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超聲波小管徑壓力檢測儀原理與研制

內容來源:超聲波清洗機   發布日期:2016-07-05 09:58:20

2004年增刊超聲波小管徑壓力檢測儀原理與研制李芳李艾華吳曉慶(第二炮兵工程學院502教研室西安710025)力檢測的基本原理和方法、裝備硬件組成結構和工作原理、試驗數據與結果分析。具有一定的創新性和較廣闊的應用前景。

  關鍵字:超聲波壓力檢測1前言液壓系統具有傳遞功率大、結構小、響應快等特點,廣泛應用于各種機械設備和自動控制系統中。但是由于系統中各元件和工作液體都是在封閉的油路內工作,在制造時又沒有預留檢測接口,這就給系統的狀態檢測和故障維修帶來了極大的困難。在這種情況下非介入式檢測方式就成為解決這一難題的最佳選擇。目前,非介入式壓力測童方法主要包括電阻應變法和超聲波法超聲波管外測童方法通過檢測超聲波回波即可得到油液的壓力信息,具有不破壞流體流場,沒有機械慣性,瞬態響應快、動態測童能力強、安裝方便等優點。本文介紹的檢測儀利用超聲波在油液中的傳播速度受油液壓力影響這一特性,通過測量超聲波傳播時間來測童油液壓力。

  2基本原理與方法2.1基本廂理超聲波在液壓管路中傳播時,壓力增加,使得油液密度增加,壓縮系數減小,從而導致聲速增加。而且在一定溫度下,聲速隨著液壓油壓力的增加而線性增加。利用超聲波傳播時間的變化來表示聲波傳播速度的變化,就可以通過測量超聲波傳播時間的變化來推導出油液中超聲波的速度變化,進而確定油液壓力的變化情況。

  液壓油的化學性質主要由烴類決定,烴類物質按聲學特性一般屬于KneSer液體。根據比卡爾的研究成果,Kneser液體具有以下4個性質:電子測置與儀器學報2004年增刊(1)在一定溫度下,聲速隨壓力的增加而線性增加(2)在一定壓力下,聲速隨溫度的增加而線性減少;(3)壓力越篼,溫度影響越弱,在壓力波動范圍不大的情況下,溫度影響可以忽略;2.2方法與橫型在一定溫度下,聲速隨油液壓力的增加而線性增加,尤其在壓力較篼且溫度波動范圍不大的環境下,其線性關系是穩定的,所以可通過檢測聲速的變化情況來計算油液的壓力。但直接測ft超聲波在油液中的速度變化十分困難,而測量其在管道中的傳播時間則易于實現,所以需要將壓力/聲速關系轉化為壓力/時間關系。

  對于外徑為D的管路,超聲波管外壓力檢測原理如所示。超聲波傳感器TRA在控制電路的作用下發射一束超聲波,同時超聲波傳感器TRB接收反射的超聲波,并轉化為電信號輸送給數據采集電路。設超聲波在油液中傳播的聲程為I,則:超聲波管外測壓原理圖圖中,TRA、TRB為超聲波探頭;D為被測管道外經;d為管道內徑;為超聲波探頭之間的中心距離;為超聲波入射角;負為超聲波在管材中的折射角;2為超聲波在流體中的折射角。

  將(2)代入(1)可以得到如下表達式:電子測置與儀學報2004年增刊根據。在接通超聲波發射電路的同時,工控計算機發出控制信號,篼速數據采集系統工作,以40MSPS的采樣速率自動完成信號采集,并將數據保存在64KX8的高速緩存中。信號采集完成后,數據送入工控計算機進行分析處理,完成壓力計算和顯示輸出。

  3.2超聲波收、發系統組成與工作原理超聲波收、發系統是檢測儀的硬件核心,其工作狀態的好壞直接影響“超聲波壓力檢測儀”

  檢測效能的篼低。收、發系統由振蕩電路、升壓電路、超聲波脈沖發射電路、同步觸發控制電路、增益控制電路和信號調理電路組成。

  超聲波發射原理:振蕩電路將+12V直流電壓輸入轉變為交流正弦波輸出,通過交流變壓器將電壓升至750V,給儲能器件充電。當工控計算機發出控制信號時,同步觸發控制電路輸出觸發脈沖,儲能器件放電,其沖擊電壓加到超聲波探頭TRA上,由于逆壓電效應,超聲波探頭內的振蕩晶體受激振蕩產生超聲波。

  超聲波接收原理:工控計算機發控制信號,同步觸發控制電路輸出一個低電平信號,超聲波脈沖發射電路關斷,放電過程結束,進入充電過程。超聲波探頭TRB將接收超聲波通過壓電效應轉化為電信號,經過調理電路適當調理以后,送給篼速數據采集系統進行信號采樣。

  4試驗結果與分析利用二級壓力表為壓力標準,在不同壓力狀態下對外徑為022mm的鋼制油管內油液進行壓力測量,數據曲線如所示。從試驗數據曲線可以看出,在較低的壓力條件下,測量值與標準值差異不大,隨著壓力的升篼,絕對誤差值有所增加,但相對誤差卻在減小。相對誤差精電子測置與儀學報2004年刊度為±6%.該檢測儀的研制的目的主要是用于液壓系統的故障診斷,為診斷提供一種壓力識別手段,所以存在較小的相對誤差是允許的。

  從檢測原理上看,利用時差間接求出油液的壓力可以避開直接測量聲速的復雜性,而且受外界影響小,能夠適應較寬的管徑測量范圍。儀器硬件采用的篼速數據采集系統,具有采樣速度快,存取效率篼的特點,具有很好的實時檢測性能,及廣闊的應用前景。

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