CN107976223B - 一种高精度泄漏量检测装置 - Google Patents

Abstract

一种高精度泄漏量检测装置，涉及一种密封检测技术，为了解决在高温、高压的环境中无法精确的检测实验装置密封系统流体的微小流量问题。本发明在加压过程中三位四通电磁换向阀右位工作，停止加压时三位四通电磁换向阀中位工作，四个二位二通电磁阀均右位工作；加压过程中由液压泵提供动力，此时蓄能器开始积蓄压力，当试验装置中压力达到所需压力时，由压力传感器反馈，停止加压，此时由蓄能器提供压力；在试验工程中如由于泄漏导致试验装置压力下降到规定值时，启动液压泵进行补压；试验过程中活塞在两端压力差的作用下发生移动，磁致伸缩传感器所测的位移变化数据转换成油液泄漏的体积。有益效果为测量精度高。

Description

一种高精度泄漏量检测装置

技术领域

本发明涉及一种密封检测技术。

背景技术

泄漏率是衡量密封性能的重要指标，油液泄漏量的检测方法主要有流量计、检测装置等。

常用液体流量计有容积式流量计、压差流量计、科里奥利质量流量计、超声波流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计等。

容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通过流量计的流体体积.所以，在容积式流量计内部必须具有构成一个标准体积的空间，通常称其为容积式流量计的“计量空间”或“计量室”；这个空间由仪表壳的内壁和流量计转动部件一起构成；容积式流量计的工作原理为：流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差.流量计的转动部件简称转子在这个压力差作用下特产生旋转，并将流体由入口排向出口；在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口；在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。容积式流量计按其测量元件分类，可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。容积式流量计的优点包括计量精度高、安装管道条件对计量精度没有影响、可用于高粘度液体的测量、范围度宽、直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，操作简便。

压差流量计利用流体流经节流装置时所产生的压力差与流量之间存在一定关系的原理，通过测量压差来实现流量测定。其应用范围广泛，可用多种流体如单相、混相流体；洁净、脏污流体在各种工况下如常温、高温、低温、常压以及低压工况的流量检测。压差流量计有许多不足之处：如测量精度一般，现场安装条件要求高，压损大，范围度窄等。

科里奥利质量流量是一种直接而精密地测量流体质量流量的新颖仪表，以结构主体采用两根并排的U形管，两根管的回弯部分发生相向轻微振动时，两侧的直管将对称同步振动，若管子同步振动的同时，将流体导入管内，使之沿管内向前流动，则管子将强迫流体与之一起振动。流体为了反抗这种强迫振动，会给管子一个与其流动方向垂直的反作用力，在这种被叫做科里奥利效应力的作用下，管的阵动将不再不同步，入口段管与出口段管出现振动相位时间差。这种差异与流过管子的流体质量流量的大小成正比。如果通过电路能检测出这种时间差异的大小，则就能将质量流量的大小给确定了。以科里奥利力为原理而设计的质量流量计已有多种形式。根据检测管的形状来分，大体上可以归纳为四类，即：直管型和弯管型；单管型和多管型(一般为双管型)。其优点有：直接测量质量流量，有很高的测量精确度；可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体；测量管的振动幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件和活动件；对应对迎流流速分布不敏感，因而无上下游直管段要求；测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值得值的影响微小；可做多参数测量，如同期测量密度，并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度。其缺点有：零点不稳定形成零点漂移，影响其精确度的进一步提高，使得许多型号仪表只得采用将总误差分为基本误差和零点不稳定度量两部分；不能用于测量低密度介质和低压气体；液体中含气量超过某一限制按型号而异会显着著影响测量值；对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影响，大部分型号科里奥利质量流量计的流量传感器安装固定要求较高；不能用于较大管径，目前尚局限于150(200)mm以下；测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度，尤其对薄壁管测量管的科里奥利质量流量计更为显着；压力损失较大，与容积式仪表相当，有些型号科里奥利质量流量计甚至比容积式仪表大100％；大部分型号科里奥利质量流量计重量和体积较大；价格昂贵。国外价格5000～10000美元一套，约为同口径电磁流量计的2～5倍，国内价格约为电磁流量计的2～8倍。

超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表,根据其对信号检测的原理可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等，因其仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点。

超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波换能器将电能转换为超声波，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。超声波流量计的优点主要包括：是一种非接触式仪表，它既可以测量大管径的介质流量也可以用于不易接触和观察的介质的测量；测量准确度高，几乎不受被测介质的各种参数的干扰，尤其可以解决其它仪表不能的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。缺点主要包括：可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全，目前我国只能用于测量200℃以下的流体；测量线路比一般流量计复杂，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500m/s左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10－3数量级；若要求测量流速的准确度为1％，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现。

多位学者研究了许多检测装置：潘越等人提出了一种使用活塞式压力计对小型密封结构进行加压以测试密封可靠性的方法；荣雪琴等人设计了一种基于差压法结合PLC控制技术的气密检测仪，利用高精度的差压传感器对密封容器的泄漏进行检测，PLC控制显示检测状态和检测结果，实现了气密性检测的自动化。但是以上流量计及泄漏检测系统在高温、高压和微小流量情况中均无法精确的检测流量的变化与泄漏量的大小。

发明内容

本发明的目的是为了解决在高温、高压的环境中无法精确的检测实验装置密封系统流体的微小流量问题，提出了一种高精度泄漏量检测装置。

本发明所述的一种高精度泄漏量检测装置，该检测装置用于检测实验装置的密封系统流体的流量；

该检测装置包括三位四通换向阀、单向节流阀、一号二位二通电磁阀、二号二位二通电磁阀、三号二位二通电磁阀、四号二位二通电磁阀、压力传感器、高精度电子量筒、磁滞伸缩位移传感器、蓄能器和PLC控制系统；

所述高精度电子量筒通过活塞分为泄漏腔和补充腔；

所述三位四通换向阀的进油口与液压泵站的液压泵出口相连通，三位四通换向阀的回油口与外界连通；

三位四通换向阀的一个通油口与三号二位二通电磁阀的一个接口相连通；

三位四通换向阀的另一个通油口同时与单向节流阀的一个接口、一号二位二通电磁阀的一个接口以及二号二位二通电磁阀的一个接口相连通；

单向节流阀的另一个接口同时与一号二位二通电磁阀的另一个接口、蓄能器的出入口以及高精度电子量筒的补充腔相连通；

实验装置的密封系统流体的出口与四号二位二通电磁阀的一个接口相连通，四号二位二通电磁阀的另一个接口与外界连通；

实验装置的密封系统流体的入口同时与二号二位二通电磁阀的另一个接口、二位二通电磁阀的另一个接口以及高精度电子量筒的泄漏腔相连通；

所述压力传感器设置在实验装置的密封系统流体的入口与高精度电子量筒的泄漏腔相连通的管路上，并且压力传感器的压力信号输出端与PLC控制系统的压力信号输入端相连；

所述磁滞伸缩位移传感器用于测量高精度电子量筒活塞的位移变化；

磁滞伸缩位移传感器的位移信号输出端与PLC控制系统的位移信号输入端相连；

所述三位四通换向阀的控制信号输入端、一号二位二通电磁阀的控制信号输入端、二号二位二通电磁阀的控制信号输入端、三号二位二通电磁阀的控制信号输入端以及四号二位二通电磁阀的控制信号输入端分别与PLC控制系统的控制信号输出端相连；

液压泵站的液压泵的控制信号输入端与PLC控制系统的控制信号输出端相连。

本发明的工作原理为：该检测装置将实验装置的密封系统流体的流量由流量转化为高精度电子量筒内活塞的位移量，又由于高精度电子量筒具有较高的尺寸精度和形状精度，因此当高精度电子量筒内的活塞在压力差的作用下向因发生泄漏而导致压力减小的一侧移动时，所测得位移量通过量筒的直径即可得到实验装置的密封系统流体的流量即泄漏量。

本发明的有益效果是通过PLC控制系统分别完成对三位四通换向阀、一号二位二通电磁阀、二号二位二通电磁阀、三号二位二通电磁阀以及四号二位二通电磁阀进行控制，并且通过以上控制实现将实验装置的密封系统流体的流量由流量转化为高精度电子量筒内活塞的位移量；活塞位移量变化响应量小于0.02mm，检测精度高。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种高精度泄漏量检测装置的工作原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种高精度泄漏量检测装置，该检测装置用于检测实验装置11的密封系统流体的流量；

该检测装置包括三位四通换向阀1、单向节流阀2、一号二位二通电磁阀3、二号二位二通电磁阀4、三号二位二通电磁阀5、四号二位二通电磁阀6、压力传感器7、高精度电子量筒8、磁滞伸缩位移传感器9、蓄能器10和PLC控制系统；

所述高精度电子量筒8通过活塞分为泄漏腔和补充腔；

所述三位四通换向阀1的进油口与液压泵站的液压泵出口相连通，三位四通换向阀1的回油口与外界连通；

三位四通换向阀1的一个通油口与三号二位二通电磁阀5的一个接口相连通；

三位四通换向阀1的另一个通油口同时与单向节流阀2的一个接口、一号二位二通电磁阀3的一个接口以及二号二位二通电磁阀4的一个接口相连通；

单向节流阀2的另一个接口同时与一号二位二通电磁阀3的另一个接口、蓄能器10的出入口以及高精度电子量筒8的补充腔相连通；

实验装置11的密封系统流体的出口与四号二位二通电磁阀6的一个接口相连通，四号二位二通电磁阀6的另一个接口与外界连通；

实验装置11的密封系统流体的入口同时与二号二位二通电磁阀4的另一个接口、二位二通电磁阀5的另一个接口以及高精度电子量筒8的泄漏腔相连通；

所述压力传感器7设置在实验装置11的密封系统流体的入口与高精度电子量筒8的泄漏腔相连通的管路上，并且压力传感器7的压力信号输出端与PLC控制系统的压力信号输入端相连；

所述磁滞伸缩位移传感器9用于测量高精度电子量筒8活塞的位移变化；

磁滞伸缩位移传感器9的位移信号输出端与PLC控制系统的位移信号输入端相连；

所述三位四通换向阀1的控制信号输入端、一号二位二通电磁阀3的控制信号输入端、二号二位二通电磁阀4的控制信号输入端、三号二位二通电磁阀5的控制信号输入端以及四号二位二通电磁阀6的控制信号输入端分别与PLC控制系统的控制信号输出端相连；

液压泵站的液压泵的控制信号输入端与PLC控制系统的控制信号输出端相连。

在本实施方式中，加压过程中，三位四通电磁换向阀1右位工作，停止加压时三位四通电磁换向阀1中位工作，四个二位二通电磁阀均右位工作；加压过程中由液压泵提供动力，此时蓄能器10开始积蓄压力，当实验装置11的密封系统流体的入口与高精度电子量筒8的泄漏腔相连通的管路达到所需压力时，由压力传感器7反馈，停止加压，此时由蓄能器10提供压力；在实验过程中如由于泄漏导致实验装置11的密封系统流体的入口与高精度电子量筒8的泄漏腔相连通的管路压力下降到规定值时，由压力传感器7反馈后，PLC控制系统控制液压泵进行补压；实验过程中活塞在两端压力差的作用下发生移动，磁致伸缩传感器9所测的位移变化数据转换成油液泄漏的体积。如果PLC控制系统与计算机相连，就可以通过计算机读出相应的检测数据，并通过计算机实时存储实验数据。密封系统流体的入口与高精度电子量筒8的泄漏腔相连通的管路压力与整个检测装置的管路的压力相同，以便保持整个检测装置平衡，整个检测装置的管路的压力范围为：30MPa-100MPa。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高精度泄漏量检测装置进一步限定，在本实施方式中，所述磁滞伸缩位移传感器9为非接触式、绝对位置测量的位移传感器。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种高精度泄漏量检测装置进一步限定，在本实施方式中，磁滞伸缩位移传感器9的输出电流范围为：4mA-20mA；磁滞伸缩位移传感器9的供电电压为直流24V。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高精度泄漏量检测装置进一步限定，在本实施方式中，在使用该检测装置检测实验装置11的密封系统流体的流量时分为：实验准备阶段、高精度电子量筒8活塞归零阶段和正常工作状态阶段；

所述实验准备阶段为：通过PLC控制系统分别控制三位四通换向阀1右位工作、二号二位二通电磁阀4左位工作、四号二位二通电磁阀6左位工作、一号二位二通电磁阀3右位工作以及三号二位二通电磁阀5右位工作；

所述高精度电子量筒8活塞归零阶段为：通过PLC控制系统分别控制三位四通换向阀1左位工作、二号二位二通电磁阀4右位工作、四号二位二通电磁阀6右位工作、一号二位二通电磁阀3左位工作以及三号二位二通电磁阀5左位工作；

所述正常工作状态阶段为：通过PLC控制系统分别控制三位四通换向阀1右位工作、一号二位二通电磁阀3右位工作、二号二位二通电磁阀4右位工作、三号二位二通电磁阀5右位工作以及四号二位二通电磁阀6右位工作；

整个检测过程通过相应的PLC控制系统自动实现。

在本实施方式中，通过更换不同的电磁阀组工位位置实现该检测装置的不同动作；

当PLC控制系统分别控制三位四通换向阀1右位工作、二号二位二通电磁阀4左位工作、四号二位二通电磁阀6左位工作、一号二位二通电磁阀3右位工作以及三号二位二通电磁阀5右位工作时，即该检测装置处于实验准备阶段，此时高精度电子量筒8内活塞不移动，高压油通过单向节流阀2充入高精度电子量筒8和实验装置密封腔；

当PLC控制系统分别控制三位四通换向阀1左位工作、二号二位二通电磁阀4右位工作、四号二位二通电磁阀6右位工作、一号二位二通电磁阀3左位工作以及三号二位二通电磁阀5左位工作时，即该检测装置处于高精度电子量筒8活塞归零阶段，此阶段，高精度电子量筒8内活塞在高压油压力作用下而复位；

当PLC控制系统分别控制三位四通换向阀1右位工作、一号二位二通电磁阀3右位工作、二号二位二通电磁阀4右位工作、三号二位二通电磁阀5右位工作以及四号二位二通电磁阀6右位工作时，即该检测装置处于正常工作状态阶段，此时由液压泵不断的为该检测装置提供所需动力，此时由蓄能器10开始积蓄压力，当实验装置11的密封系统流体的入口与高精度电子量筒8的泄漏腔相连通的管路压力达到所需压力时，由压力传感器7向PLC控制系统反馈，停止加压，此时由蓄能器10提供检测装置所需保持的压力；在实验工程中如由于泄漏导致实验装置的密封系统压力下降到规定值时，由压力传感器7向PLC控制系统反馈后，PLC控制系统控制液压泵进行补压。

Claims (4)

1.一种高精度泄漏量检测装置，其特征在于，该检测装置用于检测实验装置(11)的密封系统流体的流量；

该检测装置包括三位四通换向阀(1)、单向节流阀(2)、一号二位二通电磁阀(3)、二号二位二通电磁阀(4)、三号二位二通电磁阀(5)、四号二位二通电磁阀(6)、压力传感器(7)、高精度电子量筒(8)、磁滞伸缩位移传感器(9)、蓄能器(10)和PLC控制系统；

所述高精度电子量筒(8)通过活塞分为泄漏腔和补充腔；

所述三位四通换向阀(1)的进油口与液压泵站的液压泵出口相连通，三位四通换向阀(1)的回油口与外界连通；

三位四通换向阀(1)的一个通油口与三号二位二通电磁阀(5)的一个接口相连通；

三位四通换向阀(1)的另一个通油口同时与单向节流阀(2)的一个接口、一号二位二通电磁阀(3)的一个接口以及二号二位二通电磁阀(4)的一个接口相连通；

单向节流阀(2)的另一个接口同时与一号二位二通电磁阀(3)的另一个接口、蓄能器(10)的出入口以及高精度电子量筒(8)的补充腔相连通；

实验装置(11)的密封系统流体的出口与四号二位二通电磁阀(6)的一个接口相连通，四号二位二通电磁阀(6)的另一个接口与外界连通；

实验装置(11)的密封系统流体的入口同时与二号二位二通电磁阀(4)的另一个接口、二位二通电磁阀(5)的另一个接口以及高精度电子量筒(8)的泄漏腔相连通；

所述压力传感器(7)设置在实验装置(11)的密封系统流体的入口与高精度电子量筒(8)的泄漏腔相连通的管路上，并且压力传感器(7)的压力信号输出端与PLC控制系统的压力信号输入端相连；

所述磁滞伸缩位移传感器(9)用于测量高精度电子量筒(8)活塞的位移变化；

磁滞伸缩位移传感器(9)的位移信号输出端与PLC控制系统的位移信号输入端相连；

所述三位四通换向阀(1)的控制信号输入端、一号二位二通电磁阀(3)的控制信号输入端、二号二位二通电磁阀(4)的控制信号输入端、三号二位二通电磁阀(5)的控制信号输入端以及四号二位二通电磁阀(6)的控制信号输入端分别与PLC控制系统的控制信号输出端相连；

液压泵站的液压泵的控制信号输入端与PLC控制系统的控制信号输出端相连。

2.根据权利要求1所述的一种高精度泄漏量检测装置，其特征在于，所述磁滞伸缩位移传感器(9)为非接触式、绝对位置测量的位移传感器。

3.根据权利要求2所述的一种高精度泄漏量检测装置，其特征在于，磁滞伸缩位移传感器(9)的输出电流范围为：4mA-20mA；磁滞伸缩位移传感器(9)的供电电压为直流24V。

4.根据权利要求1所述的一种高精度泄漏量检测装置，其特征在于，在使用该检测装置检测实验装置(11)的密封系统流体的流量时分为：实验准备阶段、高精度电子量筒(8)活塞归零阶段和正常工作状态阶段；

所述实验准备阶段为：通过PLC控制系统分别控制三位四通换向阀(1)右位工作、二号二位二通电磁阀(4)左位工作、四号二位二通电磁阀(6)左位工作、一号二位二通电磁阀(3)右位工作以及三号二位二通电磁阀(5)右位工作；此时高精度电子量筒(8)内活塞不移动，高压油通过单向节流阀(2)充入高精度电子量筒(8)和实验装置密封腔；

所述高精度电子量筒(8)活塞归零阶段为：通过PLC控制系统分别控制三位四通换向阀(1)左位工作、二号二位二通电磁阀(4)右位工作、四号二位二通电磁阀(6)右位工作、一号二位二通电磁阀(3)左位工作以及三号二位二通电磁阀(5)左位工作；此阶段，高精度电子量筒(8)内活塞在高压油压力作用下而复位；

所述正常工作状态阶段为：通过PLC控制系统分别控制三位四通换向阀(1)右位工作、一号二位二通电磁阀(3)右位工作、二号二位二通电磁阀(4)右位工作、三号二位二通电磁阀(5)右位工作以及四号二位二通电磁阀(6)右位工作；此时由液压泵不断的为该检测装置提供所需动力，此时由蓄能器(10)开始积蓄压力，当实验装置(11)的密封系统流体的入口与高精度电子量筒(8)的泄漏腔相连通的管路压力达到所需压力时，由压力传感器(7)向PLC控制系统反馈，停止加压，此时由蓄能器(10)提供检测装置所需保持的压力；在实验过程中如由于泄漏导致实验装置的密封系统压力下降到规定值时，由压力传感器(7)向PLC控制系统反馈后，PLC控制系统控制液压泵进行补压；

整个检测过程通过相应的PLC控制系统自动实现。