JP2004156943A - Measuring instrument and measuring method for charged pressure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アキュムレータ等の圧力容器における封入圧の大きさを測定する封入圧測定装置および封入圧測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
蓄圧装置または脈圧吸収装置等として用いられるアキュムレータに封入されるガスの圧力すなわち封入圧を測定することは、アキュムレータの作動特性を特定し仕様を設定する上で極めて重要とされている。封入圧とは大気圧下、規定の温度雰囲気における封入ガスの圧力をいう。
【0003】
従来、アキュムレータの封入圧を測定する場合には、アキュムレータのフルード室にフルードを圧入してアキュムレータ内を加圧し、圧力の変曲点(ポートが開く点)を求めることにより封入圧を測定する方法が開発されている(特許文献1参照)。
【0004】
この先行技術は、封入圧を比較的容易に測定できる優れた技術であるが、以下の点で不都合を有している。
▲1▼ ポートが開くとき、張付きが起こり、封入圧より高い値を示すことがある。
▲2▼ 張付きによる外圧との圧力差から平衡状態に移行するまでに、ガス圧が不安定になり、圧力変動によるノイズが発生し、正確な封入圧を検出しにくい。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−139501号公報
【特許文献2】
特開2001−13044号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑み、上記従来の変曲点検出による測定方法に代わり、圧力変化、時間、流量、温度を測定することで気体の物性から封入圧を算出し、もって封入圧の測定精度を向上させることができる封入圧測定装置および封入圧測定方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項1による測定装置は、アキュムレータ等の圧力容器における封入圧を測定する封入圧測定装置において、前記圧力容器のフルード室にフルードを圧入して前記圧力容器内を加圧する手段と、前記加圧手段による加圧中に流量、時間、圧力および温度を測定する手段と、前記測定手段による測定データを収集して演算処理するパソコンとを有することを特徴とするものである。
【0008】
また、本発明の請求項2による測定装置は、上記した請求項1の封入圧測定装置において、封入圧をP0、封入ガスボリュームをV0、流量をQ、時間をt、圧力をP、ポリトロープ指数をnとして、
上記(1)式により演算処理を実行することを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明の請求項3による測定方法は、アキュムレータ等の圧力容器における封入圧を測定する封入圧測定方法において、前記圧力容器のフルード室にフルードを圧入して前記圧力容器内を加圧し、加圧中に流量、時間、圧力および温度を測定し、得られた測定データをパソコンを用いて演算処理することにより前記封入圧を測定することを特徴とするものである。
【0010】
更にまた、本発明の請求項4による測定方法は、上記した請求項3の封入圧測定方法において、封入圧をP0、封入ガスボリュームをV0、流量をQ、時間をt、圧力をP、ポリトロープ指数をnとして、
上記(1)式により演算処理を実行することを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【0012】
図1は、本発明の実施例に係る封入圧測定装置1の概略を示しており、この測定装置1はアキュムレータ21の封入圧を測定するものである。アキュムレータ21は、シェル22の内部にブラダ23を架設することによってシェル22の内部をガス室24とフルード室25とに区画しており、このうちのガス室24に封入されたガスの圧力すなわち封入圧を測定する。
【0013】
構成としては先ず、アキュムレータ21のフルード室25にフルード(作動油)を圧入してアキュムレータ21内を加圧する加圧手段として、タンク2、ポンプ3および配管4などが設けられており、加圧手段による加圧中に、流量、圧力および温度を測定する測定手段として、流量計5、圧力計6および温度計7などが設けられており、測定手段による測定データを収集し演算処理する手段としてパソコン8が設けられている。ポンプ3は定流量ポンプである。流量計5は流量をアナログ電圧で出力する。圧力計6は圧力をアナログ電圧で出力する。温度計7は温度をアナログ電圧で出力する。パソコン8はデータ収集用であり、流量計5、圧力計6および温度計7からの電圧値をA/Dボードで変換し、内部クロックで時間を測定する。取り込んだデータはパソコン8内で処理を行ない、封入圧を算出する。フルードとしてはブレーキフルードを使用する。
【0014】
ポンプ3から吐き出されたフルードは、流量計5および圧力計6を経てアキュムレータ21に流れる。そのときの時間、流量および圧力の変化をパソコン8によって測定する。容積の変化は、ガスボリューム(初期容積)が分かっていれば時間と流量の関係から導き出すことができる。また、温度計7により規定温度での封入圧値に換算する。
【0015】
演算処理は以下のようにして行なわれる。
【0016】
(1)理論式
時間t、圧力P、容積V、流量Qとし、時間t0、t1、t2におけるそれぞれの値を添え字1、2、3で表わすとする。このとき、圧力P0は封入圧、容積V0はガスボリュームとなる。
【0017】
圧縮を受ける気体の状態式は、ポリトロープ指数をnとすると、
上の式より
以上の式より、封入圧P0は以下のように表わされる。
【0018】
また、理論圧力変化は以下の式で表わすことができる。
【0019】
(2)データ処理
実験は流量を一定とした上で行なった。
【0020】
図2の「圧力−時間線図」参照。
【0021】
この図2の測定時間9秒弱のあたりにある特性が変わっている点が変曲点であり、アキュムレータの内圧とポンプから送られた作動油の圧力が平衡し、アキュムレータのポートが開く点である。
【0022】
上記従来の変曲点検出による測定方法は、上記変曲点におけるデータをもとに圧力変化値を微分して、変化のタイミングで変曲点圧力を決定していた。
【0023】
図3の「従来技術における封入圧の検出」参照。
【0024】
しかし、この方法では、ポートの張付きによる誤差や、開いたあとのノイズの影響により、測定精度は数kgf/cm2程度であった。
【0025】
これに対して、本発明による測定方法では、上記変曲点を開始時間ととっているが、変曲点のばらつきによる時間的誤差はほとんど影響がない。
【0026】
図4の「ポリトロープ指数算出」参照。
【0027】
そこから、任意の2点以上での圧力および時間を選択し、以下の式を用いることでポリトロープ指数を算出する。
すなわち、任意の2点(添え字1、2)における時間と圧力より、ポリトロープ指数は
となる。
求めたポリトロープ指数をフィードバックし、それぞれの測定値を(1)式に代入することで、任意の点において封入圧を求めることができる。
【0028】
図5の「封入圧算出結果」参照。
【0029】
本発明方法における封入圧測定の精度はそれぞれの誤差の影響にもよるが、±0.5kgf/cm2と良く、封入圧の測定誤差を抑えることができる。
【0030】
(3)評価実験
▲1▼評価実験の構成
アキュムレータ内の圧力および温度を測定できるサンプルを用意し、本発明方法の評価を行なった。
【0031】
評価実験装置11の構成は図6に示すとおりであり、ポンプの代わりに、ピストン13の移動量をコントロールできる設備(ハイドロパルス試験機)12を用い、圧力計は装置側圧力検出センサ(センサA)14、流量計の代わりにレーザー変位計15を用いてピストン13の移動量から流量を求めた。また、アキュムレータ21内に取り付けたACC内圧力検出センサ(センサB)16および温度センサ(センサC)17により、アキュムレータ21内の圧力と温度の変化を測定することで、本発明方法の評価に用いる指標とした。
【0032】
評価実験には3種類のワークを用意し、流量60、50、40、13.5cc/secの条件において繰り返し測定を行なった。
【0033】
封入圧として、センサB16により測定した加圧前の圧力を正とし、そこからの誤差を、従来方式である変曲点検出方法との比較を行なうことで評価する。
【0034】
図7の「測定画面と封入圧算出結果」参照。
【0035】
▲2▼評価実験の結果
図8ないし図11のグラフは、それぞれの流量において、ACC内圧力検出センサ16より求めた封入圧を正とし、そこからの誤差の絶対値を比較したものである。それぞれの流量において、図上上側のグラフが本発明方法の結果、図上下側のグラフが従来方法の結果を示している。また、プロットは平均値を示しており、バーは最大値および最小値の幅を示している。
【0036】
▲3▼評価実験の結論
流量の高低やワークに関係なく、従来技術である変曲点検出による測定方法に比べて、本発明の測定方法は格段に封入圧検出精度が高いことが確認できた。また、再現性があることも確認することができた。
【0037】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【0038】
すなわち、上記構成を備えた本発明の各請求項による測定装置および測定方法によれば、圧力変化、時間、流量および温度を測定することにより気体の物性から封入圧を算出するようにしたので、封入圧の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る封入圧測定装置の構成説明図
【図2】圧力および時間の関係を示すグラフ図
【図3】従来技術における封入圧検出方法を示すグラフ図
【図4】ポリトロープ指数算出方法を示すグラフ図
【図5】封入圧算出結果を示すグラフ図
【図6】評価実験装置の構成説明図
【図7】測定画面および封入圧算出結果を示すグラフ図
【図8】評価実験結果(60cc/sec)を示すグラフ図
【図9】評価実験結果(50cc/sec)を示すグラフ図
【図10】評価実験結果(40cc/sec)を示すグラフ図
【図11】評価実験結果(13.5cc/sec)を示すグラフ図
【符号の説明】
1 封入圧測定装置
2 タンク
3 ポンプ
4 配管
5 流量計
6 圧力計
7 温度計
8 パソコン
11 評価実験装置
12 ハイドロパルス試験機
13 ピストン
14 装置側圧力検出センサ
15 レーザー変位計
16 ACC内圧力検出センサ
17 温度センサ
21 アキュムレータ(圧力容器)
22 シェル
23 ブラダ
24 ガス室
25 フルード室[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sealing pressure measuring device and a sealing pressure measuring method for measuring the magnitude of a sealing pressure in a pressure vessel such as an accumulator.
[0002]
[Prior art]
It is extremely important to measure the pressure of a gas sealed in an accumulator used as a pressure accumulator or a pulse pressure absorbing device, that is, a sealed pressure, in specifying operating characteristics of an accumulator and setting specifications. The filling pressure refers to the pressure of the filling gas in a specified temperature atmosphere under atmospheric pressure.
[0003]
Conventionally, when measuring the filling pressure of an accumulator, a method of measuring the filling pressure by injecting fluid into a fluid chamber of the accumulator, pressurizing the inside of the accumulator, and finding an inflection point of the pressure (a point at which a port opens). Has been developed (see Patent Document 1).
[0004]
This prior art is an excellent technique that can relatively easily measure the sealing pressure, but has the following disadvantages.
{Circle around (1)} When the port is opened, sticking may occur and the value may be higher than the sealing pressure.
{Circle around (2)} The gas pressure becomes unstable until a transition to an equilibrium state from the pressure difference from the external pressure due to sticking, noise is generated due to pressure fluctuation, and it is difficult to detect an accurate sealing pressure.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-139501 [Patent Document 2]
JP 2001-13044 A
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, the present invention calculates the sealing pressure from the physical properties of gas by measuring pressure change, time, flow rate, and temperature, instead of the above-described conventional measuring method using inflection point detection, and thereby measuring the sealing pressure. It is an object of the present invention to provide a sealing pressure measuring device and a sealing pressure measuring method capable of improving accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a measuring apparatus according to
[0008]
The measuring apparatus according to claim 2 of the present invention is the same as the above-described filling pressure measuring apparatus according to
It is characterized in that the arithmetic processing is executed by the above equation (1).
[0009]
In addition, the measuring method according to
[0010]
Furthermore, the measuring method according to claim 4 of the present invention is the same as the above-described method for measuring filling pressure according to
It is characterized in that the arithmetic processing is executed by the above equation (1).
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 schematically shows a sealing
[0013]
First, a tank 2, a
[0014]
Fluid discharged from the
[0015]
The arithmetic processing is performed as follows.
[0016]
(1) The theoretical formulas are assumed to be time t, pressure P, volume V, and flow rate Q, and respective values at times t 0 , t 1 , and t 2 are represented by
[0017]
The state equation of a gas undergoing compression is as follows, where the polytropic index is n.
From the above formula
From the above equations, filling pressure P 0 is expressed as follows.
[0018]
The theoretical pressure change can be expressed by the following equation.
[0019]
(2) The data processing experiment was performed with the flow rate kept constant.
[0020]
See "Pressure-Time Diagram" in FIG.
[0021]
The inflection point is where the characteristic around the measurement time of less than 9 seconds in FIG. 2 changes, and the point at which the internal pressure of the accumulator and the pressure of the hydraulic oil sent from the pump are balanced and the port of the accumulator opens. is there.
[0022]
In the conventional measurement method using inflection point detection, the pressure change value is differentiated based on the data at the inflection point, and the inflection point pressure is determined at the timing of the change.
[0023]
See "Detection of sealing pressure in prior art" in FIG.
[0024]
However, in this method, the measurement accuracy was about several kgf / cm 2 due to an error due to sticking of the port and the influence of noise after opening.
[0025]
On the other hand, in the measuring method according to the present invention, the inflection point is taken as the start time, but the time error due to the variation of the inflection point has almost no influence.
[0026]
See "Polytropic Index Calculation" in FIG.
[0027]
From there, the pressure and time at any two or more points are selected, and the polytropic index is calculated by using the following equation.
That is, from the time and pressure at any two points (
It becomes.
By feeding back the obtained polytropic index and substituting the respective measured values into the equation (1), the sealing pressure can be obtained at an arbitrary point.
[0028]
See “Results of calculation of sealing pressure” in FIG.
[0029]
Although the accuracy of the sealing pressure measurement in the method of the present invention depends on the influence of each error, it is preferably ± 0.5 kgf / cm 2, and the measurement error of the sealing pressure can be suppressed.
[0030]
(3) Evaluation experiment (1) Construction of evaluation experiment A sample capable of measuring the pressure and temperature in the accumulator was prepared, and the method of the present invention was evaluated.
[0031]
The configuration of the
[0032]
Three types of works were prepared for the evaluation experiment, and the measurement was repeatedly performed under the conditions of flow rates of 60, 50, 40, and 13.5 cc / sec.
[0033]
As the sealing pressure, the pressure before pressurization measured by the sensor B16 is set to be positive, and an error therefrom is evaluated by comparing with an inflection point detection method which is a conventional method.
[0034]
See “Measurement screen and sealing pressure calculation result” in FIG. 7.
[0035]
(2) Results of evaluation experiment The graphs in FIGS. 8 to 11 are obtained by making the sealing pressure obtained by the ACC internal
[0036]
(3) Conclusion of the evaluation experiment Regardless of the flow rate and the work, it was confirmed that the measurement method of the present invention has a significantly higher sealing pressure detection accuracy than the conventional measurement method using the inflection point detection. . In addition, it was confirmed that there was reproducibility.
[0037]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
[0038]
That is, according to the measuring device and the measuring method according to the claims of the present invention having the above-described configuration, since the pressure change, time, flow rate, and temperature are measured to calculate the sealing pressure from the physical properties of the gas, Measurement accuracy of the sealing pressure can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration explanatory view of a sealing pressure measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing a relationship between pressure and time. FIG. 3 is a graph showing a sealing pressure detecting method in the prior art. FIG. 5 is a graph showing the method of calculating the polytropic index. FIG. 5 is a graph showing the result of calculating the sealing pressure. FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the evaluation experiment apparatus. FIG. 7 is a graph showing the measurement screen and the result of calculating the filling pressure. FIG. 9 is a graph showing evaluation test results (60 cc / sec). FIG. 9 is a graph showing evaluation experiment results (50 cc / sec). FIG. 10 is a graph showing evaluation experiment results (40 cc / sec). Graph showing experimental results (13.5 cc / sec).
DESCRIPTION OF
22
Claims (4)
前記圧力容器のフルード室にフルードを圧入して前記圧力容器内を加圧する手段と、前記加圧手段による加圧中に流量、時間、圧力および温度を測定する手段と、前記測定手段による測定データを収集して演算処理するパソコンとを有することを特徴とする封入圧測定装置。In an enclosure pressure measuring device that measures the enclosure pressure in a pressure vessel such as an accumulator,
Means for pressurizing the inside of the pressure vessel by injecting fluid into the fluid chamber of the pressure vessel, means for measuring flow rate, time, pressure and temperature during pressurization by the pressurizing means, and measurement data by the measuring means And a personal computer that collects and performs arithmetic processing.
封入圧をP0、封入ガスボリュームをV0、流量をQ、時間をt、圧力をP、ポリトロープ指数をnとして、
上記(1)式により演算処理を実行することを特徴とする封入圧測定装置。The sealing pressure measuring device according to claim 1,
When the filling pressure is P 0 , the filling gas volume is V 0 , the flow rate is Q, the time is t, the pressure is P, and the polytropic index is n,
An enclosure pressure measuring device, which performs arithmetic processing by the above equation (1).
前記圧力容器のフルード室にフルードを圧入して前記圧力容器内を加圧し、加圧中に流量、時間、圧力および温度を測定し、得られた測定データをパソコンを用いて演算処理することにより前記封入圧を測定することを特徴とする封入圧測定方法。In an enclosure pressure measuring method for measuring an enclosure pressure in a pressure vessel such as an accumulator,
By pressurizing the inside of the pressure vessel by injecting fluid into the fluid chamber of the pressure vessel, measuring the flow rate, time, pressure and temperature during the pressurization, and performing arithmetic processing on the obtained measurement data using a personal computer. A method for measuring the filling pressure, comprising measuring the filling pressure.
封入圧をP0、封入ガスボリュームをV0、流量をQ、時間をt、圧力をP、ポリトロープ指数をnとして、
上記(1)式により演算処理を実行することを特徴とする封入圧測定方法。In the method for measuring a sealing pressure according to claim 3,
When the filling pressure is P 0 , the filling gas volume is V 0 , the flow rate is Q, the time is t, the pressure is P, and the polytropic index is n,
A method of measuring an enclosed pressure, wherein the arithmetic processing is performed by the above equation (1).
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