CN110779437B - 一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法,其特征在于由轴向橡塑密封、磁流体、传感头、模拟密封副及信号提取处理电路组成,轴向橡塑密封和传感头之间充满磁流体,传感头安装在模拟密封副内,传感头的两根导线和信号提取处理电路相连,信号提取处理电路由震荡电路、检波电路、滤波电路、线性补偿电路、和归一化处理电路组成;测试方法由四步组成。本发明可用于能进行橡塑密封油膜厚度的精确测量,具有结构简单,测量精度高,线性度高及可重复性好等优点,可用于橡塑密封科学研究、工作状态监控等领域。
Description
技术领域
本发明涉及油膜厚度测量领域,所发明的一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法,能进行橡塑密封油膜厚度的精确测量,具有结构简单,测量精度高,线性度高及可重复性好等优点,可用于橡塑密封科学研究、工作状况监控等领域。
背景技术
在液压系统中,采用橡塑密封是主要的动密封形式,橡塑密封件和零件之间有相对的转动或移动,中间的油膜厚度是决定密封是否可靠的重要因素,若油膜厚度过厚,会出现跑冒滴漏现象,若油膜厚度太薄,会出现发热严重,热量不能扩散,导致密封件温度过高,影响密封件的寿命,故确定合理的油膜厚度是进行密封件科学研究,设计密封件形状精度及可靠性等参数的重要依据。专利201910194770.7发明了一种基于TDLAS技术的润滑油膜厚度测量方法及其装置,但其测试对象为金属零件之间的油膜厚度;专利号为201811350282.2公布了推力轴承油膜厚度的测量方法,其测试对象为推力轴承,也就是说这些专利在橡塑密封中由于橡塑密封的特殊性导致不能使用,而市场上也没见到能对橡塑密封油膜厚度进行测试的装置。
发明内容
本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种结构简单可靠,精度高,线性度高,重复性好的能对橡塑密封油膜厚度进行精确测量的测量方法。
本发明的技术解决方案为:一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法,其特征在于该测试方法的测试装置由轴向橡塑密封、磁流体、传感头、模拟密封副及信号提取处理电路组成,轴向橡塑密封和传感头之间充满磁流体,传感头安装在模拟密封副内,传感头的两根导线和信号提取处理电路相连,信号提取处理电路由震荡电路、检波电路、滤波电路、线性补偿电路和归一化处理电路组成;包括以下步骤:1)制备特殊的润滑油-磁流体;2)把模拟密封副开槽,把传感头安装在模拟密封副槽内,注意传感头的上表面和模拟密封副的顶面有一定的平行度,并填满环氧树脂胶固化处理;待环氧树脂胶完全固化后把模拟密封副的顶面整体精加工,保证传感头的上表面全部加工到,但传感头的加工量不能超过0.5毫米;4)按工作要求,把磁流体加在轴向橡塑密封和模拟密封副之间,并按工作状况给橡塑密封和模拟密封增加压力和相对转速,根据处理电路输出的电压值表示出油膜的厚度。其特征在于;所加入的磁粉为钕铁硼磁粉,颗粒度为纳米级;油膜厚度的表达式为:式中,h为油膜厚度,L为绕组、铁芯和磁流体组成磁路的电感;g为油膜处磁流体部分长度;z为传感器绕组匝数;uf为磁流体磁导率,根据测量出的磁路电感来表征油膜厚度;其特征在于:传感头由绕组缠绕在铁芯上,铁芯由两片薄硅钢片组成,硅钢片中间喷绝缘漆粘接,其特征在于:模拟密封副采用不导磁不锈钢,模拟密封副上开槽要大于铁芯至少一边1毫米;其特征在于:信号处理电路中震荡电路采用电容电感耦合型震荡电路,电阻R1Z2和电阻R1Z3并联,然后和电阻R1Z1串联,组成一个可调电阻组,之后接R2,R2一端接运算放大器UA的正输入端,另一端接电容C1,运算放大器UA的负端接三极管QZ的发射极,输出端接电容C1端,然后接三极管QZ的基极,三极管QZ的发射极接绕组的一端,绕组的另一端接电源正极VCC,电阻R15和绕组两端并联,电容C2一端接三极管QZ的集电极,一端接R4一端,R4另一端接三极管QZ的发射极,C2和R4汇接后接电感L1,L1和R5串联,然后接地;检波电路由二极管D1和电阻R6串联,电源正端Vcc通过电容C4连接在D1和电阻R6之间,R7和D2串联后接地;滤波电路由运算放大器UB,电阻R11Z3和R11Z2并联,然后和R11Z1串联后组成电阻组接于运算放大器UB的反向接入端和输出端,电容C5和电阻组并联也连接于运算放大器UB的反向输入端和输出端;线性补偿电路由电源的正端,接电阻R8,电阻R9Z2和电阻R9Z3并联,然后和电阻R9Z1串联,组成电容组,电容组一端接R8一端,另一端接地;电阻R10连R8和电阻组之间,另一端连接于C5和另一电阻组之间;归一化处理电路由R12和R14组成,R12一端接地,然后接R14,R14另一端即为输出,其特征在于:信号处理电路中的可调电阻用两个电阻并联然后和另一电阻串联的方式来实现。
上述方案的原理是:液压油中加入纳米级的磁粉颗粒后,油的性质改变,变为导磁的磁流体,传感头放在模拟密封副内,用环氧树脂胶固化处理,然后再加工,加工后传感头的铁芯上边和模拟密封副的上表面平齐,模拟密封副采用不导磁的高强度不锈钢材料,这时铁芯上边到轴向橡塑密封的距离即为油膜的厚度。测试油膜厚度时,由于铁芯中间有细小的缝隙,则其上部的磁流体和铁芯形成一闭合磁路,磁路总的感抗等于线圈绕组感抗和缺口处油膜感抗之和,当油膜厚度变化时由于铁芯厚度极小,其油膜厚度的表达式为:式中,h为油膜厚度,L为绕组、铁芯和磁流体组成磁路的电感;g为油膜处磁流体部分长度;z为传感器绕组匝数;uf为磁流体磁导率,根据测试出的磁路电感来测试出油膜厚度;只要测出绕组铁芯和磁流体组成磁路的电感L,即可代入公式算出油膜的厚度,电感的测试方法是在绕组一端加上电源,另一端接电容电感耦合型震荡电路,震荡电路中电阻R1Z2和电阻R1Z3并联,然后和电阻R1Z1串联,通过这三个电阻不同阻值来凑所需要的阻值,之后接R2,R2一端接运算放大器UA的正输入端,另一端接电容C1,运算放大器UA的负端接三极管QZ的发射极,输出端接电容C1端,然后接三极管QZ的基极,电阻R15和绕组两端并联,电容C2一端接三极管QZ的集电极,一端接R4一端,R4另一端接三极管QZ的发射极,C2和R4汇接后接电感L1,L1和R5串联,然后接地,通过电容C1和线圈的匝数来决定震荡频率,震荡频率取60K赫兹,若油膜厚度变小,则震荡电路信号的幅值增大,反之则减小,而震荡频率不变,该信号送入检波电路,检波电路由二极管D1和电阻R6串联,电源正端Vcc通过电容C4连接在D1和电阻R6之间,R7和D2串联后接地,通过检波电路后的信号变为直流分量,直流分量的大小等于幅值,但含有干扰信号,该信号通入滤波电路,滤波电路由运算放大器UB,电阻R11Z3和R11Z2并联,然后和R11Z1串联后组成电阻组接于运算放大器UB的反向接入端和输出端,电容C5和电阻组并联也连接于运算放大器UB的反向输入端和输出端,该电路组成有源滤波电路,能滤除高次的交流分量,然后信号进入线性线性补偿电路由电源的正端,接电阻R8,电阻R9Z2和电阻R9Z3并联,然后和电阻R9Z1串联,组成电容组,电容组一端接R8一端,另一端接地;电阻R10连R8和电阻组之间,另一端连接于C5和另一电阻组之间,通过线性补偿电阻,补偿信号的偏置,然后信号进入归一化处理电路由R12和R14组成,R12一端接地,然后接R14,R14另一端即为输出,通过不同的阻值来调节信号的幅值,以适应测量需要。
本发明与现有类似系统的优点是:能进行轴向橡塑密封油膜厚度的测量,填补该方面的空白,能测量小于1微米的油膜厚度,且结构简单,价格低廉,线性度好,测量电路可靠,工程性强等优点,可用于橡塑密封的研究、监控等方面。
附图说明
图1为本发明技术解决方案的一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法的测试装置示意图;
图2为本发明技术解决方案的一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法的测试装置传感头3示意图;
图3为本发明技术解决方案的一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法的测试装置信号处理提取电路5示意图;
具体实施方式
如图1所示,由轴向橡塑密封1、磁流体2、传感头3、模拟密封副4及信号提取处理电路5组成,轴向橡塑密封1和传感头3之间充满磁流体2,传感头3安装在模拟密封副4内,传感头3的两根导线和分别和信号提取处理电路5的三极管QZ集电极和电源相连,信号提取处理电路5组成。测试方法包括以下步骤:
1)制备特殊的润滑油-磁流体2,所加入的磁粉为钕铁硼磁粉,颗粒度为纳米级,搅拌均匀。
2)把模拟密封副4开槽,把传感头3安装在模拟密封副4槽内,注意传感头3的上表面和模拟密封副4的顶面有一定的平行度,并填满环氧树脂胶固化处理;
3)待环氧树脂胶完全固化后把模拟密封副4的顶面整体精加工,保证传感头3的上表面全部加工到;
4)按工作要求,把磁流体2加在轴向橡塑密封1和模拟密封副4之间,并按工作状况给橡塑密封1和模拟密封4增加压力和相对转速,根据处理电路5输出的电压值表示出油膜的厚度。
图2为本发明中传感头3的结构示意图,铁芯32采用两片硅钢片叠加而成,中间刷绝缘漆,叠加后厚度为0.3-0.4mm,上部宽度为g的尺寸在保证可加工的前提小越小越好,但不能为0,然后绕制绕组31,31采用漆包线。
图3为发明中信号提取处理电路5的示意图,信号提取处理电路5由震荡电路51、检波电路52、滤波电路53、线性补偿电路54、和归一化处理电路55组成,震荡电路51采用电容电感耦合型震荡电路,电阻R1Z2和电阻R1Z3并联,然后和电阻R1Z1串联,组成一个可调电阻组,之后接R2,R2一端接运算放大器UA的正输入端,另一端接电容C1,运算放大器UA的负端接三极管QZ的发射极,输出端接电容C1端,然后接三极管QZ的基极,三极管QZ的发射极接绕组31的一端,绕组31的另一端接电源正极VCC,电阻R15和绕组31两端并联,电容C2一端接三极管QZ的集电极,一端接R4一端,R4另一端接三极管QZ的发射极,C2和R4汇接后接电感L1,L1和R5串联,然后接地;检波电路52由二极管D1和电阻R6串联,电源正端Vcc通过电容C4连接在D1和电阻R6之间,R7和D2串联后接地;滤波电路53由运算放大器UB,电阻R11Z3和R11Z2并联,然后和R11Z1串联后组成电阻组接于运算放大器UB的反向接入端和输出端,电容C5和电阻组并联也连接于运算放大器UB的反向输入端和输出端;线性补偿电路54由电源的正端,接电阻R8,电阻R9Z2和电阻R9Z3并联,然后和电阻R9Z1串联,组成电容组,电容组一端接R8一端,另一端接地;电阻R10连R8和电阻组之间,另一端连接于C5和另一电阻组之间;归一化处理电路55由R12和R14组成,R12一端接地,然后接R14,R14另一端即为输出。
总之,本发明的一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法,提供一种能进行轴向橡塑密封油膜厚度的测试,可进行液压系统中密封件油膜厚度的测量,最小的可测试油膜厚度在1微米以下。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法,其特征在于测试方法的测试装置由轴向橡塑密封(1)、磁流体(2)、传感头(3)、模拟密封副(4)及信号提取处理电路(5)组成,传感头(3)的两根导线和信号提取处理电路(5)相连,传感头(3)由绕组(31)缠绕在铁芯(32)上,信号提取处理电路(5)由震荡电路(51)、检波电路(52)、滤波电路(53)、线性补偿电路(54)、和归一化处理电路(55)组成;制备润滑油磁流体(2),把模拟密封副(4)开槽,把传感头(3)安装在模拟密封副(4)槽内,把磁流体(2)加在轴向橡塑密封(1)和模拟密封副(4)之间,轴向橡塑密封(1)和传感头(3)之间充满磁流体,并按工作状况给橡塑密封(1)和模拟密封副(4)增加压力和相对转速,根据信号提取处理电路(5)输出的电压值表征电感,油膜厚度的表达式为:
式中,h为油膜厚度,L为绕组、铁芯和磁流体组成磁路的电感;g为油膜处磁流体部分长度;z为传感器绕组匝数;uf为磁流体磁导率,根据测试出的磁路电感来求出油膜厚度。
2.根据权利要求1所述的一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法,其特征在于:制备的磁流体中所加入的磁粉为钕铁硼磁粉,颗粒度为纳米级,把传感头(3)安装在模拟密封副(4)槽内,注意传感头(3)的上表面和模拟密封副(4)的顶面有一定的平行度,并填满环氧树脂胶固化处理;待环氧树脂胶完全固化后把模拟密封副(4)的顶面整体精加工,保证传感头(3)的上表面全部加工到,但传感头(3)加工量不能超过0.5毫米。
3.根据权利要求1所述的一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法,其特征在于:传感头(3)的铁芯(32)由两片薄硅钢片组成,硅钢片中间喷绝缘漆粘接。
4.根据权利要求1所述的一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法,其特征在于:模拟密封副(4)采用不导磁不锈钢,模拟密封副(4)上开槽要大于铁芯(32)至少一边1毫米。
5.根据权利要求1所述的一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法,其特征在于:信号提取处理电路(5)中震荡电路(51)采用电容电感耦合型震荡电路,电阻R1Z2和电阻R1Z3并联,然后和电阻R1Z1串联,组成一个可调电阻组,之后接R2,R2一端接运算放大器UA的正输入端,另一端接电容C1,运算放大器UA的负端接三极管QZ的发射极,输出端接电容C1端,然后接三极管QZ的基极,三极管QZ的发射极接绕组(31)的一端,绕组(31)的另一端接电源正极VCC,电阻R15和绕组(31)两端并联,电容C2一端接三极管QZ的集电极,一端接R4一端,R4另一端接三极管QZ的发射极,C2和R4汇接后接电感L1,L1和R5串联,然后接地;检波电路(52)由二极管D1和电阻R6串联,电源正端Vcc通过电容C4连接在D1和电阻R6之间,R7和D2串联后接地;滤波电路(53)由运算放大器UB,电阻R11Z3和R11Z2并联,然后和R11Z1串联后组成电阻组接于运算放大器UB的反向接入端和输出端,电容C5和电阻组并联也连接于运算放大器UB的反向输入端和输出端;线性补偿电路(54)由电源的正端,接电阻R8,电阻R9Z2和电阻R9Z3并联,然后和电阻R9Z1串联,组成电容组,电容组一端接R8一端,另一端接地;电阻R10连R8和电阻组之间,另一端连接于C5和另一电阻组之间;归一化处理电路(55)由R12和R14组成,R12一端接地,然后接R14,R14另一端即为输出。
6.根据权利要求5所述的一种轴向橡塑密封油膜厚度测试方法,其特征在于:信号提取处理电路(5)中的可调电阻由电阻R1Z2和电阻R1Z3并联,然后和电阻R1Z1串联,组成一个可调电阻组来实现,通过选取不同的阻值组合达到所需要的阻值要求。
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