压缩机测试技术第十章 气阀阀片运动规律.ppt

第十一章气阀阀片运动规律的测录 前言第一节阀片运动规律的电感测录法第二节阀片运动规律的电容测录法第三节 有关气阀问题的讨论 第十一章气阀阀片运动规律的测录 气阀是压缩机中最重要的部件之一 它直接影响压缩机的经济性和可靠性 因此 气阀的研究一直受到有关人员的高度重视 第十一章气阀阀片运动规律的测录 当然 对气阀的研究包括许多内容 但其中最重要的一个方面 就是对气阀阀片的运动规律进行测录 以便分析气阀工作的好坏 指导气阀的设计和改进 前言 为了测录气阀阀片的运动规律 即阀片的位移随曲柄转角或时间的变化关系 一般都采用非电量电测法 设法将被测阀片的位移 非电量 转换成电量来进行测量 因为这里被测的非电量是位移 故把实现这种转换的元件称为位移传感器 前言 到目前为止 在气阀测试中所采用的位移传感器 主要有光电式 电感式 电容式和电阻式 相应地 气阀阀片运动规律的测录法 就有光电法 电感法 电容法和电阻法 本章介绍用得较多的电感法 电容法方法 第一节阀片运动规律的电感测录法 如图11 1所示 电感式位移传感器由磁导体1 线圈2和运动阀片3所组成 为工作气隙 图11 1 第一节阀片运动规律的电感测录法 一 电感式位移传感器的工作原理 一 电感式位移传感器的工作原理 从电工学可知 11 1 式中L 线圈的电感 线圈的匝数 磁路的磁阻 工作原理 由图11 1可知 磁路的磁阻可看作由两部分组成 一部分是铁磁物质磁阻 另一部分是气隙 的磁阻 即 11 2 工作原理 式中li 各段铁磁物质的长度 m i 各段铁磁物质的磁导率 H m Ai 铁心的截面积 m2 气隙 m A0 气隙截面积 m2 0 空气 真空 磁导率 0 4 10 7 H m 工作原理 由于铁磁物质的磁导率 i 比空气的磁导率大几百倍 所以它们的磁阻与气隙的磁阻相比 可以忽略不计 即总的磁阻近似等于空气隙的磁阻 这样 线圈中的电感就可以写成 11 3 工作原理 由上可知 电感式位移传感器是通过改变磁路的磁阻 具体说是改变气隙 来达到改变电感的目的 当图11 1中的阀片3运动时 气隙 随之改变 电感L也相应变化 L与 之间呈双曲线关系 如图11 2所示 图11 2 二 电感式位移传感器的结构型式 二 电感式位移传感器的结构型式 在气阀运动规律测试中 所用的电感式位移传感器有不接触式和接触式两种 不接触式的如图11 3所示 电感式位移传感器的结构型式 实用的电感式位移传感器均做成两个线圈 一个是工作线圈 一个是补偿线圈 而且两个线圈的结构参数和电参量是一样的 把它们分别接在交流电桥和相邻臂上时 能自行补偿由温度所引起的误差 图11 3不接触式电感式位移传感器图 电感式位移传感器 电感式位移传感器 传感器的结构 在图11 3中 工作线圈与补偿线圈8做成一体 共用一个线圈铁心5 并固定在铁支架7上 补偿线圈外面有一个铁磁体外壳9 它起屏蔽和组成磁路的作用 工作线圈的磁路如图中点划线所示 传感器的结构 要求工作线圈4到阀座或升程限制器的距离应大于气隙 否则磁力线将不通过阀片而通过b旁路 当阀片1上下运动时 改变了工作线圈4到阀片的气隙 从而改变了电感量 正如前面所介绍的那样 它是一种非线性传感器 传感器的结构 图11 4示出接触式的电感式位移传感器 在传感器指针2随阀片1一起运动时 工作线圈中铁心的长度发生了变化 从而改变了电感量 电感量的变化与阀片的位移相对应 接触式位移传感器与不接触式的相比 可改善线性度 但因它的指针要固定在阀片上 而环状阀片运动时有转动现象 故接触式传感器主要用在网状阀上 图11 4接触式电感位移传感器图 传感器的结构 另外 电感式位移传感器铁支架的形式和尺寸 可以根据被测气阀安装传感器部位的实际情况来设计 线圈的长度可根据阀座或升程限制器的高度而定 线圈的匝数一般取200 400匝 线径取0 15mm左右的高强度漆包线 分层绕制成线圈 三 用电感法测录阀片的运动规律 电感式位移传感器的作用 只是把阀片的位移变成了电感的变化 因而必须再通过交流电桥电路的调制 把电感量的变化转换成电压的变化 以便测量和记录 三 用电感法测录阀片的运动规律1 测量电路 图11 5电路方框图 图11 5示出一种用电感式位移传感器测录阀片运动规律的电路方框图 电感式位移传感器的安装 电感式位移传感器的安装 动态电阻应变仪 1 测量电路 当电感式位移传感器与Y6D 3A动态电阻应变仪配合使用时 通常采用图11 6所示的交流电桥电路 其中L3是工作线圈 L4是补偿线圈 R1和R2是应变仪电桥盒内的两个标准电阻 图11 6交流电桥电路 测量电路 由于实际的传感器线圈绕制得不对称性 使两个线圈的电感性和内部分布电容很难完全一致 故在测量时应变仪的 电容平衡 调节很困难 为此 在电感线圈上串联了电阻R3和R4 当R3和R4的数值增大时 L3和L4的感抗和容抗就相对减小 桥臂阻抗性质向电阻性电路转化 所以应变仪的 电容平衡 就容易做到 测量电路 但R3和R4越大 电桥输出信号就越小 故在实际使用时 灵敏度和预调平衡方便性之间必须兼顾 一般做法是 保证措施信号能推动光线示波器工作 并有一定的幅值 在此前提下增大R3和R4 以满足预调平衡要求 2 测试中应注意的问题 2 引线从阀腔引出时 必须有密封措施 高压级的密封接头可采用图11 7所示的结构 图中绝缘子4用的是玻璃纤维层压板 2 测试中应注意的问题 1 传感器必须牢固地紧固在阀座 或升程限制器上 引出线最好能固定在阀腔中 以减弱被脉动气流的吹动 图11 7高压级的密封接头 测试中应注意的问题 3 因为传感器的输出信号与气隙高度之间呈双曲线变化关系 当气隙较大时 曲线的线性较好 因此 在安装传感器时 最小气隙应尽可能留得充分 但应注意使 b 见图11 3 四 电感法的主要优缺点 四 电感法的主要优缺点 1 解决了光电法的不足 可在高压级小气阀的条件下进行测试 2 电感式位移传感器制作方便 成本低 寿命长及工作性能稳定 电感法的主要优缺点 3 能与气缸指示图的录取共用一台放大器 动态电阻应变仪 和记录仪器 使测试系统简化 且测试曲线记录在同一张记录纸上 便于进行气缸内部工作过程和气阀阀片运动情况的综合研究 如图11 8所示 11 8图综合研究测录 电感法的主要优缺点 4 运动规律曲线所代表的阀片升程是非线性的 另外 对杂散磁场的外来干扰以及零点漂移 均要采取一定的措施 这是电感法不及光电法之处 第二节阀片运动规律的电容测录法 众所周知 平板电容器的电容量C为 F 11 4 第二节阀片运动规律的电容测录法一 电容式位移传感器的结构型式和工作原理 一 电容式位移传感器的结构型式和工作原理 式中 S 极板面积 m2 d 极板之间距离 m 极板间介质的介电常数 F m 改变极板面积S的位移传感器如图11 9所示 圆柱形指针2和管状电容极板3构成一电容器 当阀片运动时 指针2在3中运动 结构型式和工作原理 若假定2与3之间的间隙保持不变 并忽略指针与管顶面之间电容的影响 则阀片的运动使电容器极板之间的面积发生变化 从而使阀片位移与电容变化呈线性关系 图11 9改变极板面积的电容式位移传感器 结构型式和工作原理 因环状阀片有转动和倾侧现象 不能应用这种结构型式的电容式位移传感器 它主要适用于网状阀片运动规律的测录 结构型式和工作原理 改变极板之间距离的电容式位移传感器如图11 10所示 它被用来测录直流气阀阀片或舌簧阀片的运动规律 该传感器利用了直流阀或舌簧阀片固有的结构特点 图中 直流阀阀片1作为电容器的一个极板 用环氧树脂3将极板2固定 并绝缘 于阀座4中 作为另一极板 它们组成了一个电容器 图11 10改变极板之间距离的电容式位移传感器 结构型式和工作原理 在高为y处 取固定极板的微面积dS 即dS bdy 11 5 式中b 固定极板的宽度 见图11 10 由图11 11中的几何关系可知 当阀片运动时 极板之间距离改变 使传感器电容量发生变化 两者之间的函数关系可根据图11 11推导如下 图11 11 结构型式和工作原理 11 6 则该微面积极板的电容量为 结构型式和工作原理 极板之间的总电容 因为则 结构型式和工作原理 代入上式并整理后 得 11 8 这说明传感器电容量与阀片顶端升程呈双曲线关系 如图11 12所示 因为阀片的运动角度很小 可将阀片的运动视作绕轴o摆动 阀片本身不变形 则上式中除h外的所有参数均为常数 即Ch 常数 图11 12电容量与阀片顶端升程呈双曲线关系 结构型式和工作原理 在实际使用中 传感器极板之间的最小距离应选得大一些 使传感器在双曲线的较平坦部分工作 二 用电容法测录阀片的运动规律 1 首先利用电容式位移传感器 将阀片运动时的位移 升程 变化转变成电容量的变化 两者间存在有一定的函数关系 二 用电容法测录阀片的运动规律 1 测录过程用电容法测录阀片运动规律的基本程序可归纳如下 1 测录过程 2 通过专门设计的交流电桥 将电容量的变化调制为电压信号 则该电压信号就与阀片的位移变化量有一定的函数关系 3 通过交流放大器 把上述微弱的电压信号放大 测录过程 4 通过记录仪器 将放大后的电压信号记录下来 这就是阀片运动规律曲线 如果采用Y6D 3A型动态电阻应变仪作为交流放大器 用光线示波器作为记录仪器 则测试过程方框图见图11 13 图11 13测试方框图 2 测量电路的选择与计算 1 因为传感器的电容量变化是非常微弱的 输出信号很小 故要求测量电路的灵敏度要尽可能高 2 测量电路的选择与计算电容式位移传感器对测量电路的主要要求为 测量电路的选择与计算 2 由于引线分布电容对测量精度影响很大 故要求分布电容保持不变 否则分布电容变化量与传感器电容变化量叠加在一起后 轻则影响测量精度 重则无法进行测量 测量电路的选择与计算 关于第一个要求 可利用交流电桥的最佳灵敏度条件来达到 如图11 14所示的交流电桥 其输出电压为 11 9 图11 14交流电桥 测量电路的选择与计算 式中U0 交流电桥输入电压 z 传感器所在桥臂阻抗的相对变化值 z Z Z Z1 Z4 电桥处于平衡状态时的各桥臂阻抗值 测量电路的选择与计算 上式成立的条件是电桥输出阻抗为无穷大 这种假设适用于交流电桥后带有电子管放大器的场合 根据上式 欲使交流电桥获得最大输出电压 应满足下列三点 1 使电容传感器作为交流电桥一个臂的唯一阻抗 即该臂不再接入其它阻抗 这时可使 z的有效值最大 测量电路的选择与计算 2 输出对角 即cd对角 异侧两相邻臂的阻抗复数的模 应尽量相等 即Z1 Z2 Z3 Z4 3 输出对角异侧两相邻臂阻抗辐角之差的绝对值 应尽量大 即 1 2 4 3 应尽可能大 测量电路的选择与计算 以上三点是最佳电压灵敏度条件 在实际使用中 有时为了使电桥易于调平衡 或使电路性能稳定等因素 不得不牺牲一些灵敏度 例如 按照上述条件 当Z1 Z4为纯电容 Z2 Z3为电感线圈时 有可能使 1 2 4 3 的值接近180o 无疑灵敏度是很高的 但这种电路的预调平衡比较困难 图11 15 如图11 15所示的测量电路 能使灵敏度和被调平衡得到兼顾 测量电路的选择与计算 纯电阻桥臂的辐角 2 3 0o 纯电容桥臂的辐角 1 4 90o 相邻臂的辐角差为 另外 还需满足Z1 Z2 Z3 Z4 各桥臂阻抗模为 其中C1是传感器电容 C4亦是纯电容 另两个桥臂是纯电阻 测量电路的选择与计算 该电桥的特点是输出灵敏度高 较易平衡 结构简单 上式中f为电桥输入端的载波频率 例如Y6D 3A动态电阻应变仪电桥载波频率为10kHz 则电桥的最佳灵敏度条件为 测量电路的选择与计算 在设计实用电桥时 先用精密万用电桥仪测出传感器的实际电容值C1 并按上式条件确定R2 可取R3 R4 C4 C1 测量电路的选择与计算 R2和R3可选择适当的电位器 C4可用单连可变电容器制作 只要将可变电容器动片拔掉一些 一般留下一片就够了 然后将R2 R3和C4装配在一起 制成电桥盒 并安装4个接线柱作为电桥的输入和输出端 这样使用就很方便了 电桥初调平衡时 可调节C4和R2或R3进行平衡 测量电路的选择与计算 由于阀片作为传感器电容的一个极板 它本身接 地 因此只需用一根屏蔽导线作为引线 其中芯线作固定极板的引线 屏蔽网接压缩机外表的任何金属部位 地 使引线分布电容保持不变的有效办法 是传感器引线采用 一线一地 的接法 测量电路的选择与计算 当动态电阻应变仪机壳接地良好时 整个测试系统电路既简单 性能又稳定 抗干扰能力也强 当屏蔽引线长度一定时 分布电容就接近定值了 3 测试过程中应注意的