器通过A/D多路转换器与所述的工控机连接。

所述的阀门电动装置的输出端与所述的齿轮传动箱的传动连接件上设一对互相啮合的输出脉冲传动齿轮，其中的一个输出脉冲传动齿轮为主动轮，与齿轮传动箱的输入轴连接；另一个输出脉冲传动齿轮为被动轮，与脉冲编码器的轴连接；所述的脉冲编码器通过信号线路与脉冲计数器连接；所述的脉冲计数器通过信号线路与所述的工控机连接。

所述的齿轮传动箱的输出端与加载装置即磁粉离合器的输入轴连接；所述的磁粉离合器通过加载控制信号放大器与D/A输出模块连接；所述的D/A输出模块与所述的工控机连接。

当所述的电机为交流电机，所述的电机的驱动电路上分别设电压变送器、电流变送器及功率因素变送器，所述的电压变送器、电流变送器及功率因素变送器分别通过信号线路与所述的多路测试信号放大器连接。

所述的电机的驱动电路上设电机控制模块，所述的电机控制模块通过I/O输入输出模块与所述的工控机连接。

本发明要解决的第二个问题是：提供以上所述的全自动阀门电动装置试验台的测试方法，其技术方案是：

A、通过所述的阀门电动装置下面安装的电动装置输出扭矩传感器测量阀门电动装置的输出扭矩；所述的电机与阀门电动装置之间安装的电机输出扭矩传感器测量电机的输出扭矩；

B、所述的阀门电动装置通过传动连接件即垂直传动轴与齿轮传动箱的输入轴相连，齿轮传动箱经过增速并用水平输出轴与磁粉离合器连接，工控机输出的数字信号经D/A输出模块的D/A转换，得到模拟电压信号，该信号经过加载控制信号放大器的放大转换成磁粉离合器的控制电流信号，作用于磁粉离合器，使磁粉离合器实现离合，达到对电装平稳加载的目的；

C、通过工控机的软件编程可模拟各种加载曲线；

D、工控机通过I/O输入输出模块及电机控制模块，控制电机的运动，并将阀门电动装置的反馈信号送往工控机；

E、用电流变送器将电机的电流转换成模拟信号，用电压变送器将电机电压转换成模拟信号，用功率因素变送器，然后通过多路测试信号放大器及A/D多路转换器转换成数字信号送入工控机；

F、传动连接件即垂直传动轴通过一对输出脉冲传动齿轮带动脉冲编码器旋转，获得传动连接件的转动的脉冲信号，通过脉冲记数器转换成数字信号送入工控机；

G、根据电动装置输出扭矩传感器和电机输出扭矩传感器的信号测量出电机输出扭矩及阀门电动装置输出扭矩数据；

H、根据脉冲编码器的信号测出传动连接件即垂直传动轴转圈数、阀门电动装置的输出轴转速参数，进而根据阀门电动装置总速比计算得到电机的转速数据；

I、根据阀门电动装置的输出轴转速及输出扭矩计算出阀门电动装置的输出轴输出功率数据；

J、根据电机输出轴转速及输出扭矩计算出电机输出机械功率数据；

K、根据电机的电流、电压及功率因素，计算出电机输入的电功率数据，并与功率变送器数据比较；

L、根据上述数据，进一步得到电机效率、阀门电动装置传动总效率的数据。

本发明采用上述技术方案，用电脑实现对阀门电动装置的各项力学、电学参数的全面测试，反映是实时的动态数据，自动进行多种项目的测试，如整定阀门电动装置全行程、各种状态下的转矩数据，测试结果准确，并实现测试过程的调节控制，模拟阀门运行的各种实际状态，进一步得到电机效率、电装传动总效率等数据，为阀门电动装置的设计、制造以及阀门的配套、运行提供重要依据。

附图说明

下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明的结构示意图。

图中标记为：

1、阀门电动装置，2、电动装置输出扭矩传感器，3、电机，4、电机输出扭矩传感器，5、传动连接件，6、工控机，7、D/A输出模块，8、加载控制信号放大器，9、磁粉离合器，10、齿轮传动箱，11、多路测试信号放大器，12、A/D多路转换器，13、脉冲编码器，14、脉冲计数器，15、电压变送器，16、电流变送器，17、功率因素变送器，18、电机控制模块，19、I/O输入输出模块，20、输出脉冲传动齿轮，21、功率变送器。

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所表达的本发明的结构，为一种全自动阀门电动装置试验台，用于对阀门电动装置1的力学和电学参数的测试，所述的阀门电动装置1由电机3驱动，所述的阀门电动装置1的输出端与齿轮传动箱10连接。

本发明一般可应用于：完成标准所规定的阀门电动装置测试项目；完成阀门装置科研所需的测试项目。

本发明具有以下功能：

用于完成标准规定的阀门电动装置测试项目时：

1、电装输出扭矩及输出扭矩重复精度；

2、电装输出转圈数及输出转圈数重复精度；

3、电装输出堵转转矩试验；

4、电装输出转速测定；

5、利用工控机控制电装的运行及采集有关数据；

6、打印输出试验数据及结果；

7、标准规定的其他测试项目。

用于阀门电动装置科研所需的测试项目

1、测量电机效率；

2、测量电动装置总机械传动效率；

3、测量电机的特性曲线；

4、模拟各种阀门的加载曲线对电装性能的影响。

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，实现采用电脑实现对阀门电动装置的各项力学、电学参数的全面测试及对测试过程的调节控制的发明目的，本发明中对测试装置所采取的技术方案为：

如图1所示，本发明所提供的这种全自动阀门电动装置试验台，所述的电动装置试验台设工控机6，所述的工控机6为信息处理单元，通过信号线路分别与所述的阀门电动装置1和电机3连接。采用工控机6即电脑实现对阀门电动装置1的各项力学、电学参数的全面测试，反映的是实时的动态数据，自动进行多种项目的测试，如整定电动装置全行程、各种状态下的转矩数据，测试结果准确，并实现测试过程的调节控制，模拟阀门运行的各种实际状态，进一步得到电机效率、电装传动总效率等数据，为阀门及其电动装置的设计、制造、运行提供重要依据。

所述的工控机6采用一般的微型台式计算机、便携式计算机；或者采用专用工业计算机，甚至可以采用可编程序控制器(PLC)。

利用工控机6控制阀门电动装置1的开、关、停操作，并接收来自阀门电动装置1的返回信号(包括开位、关位、过扭矩等信号)；利用各电量变送器，采集电机3的电流、电压、有功功率、功率因素等参数。

通过工控机6的系统软件编程可模拟各种加载曲线。

系统软件完成以下功能：

1、工控机操纵电动装置开、关、停；

2、整定电动装置全行程；

3、自动进行“行程重复精度”测试；

4、自动进行“控制力矩重复精度”测试；

5、自动进行“电动装置机械效率”动态测试；

6、自动进行“加速过度对控制扭矩影响”测试；

7、自动进行“电机参数”动态测试；

8、自动进行“起动转矩”测试；

9、自动进行“堵转转矩”测试；

10、自动进行“转速”测试。

下面是本发明的具体实施示例，供本领域的技术人员在实施本发明时参考、借鉴：

两个扭矩传感器的设置实施例：

在本发明所述的阀门电动装置1与电机3的传动连接件上，设电机输出扭矩传感器4；在所述的阀门电动装置1的输出端与所述的齿轮传动箱10的传动连接件5上设电动装置输出扭矩传感器2。

阀门电动装置1与电机3与之间安装一个扭矩传感器，即电机输出扭矩传感器4，用于测量电机的输出扭矩；阀门电动装置1下面与齿轮传动箱10的传动连接件5上安装一个扭矩传感器，即电动装置输出扭矩传感器2，用于测量阀门电动装置1的输出扭矩。

利用无触点式(非接触式)扭矩传感器，读取阀门电动装置1及电机3输出力矩。根据两个扭矩传感器的信号可测量出电机输出扭矩及电装输出扭矩。

测试信号放大器的实施示例：

本发明所述的电动装置试验台设多路测试信号放大器11，所述的电机输出扭矩传感器4和电动装置输出扭矩传感器2通过信号线路与所述的多路测试信号放大器11连接；所述的多路测试信号放大器11通过A/D多路转换器12与所述的工控机6连接。

多路测试信号放大器11的作用是将各扭矩传感器、各变送器传来的模拟信号放大，并传送给A/D多路转换器12，通过A/D多路转换器12转换成数字信号，再传送给工控机6进行处理。

驱动电路信号传送技术方案：

本发明所述的电机3的驱动电路上分别设电压变送器15、电流变送器16、功率因素变送器17及功率变送器21，所述的电压变送器15、电流变送器16、功率因素变送器17及功率变送器21分别通过信号线路与所述的多路测试信号放大器11连接。

变送器的概念是将被测信号转换为标准电信号的仪器。如：电流变送器可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC4～20mA(通过250Ω电阻转换DC1～5V或通过500Ω电阻转换DC2～10V)恒流环标准信号，连续输送到接收装置(计算机或显示仪表)。又如：电压变送器是一种将被测交流电压、直流电压、脉冲电压转换成接线性比例输出直流电压或直流电流并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。采用普通传感器电压电流信号，输入电压信号：0～5V/0～10V/1～5V3、输出电流信号：0～10mA、0～20mA、4～20mA4、输出电压信号：0～5VDC、0～10VDC、1～5VDC。

用电流变送器16将电机3的电流信号转换成模拟信号；用电压变送器15将电机3的电压转换成模拟信号；用功率因素变送器17将电机3的功率因素转换成模拟信号，用功率变送器21将电机的输入功率转换成摸拟信号，然后通过多路测试信号放大器11及A/D多路转换器12转换成数字信号送入工控机6进行处理。

根据电机3的的电流、电压及功率因素可计算出电机3的输入的电功率。

工控机对电机的控制实施示例：

本发明所述的电机3的驱动电路上设电机控制模块18，所述的电机控制模块18通过I/O输入输出模块19与所述的工控机6连接。

工控机6通过I/O输入输出模块19及电机控制模块18控制电机3的运动，并将阀门电动装置1的反馈信号送往工控机6进行处理。

获取阀门电动装置转速信号的实施示例：

本发明所述的阀门电动装置1的输出端与所述的齿轮传动箱10的传动连接件5上设一对互相啮合的输出脉冲传动齿轮20；

其中的一个输出脉冲传动齿轮20为主动轮，与齿轮传动箱10的输入轴连接；另一个输出脉冲传动齿轮20为被动轮，与脉冲编码器13的轴连接；

以上所述的脉冲编码器13通过信号线路与脉冲计数器14连接；所述的脉冲计数器14通过信号线路与所述的工控机6连接。

利用脉冲编码器13并结合电脑插件板构成绝对编码器，读取电动装置行程数据；根据脉冲编码器13的信号可测量到阀门电动装置1的输出轴的转圈数、阀门电动装置1的输出轴的转速等参数，进而根据电装总速比计算得到电机3的转速。

以上所述的传动连接件5即垂直传动轴，通过一对齿轮带动脉冲编码器13旋转，通过脉冲计数器14转换成数字信号送入工控机进行处理6。

根据阀门电动装置1的输出轴的转速及输出扭矩可计算出阀门电动装置1的输出功率。

根据电机3的输出轴的转速及输出扭矩可计算出电机3的输出机械功率。

根据阀门电动装置1的输出功率、电机3的输出机械功率及电机3的输入的电功率，可进一步计算得到电机3的效率、阀门电动装置1的传动总效率等数据。

本发明的加载控制装置的实施示例：

本发明所述的齿轮传动箱10的输出端与加载装置——磁粉离合器9的输入轴连接；所述的磁粉离合器9通过加载控制信号放大器8与D/A输出模块7连接；所述的D/A输出模块7与所述的的工控机6连接。

阀门电动装置1通过齿轮传动箱10加速后带动磁粉制动器9，利用磁粉制动器9作为加载装置，通过工控机6控制，可模拟不同的加载方式。

阀门电动装置1通过传动连接件5即图中的垂直传动轴与齿轮传动箱10输入轴相连，齿轮传动箱10经过增速，并用水平输出轴与磁粉离合器9连接，工控机6输出的数字信号经D/A输出模块7转换，得到模拟电压信号，该信号经放大转换成磁粉离合器9的控制电流信号，作用于磁粉离合器9，达到对阀门电动装置1平稳加载的目的。

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 (8)

1.一种全自动阀门电动装置试验台，用于对阀门电动装置(1)的力学和电学参数的测试，所述的阀门电动装置(1)由电机(3)驱动，所述的阀门电动装置(1)的输出端与齿轮传动箱(10)连接，其特征在于：所述的电动装置试验台设工控机(6)，所述的工控机(6)为信息处理单元，通过信号线路分别与所述的阀门电动装置(1)和电机(3)连接。

2.按照权利要求1所述的全自动阀门电动装置试验台，其特征在于：在所述的阀门电动装置(1)与电机(3)的传动连接件上，设电机输出扭矩传感器(4)；在所述的阀门电动装置(1)的输出端与所述的齿轮传动箱(10)的传动连接件(5)上设电动装置输出扭矩传感器(2)。

3.按照权利要求2所述的全自动阀门电动装置试验台，其特征在于：所述的电动装置试验台设多路测试信号放大器(11)，所述的电机输出扭矩传感器(4)和电动装置输出扭矩传感器(2)通过信号线路与所述的多路测试信号放大器(11)连接；所述的多路测试信号放大器(11)通过A/D多路转换器(12)与所述的工控机(6)连接。

4.按照权利要求3所述的全自动阀门电动装置试验台，其特征在于：所述的电机(3)的驱动电路上分别设电压变送器(15)、电流变送器(16)、功率因素变送器(17)及功率变送器(21)，所述的电压变送器(15)、电流变送器(16)、功率因素变送器(17)及功率变送器(21)分别通过信号线路与所述的多路测试信号放大器(11)连接。

5.按照权利要求1或2或3或4所述的全自动阀门电动装置试验台，其特征在于：所述的电机(3)的驱动电路上设电机控制模块(18)，所述的电机控制模块(18)通过I/O输入输出模块(19)与所述的工控机(6)连接。

6.按照权利要求1或2或3或4所述的全自动阀门电动装置试验台，其特征在于：所述的阀门电动装置(1)的输出端与所述的齿轮传动箱(10)的传动连接件(5)上设一对互相啮合的输出脉冲传动齿轮(20)，其中的一个输出脉冲传动齿轮(20)为主动轮，与齿轮传动箱(10)的输入轴连接；另一个输出脉冲传动齿轮(20)为被动轮，与脉冲编码器(13)的轴连接；所述的脉冲编码器(13)通过信号线路与脉冲计数器(14)连接；所述的脉冲计数器(14)通过信号线路与所述的工控机(6)连接。

7.按照权利要求1或2或3或4所述的全自动阀门电动装置试验台，其特征在于：所述的齿轮传动箱(10)的输出端与加载装置即磁粉离合器(9)的输入轴连接；所述的磁粉离合器(9)通过加载控制信号放大器(8)与D/A输出模块(7)连接；所述的D/A输出模块(7)与所述的的工控机(6)连接。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的全自动阀门电动装置试验台的测试方法，其特征在于：

A、通过所述的阀门电动装置(1)下面安装的电动装置输出扭矩传感器(2)测量阀门电动装置(1)的输出扭矩；所述的电机(3)与阀门电动装置(1)之间安装的电机输出扭矩传感器(4)测量电机(3)的输出扭矩；

B、所述的阀门电动装置(1)通过传动连接件(5)即垂直传动轴与齿轮传动箱(10)的输入轴相连，齿轮传动箱(10)经过增速并用水平输出轴与磁粉离合器(9)连接，工控机(6)输出的数字信号经D/A输出模块(7)的D/A转换，得到模拟电压信号，该信号经过加载控制信号放大器(8)的放大转换成磁粉离合器(9)的控制电流信号，作用于磁粉离合器(9)，使磁粉离合器(9)实现离合；

C、通过工控机(6)的软件编程可模拟各种加载曲线；

D、工控机(6)通过I/O输入输出模块(19)及电机控制模块(18)，控制电机(3)的运动，并将阀门电动装置(1)的反馈信号送往工控机(6)；

E、用电流变送器(16)将电机(3)的电流转换成模拟信号，用电压变送器(15)将电机(3)电压转换成模拟信号，然后通过多路测试信号放大器(11)及A/D多路转换器(12)转换成数字信号送入工控机(6)；

F、传动连接件(5)即垂直传动轴通过一对输出脉冲传动齿轮(20)带动脉冲编码器(13)旋转，获得传动连接件(5)的转动的脉冲信号，通过脉冲记数器(13)转换成数字信号送入工控机(6)；

G、根据电动装置输出扭矩传感器(2)和电机输出扭矩传感器(4)的信号测量出电机(3)输出扭矩及阀门电动装置(1)输出扭矩数据；

H、根据脉冲编码器(13)的信号测出传动连接件(5)即垂直传动轴转圈数、阀门电动装置(1)的输出轴转速参数，进而根据阀门电动装置(1)总速比计算得到电机(3)的转速数据；

I、根据阀门电动装置(1)的输出轴转速及输出扭矩计算出阀门电动装置(1)的输出轴输出功率数据；

J、根据电机(3)输出轴转速及输出扭矩计算出电机(3)输出机械功率数据；

K、根据电机(3)的电流、电压及功率因素，计算出电机(3)输入的电功率数据，并与功率变送器(21)的数据进行比较；

L、根据上述数据，进一步得到电机(3)效率、阀门电动装置(1)传动总效率的数据。

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