CN108760519B - 一种油液体积弹性模量检测传感器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油液体积弹性模量检测传感器及检测方法，其系统包括传感器本体，电磁衔铁，压电陶瓷作动器，密封组件、应变片和控制单元；电磁衔铁安装在传感器本体的一端；使用时，传感器本体的流道接入待测系统；电磁衔铁开启时传感器本体的两端及内部测试容腔联通，关闭时测试容腔封闭形成密闭容腔；压电陶瓷作动器安装于传感器本体另一端，轴线与电磁衔铁的轴线重合；压电陶瓷作动器与传感器本体的连接端配置有密封组件，在压电陶瓷作动器动作时维持密封；通过压电陶瓷作动器内设的应变片读取压电陶瓷实际应变量；控制单元根据压电陶瓷作动器动作时的油液体积变化量、油液压力差以及密闭容腔的体积获得油液体积弹性模量；本发明实现了油液体积弹性模量检测传感器的小型化。

Description

一种油液体积弹性模量检测传感器及检测方法

技术领域

本发明属于油液体积弹性模量参数检测技术领域，更具体地，涉及一种油液体积弹性模量检测传感器及检测方法。

背景技术

在液压系统和液压元件动态特性研究中，油液体积弹性模量直接影响液压系统的阻尼比、响应速度和稳定性，准确地获得油液的体积弹性模量值对液压系统状态检测至关重要。在液压系统仿真中，油液体积弹性模量数值随温度和含气量变化较大，且呈强烈的非线性。当系统油液温度从23℃升高到55.6℃时，油液体积模量下降39％；当油液中混入1％的空气后油液体积弹性模量下降44％；当系统油液温度升高至44.5℃，且混入1％的空气时，油液体积弹性模量下降60％。在相同液压油及相同油温下，测得油液体积模量的高低可以直接体现出油液含气量的大小。当油液体积模量实测值与标准值相差较大时，表明油液中已混入较多空气，如不及时排气将导致气蚀的发生。气蚀会增加系统运行噪声，对管壁和液压元件内壁造成冲击剥落，对设备寿命产生不利影响，且引起油质下降。

现有的油液的体积弹性模量值的测定技术譬如专利CN 1804576A、CN 2901296Y、CN 103267681A所公开的油液体积模量测量装置，测量装置的结构复杂、组件繁多、设备体积大、难以与待测液压系统融合。实际应用中急需一种结构简单，体积小，便于与待测液压系统融合的油液体积弹性模量检测装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的至少一点，本发明提供了一种油液体积弹性模量检测传感器及检测方法，其目的在于实现油液体积弹性模量检测装置的小型化，提高油液体积弹性模量检测装置与待测液压系统的融合度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种油液体积弹性模量检测传感器，包括传感器本体、电磁衔铁、压电陶瓷作动器、密封组件、应变片和控制单元；

其中，电磁衔铁安装在传感器本体的一端；使用时，传感器本体的流道接入待测液压系统；电磁衔铁开启时，传感器本体的两端及内部测试容腔联通；电磁衔铁关闭时，传感器本体内部的测试容腔封闭形成密闭容腔；

压电陶瓷作动器安装于传感器本体的另一端，其轴线与电磁衔铁的轴线重合；压电陶瓷作动器与传感器本体连接的一端配置有密封组件，密封组件与测试容腔配合，在压电陶瓷作动器动作时始终维持密封效果；压电陶瓷作动器内部贴有应变片，用于实时读取压电陶瓷应变量；控制单元根据压电陶瓷作动器动作时的油液体积变化量、油液压力差以及密闭容腔的体积获得油液体积弹性模量。

为实现本发明目的，按照本发明的另一个方面，基于上述油液体积弹性模量检测传感器提供了一种油液体积弹性模量检测方法，包括如下步骤：

(1)将油液体积弹性模量检测传感器通过传感器本体的流道并联接入待测液压系统；

(2)关闭所述油液体积弹性模量检测传感器的电磁衔铁，使油液体积弹性模量检测传感器的电磁衔铁尾端与密封组件间形成密闭容腔；

(3)驱动油液体积弹性模量检测传感器的压电陶瓷作动器动作以使得密闭容腔内油液产生压缩，通过压电陶瓷作动器内部的应变片读取压电陶瓷作动器的实际伸长量；

(4)根据压缩前后油液体积变化量、压缩前后油液压力差以及密闭容腔的体积获得油液体积弹性模量。

优选地，上述油液体积弹性模量检测方法，还包括以下步骤(5)：

(5)打开电磁衔铁，使得油液沿传感器本体的流道流入，通过紊流使密闭容腔内部油液循环，保证被测油液始终为待测系统油液。

优选地，上述油液体积弹性模量检测方法，其油液体积弹性模量

其中，V₀是指密闭容腔的体积，ΔP是指压缩前后油液压力差，ΔV是指压缩前后油液体积变化量；

密闭容腔V₀＝l_f×A_f；l_f是指密闭容腔长度，A_f是指密闭容腔截面积；

压缩前后油液压力差x₁是指压电陶瓷作动器动作时的理论伸长量；x是指压电陶瓷作动器动作时的实际伸长量；

压缩前后油液体积变化量ΔV＝x×A_f。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)现有油液体积弹性模量检测装置使用换向阀及液压管路进行测试容腔内油液的循环，结构复杂体积较大；

而本发明提供的油液体积弹性模量检测传感器，相比于现有油液体积弹性模量检测装置，不需要体积较大的加载缸和测试腔，也不需要复杂的液压管路及阀组，因此体积大大减小，设备结构简化。

(2)本发明提供的油液体积弹性模量检测传感器与待测系统的连接方式多样，易于融合进待测液压系统中；可并联接入待测系统；在连接方法上，可将本发明提供的这种检测传感器作为单独一部分，通过液压管路接入待测系统，也可在待测系统上进行液压阀块改进，将本发明提供的这种检测传感器集成进待测系统液压阀块内，而不会改变待测系统的正常运行。

(3)本发明提供的油液体积弹性模量检测传感器，测试容腔位于进出流道下方，采用本发明提供的检测方法进行检测时，利用进出流道油液产生的湍流使测试容腔内的油液充分循环，与现有技术采用复杂的液压管路及单向阀、溢流阀、换向阀使测试容腔内油液循环的方案相比，本发明利用油液在流道改变处产生的紊流使得测试容腔内部的油液产生循环，使得测试容腔内油液始终为系统实际流动油液，保证测量结果的有效性。

(4)本发明提供的油液体积弹性模量检测传感器，与待测液压系统并联，采用本发明提供的检测方法进行检测时，阀芯开启和关闭时均不影响待测液压系统的正常工作，可在待测液压设备工作时进行实时检测，降低了检测成本。

附图说明

图1是本发明提供的油液体积弹性模量检测传感器的实施例的示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-传感器本体、2-电磁衔铁、3-压电陶瓷作动器、4-密封组件、5-应变片、6-测试容腔、7-阀芯、8-左流道、9-右流道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1，本发明提供的油液体积弹性模量检测传感器的一个实施例，包括传感器本体1，电磁衔铁2，压电陶瓷作动器3，密封组件4、应变片5和控制单元；

其中，电磁衔铁2安装在传感器本体1的一端；使用时，传感器本体1的左、右流道并联接入待测液压系统；电磁衔铁2开启时传感器本体1的左、右两端及内部测试容腔6联通；电磁衔铁2关闭时阀芯7封闭传感器本体1内部测试容腔6，形成密闭容腔；

具体地，电磁衔铁在失电状态下开启，得电时关闭；在默认状态即非测试状态下电磁衔铁失电，处于开启状态；油液可以进入测试容腔6内部，使油液循环。进入测试状态时，电磁衔铁得电，处于关闭状态，测试容腔6封闭，形成密闭容腔。

压电陶瓷作动器3安装于传感器本体1的另一端，其轴线与电磁衔铁2的轴线重合；压电陶瓷作动器3与传感器本体1连接的一端配置有密封组件4，密封组件4与测试容腔6配合连接，在压电陶瓷作动器3动作时始终维持密封效果；压电陶瓷作动器3内部贴有应变片5，用于实时读取压电陶瓷应变量；控制单元预先输入有传感器本体1及压电陶瓷作动器3的各项参数，在使用时实时检测压电陶瓷作动器3的反馈数据，根据压电陶瓷作动器动作时的油液体积变化量、油液压力差以及密闭容腔的体积获得油液体积弹性模量获得油液体积弹性模量。

在一个优选实施例里，密封组件4与压电陶瓷作动器3通过压电陶瓷作动器顶端的螺纹接口连接。

在一个优选实施例里，密封组件4与压电陶瓷作动器3为一体化加工成型的设计。

在一个优选实施例里，传感器本体1通过螺纹接口连入待测液压系统。在另一个优选实施例里，通过软管连入待测液压系统；适于与系统阀块的一体化设计。

采用实施例提供的上述油液体积弹性模量检测传感器进行油液体积弹性模量检测的方法，包括如下步骤：

(1)将油液体积弹性模量检测传感器通过传感器本体1的左、右流道并联接入待测液压系统；提取传感器本体1内部结构参数和压电陶瓷作动器性能参数，作为控制单元的输入；

其中，结构参数包括传感器本体内部密闭容腔长度l_f，密闭容腔截面积A_f；压电陶瓷作动器性能参数包括压电陶瓷作动器刚度k_p，压电陶瓷作动器初始长度x₀；

(2)关闭电磁衔铁2，使电磁衔铁尾端与密封组件4间形成密闭容腔；

(3)驱动压电陶瓷作动器3动作以使得密闭容腔内油液产生压缩，控制单元计算出压电陶瓷作动器3的理论伸长量x₁；通过压电陶瓷作动器3内部的应变片读出压电陶瓷作动器3的实际伸长量x；

(4)控制单元根据预设参数及测试参数，获得油液体积弹性模量

其中，V₀是指密闭容腔的体积，ΔP是指压缩前后油液压力差，ΔV是指压缩前后油液体积变化量；

其中，密闭容腔V₀根据密闭容腔长度l_f，密闭容腔截面积A_f获得，V₀＝l_f×A_f；

压缩前后油液压力差

压缩前后油液体积变化量ΔV＝x×A_f。

在一个优选实施例里，还包括以下步骤(5)：

(5)打开电磁衔铁2，使得油液沿传感器本体1的流道流入，通过紊流使密闭容腔内部油液循环，保证被测油液始终为系统油液；

本实施例中所涉及的传感器本体1的左、右流道只为便于结合附图进行理解，其并无进、出油的对应关系，油液可以从左流道流向右流道，也可以从右流道流向左流道。

实施例提供的上述油液体积弹性模量检测传感器，相比于现有油液体积弹性模量检测装置而言，体积大大减小，结构大大简化；并且与待测系统的连接方式多样，易于融合进待测液压系统中，不会额外增加待测系统的体积；接入到待测液压系统进行油液弹性模量的测试不会影响待测液压系统的正常工作，可在待测液压设备工作时进行实时检测，降低了检测成本；并且，由于这种检测传感器及方法利用进出流道油液产生的湍流使测试容腔内的油液充分循环，使得测试容腔内油液始终为系统实际流动油液，保证测量结果的有效性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种油液体积弹性模量检测传感器，其特征在于，包括传感器本体，电磁衔铁，压电陶瓷作动器，密封组件、应变片和控制单元；

所述电磁衔铁安装在所述传感器本体的一端；使用时，传感器本体的左、右流道接入待测液压系统；电磁衔铁开启时，传感器本体的左、右流道与内部测试容腔联通；电磁衔铁关闭时，传感器本体内部的测试容腔封闭形成密闭容腔；

所述压电陶瓷作动器安装于传感器本体的另一端，压电陶瓷作动器的轴线与电磁衔铁的轴线重合；压电陶瓷作动器与传感器本体连接的一端配置有密封组件，密封组件与测试容腔配合，在压电陶瓷作动器动作时始终维持密封效果；压电陶瓷作动器内部贴有应变片，用于实时读取压电陶瓷实际应变量；控制单元根据压电陶瓷作动器动作时的油液体积变化量、油液压力差以及密闭容腔的体积获得油液体积弹性模量。

2.如权利要求1所述的油液体积弹性模量检测传感器，其特征在于，使用时，通过所述传感器本体的左、右流道并联接入待测液压系统。

3.如权利要求1或2所述的油液体积弹性模量检测传感器，其特征在于，所述密封组件与压电陶瓷作动器为一体化加工成型的设计。

4.如权利要求1或2所述的油液体积弹性模量检测传感器，其特征在于，所述密封组件与压电陶瓷作动器通过压电陶瓷作动器顶端的螺纹接口连接。

5.如权利要求1或2所述的油液体积弹性模量检测传感器，其特征在于，传感器本体通过螺纹接口连入待测液压系统。

6.如权利要求1或2所述的油液体积弹性模量检测传感器，其特征在于，传感器本体通过软管连入待测液压系统。

7.一种基于权利要求1～6任一项所述的油液体积弹性模量检测传感器的油液体积弹性模量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将所述油液体积弹性模量检测传感器通过传感器本体的流道并联接入待测液压系统；

(2)关闭所述油液体积弹性模量检测传感器的电磁衔铁，使油液体积弹性模量检测传感器的电磁衔铁尾端与密封组件间形成密闭容腔；

(3)驱动油液体积弹性模量检测传感器的压电陶瓷作动器动作以使得密闭容腔内油液产生压缩，通过压电陶瓷作动器内部的应变片读取压电陶瓷作动器的实际伸长量；

(4)根据压缩前后油液体积变化量、压缩前后油液压力差以及密闭容腔的体积获得油液体积弹性模量。

8.如权利要求7所述的油液体积弹性模量检测方法，其特征在于，还包括如下步骤(5)：

(5)打开电磁衔铁，使得油液沿传感器本体的流道流入，通过紊流使密闭容腔内部油液循环，保证被测油液始终为待测系统油液。

9.如权利要求7或8所述的油液体积弹性模量检测方法，其特征在于，所述油液体积弹性模量

其中，V₀是指密闭容腔的体积，ΔP是指压缩前后油液压力差，ΔV是指压缩前后油液体积变化量；

密闭容腔V₀＝l_f×A_f；l_f是指密闭容腔长度，A_f是指密闭容腔截面积；

压缩前后油液压力差x₁是指压电陶瓷作动器动作时的理论伸长量；x是指压电陶瓷作动器动作时的实际伸长量；

压缩前后油液体积变化量ΔV＝x×A_f。