CN109374064B - 一种金属软管流量特性测试设备与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属软管流量特性测试设备及方法。该设备的前、后压差稳流管分别与多条并联压差测试管路两端连通；后压差稳流管接至稳压水箱，稳压水箱的输出口接多条并联流量测试管路，量测试管路含有前、后流量稳流管；稳压水箱中装有加热装置，且与冷却机组构成冷却循环；其上部和下部分的压力传感器和温度传感器以及压差传感器和流量计的信号输出端分别通过控制单元接压力调节阀、加热装置以及冷却机组的受控端，控制单元的压差和流量选控输出端分别接压差选控阀和流量选控阀的受控端，控制单元具有智能器件和显示器件。本发明可以避免温度不稳定对流阻的影响，能够自动选择合适的选控管路，从而得到精确的测试结构，提高工作效率。

Description

一种金属软管流量特性测试设备与方法

技术领域

本发明涉及一种流量特性测试设备，特别是一种金属软管流量特性测试设备，同时还涉及相应的测试方法，属于液压设备检测与金属软管性能检测技术领域。

背景技术

在液压设备检测与高压金属管的性能检测中，除了常规的耐压保压检测外，鉴于金属软管（金属波纹管）在大型设备系统中的流动阻力具有特别的变化规律，尤其是流量稳定状态与流量非稳定状态下的阻力特性规律，对整个系统的运行驱动功率以及系统下游压力需求控制有着重要影响，因此需要对其进行流量特性测试。

常规的流量特性测试设备主要使用流量计与压差计测量流量与压差，由于未对试验过程中的温度等进行调控，因此无法消除温度不稳定对金属软管系统流阻的影响，并且对于不同规格的金属软管需要根据直径、波距、波高、壁厚、长度等参数人工选择适配量程的流量计、压差计，否则不仅会因为超量程而无法得到所需的测试结果，而且还会因测试结果接近量程极限而影响测试结果的精确。

发明内容

本发明的首要目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种不仅可以避免温度不稳定对流阻的影响，并且具有自适应选控管路以获得理想测试结果的金属软管流量特性测试设备，同时给出相应的测试方法。

为了达到上述目的，本发明的金属软管流量特性测试设备包括分别与待测金属软管两端连通的前、后压差稳流管，所述前、后压差稳流管分别与至少二条并联的不同通径(公称管径)压差测试管路两端连通，所述压差测试管路串接有压差选控阀并装有压差传感器；

所述后压差稳流管接至稳压水箱的回流口，所述稳压水箱的输出口通过输液泵接至少二条并联的不同通径流量测试管路，所述流量测试管路含有流量选控阀以及前、后流量稳流管，所述前、后流量稳流管之间装有流量计，各后流量稳流管并联后与前压差稳流管连通；

所述稳压水箱中装有受控于控制单元的加热装置，所述稳压水箱与受控于控制单元的冷却机组构成冷却循环；所述稳压水箱的上部空间通过压力调节阀接压缩气瓶；

所述稳压水箱上部和下部分别设有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器、温度传感器以及压差传感器和流量计的信号输出端分别接所述控制单元相应的信号输入端，所述控制单元的压力、温度控制输出端分别接压力调节阀、加热装置以及冷却机组的受控端，所述控制单元的压差和流量选控输出端分别接压差选控阀和流量选控阀的受控端，所述控制单元具有智能器件和显示器件。

上述智能器件含有温度模块集合，还含有并行的流量模块集合和压差模块集合；

所述温度模块集合包括：

温度采集模块——用以接收温度计传感器的温度信号；

温度判断模块——用以判断温度信号是否在预定的温度范围；如低于预定温度范围下限，则启动升温判控模块；如在此温度范围，则输出显示温度正常，启动输液泵并启动并行的流量模块集合和压差模块集合；如高于预定温度范围上限，则启动降温判控模块；

升温判控模块——用以判断加热装置是否达到最大功率，如否则按第一预定瓦数调大加热功率后启动温度采集模块；如是则判断冷却机组是否达到最小功率，如否则按第二预定瓦数调小功率后启动温度采集模块，如是则输出温度过低报警信号并停机；

降温判控模块——用以判断加热装置是否达到最小功率，如否则按第一预定瓦数调小加热功率后启动温度采集模块；如是则判断冷却机组是否达到最大功率，如否则按第二预定瓦数调大功率后启动温度采集模块，如是则输出温度过高报警信号并停机；

所述流量模块集合包括：

流量采集模块——用以接收输液泵启动后当前流量计的流量信号；

流量判断模块——用以判断流量信号是否在当前流量计量程的预定范围；如小于该量程预定范围的下限，则启动小流量计判断模块；如在此预定范围，则输出显示流量正常，继续启动流量采集模块；如大于该量程预定范围的上限，则启动大流量计判断模块；

小流量计判断模块——用以判断是否有更小量程流量计，如是则输出相应控制信号，关闭当前流量选控阀，切换到更小量程流量计，继续启动流量采集模块；如否则输出流量过低报警信号并停机；

大流量计判断模块——用以判断是否有更大量程流量计，如是则输出相应控制信号，关闭当前流量选控阀，切换到更大量程流量计，继续启动流量采集模块；如否则输出流量过高报警信号并停机；

所述压差模块集合包括：

压差采集模块——用以接收输液泵启动后当前压差计的压差信号；

压差判断模块——用以判断压差信号是否在当前压差计量程的预定范围；如小于该量程预定范围的下限，则启动小压差计判断模块；如在此范围，则输出显示压差正常，继续启动压差采集模块；如大于该量程预定范围的上限，则启动大压差计判断模块；

小压差计判断模块——用以判断是否有更小量程压差计，如是则输出相应控制信号，关闭当前压差选控阀，切换到更小量程压差计，继续启动压差采集模块；如否则输出压差过低报警信号并停机；

大压差计判断模块——用以判断是否有更大量程压差计，如是则输出相应控制信号，关闭当前压差选控阀，切换到更大量程压差计，继续启动压差采集模块；如否则输出压差过高报警信号并停机。

相应的金属软管流量特性测试方法，包括温度步骤集合，还包括并行的流量步骤集合和压差步骤集合；

所述温度步骤集合为：

温度采集步骤——接收温度计传感器的温度信号，进行一步；

温度判断步骤——判断温度信号是否在预定的温度范围；如低于预定温度范围下限，则进行升温判控步骤；如在此温度范围，则输出显示温度正常，启动输液泵并进行并行的流量步骤集合和压差步骤集合；如高于预定温度范围上限，则进行降温判控步骤；

升温判控步骤——判断加热装置是否达到最大功率，如否则按第一预定瓦数调大加热功率后返回温度采集步骤；如是则判断冷却机组是否达到最小功率，如否则按第二预定瓦数调小功率后返回温度采集步骤，如是则输出温度过低报警信号并停机；

降温判控步骤——判断加热装置是否达到最小功率，如否则按第一预定瓦数调小加热功率后返回温度采集步骤；如是则判断冷却机组是否达到最大功率，如否则按第二预定瓦数调大功率后返回温度采集步骤，如是则输出温度过高报警信号并停机；

所述流量步骤集合为：

流量采集步骤——接收输液泵启动后当前流量计的流量信号，进行一步；

流量判断步骤——判断流量信号是否在当前流量计量程的预定范围；如小于该量程预定范围的下限，则进行小流量计判断步骤；如在此预定范围，则输出显示流量正常，返回流量采集步骤；如大于该量程预定范围的上限，则进行大流量计判断步骤；

小流量计判断步骤——用以判断是否有更小量程流量计，如是则输出相应控制信号，关闭当前流量选控阀，切换到更小量程流量计，返回流量采集步骤；如否则输出流量过低报警信号并停机；

大流量计判断步骤——用以判断是否有更大量程流量计，如是则输出相应控制信号，关闭当前流量选控阀，切换到更大量程流量计，返回流量采集步骤；如否则输出流量过高报警信号并停机；

所述压差步骤集合为：

压差采集步骤——接收输液泵启动后当前压差计的压差信号，进行一步；

压差判断步骤——判断压差信号是否在当前压差计量程的预定范围；如小于该量程预定范围的下限，则进行小压差计判断步骤；如在此范围，则输出显示压差正常，返回压差采集步骤；如大于该量程预定范围的上限，则进行大压差计判断步骤；

小压差计判断步骤——判断是否有更小量程压差计，如是则输出相应控制信号，关闭当前压差选控阀，切换到更小量程压差计，返回压差采集步骤；如否则输出压差过低报警信号并停机；

大压差计判断步骤——判断是否有更大量程压差计，如是则输出相应控制信号，关闭当前压差选控阀，切换到更大量程压差计，返回压差采集步骤；如否则输出压差过高报警信号并停机。

本发明进一步的完善是，所述输液泵至流量测试管路中途分支出通过止回旁通阀返回稳压水箱的旁通管路。

本发明更进一步的完善是，所述后压差稳流管通过电控阀接至稳压水箱的回流口。

本发明还进一步的完善是，所述后压差稳流管经旋转接头的一侧并通过电控阀接至稳压水箱的回流口；各后流量稳流管并联后通过所述旋转接头的另一侧与前压差稳流管连通，所述旋转接头安置于旋转电机驱动的旋转台。

本发明又进一步的完善是，所述前压差稳流管的长度为待测金属软管通径的10-12倍，所述后压差稳流管的长度为待测金属软管通径的5-8倍；所述前流量稳流管的长度为待测金属软管通径的10-12倍，所述后流量稳流管的长度为待测金属软管通径的5-8倍。

本发明仍进一步的完善是，所述稳压水箱上装有泄压阀。

由此可见，本发明不仅构成简单、集成度高、测试工况可控、控制条件充分，而且采用本发明后，可以自动调节温度，从而避免温度不稳定对流阻的影响，并且能够自动选择合适的选控管路，从而得到精确的测试结构，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明一个实施例的系统构成示意图。

图2为图1实施例控制单元的电路框图。

图3为图1实施例控制单元智能器件部分的电路原理图。

图4为图1实施例控制单元控制执行部分的电路原理图。

图5为图1实施例的温度控制流程图。

图6为图1实施例的流量控制流程图。

图7为图1实施例的压差控制流程图。

图中：1、输液泵，2、流量选控阀，3、流量计稳流管，4、流量计，5、压差稳流管，6、实验金属软管，7、电控阀，8、稳压水箱，9、压差选控阀，10、压差传感器，11、加热装置，12、温度传感器，13、氮气瓶，14、压力调节阀，15、压力传感器，16、泄压阀，17、冷却机组，18、控制单元，19、止回旁通阀，20、旋转台，21、旋转接头，22、旋转电机。

具体实施方式

实施例一

本实施例的金属软管流量特性测试设备构成如图1所示，待测金属软管6两端分别与前、后压差稳流管5连通，其中前压差稳流管的长度为待测金属软管6通径的10-12倍，后压差稳流管的长度为待测金属软管6通径的5-8倍。前、后压差稳流管5分别与三条并联的不同通径压差测试管路两端连通，各压差测试管路分别串接有压差选控阀9并装有压差传感器10。后压差稳流管5经旋转接头21的一侧并通过电控阀7接至稳压水箱8的回流口。该旋转接头21安置在旋转电机22驱动的旋转台20上, 旋转接头21能够保证旋转台20转动时，实验流体在系统中的流动方向不变，旋转电机22控制旋转台20以不同的转速旋转可以模拟金属软管内流体不同的运动加速度工况。通过调控电控7的开度，可控制流量稳定在某一数值，或按诸如阶跃、比例积分等规律进行周期或非周期性变化，从而按需测得各种情况下金属软管的流量、压差等参数。

稳压水箱8的输出口通过输液泵1接三条并联的不同通径流量测试管路，各流量测试管路分别含有流量选控阀2以及前、后流量稳流管3，前、后流量稳流管之间装有流量计4，各后流量稳流管并联后通过旋转接头21的另一侧与前压差稳流管连通。前流量稳流管的长度为待测金属软管6通径的10-12倍，后流量稳流管的长度为待测金属软管6通径的5-8倍。输液泵1至流量测试管路中途分支出通过止回旁通阀19返回稳压水箱8的旁通管路,旁通阀19的开启可平衡系统压力，在主系统管路检修及维护时作为备用的短暂通路，保护系统安全。

稳压水箱8中装有受控于控制单元18的电加热装置11，且稳压水箱8与受控于控制单元18的冷却机组17构成冷却循环。稳压水箱8上部和下部分别设有压力传感器15和温度传感器12。这种监测温度传感器12对加热以及冷却进行调控的方式可以避免影响对液体介质流动特性的影响，从而保证精确温度条件下的测试结果准确。稳压水箱8上部空间装有泄压阀16，并通过压力调节阀14接压缩氮气瓶13，因此可以通过稳压水箱8上的压力传感器15测得实验基础压力，通过压力调节阀14与泄压阀16调控该基础压力。

参见图2、3、4，本实施例的控制单元含有作为智能器件的PLC（SR40）以及模拟量输入输出模块（AM06），并含有显示器件。压力传感器15、温度传感器12以及各压差传感器10和流量计4的信号输出端分别接控制单元18相应的信号输入端，控制单元18的压力、温度控制输出端分别接压力调节阀14、电加热装置11以及冷却机组的17受控端，控制单元18的压差和流量选控输出端分别接各压差选控阀9和流量选控阀2的受控端。

控制单元存储有预定温度、电加热和冷却机组的最大及最下功率、各流量计和压差计的量程等有关控制的数据。

智能器件控制进行金属软管流量特性测试的过程包括温度步骤集合，以及并行的流量步骤集合和压差步骤集合。

温度步骤集合如图5所示，包括：

温度采集步骤——接收温度计传感器的温度信号，进行下一步；

温度判断步骤——判断温度信号是否在预定温度的±0.5C°范围；如低于预定温度-0.5C°，则进行升温判控步骤；如在此范围，则输出显示温度正常，启动输液泵并进行并行的流量步骤集合和压差步骤集合；如高于预定温度+0.5C°，则进行降温判控步骤；

升温判控步骤——判断加热装置是否达到最大功率，如否则按第一预定瓦数5W调大加热功率后返回温度采集步骤；如是则判断冷却机组是否达到最小功率，如否则按第二预定瓦数8W调小功率后返回温度采集步骤，如是则输出温度过低报警信号并停机；

降温判控步骤——判断加热装置是否达到最小功率，如否则按第一预定瓦数5W调小加热功率后返回温度采集步骤；如是则判断冷却机组是否达到最大功率，如否则按第二预定瓦数8W调大功率后返回温度采集步骤，如是则输出温度过高报警信号并停机。

流量步骤集合如图6所示，包括：

流量采集步骤——接收输液泵启动后当前流量计的流量信号，进行下一步；

流量判断步骤——判断流量信号是否在当前流量计量程的1/3——2/3范围；如小于该量程的1/3，则进行小流量计判断步骤；如在此范围，则输出显示流量正常，返回流量采集步骤；如大于该量程的1/3，则进行大流量计判断步骤；

小流量计判断步骤——判断是否有更小量程流量计，如是则输出相应控制信号，关闭当前流量选控阀，切换到更小量程流量计，返回流量采集步骤；如否则输出流量过低报警信号并停机；

大流量计判断步骤——判断是否有更大量程流量计，如是则输出相应控制信号，关闭当前流量选控阀，切换到更大量程流量计，返回流量采集步骤；如否则输出流量过高报警信号并停机。

压差步骤集合如图7所示，包括：

压差采集步骤——接收输液泵启动后当前压差计的压差信号，进行下一步；

压差判断步骤——判断压差信号是否在当前压差计量程的1/3——2/3范围；如小于该量程的1/3，则进行小压差计判断步骤；如在此范围，则输出显示压差正常，返回压差采集步骤；如大于该量程的2/3，则进行大压差计判断步骤；

小压差计判断步骤——判断是否有更小量程压差计，如是则输出相应控制信号，关闭当前压差选控阀，切换到更小量程压差计，返回压差采集步骤；如否则输出压差过低报警信号并停机；

大压差计判断步骤——判断是否有更大量程压差计，如是则输出相应控制信号，关闭当前压差选控阀，切换到更大量程压差计，返回压差采集步骤；如否则输出压差过高报警信号并停机。

试验表明，采用本实施例具有如下有益效果:结构简单，集成度高，具备压力、温度、流量、环境加速度、动态流量等多种环境控制系统，能够充分模拟金属软管工程使用中的多项性能测试条件，模拟测试工况可实现全自动化控制，系统可实现智能化测量设备切换功能，减少实验中不利因素对实验结果的影响，提高工作效率。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。例如对金属软管布置形式、传感器布置位置、压力控制、温度控制、流量控制所做出的变形等，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种金属软管流量特性测试设备，包括分别与待测金属软管两端连通的前、后压差稳流管（5），所述前、后压差稳流管分别与至少二条并联的不同通径压差测试管路两端连通，所述压差测试管路串接有压差选控阀（9）并装有压差传感器（10）；所述后压差稳流管接至稳压水箱（8）的回流口，所述稳压水箱的输出口通过输液泵（1）接至少二条并联的不同通径流量测试管路，所述流量测试管路含有流量选控阀（2）以及前、后流量稳流管（3），所述前、后流量稳流管之间装有流量计（4），各后流量稳流管并联后与前压差稳流管连通； 所述稳压水箱中装有受控于控制单元（18）的加热装置（11），所述稳压水箱与受控于控制单元（18）的冷却机组（17）构成冷却循环；所述稳压水箱的上部空间通过压力调节阀（14）接压缩气瓶（13）；所述稳压水箱上部和下部分别设有压力传感器（15）和温度传感器（12），所述压力传感器、温度传感器以及压差传感器和流量计的信号输出端分别接所述控制单元相应的信号输入端，所述控制单元的压力、温度控制输出端分别接压力调节阀、加热装置以及冷却机组的受控端，所述控制单元的压差和流量选控输出端分别接压差选控阀和流量选控阀的受控端，所述控制单元具有智能器件和显示器件；所述智能器件含有温度模块集合，还含有并行的流量模块集合和压差模块集合。

2.根据权利要求1所述的金属软管流量特性测试设备，其特征在于：所述输液泵至流量测试管路中途分支出通过止回旁通阀返回稳压水箱的旁通管路。

3.根据权利要求2所述的金属软管流量特性测试设备，其特征在于：所述后压差稳流管通过电控阀接至稳压水箱的回流口。

4.根据权利要求3所述的金属软管流量特性测试设备，其特征在于：所述后压差稳流管经旋转接头的一侧并通过电控阀接至稳压水箱的回流口；各后流量稳流管并联后通过所述旋转接头的另一侧与前压差稳流管连通，所述旋转接头安置于旋转电机驱动的旋转台。

5.根据权利要求4所述的金属软管流量特性测试设备，其特征在于：所述前压差稳流管的长度为待测金属软管通径的10-12倍，所述后压差稳流管的长度为待测金属软管通径的5-8倍；所述前流量稳流管的长度为待测金属软管通径的10-12倍，所述后流量稳流管的长度为待测金属软管通径的5-8倍。

6.根据权利要求5所述的金属软管流量特性测试设备，其特征在于：所述稳压水箱上装有泄压阀。

7.根据权利要求1至6任一所述的金属软管流量特性测试设备，其特征在于：

所述温度模块集合包括：

温度采集模块——用以接收温度计传感器的温度信号；

温度判断模块——用以判断温度信号是否在预定的温度范围；如低于预定温度范围下限，则启动升温判控模块；如在此温度范围，则输出显示温度正常，启动输液泵并启动并行的流量模块集合和压差模块集合；如高于预定温度范围上限，则启动降温判控模块；

升温判控模块——用以判断加热装置是否达到最大功率，如否则按第一预定瓦数调大加热功率后启动温度采集模块；如是则判断冷却机组是否达到最小功率，如否则按第二预定瓦数调小功率后启动温度采集模块，如是则输出温度过低报警信号并停机；

降温判控模块——用以判断加热装置是否达到最小功率，如否则按第一预定瓦数调小加热功率后启动温度采集模块；如是则判断冷却机组是否达到最大功率，如否则按第二预定瓦数调大功率后启动温度采集模块，如是则输出温度过高报警信号并停机；

所述流量模块集合包括：

流量采集模块——用以接收输液泵启动后当前流量计的流量信号；

流量判断模块——用以判断流量信号是否在当前流量计量程的预定范围；如小于该量程预定范围的下限，则启动小流量计判断模块；如在此预定范围，则输出显示流量正常，继续启动流量采集模块；如大于该量程预定范围的上限，则启动大流量计判断模块；

小流量计判断模块——用以判断是否有更小量程流量计，如是则输出相应控制信号，关闭当前流量选控阀，切换到更小量程流量计，继续启动流量采集模块；如否则输出流量过低报警信号并停机；

大流量计判断模块——用以判断是否有更大量程流量计，如是则输出相应控制信号，关闭当前流量选控阀，切换到更大量程流量计，继续启动流量采集模块；如否则输出流量过高报警信号并停机；

所述压差模块集合包括：

压差采集模块——用以接收输液泵启动后当前压差计的压差信号；

压差判断模块——用以判断压差信号是否在当前压差计量程的预定范围；如小于该量程预定范围的下限，则启动小压差计判断模块；如在此范围，则输出显示压差正常，继续启动压差采集模块；如大于该量程预定范围的上限，则启动大压差计判断模块；

小压差计判断模块——用以判断是否有更小量程压差计，如是则输出相应控制信号，关闭当前压差选控阀，切换到更小量程压差计，继续启动压差采集模块；如否则输出压差过低报警信号并停机；

大压差计判断模块——用以判断是否有更大量程压差计，如是则输出相应控制信号，关闭当前压差选控阀，切换到更大量程压差计，继续启动压差采集模块；如否则输出压差过高报警信号并停机。

8.采用权利要求1至6任一所述金属软管流量特性测试设备的测试方法，其特征在于包括温度步骤集合，还包括并行的流量步骤集合和压差步骤集合；

所述温度步骤集合为：

温度采集步骤——接收温度计传感器的温度信号，进行一步；

温度判断步骤——判断温度信号是否在预定的温度范围；如低于预定温度范围下限，则进行升温判控步骤；如在此温度范围，则输出显示温度正常，启动输液泵并进行并行的流量步骤集合和压差步骤集合；如高于预定温度范围上限，则进行降温判控步骤；

升温判控步骤——判断加热装置是否达到最大功率，如否则按第一预定瓦数调大加热功率后返回温度采集步骤；如是则判断冷却机组是否达到最小功率，如否则按第二预定瓦数调小功率后返回温度采集步骤，如是则输出温度过低报警信号并停机；

降温判控步骤——判断加热装置是否达到最小功率，如否则按第一预定瓦数调小加热功率后返回温度采集步骤；如是则判断冷却机组是否达到最大功率，如否则按第二预定瓦数调大功率后返回温度采集步骤，如是则输出温度过高报警信号并停机；

所述流量步骤集合为：

流量采集步骤——接收输液泵启动后当前流量计的流量信号，进行一步；

流量判断步骤——判断流量信号是否在当前流量计量程的预定范围；如小于该量程预定范围的下限，则进行小流量计判断步骤；如在此预定范围，则输出显示流量正常，返回流量采集步骤；如大于该量程预定范围的上限，则进行大流量计判断步骤；

小流量计判断步骤——用以判断是否有更小量程流量计，如是则输出相应控制信号，关闭当前流量选控阀，切换到更小量程流量计，返回流量采集步骤；如否则输出流量过低报警信号并停机；

大流量计判断步骤——用以判断是否有更大量程流量计，如是则输出相应控制信号，关闭当前流量选控阀，切换到更大量程流量计，返回流量采集步骤；如否则输出流量过高报警信号并停机；

所述压差步骤集合为：

压差采集步骤——接收输液泵启动后当前压差计的压差信号，进行一步；

压差判断步骤——判断压差信号是否在当前压差计量程的预定范围；如小于该量程预定范围的下限，则进行小压差计判断步骤；如在此范围，则输出显示压差正常，返回压差采集步骤；如大于该量程预定范围的上限，则进行大压差计判断步骤；

小压差计判断步骤——判断是否有更小量程压差计，如是则输出相应控制信号，关闭当前压差选控阀，切换到更小量程压差计，返回压差采集步骤；如否则输出压差过低报警信号并停机；

大压差计判断步骤——判断是否有更大量程压差计，如是则输出相应控制信号，关闭当前压差选控阀，切换到更大量程压差计，返回压差采集步骤；如否则输出压差过高报警信号并停机。