CN105927612B - 智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，包括外壳、显示与控制单元、接口及安装在外壳内的第一电路板、第二电路板，在第一电路板上安装充电锂电池、电源转换单元及PWM功率输出单元；在第二电路板上安装中央处理单元及分别与中央处理单元I/O连接的输出信号自动切换单元、反馈信号自动采集单元。本发明是集控制、测试一体的智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，可输出0‑±10v、4‑20ma、0‑±10ma、0‑10v及0‑2A的脉宽调制(PWM)信号，对伺服阀、比例阀以及普通换向阀均能控制，同时可采集伺服阀、比例阀的阀芯位移以及液压控制阀输出A、B腔的压力，并在屏幕上以仪表或曲线的形式显示出来，一目了然。

Description

智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器

技术领域

本发明属于液压控制系统的故障判断、性能测试及维修等领域，尤其是一种智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器。

背景技术

在现代工业、冶金及机械制造行业，液压系统的应用非常广泛，尤其在现代化的生产线，液压控制系统与机械动作及电气控制系统结合紧密，包含液压控制的设备一旦出现故障，维修人员很难判断是机械故障、液压控制系统故障还是电气控制系统故障，况且目前市场上液压控制阀品牌不一、型号众多，目前国内外仅有控制仪器或测试仪器。然而，尚且没有一台结合在一起小型化便携的测试仪能够测量多种液压控制阀。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种使用灵活携带方便，可对市场90％以上的液压控制阀进行故障判断和性能测试的仪器。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，包括外壳、显示与控制单元、接口及安装在外壳内的第一电路板、第二电路板，在外壳的顶面安装显示与控制单元，在外壳的侧壁安装对外测试输出接口、信号采集输入接口及脉宽调制PWM信号输出接口，在第一电路板上安装充电锂电池、电源转换单元及脉宽调制PWM功率放大单元，该脉宽调制PWM功率放大单元通过第二电路板与脉宽调制PWM信号输出接口连接；在第二电路板上安装中央处理单元及分别与中央处理单元I/O连接的输出信号自动切换单元、反馈信号自动采集单元，输出信号自动切换单元与对外测试输出接口I/O连接，反馈信号自动采集单元与信号采集输入接口I/O连接，中央处理单元输出连接显示与控制单元，充电锂电池通过电源转换模块与中央处理单元连接，充电锂电池还分别连接对外测试输出接口及信号采集输入接口。

而且，所述的输出信号自动切换单元的电路包括中央处理芯片U1、数模转换芯片U2、基准电压芯片U3及模拟量放大芯片U4，模拟量放大芯片U4内部有4组放大器，分别为U4:A、U4:B、U4:C、U4:D，数模转换芯片U2的输出端通过电阻连接放大器U4:C的输入端，放大器U4:C的输出端通过电阻连接放大器U4:B的输入端，放大器U4:B的输出端连接可调恒流源模块，该可调恒流源模块包括放大器U4:A、放大器U4:D、三极管Q9、三极管Q10和采样电阻R19，放大器U4:A的输入端连接测量接线端子D，在测量接线端子D与测量接线端子E之间连接继电器RL2，测量接线端子E连接基准电压芯片U3，在基准电压芯片U3的输出端与放大器U4:B的输入端之间连接继电器RL2，数模转换芯片U2用来产生0-4v的模拟量输出信号；5v基准电压芯片U3给数模转换芯片U2提供精密的+2v基准，使U2产生精准的0-4v模拟量信号；模拟量放大芯片U4其中的U4:C作为反向放大器，U4:B在4-20ma输出时仅充当反相器，在0-±10ma输出时由于继电器RL1的闭合，U4:B这里是加法器；U4:A和U4:D与三极管Q9、Q10以及取样电阻R19等组成可调恒流源；继电器RL2用来切换0-±10ma和0-±10v的输出信号，测量接线端子D、E用来连接待测量的比例阀或伺服阀。

而且，所述的输出信号自动切换单元控制切换的信号包括0-±10v、4-20ma、0-±10ma、0-10v及带有使能信号的0-±10v、4-20ma。

而且，所述的反馈信号自动采集单元采集比例阀、伺服阀阀芯位移信号和压力传感器的信号，通过显示与控制单元以仪表或曲线的形式显示。

而且，所述的反馈信号自动采集单元的电路包括中央处理芯片U1、继电器RL3、继电器RL4、模拟放大芯片U9、基准电压芯片U7，2.5v基准电压芯片U7为模拟放大芯片U9提供2.5v基准电压；模拟放大芯片U9内部有四组放大器，其中放大器U9：A将反馈的0-±10v电压转换为负的0-5v，再经过反向放大器U9:D转换成正的0-5v给中央处理芯片处理，继电器RL3、RL4用来切换反馈的0-±10v、4-20ma、0-±10ma、0-10v信号，继电器RL3、RL4分别与中央处理芯片U1连接，电阻R26连接放大器U9:A的输入端，放大器U9:A的输出端通过电阻连接反向放大器U9:D的输入端，反向放大器U9:D的输出端连接中央处理芯片U1。

而且，所述的对外测试输出接口采用6芯航空插头，所述的信号采集输入接口采用4芯航空插头。

而且，所述的充电锂电池为24v3000ma/h可充锂电池组，带充电和过流保护电路，同时配备限压25.2v的恒流充电器。

而且，所述的显示与控制单元采用串口触摸屏。

而且，所述的中央处理单元CPU采用STC单片机。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用先进的设计理念，结合大量现场故障判断过程的经验，可对市场90％以上的液压控制阀进行故障判断和性能测试。

2、本发明自带液压控制阀所需电源，使用灵活携带方便，采用先进的触摸屏技术，全中文显示且内置说明书，操作简单，通俗易懂，一学就会。

3、本发明可输出0-±10v、4-20ma、0-±10ma、0-10v及0-2A的脉宽调制(PWM)信号，对伺服阀、比例阀以及普通换向阀均能控制，同时可采集伺服阀、比例阀的阀芯位移以及液压控制阀输出A、B腔的压力，并在屏幕上以仪表或曲线的形式显示出来，一目了然。

4、本发明将可充电锂电池组、电源转换单元与PWM的功率输出放大单元安装在同一块电路板上，降低对中央处理单元的干扰；中央处理单元、输出信号自动切换单元、反馈信号采集单元及触摸屏通讯安装在另一块电路板上，便于调试和日后的升级；触摸屏安装在正面，操控性、可视性好。外壳采用铝合金型材，散热好，抗干扰。

5、为了更精确判断待测液压阀的故障和性能测试，本发明通过反馈信号采集单元同时采集输出信号、液压阀阀芯位移信号及液压阀输出油口压力的方法，及时显示在屏幕上，便于使用者判断故障，及时了解液压阀的特性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电路框图；

图3为输出信号自动切换单元与输出的各种控制信号连接框图；

图4为输出信号自动切换单元的电路图；

图5为普通无放大板比例阀驱动电路图；

图6为反馈信号自动采集单元的电路图；

图7为反馈信号自动采集单元与各输入信号的连接框图；

图8为本发明的使用安装示意图；

图9为本发明的总体控制框图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，包括外壳1、第一电路板5、第二电路板7、显示与控制单元6及接口，如图1所示，所述外壳为长方体形，在外壳的顶面安装显示与控制单元，在外壳的侧壁安装对外测试输出接口10、信号采集输入接口9及0-2A脉宽调制(PWM)输出接口8。在外壳内安装第一电路板及第二电路板。在第一电路板上安装充电锂电池组3、电源转换单元2与0-2A脉宽调制(PWM)放大单元4，该0-2A脉宽调制(PWM)放大单元通过第二块电路板与0-2A脉宽调制(PWM)输出接口8相连；在第二电路板上安装中央处理单元及分别与中央处理单元I/O连接的输出信号自动切换单元、反馈信号自动采集单元，输出信号自动切换单元与对外测试输出接口I/O连接，反馈信号自动采集单元与信号采集输入接口I/O连接。中央处理单元输出连接显示与控制单元。可充电锂电池组通过电源转换模块与中央处理单元连接，为中央处理单元供电。同时，可充电锂电池还分别连接对外测试输出接口及信号采集输入接口，通过接口为待测液压阀供电。如图2所示。

所述的对外测试输出接口采用6芯航空插头，所述的信号采集输入接口采用4芯航空插头。

输出信号自动切换单元配合中央处理单元用来输出各种比例阀、伺服阀所需的控制信号，通过6芯航空插头连接到待测试的液压阀；满足不同品牌和不同型号的液压控制阀故障判断和测试需求。如图3所示。

通过对市场上的液压控制阀品牌、型号分析，最终将本发明的输出信号定为以下7种：

1、无使能信号的0-±10v，可以测试带内置放大板的电压型进口比例换向阀，比如德国力士乐的4WRTE16V1-200L-4X/6EG24K31/A1M；

2、无使能信号的4-20ma，可以测试带内置放大板的电流型比例换向阀，比如德国力士乐的4WRTE16V1-200L-4X/6EG24K31/F1M；

3、带使能信号的0-±10v，可以测试带内置放大板的电压型进口比例换向阀，比如力士乐的4WRDE16V125L-5X/6L24K9/MR；

4、带使能信号的4-20ma，可以测试带内置放大板的电流型进口比例流量阀，比如力士乐的FESE 40CA-3X/450LK0G1M；

5、0-±10ma信号可以测试带内置放大板的伺服阀，比如MOOG的D791；

6、0-10Vv的信号可以测试各种带内置放大板的比例溢流阀和比例减压阀；

7、0-2A的PWM大功率输出可以直接驱动不带放大板的比例阀和普通的电磁换向阀；

以上信号使用者仅需在触摸屏上给待测液压阀所需信号设定好，本发明的中央处理单元控制输出信号自动切换单元自动切换，方便快捷。

所述的输出信号自动切换单元的电路如图4所示，包括中央处理芯片U1、数模转换芯片U2、基准电压芯片U3及模拟量放大芯片U4，模拟量放大芯片U4内部有4组放大器，分别为U4:A、U4:B、U4:C、U4:D，数模转换芯片U2的输出端通过电阻R13连接放大器U4:C的输入端，放大器U4:C的输出端通过电阻R15连接放大器U4:B的输入端，放大器U4:B的输出端连接可调恒流源模块，该可调恒流源模块包括放大器U4:A、放大器U4:D、三极管Q9、三极管Q10和采样电阻R19，放大器U4:A的输入端连接测量接线端子D，在测量接线端子D与测量接线端子E之间连接继电器RL2，测量接线端子E连接基准电压芯片U3，在基准电压芯片U3的输出端与放大器U4:B的输入端之间连接继电器RL2。

数模转换芯片U2用来产生0-4v的模拟量输出信号；

5v基准电压芯片U3给数模转换芯片U2提供精密的+2v基准，使U2产生精准的0-4v模拟量信号；

模拟量放大芯片U4内部有4组放大器，其中的U4:C作为反向放大器，U4:B在4-20ma输出时仅充当反相器，在0-±10ma输出时由于继电器RL1的闭合，U4:B这里是加法器；U4:A和U4:D与三极管Q9、Q10以及取样电阻R19等组成可调恒流源；继电器RL2用来切换0-±10ma和0-±10v的输出信号。

D、E是航空插头的两个接线端子，用来连接待测量的比例阀或伺服阀；

中央处理芯片U1控制数模转换芯片输出0.8-4v的电压信号，同时中央处理芯片U1控制继电器RL1和RL2断开，这样0.8-4v的电压信号经U4:C、U4:B两次反向，得到0.8-4v的电压信号，该信号通过由U4:A、U4:D、Q9、Q10和采样电阻R19等组成的可调恒流源，即可在D、E两端产生4-20ma信号。

中央处理芯片U1控制数模转换芯片输出0-4v的电压信号，同时中央处理芯片U1控制继电器RL1吸合RL2断开，这样0-4v的电压信号经U4:C反向得到0-负4v的信号，U4:B将0-负4v的信号与基准电压+2v的信号相加，U4：B输出0-±2v的电压信号，该信号通过由U4:A、U4:D、Q9、Q10和采样电阻R19等组成的可调恒流源，在D、E两端产生0-±10ma信号。

中央处理芯片U1控制数模转换芯片输出0-4v的电压信号，同时中央处理芯片U1控制继电器RL1吸合RL2吸合，这样0-4v的电压信号经U4:C反向得到0-负4v的信号，U4:B将0-负4v的信号与基准电压+2v的信号相加，U4：B输出0-±2v的电压信号，该信号通过由U4:A、U4:D、Q9、Q10和采样电阻R19等组成的可调恒流源，电阻R1在D、E两端产生0-±10v信号。

中央处理芯片U1控制数模转换芯片输出2-4v的电压信号，同时中央处理芯片U1控制继电器RL1吸合RL2吸合，这样2-4v的电压信号经U4:C反向得到负2-负4v的信号，U4:B将2-负4v的信号与基准电压+2v的信号相加，U4：B输出0-+2v的电压信号，该信号通过由U4:A、U4:D、Q9、Q10和采样电阻R19等组成的可调恒流源，电阻R1在D、E两端产生0-+10v信号。

上述智能切换采用最大20ma恒流的方式，即使负载短路都不会损坏本测试仪。

普通无放大板比例阀驱动电路见图5，包括中央处理芯片U1，U1产生占空比可调的脉宽调制信号(PWM)，分压电阻R5、R6将信号限制在0-0.2v，模拟放大器芯片U5，U5内部有4组放大器，其中U5:D、U5:A与功率放大场效应管及取样电阻R4组成0-2A的恒流源，这样在比例阀线圈上可产生0-2A稳定的脉宽调制信号。

所述的反馈信号自动采集单元的电路如图6所示，共四路，包括中央处理芯片U1、继电器RL3、继电器RL4、模拟放大芯片U9、基准电压芯片U7，2.5v基准电压芯片U7为模拟放大芯片U9提供2.5v基准电压；模拟放大芯片U9内部有四组放大器，其中放大器U9：A将反馈的0-±10v电压转换为负的0-5v，再经过反向放大器U9:D转换成正的0-5v给中央处理芯片处理，继电器RL3、RL4用来切换反馈的0-±10v、4-20ma、0-±10ma、0-10v信号，继电器RL3、RL4分别与中央处理芯片U1连接，电阻R26连接放大器U9:A的输入端，放大器U9:A的输出端通过电阻连接反向放大器U9:D的输入端，反向放大器U9:D的输出端连接中央处理芯片U1。

1、比例阀反馈的4-20ma信号通过中央处理单元控制RL4吸合，在取样电阻R10上产生0.8-4v的信号，供中央处理单元采集处理。

2、比例阀反馈的0-±10v信号，经电阻R26、R27分压后得到0-±2.5v的信号，该信号与基准电压相加后U9:A输出0-负5v，经U9:D反向后得到0-5v，供中央处理单元采集处理。

3、比例阀反馈的0-±10ma信号，通过中央处理单元控制RL3吸合，使R9接地在F端产生0-±10v信号，经电阻R26、R27分压后得到0-±2.5v的信号，该信号与基准电压相加后U9:A输出0-负5v，经U9:D反向后得到0-5v，供中央处理单元采集处理。

4、压力传感器采用0-30Mpa输出0-5v的，可直接连接到采集端口，供中央处理单元采集处理。

C是航空插头使能或反馈参考接线端子，无使能信号时，C接地；需要使能信号时，中央处理单元控制C通过保护电阻接+24v。

输入信号通过4芯航空插头连接到反馈信号自动采集单元，中央处理单元将采集到的待测试比例阀、伺服阀阀芯位移信号和压力传感器的信号，以压力表、电压表或曲线的形式在显示与控制单元(触摸屏)上显示出来，便于使用者进行故障判定和性能测试；如图7所示。

所述的充电锂电池组为24v3000ma/h可充锂电池组，带充电和过流保护电路，同时配备限压25.2v的恒流充电器，确保使用者的安全，电池组第一为待测比例、伺服阀供电，第二为外接传感器提供电能，第三为测试仪内部提供电能。

所述的电源转换单元将24v电源转换成测试仪内部所需的工作和控制电压，另外PWM功率放大单元用来将中央处理芯片产生的脉宽调制(PWM)信号放大到0-2A，驱动老型号的比例阀(没有放大板的比例阀)或普通24v换向阀。

所述的显示与控制单元采用串口触摸屏，通过串口与中央处理单元通信，同时将中央处理单元的各种信息及时显示出来，是纯中文的人机界面。

所述的中央处理单元(CPU)采用国产STC单片机，串口1用于程序下载和程序升级，串口2用来与触摸屏通讯，PCA端口用来输出PWM信号，模拟量输入端口用来处理自动采集单元的数据，其他I/O端口用来智能切换和控制模拟量输出。

外壳采用铝合金型材，耐油、消除电磁干扰，适用工业、冶金及制造行业等环境。外接口全部采用防水航空插头,用来连接待测试的液压控制阀和压力传感器，满足恶劣环境下的故障判断和测试需求。

本发明的使用方法为：

将试仪器(17)的6芯航空插头(18)通过电缆(20)连接到待检测的液压控制阀(11)，将4芯航空插头(16)和与之相连的压力传感器(15)通过快速测压线(13)连接到待检测液压阀的输出B腔；将4芯航空插头和与之相连的压力传感器(14)通过快速测压线(12)连接到待检测液压阀的输出A腔；打开电源开关(19),按照说明选择相应的参数即可进行测试。本发明有手动测试和自动测试两种选择,使用者可根据实际情况进行；使用者仅需要对给定信号、阀芯位移反馈信号和A、B腔的压力简单分析，即可判断出是机械故障还是液压、电气控制故障；见附图8。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，其特征在于：包括外壳、显示与控制单元、接口及安装在外壳内的第一电路板、第二电路板，在外壳的顶面安装显示与控制单元，在外壳的侧壁安装对外测试输出接口、信号采集输入接口及脉宽调制PWM信号输出接口，在第一电路板上安装充电锂电池、电源转换单元及脉宽调制PWM功率放大单元，该脉宽调制PWM功率放大单元通过第二电路板与脉宽调制PWM信号输出接口连接；在第二电路板上安装中央处理单元及分别与中央处理单元I/O连接的输出信号自动切换单元、反馈信号自动采集单元，输出信号自动切换单元与对外测试输出接口I/O连接，反馈信号自动采集单元与信号采集输入接口I/O连接，中央处理单元输出连接显示与控制单元，充电锂电池通过电源转换单元与中央处理单元连接，充电锂电池还分别连接对外测试输出接口及信号采集输入接口。

2.根据权利要求1所述的智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，其特征在于：所述的输出信号自动切换单元的电路包括中央处理芯片U1、数模转换芯片U2、基准电压芯片U3及模拟量放大芯片U4，模拟量放大芯片U4内部有4组放大器，分别为U4:A、U4:B、U4:C、U4:D，数模转换芯片U2的输出端通过电阻连接放大器U4:C的输入端，放大器U4:C的输出端通过电阻连接放大器U4:B的输入端，放大器U4:B的输出端连接可调恒流源模块，该可调恒流源模块包括放大器U4:A、放大器U4:D、三极管Q9、三极管Q10和采样电阻R19，放大器U4:A的输入端连接测量接线端子D，在测量接线端子D与测量接线端子E之间连接继电器RL2，测量接线端子E连接基准电压芯片U3，在基准电压芯片U3的输出端与放大器U4:B的输入端之间连接继电器RL1，数模转换芯片U2用来产生0-4v的模拟量输出信号；5v基准电压芯片U3给数模转换芯片U2提供精密的+2v基准，使U2产生精准的0-4v模拟量信号；模拟量放大芯片U4其中的U4:C作为反向放大器，U4:B在4-20ma输出时仅充当反相器，在0-±10ma输出时由于继电器RL1的闭合，U4:B这里是加法器；继电器RL2用来切换0-±10ma和0-±10v的输出信号，测量接线端子D、E用来连接待测量的比例阀或伺服阀。

3.根据权利要求1所述的智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，其特征在于：所述的输出信号自动切换单元控制切换的信号包括0-±10v、4-20ma、0-±10ma、0-10v及带有使能信号的0-±10v、4-20ma。

4.根据权利要求1所述的智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，其特征在于：所述的反馈信号自动采集单元采集比例阀、伺服阀阀芯位移信号和压力传感器的信号，通过显示与控制单元以仪表或曲线的形式显示。

5.根据权利要求1所述的智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，其特征在于：所述的反馈信号自动采集单元的电路包括中央处理芯片U1、继电器RL3、继电器RL4、模拟放大芯片U9、基准电压芯片U7，2.5v基准电压芯片U7为模拟放大芯片U9提供2.5v基准电压；模拟放大芯片U9内部有四组放大器，其中放大器U9：A将反馈的0-±10v电压转换为负的0-5v，再经过反向放大器U9:D转换成正的0-5v给中央处理芯片处理，继电器RL3、RL4用来切换反馈的0-±10v、4-20ma、0-±10ma、0-10v信号，继电器RL3、RL4分别与中央处理芯片U1连接，电阻R26连接放大器U9:A的输入端，放大器U9:A的输出端通过电阻连接反向放大器U9:D的输入端，反向放大器U9:D的输出端连接中央处理芯片U1。

6.根据权利要求1所述的智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，其特征在于：所述的对外测试输出接口采用6芯航空插头，所述的信号采集输入接口采用4芯航空插头。

7.根据权利要求1所述的智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，其特征在于：所述的充电锂电池为24v3000ma/h充电锂电池组，带充电和过流保护电路，同时配备限压25.2v的恒流充电器。

8.根据权利要求1所述的智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，其特征在于：所述的显示与控制单元采用串口触摸屏。

9.根据权利要求1所述的智能便携式多功能液压控制阀故障诊断测试仪器，其特征在于：所述的中央处理单元CPU采用STC单片机。