（轮机工程专业论文）非插入式液压系统管路压力与流量测量技术研究.pdf

l i l ll l ii i 1 li l li ii ii il y 17 9 8 3 2 0 t h e s t u d yf o rn o n - i n s e r t i n gt y p eh y d r u a l i cp i p e p r e s s u r e m e n ta n df l o wm e a s u r e m e n t t e c h n o l o g y d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r m e n t sf o rt h e d e g r e eo f d o c t o ro f e n g i n e e r i n g b y a nj i ( m a r i n ee n g i n e e r i n g ) d i s s e r t a t i o ns u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rs u ny uq i n g a p r i l ，2 0 1 0 ， 0 o 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 村啪擀就蚌膈签- t 宦蓼胪7 m论文作者签厶缀口年f 月午同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 论文作者 l f 卜-ir_一叠r ii j 创新点摘要 创新点摘要 1 、提出了通过测量流体压力引起的管路膨胀来计算管内压力的方法，以测量 夹具形变来反映管路膨胀，实现动态压力测量。 2 、对管路压力和流量的动态特性进行了深入分析，确定了影响管路动态流量 的主要非线性因素，以管路动态基本方程为基础，建立了动态流量和动态压力之 间的数学模型，可实现用管路动态压力计算动态流量。 3 、建立了非插入式液压管路压力与流量测量系统，验证了测量原理的正确性 和测量方法的可行性。 阿卜hk二二l _川一：川 、 。泠 - ， 0 中文摘要 摘要 以普通钢质液压管路为工程对象，对通过应变法来测量液压管道内流体压 力、流量的方法做了深入而系统的研究。 综述了压力、流量的非插入式测量技术和液压系统故障诊断技术的历史、现 状、问题及发展方向。为了满足对于液压设备的状态检测与故障诊断的实际要求， 提出了利用管道形变测量管路压力与流量非插入式测量的新方法。 在理论方面，总结了管道动态模型的理论，对管路动态基本方程中的非线性 因素进行研究，指出该方程是来源于微波技术中的微波传输线长线理论，液压系 统相对于电学中的微波传输过程的非线性因素太多，应对方程中各参数的设定加 以调整。对各非线性因素分别加以分析，发现管路综合弹性模量是对通过管路两 端动态压力推导管路动态流量过程中最大的非线性环节，必须对该环节引起的误 差进行纠正。 对介质的体积弹性模量变化规律进行了理论与实验研究，提出介质弹性模量 在本文中的赋值方案必须用实时测量的结果；同时，在仿真计算与工程设计中， 必须考虑弹性模量在一定范围内的变动，给出最大与最小值之间变化时系统内各 参数变化的范围。 在实践方面，从动态特性与静态特性两个方面在理论上论证了用应变电测方 法直接测量管道形变的可行性，并为夹具的进一步设计提供了基础。 在产品化方面，为了实现现场的多点测量，根据测量要求，设计了央具，首 先提出各种结构形式，并一一进行实验，其次，根据实验反馈的结果不断调整央 具的各种参数，最后设计出了满足要求的央具，方便了工程使用。 根据工程实际应用的需要，设计了简单、便携的数据采集系统。 最后，进行了试验分析。通过试验，验证了液压管路动态压力测量可以使用 应变电测法，并得出了央具安装的规范，为工程使用提供了指导意见，验证了可 以使用管路动态压力法推算介质流量。 关键词：非插入测量；液压系统；管路；动态特性；压力；流量 ， 一 p 二 j 户 j ，一_ 、 一 t ： j a b s t r a ct t h eo r d i n a r ys t e e lp i p ef o rt h eh y d r a u l i cs y s t e mi sc o n s i d e r e da st h em a i n s u b j e c t f l u i dp r e s s u r ea n df l o wr a t em e a s u r e m e n ti nt h ep i p e l i n eb a s e do n s t r a i nm o u t h e dh a v e b e e ns t u d i e d o u t l i n e st h eb a c k g r o u n do ft h i si s s u e ， t h ei m p o r t a n c e ，t h ep u r p o s ea n dp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e t h eh i s t o r y ， s t a t u s ，a n dt h ep r o b l e mo ft h ep r e s s u r ea n df l o wa n dt h e t e c h n o l o g yf o rf a u l td i a g n o s i st ot h eh y d r a u l i cs y s t e ma r er e v i e w e d i no r d e rt om e e tt h e n e e do fh y d r a u l i ce q u i p m e n tf a u l td e t e c t i o na n dd i a g n o s i s ，t h e d i s s e r t a t i o np r o p o s e da n e wm e a s u r e m e n tm e t h o du s i n g p i p ed i s t o r t i o nt om e a s u r et h ep r e s s u r ea n df l o wo ft h e f l u i di nt h ep i p eb a s e do n n o n - i n s e r t i n gt e c h n o l o g y i nt h ea s p e c to ft h e o r i e s ，t h ep i p e l i n ed y n a m i cm o d e la n dr e c e n t d e v e l o p m e n t s h a v eb e e ns u m m e du ps y s t e m a t i c a l l y a c c o r d i n gt o t h et r a n s m i s s i o nl i n et h e o r yi n m i c r o w a v et e c h n o l o g y , t h et i m e - d o m a i nr e p r e s e n t a t i o no ft h ep i p e l i n ed y n a m i cm o d e l h a sb e e nt a k e n t h en o n - l i n e a rf a c t o r so f t h ep i p e l i n ed y n a m i cm o d e lh a v eb e e ns t u d i e d p o i n t i n go u tb e c a u s et h i s e q u a t i o n i sd e r i v e df r o mm i c r o w a v et e c h n o l o g y , a n d c o m p a r e dw i t ht h eh y d r a u l i cs y s t e mo fe l e c t r i c a lm i c r o w a v et r a n s m i s s i o n ，t h e r ea r et o o m a n yn o n l i n e a rf a c t o r si nt h eh y d r a u l i cs y s t e ma n dt h en o n l i n e a rf a c t o r ss h o u l db e b a s e do nt h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h ee q u a t i o ni n s e t t i n gt h ep a r a m e t e r st ob ea d j u s t e d t h en o n - l i n e a rf a c t o r sw e r ea n a l y s i e d i tw a sb ef o u n dt h a tt h ei m p e d a n c em o d u l u s t h e l a r g e s tn o n - l i n e a rf a c t o r s ，a n dm u s tb ee l i m i n a t e d t h et h e o r e t i c a lr e s e a r c ht ot h ee l a s t i c i t ym o d u l u sc h a n g e sh a sb e e nm a d e i tw a s b e e np r o p o s e dt h a tt h e e l a s t i c i t ym o d u l u sc h a n g e sr a n d o m l y , a n dm u s tu s et h er e a l t i m e m e a s u r e m e n tr e s u l t so fo p e r a t i o n sa tt h es a m et i m e a n di ns i m u l a t i o na n de n g i n e e r i n g 英文摘要 t h ep i p e l i n eb ys t r a i nm e t h o d s ot h ef e a s i b i l i t yi sp r o v e di nt h es t a t i ca n dd y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h en e x tf i x t u r ei sp r o v i d e d i nt h ea s p e c to fc o m m e r c i a l i z a t i o n ，ac l a m ph a sb e e nd e s i g n e df o rm e a s u r e m e n t f i r s t ，t h ev a r i o u ss t r u c t u r ef o r m sh a v eb e e nb r o u g h tf o r w a r d ，a n dt h e nt h ee x p e r i m e n t w a sc a r r i e do u t a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t - e s u l t t h ec l a m pp a r a m e t e rc o n t i n u a l l y h a sb e e nr e a d j u s t e d a tl a s t ，a na p p r o p r i a t ec l a m ph a sb e e nd e s i g n e d t e s t sw e r ea n a l y z e d t h e s et e s t sp r o v e dt h ed y n a m i c p r e s s u r ei nh y d r a u l i cp i p ec a n b em e a s u r e db ys t r a i nm e t h o d ，t h eg u i d a n c ef o rt h el o c a t i o no ft h ec l a m p si nt h ep i p e h a v eb e e ng i v e n i ts h o w st h a tu s i n gt h ed y n a m i cp r e s s u r et oc a l c u l a t et h ef l o ww a s f e a s i b l e k e yw o r d s ：n o n - i n s e r t i n gm e a s u r e m e n t ；p i p e ；d y n a m i c ；f l u i dp o w e r ；p r e s s u r e ； f l o wr a t e p - i o ，、2 - 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 研究的意义1 1 1 1 课题的来源1 1 1 2 问题的提出1 1 2 压力、流量测量的一般概述2 1 3 非插入式压力、流量测量现状暨文献的概述3 1 3 1 超声波压力、流量计3 1 3 2 管外加热非插入式流量计5 1 3 3 激光多普勒流量计9 1 3 4 电磁流量计9 1 3 5 标记法9 1 3 6 压差法1 0 1 3 7 电容非介入式压力测量方法1 1 1 4 新方法的提出1 1 1 5 本章小结1 2 1 5 1 本文的研究内容1 2 1 5 2 本文的研究方法1 2 1 5 3 本文将解决的问题及意义1 4 第2 章管路压力与流量的动态特性关系研究1 5 2 1 流体管道频率特性分析16 2 2 管路基本方程的时域分析18 2 3 流体管路基本方程的非线性误差分析1 9 2 3 1 对摩阻模拟的非线性误差1 9 2 3 2 对液感模拟的非线性误差蕊2 0 2 3 3 对容性环节模拟的非线性误差2 1 2 4 非线性因素对管路基本方程影响2 2 目录 2 4 1 参数的设定2 2 2 4 2 液阻变化对流量的影响2 4 2 4 3 感抗变化对流量的影响2 6 2 4 4 容性阻抗变化对流量的影响2 8 2 5 本章小结3 0 第3 章体积弹性模量对压力与流量动态特性影响的研究3 3 3 1 气体的溶解性分析“3 4 3 1 1 液压介质中空气的存在性分析3 4 3 1 2 空气的溶解性分析3 4 3 2 液气双相流中压力波的传播速度3 7 3 2 1 气液两相流压力波速基本假设的分析3 7 3 2 2 液体、气体的可压缩性分析3 9 3 2 3 气液两相流压力波速关系式的仿真计算4 1 3 3 实验分析与研究“4 3 3 3 1 实验装置4 4 3 3 2 实验结果4 5 3 3 3 实验结果总结4 6 3 4 实验结果分析与结论”4 6 3 4 1 试验结果分析4 6 3 4 2 压力波波速赋值方案4 7 3 4 3 体积弹性模量变化规律的一般意义4 8 第4 章管壁应变的动态特性分析与实现应变测量的设计4 9 4 1 液压管道变形的静态计算“4 9 4 1 1 压力作用下圆筒受力与变形的计算公式4 9 4 1 2 实验管路的静态计算5 0 4 2 一般液压管道变形的应变率静态计算5 l 4 2 1 薄壁与厚壁模型的选择5 1 4 2 2 管路应变率变化范围分析5 2 c f 一 t 己 目录 4 2 3 管路固有频率的变化范围分析5 3 4 2 4 液压系统的脉动估计5 4 4 3 实现应变电测的设计5 4 4 4 应变电测的设计5 7 4 4 1 基本原理5 7 4 4 2 电阻应变片的工作特性5 8 4 4 3 测量电桥6 l 4 5 本章小结6 2 第5 章非插入式流量计夹具的设计6 3 5 1 非插入式流量计夹具的设计要求6 3 5 2 夹具与管路的变形传递模型6 4 5 3 央具与应变片的变形传递关系6 7 5 4 初步确定的夹具整体结构6 8 5 4 1 夹具材料选择6 8 5 4 2 夹具制造与连接方法7 0 5 5 高强度夹具设计7 5 5 6 夹具对测量的影响分析7 9 5 7 本章小结8 l 第6 章实验研究及实验数据分析8 3 6 1 直接测量应变压力测试法8 4 6 2 管路形状影响形变的各因素分析8 7 6 2 1 管路弯曲8 7 6 2 2 管路交叉9 2 6 3 基于单片机的数据采集系统的便携式特殊设计9 5 6 4 计算方案及结果9 7 6 5 误差分析9 9 6 5 1 动态模型误差9 9 6 5 2 管路制造引起的误差9 9 目录 6 5 - 3 应变片温度漂移引起的误差”1 0 0 6 5 4 零位漂移限制10 0 6 5 5 管路形变的温度灵敏性”1 0 1 6 5 6 随机误差”1 0 2 6 6 本章小结1 0 3 第7 章结论1 0 5 7 1 全文工作总结1 0 5 7 2 进一步研究工作的展望1 0 6 参考文献10 9 附录一管路基本方程的推导1 1 9 附录二符号表1 2 7 攻读学位期间的成果1 2 9 致谢13 1 p c 2 幽 0 基于非插入技术的液压系统压力与流量测量研究 1 1 研究的意义 第1 章绪论 1 1 1 课题的来源 本学位论文得到了国家自然科学基金 微型传感器装置实现液压系统流量测 量的理论及传感器研究，编号为5 0 1 5 7 0 0 7 及交通部科技攻关项目 船舶液压系统 新原理故障诊断装置研究，编号为9 5 一0 6 0 2 - 2 0 的资助，是这两个项目的重要组 成部分。 1 1 2 问题的提出 液压传动技术相对于机械传动，液压传动的状态不易被监测，故障不易被诊 断；相对于电传动技术，其状态参量不易被提取。因此对液压系统的状态监测和 故障诊断的研究就显得尤为重要。研究是沿着两个方向进行的，一为研究如何尽 量少使用参数就可对液压系统进行状态监测和故障诊断，另一个方向为如何尽量 方便地对液压系统进行测量以读取尽可能多的参数以方便检测和诊断。 笔者所在的研究小组在大量实践的基础上提出了用功率流方法来进行液压系 统的状态监测和故障诊断，运用图论的理论，通过分析液压系统的拓扑结构，只 需测量很少的点的功率值就可判断系统状态并进行故障诊断，这是沿第一个方向 进行的研究。但由于功率值的测量用传统的方法在管道安装仪表方可进行，这在 工程实现中有很大的困难。 功率为压力和流量的乘积，压力测量尤其是流量测量的一般传统方法会对液 体流动产生很大影响，大多数精密系统都不允许这样做。因为插入式测量方法一 方面使系统的初装费用增加，另一方面又会使系统的可靠性下降，同时使系统的 体积增大，效率降低。而这一切的收获只是使系统的状态监测有了保障，故障的 诊断得以加快。 事实上，液压系统的可靠性很高，一般出现故障的几率不大，在有特别要求 的场合还可以用设备冗余来提高安全系数。所以大部分的设备很少安装许多检测 元件，一般的情况是只安装一块或几块压力表。 遵循尽可能减少传感器的安装，又能进行系统的状态监测，同时在故障诊断 1 第1 章绪论 中能在尽可能减少拆装工作量，在尽可能短的时间内准确确认故障位置，并迅速 排除的基本诊断原则，研究非插入式压力、流量检测方法，研制便携式测量液压 系统的压力、流量装置。有助于获取多个非确定检测部位的压力、流量值，对于 液压系统的状态检测及故障诊断具有十分重要的意义n 3 。 1 2 压力、流量测量的一般概述 流量测量，发展到今天，已经是种类繁多，按利用的物理原理划分，可分为 以下几种心儿引： ( 1 ) 力学原理利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量原理的冲量式、 可动管式：利用牛顿第二定律的直接质量式；用动量定理的靶式；利用角动量的 涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式：利用动静压力差的皮托管；以及 容积式和堰槽式等等。 ( 2 ) 声学原理利用声学原理进行流量测量的有超声波式、声学式( 冲击波 式) 等等。 ( 3 ) 电学原理电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式。 ( 4 ) 热学原理热量式、直接量热式、间接量热式。 ( 5 ) 光学原理激光式、光电式等等。 ( 6 ) 原子物理原理核磁共振式、核辐射式。 ( 7 ) 其他原理有标记原理、跟踪原理。 q = v a( 1 1 ) 卜体积流量 ，流体在截面a 处的平均流速 a 管道的截面积 按流量、流速与面积的关系( 1 1 ) 来分流量测量方法有： 直接测量工作状态下流体体积的体积式流量计。 测出v 并- f f a ( 常数) ，求出q 的速度式流量计，例如：差压式流量计、涡街式流 量计、电磁式流量计等。 使流体的y 一定，而根据a 的变化来检测流量的面积式流量计。其中，速度式 占大多数。 2 ulllllljlilllllilillllliilf】jllllllj ；哆一 基丁非插入技术的液压系统压力与流量测龟研究 压力测量的方法有机械的压力表，非插入式的压力电测方法有压电法，应变 压力法等等。 根据与管道的安装关系，分为插入式和非插入式两种：前者指插入管道安装 传感器进行测量。后者是指传感器不需要插入管道进行的测量，下面将详细介绍 这种方法。 1 3 非插入式压力、流量测量现状暨文献的概述 流量测量技术的发展始终与生产发展的历史相适应。人们对流量测量的兴趣 可以追溯到一千多年前，由于民用水等经济核算的需要，导致容积式、速度式计 量仪表最早的发展，到1 9 世纪末，工业和日常生活中流量测量变得十分重要，压 差式流量计占主导地位，直到上世纪5 0 年代始才相继出现其他流量测量方法。目 前已有约六十种流量测量技术广泛应用于工业、农业与国民经济各个部门中。 目前，国内外普遍采用的流量测量方法是插入式测量方法，如节流式流量计、 靶式流量计、涡轮式流量计等。插入式测量方法的种种不足，已在第1 节中作了阐 述。基于本文的研究目的是为了寻找一种液压系统状态检测与故障诊断的方法下 面主要介绍非插入式的流量测量方法口1 。 非插入式流量计由于测量原理、测量方法与结构不同，种类也较多，现分述 如下： 1 3 1 超声波压力、流量计 超声技术应用于流量测量要回溯：至u 2 0 世纪5 0 年代后期，6 0 7 0 年代出现了 一批超声流量计( 简称u s f ) 专利，7 0 , - - , 8 0 年代众多型号u s f 商品投入市场。6 0 年代 末7 0 年代初研制出无需与被测管道接触，外夹装式超声换能器的u s f ，还发展多 普勒效应u s f 。1 9 7 2 年外央装式传播时问法u s f 商品投放市场，引起了用户极大兴 趣，推动t u s f 的发展随16 j 。 超声流测量的对象主要是封闭管道强迫流动n 副，以及明渠或未满管自由表面 自然流动，也用于测量江河、水文实验室过流断面的流速。 超声波测量装置可以将监测元件置于管壁外而不与流体直接接触，并且不破 坏流体的流场，没有压力损失，仪表的安装、检修均不影响管路系统及设备的正 第1 章绪论 常运行。只要能传播超声波的流体都可用此法来测量，尤其适用于测量腐蚀性液 体、高粘度液体、非导电性液体或气体的流量，是一种很有发展前景的非插入式 测量方法儿7 1 。 对流量测量，根据对信号的检测原理，超声波流量测量法分为：传播速度差 法n7 。、多普勒法n 引、波束偏移法n 们及流动超声法n 7 1 等不同类型。近期对超声波法 研究的进展主要集中在数据的处理上啪h 圳。 超声波测量压力法：根据管道内流体流动时，由剪切作用发出的超声波的强 度与压力之间存在一定比例关系来测量管道压力。 超声法的局限旧1 ： ( 1 ) 管道中流体的雷诺数r e 对超声波流量计的示值有影响，在r e 50 0 0 后，仪 表才能稳定指示。所以流速太低时，不宜使用。而一般液压机械管道雷诺数不会大 于5 0 0 0 。这就决定了其使用的局限性。 ( 2 ) 管道内流体流速分布不均匀，对仪表示值影响较大。为了消除流速分布不 均匀对示值的影响，测量点应选择在充满流体的管段，以流体上流的垂直段或完全 水平的管段为宜：测量点位置应远离弯管段、三通、节流阀、阻尼孔、缩径管段或 其他会引游直管段：对在泵、控制阀或套管弯曲段后的测量点，为保证更佳精度，其 上游直管段长度会长达3 0 d 。在任何地方的测量点，一般只需5 d 的下游直管段。如 果发射器安装位置上、下游存在弯头、异径管、阀、泵或管道内有阻流物等，流体 形成横向二次流，流速分布偏离，在直管段长度不够时，测量精度下降，在有旋涡的 情况下甚至不能测量。 ( 3 ) 超声波发射器安装时应先将发射器安装处的管壁上的油漆、铁锈打磨干净， 在发射器和安装处的管壁上均匀地涂一层耦合剂( 耦合剂的作用是将发射器与管 壁接合处之间的空气排除) ，将发射器紧密地安装在管壁的侧面。发射器安装后不 要随便移动，以免发射器与管壁的接合处产生气泡而影响测量的精度。 ( 4 ) 管道内径和壁厚尺寸必须精确测量，不能用名义值代替。据富士电机公司 资料介绍，管道内径误差1 ，会引起士3 的流量误差。 ( 5 ) 注意管道内壁沉积结垢。因为这会阻碍或衰减超声波传感器正常发射和接 收超声波信号，使得声道偏离原预设的声道，也改变了流通截面积，影响测量准确 4 基丁二非插入技术的液压系统压力与流量测量研究 度。有的旧管道内结垢严重或起皮，以致无法正常测量流量。 因此，超声波测量用来进行液压系统的故障诊断与状态检测受到很大的局限。 ( 6 ) 超声波法测压力、流量方法的原理都是利用超声波在流体中的传播声速 与流量、压力关系进行的一种间接测量。本文第3 章对该问题进行了专门研究，发 现压力波波速在压力与流量不变时其值的变化却很大。具体内容参见第3 章。 主要是因为，对于高压油液，一般不能按单相流来处理2 刮。文献 3 8 曾对柴 油机高压油管的压力波波速进行实际测定，如图1 1 ： 裂端 图1 1 高压油管及压力传感器安装 f i g 1 1h i g h - p r e s s u r et u b i n ga n dp r e s s u r es e n s o ri n s t a l l a t i o nd i a g r a m a ，b ，c 处分别为检测装置，设a - b 的波速为a l ，b - c 的波速为a 2 ，从结果可以看 出，波速在同一时间、管道，仅仅不同管段，差别就会很大。因此针对液压系统， 由于体积弹性模量变化较大，超声波测量设备不宜使用。同时，针对压力的测量， 使用超声法进行测量也同样存在这个问题。 1 3 2 管外加热非插入式流量计 流体的流动与热的传递，或流动的流体和管道间的热交换，相互间有着密切 的关系。利用外加热源对被测流体加热，根据流动着的流体和固体管壁存在的热 传递关系，通过测量因流体流动引起的热交换而造成的温度场的变化来求得流量。 但热学法测流量存在的普遍问题是：响应速度较慢，输出量与流速问的关系很少 呈线性，要求管段为传热性能好的薄壁管，多数也只能测量小管径、小流量。 利用流体热传递原理开发的管外加热非式流量计有：边界层流量计脚椭1 、温 度分布型流量计n 引、电阻式流量计啪1 、热电偶式流量计n 1 1 等。 第1 章绪论 表1 1 高压油管燃油音速分段测量结果 t a b 1 1r e s u l tt a b l ef o rt h em e s s u r m e n to fv e l o c i t yo fs o u n di nt h eh i g hp r e s s u r ep i p e 趟q 。n f r z m i n 2q ( 皿mz y l 金2l 1 ( 田2l 2 ( 皿2 上l ( m s22 f 皿s )盆l f 皿z52丑2 i z s2 15 0 02 5 00 3 2 50 5 2 50 6 9 6 1 0 0 84 6 75 2 1 27 5 03 0 00 3 2 50 5 2 50 6 0 00 8 8 85 4 2 5 9 1 31 0 0 0 3 7 50 3 2 50 5 2 50 6 4 20 6 9 65 2 17 5 4 42 5 0 1 0 2 50 3 2 50 5 2 50 5 7 60 5 7 65 6 49 1 1 55 0 01 1 5 00 3 2 50 5 2 50 5 0 40 5 2 8 6 4 59 9 4 67 5 01 2 0 00 3 2 50 5 2 50 5 2 80 5 7 66 1 6 9 1 1 71 0 0 01 0 7 50 3 2 5 0 5 2 50 4 0 80 4 8 07 9 71 0 9 4 82 5 01 8 5 00 3 2 50 5 2 50 5 2 80 5 2 86 1 69 9 6 9 5 0 0 2 1 5 00 3 2 50 5 2 50 3 6 20 5 0 28 9 81 0 4 6 1 07 5 02 0 5 00 3 2 50 5 2 50 3 8 5 0 4 3 08 4 41 2 2 1 1 11 0 0 01 8 5 00 3 2 50 5 2 50 3 1 20 4 0 81 0 4 21 2 8 8 1 22 5 00 2 50 5 2 50 3 2 50 7 3 60 3 6 47 1 38 9 3 1 35 0 0 1 5 00 5 2 50 3 2 50 6 4 80 3 4 28 1 09 5 0 1 47 5 02 7 50 5 2 50 3 2 50 7 1 20 3 0 67 3 7 1 0 6 2 1 51 0 0 02 5 00 5 2 50 3 2 50 8 6 40 4 1 46 0 87 8 5 1 6 2 5 00 0 00 4 2 50 5 2 50 6 6 60 5 9 46 3 88 8 4 1 75 0 01 5 00 4 2 50 5 2 5 0 4 4 80 5 1 09 4 91 0 2 9 1 87 5 02 5 00 4 2 50 5 2 5 0 5 5 80 5 4 07 6 29 7 2 1 91 0 0 02 7 50 4 2 50 5 2 50 4 6 80 5 4 09 0 8 9 7 2 2 04 5 01 5 00 4 2 50 5 2 50 3 7 80 4 5 01 1 2 41 1 6 7 2 14 5 08 0 0 0 4 2 50 5 2 50 3 7 80 4 1 21 1 2 41 2 7 4 2 26 5 00 5 0 0 4 2 50 5 2 50 7 7 40 6 8 25 4 97 7 0 2 36 5 03 0 00 4 2 50 5 2 50 6 1 20 7 0 2 6 9 47 4 8 2 42 5 01 1 2 50 4 2 50 5 2 50 5 7 60 4 8 67 3 81 0 8 0 2 55 0 01 1 2 50 4 2 50 5 2 50 4 1 20 4 5 01 0 3 21 1 6 7 2 67 5 01 2 0 0 0 4 2 50 5 2 50 4 2 80 4 7 29 9 31 1 1 2 2 71 0 0 01 1 5 00 4 2 50 5 2 5 0 4 1 4 0 4 1 4 1 0 2 71 2 6 8 2 85 0 01 0 5 00 4 2 50 5 2 50 4 1 20 4 3 4 1 0 3 2 1 2 l 吐 1 、边界层流量计 边界层流量计根据边界层的温差来测量流量。由于边界层很薄，很小的加热 功率就可使边界层的温度升高几度，无需对全部介质加热，所以响应较快。但当 流体的组成或温度变化时，流体的性质( 如粘度、比热、导热系数等) 也将发生 6 一 ， ， ， 基于1 f 插入技术的液压系统压力与流量测量研究 变化，因此会造成误差口引，并且该方法要求管子为具有良好的导热性的薄壁管。 通加热电源 塑苎：二二= 2 矍 图1 2 边界层法实验布置图 f i g1 2e x p e r i m e n t a ll a y o u tf o rb o u n d a r yl a y e rm o u t h e d 2 、温度分布型流量计 温度分布法测量通过外加热源对被测管段两端的热槽加热，管段上对称布置 两个热电偶( 图1 3 ) ，当管内无流或流体为静止时，管壁温度分布为对称( 仪表 指示值为零) ；而当流体在管内流动时，温度分布就变为不对称了，不对称程度反 应了被测流量的大小。该法无需输入较大的热功率即可测较大的流量，在流量不 大的情况下，输出呈线性，一般适于测量小管径内的小流量( 0 - - 6l h ) ，采用高 性能的仪表时可控制读数误差在1 ，操作简单，但测量大流量时，须并联一根 旁通支路。 _ 、l 厂一 加热槽 温度测量仪表 加热槽 网t c 一1t c 一2 网 一 图箍斟 图1 3 温度分布法的实验布置图 f i g 1 3e x p e r i m e n t a ll a y o u tf o rt e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o nm e t h o d 7 第1 章绪论 管的温度 l 2 0 l 2 图1 4 温度分布法的温度分布图 管的长度 f i g 1 4t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no ft h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o nm e t h o d 3 、管段电阻法 以管道本身的电阻作为感温元件，根据受热管段的电阻与管内流量的关系来 测量流量的。两电极p 、q 焊在被测管段外壁上，由恒流源将管段p q 的电阻转化 为电压v 阳，用一加热套对金属管加热，由于流体的流动，引起p q 段的温度发生 变化，进而使p q 段的电阻及电压v 阳产生变化，通过测量此电压的变化，即可求 得流量。 要求管道本身内壁不能有沉积，否则会降低传热性，导致对流量变化的不敏 感。此法要求金属管的导热性差、电阻率高。被测管段的电流分布及温度梯度要 均匀。而一般钢管管道的电阻很小，所以对放大器的要求很高，这就使测量电路 变得较为复杂n 0 j 。 。_ _ 。w i _ _ w q 7 _ li 。、。 i 一 一i 恒流源 i 厦 i 信县倍出共l 一一 l 图1 5 管段电阻法实验布置图 f i g 1 5e x p e r i m e n t a ll a y o u tf o rt h em e l l l o d so fp i p e r e s i s t a n c e 元件 基于1 f 插入技术的液压系统压力与流量测量研究 加热法测流量测量的方法在液压系统的状态监测与故障诊断中的实际应用 却很少，一方面是装置较为复杂，携带不方便，另一方面是加热对液压系统本身 的影响较大。 近年来，针对加热法的主要应用与改进是：通过防止外部环境温度条件对测 量精度的不良影响，提高精度方面测量h 2 43 j ；国内在这方面研究最早的祝海林， 其博士论文为设计管外加热式流量测量装置。但是这个研究成果至今没有得到较 大规模的应用。主要的原因是对系统影响大，使用不便，所需时间长，精度不高。 1 3 3 激光多普勒流量计 它以悬浮在流体中的微小颗粒的速度代表流体流速。根据由粒子散射光的多 普勒频移求出粒子的速度，即为流体的速度，进而求得流量。该方法有很高的精 度和响应频率。此方法在医学上已有应用，医生们用它来测毛细血管内血液的流 速以诊断病情n4 1 。在液压工程中，要求有透明窗口，流体要有固体颗粒，且测量 装置的价格高，技术要求也高。 1 3 4 电磁流量计 该方法基于法拉第电磁感应定律制成，是上世纪6 0 年代随着电子技术的发展 而迅速发展起来的无压损节能流量计，用以测量导电性流体的流量h 5 47 1 。它不可以 测量电导率很低流体的流量。 1 3 5 标记法 标记法最初用在明渠的测速中，但如果用能穿透管壁进行检测的示踪物，这 种方法也可用在液压系统中。 1 、计数法 在液体中加入放射性同位素，管壁外使用盖格计数器检测放射粒子的数量， 由此推知流量的分布。但这种方案只能测量相对量，并且对系统会造成污染，最 重要的是放