CN111310335B - 一种液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法，通过在液压管路中布置一对压力变送器，同步记录流体压力因柱塞泵压力脉动发生的变化，在获得管路中测点位置的同步压力信号后用零相位低通滤波器对信号进行预处理，最后对预处理后的压力信号进行互相关运算，求得动力源压力脉动在压力测量点间的传递时间，通过对压力波在测点间的传递时间进行做进一步计算，获得液压管路压力测点间流体的等效体积弹性模量。本发明不干扰液压系统正常运行，可实现流体等效体积弹性模量的在线软测量，操作简单，测量精度高。

Description

一种液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法

技术领域

本发明属于管路流体体积弹性模量测量技术领域，具体涉及一种液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法。

背景技术

流体体积弹性模量是衡量流体压缩性的重要指标，该指标影响液压系统刚度、控制精度、动态特性及非线性特性，准确测量流体压缩性意义重大。现有流体体积弹性模量测量装置及方法多针对静态流体的体积弹性模量测定，鲜有考虑流动流体的体积弹性模量测量。考虑到液压传动系统工作介质大多处于流动状态，而且气体在动态流体和静态流体中的溶解及释放速度不同，简单的用静态流体体积弹性模量替代动态流体，会造成参数错误。同时由于管路中流体体积弹性模量不仅随流体含气量和压力变化，还随管路流量、管路长度、管径不同而变化，测量难度更大。

因此，设计一套简单可行的流动流体等效体积弹性模量测量方法是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法，可以在线测量管路流体等效体积弹性模量随压力，流量，以及管路尺寸的变化情况。

本发明采用以下技术方案：

一种液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法，测试管路的一端连接动力源，另一端连接负载，在测试管路的流体入口端A及出口端B处分别布置第一压力变送器和第二压力变送器，出口端B与负载之间的管路上设置有流量传感器；以柱塞式液压泵作为动力源的液压系统，测试管路中传递由液压泵产生的压力脉动，作为测试液压管路流体等效体积弹性模量的激励信号，第一压力变送器和第二压力变送器测取布置点测试管路中的压力值，通过流量传感器监测测试管路的实际流量，信号依次经光电隔离保护和同步数据采集卡后发送至工业计算机；在保证无相差的前提下，工业计算机将采集的同步压力信号进行零相位低通数字滤波作为信号预处理；然后经互相关计算，识别压力脉动传递时间，计算得到测试管路中流体的等效体积弹性模量。

具体的，同步数据采集卡采样频率满足流体等效体积弹性模量计算精度要求，计算理论最小采样频率f。

进一步的，理论最小采样频率f具体为：

其中，ΔK_pipe为理论体积弹性模量精度，ρ_l为管路中流体密度，L为测点A、B间管路长度。

具体的，工业计算机将采集的同步压力信号进行零相位低通数字滤波作为信号预处理，对预处理后的两路压力信号进行互相关运算如下：

其中，P₁和P₂分别表示预处理后的两路同步采集的压力信号，N为总采样点数，m为求和运算计数值，n为P₁和P₂两路压力信号相对滞后点数。

具体的，测试管路流体的等效体积弹性模量K_pipe为：

其中，L为测点A、B间管路长度，ρ为管路中流体密度，t为测点间压力波传递时间。

具体的，负载包括液压马达和泵，测试管路经液压马达与泵连接，泵上设置有溢流阀。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法，巧妙利用了压力波传递速度携带的管路流体等效体积弹性模量信息，实现了对流体有效体积弹性的动态测量，可用于研究管路中流体等效体积弹性模量动态变化过程，传感器布置简单，液压管线改造成本低，测试过程不影响设备正常运行，可实现在线监测。

进一步的，通过控制测试过程中的采样频率，保证流体等效体积弹性模量测量精度。

进一步的，通过对两路同步压力信号进行互相关运算，得到压力脉动在管路中的传递时。

进一步的，利用压力脉动在管路中传递时间，可以直接计算得到管路流体等效体积弹性模量值。

进一步的，本发明设计的流体回路可以方便实现管路流体的流量及压力改变。

综上所述，本发明可以实现在不干扰液压系统正常工作前提下，完成管路油液等效体积弹性模量的在线软测量。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为液压系统回路中压力变送器及流量传感器布置图；

图2为测试信号硬件处理和软件处理流程图；

图3为系统压力为6MPa时，油液体积弹性模量随系统流量的试验结果图；

图4为系统压力为8MPa时，油液体积弹性模量随系统流量的试验结果图；

图5为系统压力为10MPa时，油液体积弹性模量随系统流量的试验结果图。

其中：1.变频电机；2.柱塞泵；3.第一压力变送器；4.第二压力变送器；5.流量传感器；6.液压马达；7.泵；8.溢流阀。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供了一种液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量系统，包括测试管路、动力源、负载、第一压力变送器3、第二压力变送器4和流量传感器5，

动力源包括变频电机1和柱塞泵2，变频电机1与柱塞泵2连接，柱塞泵2与测试管路的一端连接，测试管路的另一端经流量传感器5与负载连接，负载包括液压马达6和泵7，测试管路经液压马达6与泵7连接，泵7上设置有溢流阀8；测试管路的流体入口端A处设置有第一压力变送器3，出口端B处设置有第二压力变送器4。

请参阅图2，本发明一种液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法，包括测试信号的采集及处理方法，以柱塞式液压泵作为动力源的液压系统，受液压泵工作特性影响，测试管路中会传递由液压泵产生的压力脉动，可以作为测试液压管路流体等效体积弹性模量的激励信号，在测试管路中，第一压力变送器3和第二压力变送器4分别布置在所需测量管路的流体入口端A及出口端B，直接与测试管路流体接触，测取布置点测试管路中的压力值，流量传感器5用于监测测试管路的实际流量，流量传感器5应避免布置在第一压力变送器3和第二压力变送器4之间，以防止削弱压力变送器间管路压力脉动信号强度，造成不必要的压力损失。具体步骤如下：

S1、第一压力变送器3和第二压力变送器4依次经过光电隔离保护和同步数据采集卡后与工业计算机连接；

第一压力变送器3和第二压力变送器4的信号在使用同步采集板卡采集前，经过光电隔离对信号进行保护，避免测试现场噪声干扰测试信号。

测量管路的压力变送器信号采集须使用性能良好的同步数据采集卡，其有效效益是严格保证采集信号的同步性。

同步数据采集卡采样频率满足流体等效体积弹性模量计算精度要求，将所需得到的理论体积弹性模量精度ΔK_pipe带入(1)，其有效效益是得到理论最小采样频率f。

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S2、在保证无相差的前提下，工业计算机将采集的同步压力信号进行零相位低通数字滤波作为信号预处理，其有效效益是进一步滤除信号中同步的高频噪声；

S3、然后对步骤S2预处理后的两路压力信号按(2)式进行互相关运算，

其中，P₁和P₂分别表示预处理后的两路同步采集的压力信号，N为总采样点数，m为求和运算计数值，n为P₁和P₂两路压力信号相对滞后点数。

S4、求预处理后的两路同步压力信号的互相关函数峰值，确定两压力测点之间压力波传递时间，将压力波传递时间带入(3)式，得到测试管路流体的等效体积弹性模量，完成在线软测量。

其中，L为测点A、B间管路长度，ρ_l为管路中流体密度，t为测点间压力波传递时间。

本发明适用于以柱塞式液压泵作为动力源的液压系统。受液压泵工作特性影响，液压管路中会传递由液压泵产生的压力脉动，其有效效益是可以作为测试液压管路流体等效体积弹性模量的激励信号。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

按照本发明方法组织实验，以柱塞式液压泵作为动力源的液压系统，受液压泵工作特性影响，测试管路中会传递由液压泵产生的压力脉动，可以作为测试液压管路流体等效体积弹性模量的激励信号，在测试管路中，第一压力变送器和第二压力变送器分别布置在所需测量管路的流体入口端A及出口端B，直接与测试管路流体接触，测取布置点测试管路中的压力值，流量传感器用于监测测试管路的实际流量，流量传感器应避免布置在第一压力变送器和第二压力变送器之间，以防止削弱压力变送器间管路压力脉动信号强度，造成不必要的压力损失。在图1系统管路中充满液压油，测试过程未中断系统正常运行，未干扰系统运行参数，测试数据表现出了良好的实时性。

请参阅图3、图4和图5，图3、图4、图5分别为管路压力为6MPa、8MPa和10MPa时，测得的管路液体等效体积弹性模量。

可以看出，随着系统压力升高，管路中液体的等效体积弹性模量增高；随着流量增加，管路中液体的等效体积弹性模量降低。管路中液体等效体积弹性模量随压力及流量的变化呈现出强烈的非线性特点。

综上所述，本方法不干扰液压系统正常运行，可实现流体等效体积弹性模量的在线软测量，操作简单，测量精度高。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法，其特征在于，测试管路的一端连接动力源，另一端连接负载，在测试管路的流体入口端A及出口端B处分别布置第一压力变送器(3)和第二压力变送器(4)，出口端B与负载之间的管路上设置有流量传感器(5)；以柱塞式液压泵作为动力源的液压系统，测试管路中传递由液压泵产生的压力脉动，作为测试液压管路流体等效体积弹性模量的激励信号，第一压力变送器(3)和第二压力变送器(4)测取布置点测试管路中的压力值，通过流量传感器(5)监测测试管路的实际流量，信号依次经光电隔离保护和同步数据采集卡后发送至工业计算机；在保证无相差的前提下，工业计算机将采集的同步压力信号进行零相位低通数字滤波作为信号预处理；然后经互相关计算，识别压力脉动传递时间，计算得到测试管路中流体的等效体积弹性模量；

工业计算机将采集的同步压力信号进行零相位低通数字滤波作为信号预处理，对预处理后的两路压力信号进行互相关运算如下：

其中，P₁和P₂分别表示预处理后的两路同步采集的压力信号，N为总采样点数，m为求和运算计数值，n为P₁和P₂两路压力信号相对滞后点数；

测试管路流体的等效体积弹性模量K_pipe为：

其中，L为测点A、B间管路长度，ρ为管路中流体密度，t为测点间压力波传递时间。

2.根据权利要求1所述的液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法，其特征在于，同步数据采集卡采样频率满足流体等效体积弹性模量计算精度要求，计算理论最小采样频率f。

3.根据权利要求2所述的液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法，其特征在于，理论最小采样频率f具体为：

其中，ΔK_pipe为理论体积弹性模量精度，r_l为管路中流体密度，L为测点A、B间管路长度。

4.根据权利要求1所述的液压管路流动流体等效体积弹性模量在线软测量方法，其特征在于，负载包括液压马达(6)和泵(7)，测试管路经液压马达(6)与泵(7)连接，泵(7)上设置有溢流阀(8)。

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