CN102354201B - 压力控制器安全性能检测用液气联控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力控制器安全性能检测用液气联控装置，它包括液压比例***、气压控制***、计算机控制***，液压比例***、气压控制***通过电磁换向阀和蓄能器连接成液气联合控制***，液压比例***、气压控制***和液气联合控制***分别和计算机控制***及PID调节器连接，分别控制液体和/或气体为介质，在计算机控制***中的工控机和PID调节器的作用下实现以闭环控制为特征的电-液比例控制***，气-液比例控制***，输出压力按照计算机控制***中预设定的输入压力曲线进行变化。本发明的有益效果是在－60kPa至4.2MPa压力范围内，能满足压力控制器关于制造偏差与漂移、温升和耐久性项目的安全与性能检测需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力控制器安全性能检测用液气联控装置，属于压力控制器技术领域。
背景技术
目前，在家用和类似用途压力控制器安全和性能检测中，需要以液体和/或气体（通常是空气）为介质，在－60kPa至4.2MPa压力范围内，压力变化满足可编程要求（线性、恒值、矩形和梯形曲线），试验设备满足可靠性要求（至少百万次压力变化级别）。但是，气体介质在1.2MPa至4.2MPa压力范围内，压力可编程和设备可靠性的实现，具有一定难度，具体表现在：普通空气压缩机排气压力不超过1.2MPa，电-气比例控制阀工作压力通常不超过1MPa；如采用增压缸闭环控制，活塞要来回往复运动，活塞环极易磨损，一旦密封性能劣化，增压缸将失去增压功能。因此，要解决气体介质在－60kPa至4.2MPa压力范围内，以同时满足压力可编程和设备可靠性要求的压力控制器安全性能检测用的控制装置尚未问世。
发明内容
本发明的目的为了解决气体介质在－60kPa至4.2MPa压力范围内，以同时满足
压力可编程和设备可靠性要求的压力控制器安全性能检测控制装置中的技术问题。 本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案是：压力控制器安全性能检测用
液气联控装置，其特征在于，该装置包括液压比例***、气压控制***、计算机控
制***，液压比例***、气压控制***通过电磁换向阀和作为液-气能量转换器
的隔模式蓄能器连接成液气联合控制***，液压比例***、气压控制***和液气联
合控制***分别和计算机控制***及PID调节器连接，分别控制液体和/或气体为介
质，在－60kPa至4.2MPa压力范围内的压力控制器安全性能检测，在计算机控制系
统中的工控机和PID调节器的作用下实现以闭环控制为特征的电-液比例控制***，
气-液比例控制***，输出压力按照计算机控制***中预设定的输入压力曲线进行变
化；所述液压比例***由液压源、溢流阀、电磁换向阀、第一隔膜式蓄能器、电液
比例减压阀组成，溢流阀与液压源并联，构成恒压源，电液比例减压阀串接在恒压
源与第一负载之间，所述第一负载包括测试滑块和其上装有的被试的压力控制器样
品，所述的负载接有第一压力传感器；所述的气压控制***包括负压控制、常气压
比例控制二个独立的子***，常气压比例控制子***主要包括空压机、电-气比例减
压阀、针阀、第二负载、第二压力传感器，负压控制子***主要包括空压机、电
-气比例减压阀、真空发生器、***、第二负载、第二压力传感器；所述第二负载
包括测试滑块和其上装有的被试的压力控制器样品；所述液气联合控制***是由液
压比例***通过电磁换向阀、第二隔膜式蓄能器和气压控制***相连接而成，所述
第二隔膜式蓄能器液压侧和电磁换向阀连接，气压侧分别与针阀、单向阀相连接；
所述计算机控制***包括工业控制计算机、数据采集卡、温度传感器、压力传感器、
信号采集卡、伺服放大器、输出电路板、电液和电气比例阀内置电子控制器、人机
界面。
所述的第一隔膜式蓄能器、第二隔膜式蓄能器为同一种蓄能器，所述液压比例***中的第一隔膜式蓄能器作为液压储能元件，以稳定***压力，所述液气联合控制***中的第二隔膜式蓄能器作为液-气能量转换器，所述第二隔膜式蓄能器液压侧电磁换向阀连接，气压侧通过针阀接入测试阀块，被试样品安装在测试阀块上，形成封闭气压回路。
所述的液压和气压***采用单独的测试阀块，每个测试阀块上配置三个测试接口，接口型式为快速接头转三通喇叭口与被测样品安装，每个测试阀块配置一根两米长承压软管。
所述的计算机控制***包括工业控制计算机、数据采集卡、压力传感器、温度传感器、信号采集卡、伺服放大器、输出电路板、电液和电气比例阀内置的电子控制器、人机界面；
所述数据采集卡完成：
1）五个模拟量输入信号：液压、气压和真空的压力量信号（0～10V），以及液压、气压的温度量信号（0～5V）；
2）六个开关量输入信号的采集：试验中试样的有源通断信号和无源通断信号各3个；
3）一个模拟量输出信号：电-液或电-气比例减压阀的输入信号（0～10V）；
4）三个开关量信号的传送：控制电磁换向阀和电液和电气比例阀内置的电子控制器的启停状态。
本发明的有益效果是：采用隔离式蓄能器作为液压储能元件，起到稳定***压
力的功能，克服了现有技术中用增压缸使活塞极易磨损的缺点，采用隔离式蓄能器作为作为液-气能量转换器，通过液压比例控制实现高气压闭环控制，液压比例***、气压控制***和液气联合控制***分别和计算机控制***及PID调节器连接，分别控制液体和/或气体为介质，在－60kPa至4.2MPa压力范围内的压力控制器安全性能检测，能够满足检测标准意义范围内两种介质、全程压力范围内的各类家用和类似用途压力控制器关于制造偏差与漂移、温升和耐久性项目的安全与性能检测需求。
附图说明
图1 为压力控制器安全性能检测用液气联控装置原理图；
图2 为计算机控制***原理图；
图3 为压力线性上升曲线图；
图4为压力线性下降曲线图；
图5为恒值保压曲线图；
图6为压力矩形变化曲线图；
图7为压力梯形变化曲线图。
具体实施方式
压力控制器安全性能检测用液气联控装置，由图1所示，该装置包括液压比例***、气压控制***、计算机控制***，液压比例***、气压控制***通过电磁换向阀和作为液-气能量转换器的隔模式蓄能器连接成液气联合控制***，液压比例***、气压控制***和液气联合控制***分别和计算机控制***及PID调节器连接，分别控制液体和/或气体为介质，在－60kPa至4.2MPa压力范围内的压力控制器安全性能检测，在计算机控制***中的工控机和PID调节器的作用下实现以闭环控制为特征的电-液比例控制***，气-液比例控制***，输出压力按照计算机控制***中预设定的输入压力曲线进行变化；所述液压比例***由液压源1、溢流阀2、电磁换向阀3、第一隔膜式蓄能器4、电液比例减压阀5组成，溢流阀2与液压源1并联，构成恒压源，电液比例减压阀5串接在恒压源与第一负载6之间，溢流阀2和电液比例减压阀5虽然同属压力控制阀，但溢流阀2与液压源1并联，构成恒压源；电液比例减压阀5串接在恒压源1与第一负载6之间，向负载6提供大小可调的恒定工作压力。电液比例减压阀5的功能是降压和稳压，并提供压力随输入电信号变化的恒压源，它是本发明液压***的关键元件，选用了意大利阿托斯（Atos）三通先导式比例减压阀，型号RZGO-AE-033/100。所述第一负载6包括测试滑块和其上装有的被试的压力控制器样品，所述的负载6接有第一压力传感器7；所述的气压控制***包括负压控制、常气压比例控制二个独立的子***，常气压比例控制子***主要包括空压机10、电-气比例减压阀11、针阀15、第二负载16、第二压力传感器17，负压控制子***主要包括空压机10、电-气比例减压阀11、真空发生器13、***14、第二负载16、第二压力传感器17；所述第二负载16包括测试滑块和其上装有的被试的压力控制器样品；所述液气联合控制***是由液压比例***通过电磁换向阀8、第二隔膜式蓄能器9和气压控制***相连接而成，所述第二隔膜式蓄能器9液压侧和电磁换向阀8连接，气压侧分别与针阀15、单向阀12相连接；这里所用的液-气转换控制技术，即通过隔膜式蓄能器的结构特点，实现以控制液压***压力来控制气压***压力的目的。从***集成型控制的层面上定义，也可看作是实现了液压与气压控制***之间的耦合。所述隔膜式蓄能器选用贺德克（HYDAC）生产的隔膜式蓄能器（型号：SBO210-2E1/112A9-210AK）。所述计算机控制***包括工业控制计算机、数据采集卡、温度传感器、压力传感器、信号采集卡、伺服放大器、输出电路板、电液和电气比例阀内置电子控制器、人机界面。
所述的第一隔膜式蓄能器4、第二隔膜式蓄能器9为同一种蓄能器，所述液压比例***中的第一隔膜式蓄能器4作为液压储能元件，以稳定***压力，所述液气联合控制***中的第二隔膜式蓄能器9作为液-气能量转换器，所述第二隔膜式蓄能器9液压侧电磁换向阀8连接，气压侧通过针阀15接入第二负载16，被试样品安装在测试阀块上，形成封闭气压回路。
所述的液压和气压***采用单独的测试阀块，每个测试阀块上配置三个测试接口，接口型式为快速接头转三通喇叭口与被测样品安装，每个测试阀块配置一根两米长承压软管。
由图2所示，计算机控制***包括工业控制计算机、数据采集卡、压力传感器、温度传感器、信号采集卡、伺服放大器、输出电路板、电液和电气比例阀内置的电子控制器、人机界面；
数据采集卡完成：
1）五个模拟量输入信号：液压、气压和真空的压力量信号（0～10V），以及液压、气压的温度量信号（0～5V）；
2）六个开关量输入信号的采集：试验中试样的有源通断信号和无源通断信号各3个；
3）一个模拟量输出信号：电-液或电-气比例减压阀的输入信号（0～10V）；
4）三个开关量信号的传送：控制电磁换向阀和电液和电气比例阀内置的电子控制器的启停状态。
所述的工业控制计算机通过线性模块、保压模块、矩形/梯形模块完成以下三线性编程、恒值保压和矩形、梯形曲线编程：
1） 线性编程功能
根据设定的压力值，液气联控装置的压力传感器7、17处的压力，按照图3、图4曲线的规律近似线性地变化：上述压力变化曲线中，Ps为技术指标中压力调节范围内的任一设定值，Pmax和Pmin为设定的压力报警值，k1和k2为曲线斜率，其中，对k1无要求，对k2的要求：│k2│≤2000 Pa/min。
2） 恒值保压功能
根据设定的压力值，综合测试平台接口测试点处的压力，按照图5曲线的规律保压，4小时内压力波动度≤±2％，上述压力变化曲线中，Ps为技术指标中压力调节范围内的任一设定值，t1为规定的最长保压时间。
3） 矩形、梯形曲线编程功能
根据设定压力的上、下限值、周期和周期数，液气联控装置的压力传感器7、17处的压力，按照图6、图7曲线的规律，完成近似矩、梯形变化的功能：上述压力变化曲线中，Ps1和Ps2为技术指标中压力调节范围内的任一设定值，ts为设定周期（ts≥2s），ns为设定周期数。对于梯形变化曲线，斜率k可编程。
Claims (4)
1.压力控制器安全性能检测用液气联控装置，其特征在于，该装置包括液压比例***、气压控制***、计算机控制***，液压比例***、气压控制***通过电磁换向阀和作为液-气能量转换器的隔模式蓄能器连接成液气联合控制***，液压比例***、气压控制***和液气联合控制***分别和计算机控制***及PID调节器连接，分别控制液体和/或气体为介质，在－60kPa至4.2MPa压力范围内的压力控制器安全性能检测，在计算机控制***中的工控机和PID调节器的作用下实现以闭环控制为特征的电-液比例控制***，气-液比例控制***，输出压力按照计算机控制***中预设定的输入压力曲线进行变化；所述液压比例***由液压源（1）、溢流阀（2）、电磁换向阀（3）、第一隔膜式蓄能器（4）、电液比例减压阀（5）组成，溢流阀（2）与液压源（1）并联，构成恒压源，电液比例减压阀（5）串接在恒压源与第一负载（6）之间，所述第一负载（6）包括测试滑块和其上装有的被试的压力控制器样品，所述的负载（6）接有第一压力传感器（7）；所述的气压控制***包括负压控制子***、常气压比例控制子***、第二负载（16）和第二压力传感器（17），常气压比例控制子***由空压机（10）、电-气比例减压阀（11）、针阀（15）组成，负压控制子***由真空发生器（13）和***（14）组成，所述第二负载（16）包括测试滑块和其上装有的被试的压力控制器样品；所述液气联合控制***是由液压比例***通过电磁换向阀（8）、第二隔膜式蓄能器（9）和气压控制***相连接而成，所述第二隔膜式蓄能器（9）液压侧和电磁换向阀（8）连接，气压侧分别与针阀（15）、单向阀（12）相连接；所述计算机控制***包括工业控制计算机、数据采集卡、温度传感器、压力传感器、信号采集卡、伺服放大器、输出电路板、电液和电气比例阀内置电子控制器、人机界面。
2.根据权利要求1所述的压力控制器安全性能检测用液气联控装置，其特征在于，所述的第一隔膜式蓄能器（4）、第二隔膜式蓄能器（9）为同一种蓄能器，所述液压比例***中的第一隔膜式蓄能器（4）作为液压储能元件，以稳定***压力，所述液气联合控制***中的第二隔膜式蓄能器（9）作为液-气能量转换器，所述第二隔膜式蓄能器（9）液压侧电磁换向阀（8）连接，气压侧通过针阀（15）接入第二负载（16），被试样品安装在测试阀块上，形成封闭气压回路。
3.根据权利要求1所述的压力控制器安全性能检测用液气联控装置，其特征在于，所述的液压比例***和气压控制***采用单独的测试阀块，每个测试阀块上配置三个测试接口，接口型式为快速接头转三通喇叭口与被测样品安装，每个测试阀块配置一根两米长承压软管。
4.根据权利要求1所述的压力控制器安全性能检测用液气联控装置，其特征在于，所述的计算机控制***包括工业控制计算机、数据采集卡、压力传感器、温度传感器、信号采集卡、伺服放大器、输出电路板、电液和电气比例阀内置的电子控制器、人机界面；
所述数据采集卡完成以下信号的采集和输出：
1）五个模拟量输入信号：液压、气压和真空的压力量信号（0～10V），以及液压、气压的温度量信号（0～5V）；
2）六个开关量输入信号：试验中试样的有源通断信号和无源通断信号各3个；
3）一个模拟量输出信号：电-液或电-气比例减压阀的输入信号（0～10V）；
4）三个开关量输出信号：控制电磁换向阀和电液和电气比例阀内置的电子控制器的启停状态；
所述的工业控制计算机通过线性模块、保压模块、矩形/梯形模块完成线性编程、恒值保压和矩形、梯形曲线编程。
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