CN104454784A - 脉宽调制高速应答阀的测试***和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉宽调制高速应答阀的测试***和方法，本测试***的传感器单元连接试验油路模块，数据采集模块接收传感器单元的检测信息并将检测信息传输至测控处理模块，被试高速应答阀连接于试验油路模块中，阀驱动模块采用脉宽调制信号控制被试高速应答阀并采集阀线圈电流信号，测控处理模块与阀驱动模块之间通过RS232串口通讯连接，CAN总线单元连接测控处理模块与阀驱动模块的数字量传输通道；本测试方法实现高速应答阀额定流量特性、内泄漏流量、空载流量特性及阶跃响应特性的测试。本测试***和方法采集被试阀特性参数，并进行分析处理，实现高速应答阀的特性测试，从而把握修复后高速应答阀的特性状态，保证了高速应答阀的控制精度。

Description

脉宽调制高速应答阀的测试***和测试方法

技术领域

本发明涉及一种脉宽调制高速应答阀的测试***和测试方法。

背景技术

高速应答阀是一种新型的电液数字阀，其采用脉宽调制数字控制，由力矩马达、螺管式电磁铁或盘式电磁铁等作为电/机械转换器，驱动液压阀工作，通过调节阀口开、关的时间比来改变阀的输出流量。高速应答阀具有结构简单、价格低廉、对污染不敏感、抗干扰能力强、工作可靠、阀口压降小、功耗低、与计算机接口方便等优点。但高速应答阀流量和压力脉动较大，只能控制小流量或作为先导级控制大流量。

目前，各类高速应答阀已在工程机械、汽车等行业得到广泛应用，同时也应用于冶金行业中对响应要求不是太高的***中，如连铸机扇形段开口度控制***和结晶器调宽控制***。

在高速应答阀中，如螺管电磁铁－锥阀式二位二通高速应答阀，当电磁线圈通电时，铁芯推动推杆位移，从而推动锥阀芯向下移动，阀口打开，油液从阀的P口到A口流动；当电磁线圈断电时，锥阀芯在弹簧的作用下复位，阀口关闭。在恒定的采样周期内，控制阀的开、关时间，形成间断的脉冲流量，即可得到不同的输出流量。

高速应答阀使用一段时间后，由于油液内固体污染物及阀高频动作，会发生泄漏量增大、阀芯卡滞甚至卡死故障。高速应答阀故障直接影响连铸机扇形段开口度控制和结晶器调宽控制精度，并最终影响连铸坯的板形精度。通常高速应答阀故障后需进行解体、清洗、维修，修复后的阀必须进行静、动态特性测试。但目前尚未有高速应答阀测试的相关***及标准，使得修复后的高速应答阀特性无法把握。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脉宽调制高速应答阀的测试***和测试方法，本测试***采集被试阀特性参数，并进行分析处理，实现高速应答阀的特性测试，本测试方法得到高速应答阀的静态和动态特性，从而把握修复后高速应答阀的特性状态，保证了高速应答阀的控制精度。

为解决上述技术问题，本发明脉宽调制高速应答阀的测试***包括测控处理模块、阀驱动模块、数据采集模块、传感器单元、CAN总线单元和试验油路模块，所述传感器单元连接所述试验油路模块，所述数据采集模块接收所述传感器单元的检测信息并将检测信息传输至所述测控处理模块，被试高速应答阀连接于所述试验油路模块中，所述阀驱动模块采用脉宽调制信号控制被试高速应答阀并采集阀线圈电流信号，所述测控处理模块与阀驱动模块之间通过RS232串口通讯连接，所述CAN总线单元连接所述测控处理模块与阀驱动模块的数字量传输通道。

进一步，上述测控处理模块是工业控制计算机。

进一步，上述数据采集模块是数据采集板卡。

进一步，上述传感器单元包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述试验油路模块包括液压泵、单向阀、压力表、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、流量计、溢流阀和油箱，所述单向阀与第一截止阀串接，所述液压泵输入端连接所述油箱、输出端连接所述单向阀，所述溢流阀输入端连接所述液压泵输出端，所述溢流阀输出端连接所述油箱，所述压力表连接所述单向阀与第一截止阀之间，所述第一截止阀输出端连接被试高速应答阀P口，所述第三截止阀与流量计串接，所述第二截止阀并联于所述第三截止阀与流量计两端，所述第二截止阀输入端连接被试高速应答阀A口、输出端连接所述油箱，所述第一压力传感器和第二压力传感器分别连接被试高速应答阀的P口和A口。

进一步，上述试验油路模块还包括过滤器，所述过滤器串接于所述单向阀与第一截止阀之间。    

一种脉宽调制高速应答阀的测试方法，本测试方法基于上述的测试***，其包括如下步骤：

步骤一、高速应答阀额定流量特性测试，在阀口压差为额定压力条件下，阀芯位于最大开启位置所对应的输出流量值为高速应答阀额定流量，打开试验油路模块中的第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，被试高速应答阀电磁铁断电，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力至14MPa，通过阀驱动器使被试高速应答阀的阀口全开，由流量计测量出高速应答阀输出流量值即为其额定流量；

步骤二、高速应答阀内泄漏流量测试，高速应答阀的内泄漏流量是指阀处于完全关闭状态，且阀P口供油压力为指定常数的情况下，从阀的高压腔流到低压腔的流量，打开试验油路模块中的第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，被试应答阀电磁铁断电，通过阀驱动器使阀口关闭，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力至14MPa，由流量计测量出从高速应答阀P口至A口的流量值即为其内泄漏流量；

步骤三、高速应答阀空载流量特性测试，打开试验油路模块中的第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，被试高速应答阀电磁铁断电，通过阀驱动器使阀口关闭，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力为7MPa，测控处理模块在阀驱动器输入端施加扫描电压控制信号，电压控制信号的周期为20s、幅值从10%占空比到90%占空比，此时流量计测量出被试高速应答阀A口的流量，由数据采集模块采集进测控处理模块，进行分析，绘制出在恒定压力下被测高速应答阀一个完整周期的输出流量与占空比的关系曲线，即空载流量特性曲线；

步骤四、高速应答阀阶跃响应特性测试，打开试验油路模块中的第一截止阀和第二截止阀，关闭第三截止阀，被试高速应答阀电磁铁断电，通过阀驱动器使阀口关闭，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力为7MPa，测控处理模块通过阀驱动器在被试高速应答阀电磁线圈上施加24V阶跃电压控制信号，阀驱动器同时采集被试高速应答阀阀电流信号，并传输至测控处理模块，测控处理模块绘制被试高速应答阀阀电流曲线，分析计算出被试高速应答阀开启时间；测控处理模块通过阀驱动器切断被试高速应答阀电磁线圈上的24V电压控制信号，阀驱动器同时采集被试高速应答阀阀电流信号，并传输至测控处理模块，测控处理模块绘制被试高速应答阀阀电流曲线，分析计算出被试高速应答阀关闭时间，被试高速应答阀开启时间和关闭时间即为被试高速应答阀的阶跃响应特性。

由于本发明脉宽调制高速应答阀的测试***采用了上述技术方案，即本测试***包括测控处理模块、阀驱动模块、数据采集模块、传感器单元、CAN总线单元和试验油路模块，传感器单元连接试验油路模块，数据采集模块接收传感器单元的检测信息并将检测信息传输至测控处理模块，被试高速应答阀连接于试验油路模块中，阀驱动模块采用脉宽调制信号控制被试高速应答阀并采集阀线圈电流信号，测控处理模块与阀驱动模块之间通过RS232串口通讯连接， CAN总线单元连接测控处理模块与阀驱动模块的数字量传输通道；本测试方法实现高速应答阀额定流量特性、内泄漏流量、空载流量特性及阶跃响应特性的测试。本测试***采集被试阀特性参数，并进行分析处理，实现高速应答阀的特性测试，本测试方法得到高速应答阀的静态和动态特性，从而把握修复后高速应答阀的特性状态，保证了高速应答阀的控制精度。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明脉宽调制高速应答阀的测试***的原理框图；

图2为本测试***中试验油路模块的示意图；

图3为采用本测试方法实测的高速应答阀流量特性曲线；

图4为采用本测试方法实测的高速应答阀开启时间测试曲线；

图5为采用本测试方法实测的高速应答阀关闭时间测试曲线。

具体实施方式

如图1所示，本发明脉宽调制高速应答阀的测试***包括测控处理模块11、阀驱动模块12、数据采集模块13、传感器单元14、CAN总线单元15和试验油路模块16，所述传感器单元14连接所述试验油路模块16，所述数据采集模块13接收所述传感器单元14的检测信息并将检测信息传输至所述测控处理模块11，被试高速应答阀连接于所述试验油路模块16中，所述阀驱动模块12采用脉宽调制信号控制被试高速应答阀并采集阀线圈电流信号，所述测控处理模块11与阀驱动模块12之间通过RS232串口通讯连接，所述CAN总线单元15连接所述测控处理模块11与阀驱动模块12的数字量传输通道。

进一步，上述测控处理模块11是工业控制计算机。

进一步，上述数据采集模块13是数据采集板卡。

如图2所示，进一步，上述传感器单元包括第一压力传感器41和第二压力传感器42，所述试验油路模块包括液压泵61、单向阀62、压力表63、第一截止阀64、第二截止阀65、第三截止阀66、流量计67、溢流阀68和油箱69，所述单向阀62与第一截止阀64串接，所述液压泵61输入端连接所述油箱69、输出端连接所述单向阀62，所述溢流阀68输入端连接所述液压泵61输出端，所述溢流阀68输出端连接所述油箱69，所述压力表63连接所述单向阀62与第一截止阀64之间，所述第一截止阀64输出端连接被试高速应答阀6的P口，所述第三截止阀66与流量计67串接，所述第二截止阀65并联于所述第三截止阀66与流量计67两端，所述第二截止阀65输入端连接被试高速应答阀6的A口、输出端连接所述油箱69，所述第一压力传感器41和第二压力传感器42分别连接被试高速应答阀6的P口和A口。

进一步，上述试验油路模块还包括过滤器60，所述过滤器60串接于所述单向阀62与第一截止阀64之间。

本测试***中，测控处理模块可采用工业控制计算机，工业控制计算机运行采用LabVIEW语言编写的测控软件，负责接收用户指令，向阀驱动器输出指令信号，接收并处理上传来的信号，对信号进行分析处理，绘制被试高速应答阀的特性曲线，并显示、保存、打印结果等。阀驱动器接收来自于测控处理模块发出的命令，产生相应的脉宽调制信号输出至被试高速应答阀的线圈；同时采集被试高速应答阀的线圈电流信号，并将所有采集来的信号经过A/D转换器处理后传送至测控处理模块。阀驱动器与测控处理模块之间通过串行RS232接口通讯。CAN总线单元作为阀控制器与测控处理模块的数字量传输通道，阀控制器在发出脉宽调制信号的同时，将对应的占空比信息通过CAN总线单元传输至测控处理模块。传感器单元中的各传感器采集表征被试高速应答阀性能和工作状态的压力信号，并转换为电信号，然后经变送器进行处理、输出至数据采集模块。数据采集模块可由数据采集板卡组成，负责接收传感器单元所输出的电气信号，并将信号传输到测控处理模块。

在试验油路模块中，液压泵为被试高速应答阀供油，单向阀防止油液倒流至液压泵，压力表用于显示液压泵出口压力，第一截止阀防止拆装被试高速应答阀时管路油液流出，第一压力传感器测量并采集被试高速应答阀P口的压力，第二压力传感器测量并采集被试高速应答阀A口的压力，第二截止阀和第三截止阀用于油路切换，流量计测量并采集通过被试高速应答阀的油液流量，溢流阀用于调定液压泵的出口压力。在试验油路模块中增加过滤器用于保证进入被试高速应答阀液压油的清洁度。

利用本测试***可实施高速应答阀的静态和动态特性测试，测试方法包括如下步骤：

1、高速应答阀额定流量特性

在阀口压差为额定压力条件下，阀芯位于最大开启位置所对应的输出流量值即为高速应答阀额定流量。测试高速应答阀额定流量值时，打开试验油路模块中的第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，被试高速应答阀电磁铁断电，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力至14MPa，通过阀驱动器使被试高速应答阀的阀口全开，由流量计测量出高速应答阀输出流量值即为其额定流量。

2、高速应答阀内泄漏流量

高速应答阀的内泄漏流量是指阀处于完全关闭状态，且阀P口供油压力为指定常数的情况下，从阀的高压腔流到低压腔的流量。测试高速应答阀内泄漏流量时，打开试验油路模块中的第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，被试应答阀电磁铁断电，通过阀驱动器使阀口关闭，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力至14MPa，由流量计测量出从高速应答阀P口至A口的流量值即为其内泄漏流量。

3、高速应答阀空载流量特性

测试高速应答阀空载流量时，打开试验油路模块中的第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，被试高速应答阀电磁铁断电，通过阀驱动器使阀口关闭，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力为7MPa，测控处理模块在阀驱动器输入端施加扫描电压控制信号，周期20s，幅值从10%占空比到90%占空比，此时流量计测量出被试高速应答阀A口的流量，由数据采集模块采集进测控处理模块，进行分析，绘制出在恒定压力下被测高速应答阀一个完整周期的输出流量与占空比的关系曲线，即空载流量特性曲线。

改变被试高速应答阀的P口压力为其它值，如设为3.5Mpa或其他值，即可得出多条流量特性曲线，反映了被测高速应答阀在不同压力条件下的流量控制特性。

 4、高速应答阀阶跃响应特性

阶跃信号输入下，高速应答阀的最小开启时间                                               和最小关闭时间能真正反映出其动态性能。测试高速应答阀阶跃响应特性时，打开试验油路模块中的第一截止阀和第二截止阀，关闭第三截止阀，被试高速应答阀电磁铁断电，通过阀驱动器使阀口关闭，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力为7MPa，测控处理模块通过阀驱动器在被试高速应答阀电磁线圈上施加24V阶跃电压控制信号，阀驱动器同时采集被试高速应答阀阀电流信号，并传输至测控处理模块，测控处理模块绘制被试高速应答阀阀电流曲线，分析计算出被试高速应答阀开启时间；测控处理模块通过阀驱动器切断被试高速应答阀电磁线圈上的24V电压控制信号，阀驱动器同时采集被试高速应答阀阀电流信号，并传输至测控处理模块，测控处理模块绘制被试高速应答阀阀电流曲线，分析计算出被试高速应答阀关闭时间。被试高速应答阀开启时间和关闭时间即为被试高速应答阀的阶跃响应特性。

采用本测试方法得到某一被试高速应答阀的空载流量特性曲线和阶跃响应特性曲线如图3所示，从实测的流量特性曲线可以看出，阀最大流量为8.5L/min，与阀性能指标基本吻合。但由于电磁铁的响应滞后、阀芯开关动作时间及阀芯行程的影响，实测的阀流量特性曲线存在15％的死区和25％的饱和区，与理想曲线存在一定差异。

如图4和图5所示，被试高速应答阀实测开启时间为15ms(零点到B点），关闭时间为19ms（零点到C点），且开启和关闭均存在4ms左右的死区，这主要是由于电磁线圈为电感负载，通电后线圈电流变化有滞后造成的。

利用本测试***和方法对百多个高速应答阀进行了测试，高速应答阀上机使用情况良好，与测试结果基本吻合。

Claims (6)

1.一种脉宽调制高速应答阀的测试***，其特征在于：本测试***包括测控处理模块、阀驱动模块、数据采集模块、传感器单元、CAN总线单元和试验油路模块，所述传感器单元连接所述试验油路模块，所述数据采集模块接收所述传感器单元的检测信息并将检测信息传输至所述测控处理模块，被试高速应答阀连接于所述试验油路模块中，所述阀驱动模块采用脉宽调制信号控制被试高速应答阀并采集阀线圈电流信号，所述测控处理模块与阀驱动模块之间通过RS232串口通讯连接，所述CAN总线单元连接所述测控处理模块与阀驱动模块的数字量传输通道。

2.根据权利要求1所述的脉宽调制高速应答阀的测试***，其特征在于：所述测控处理模块是工业控制计算机。

3.根据权利要求1或2所述的脉宽调制高速应答阀的测试***，其特征在于：所述数据采集模块是数据采集板卡。

4.根据权利要求3所述的脉宽调制高速应答阀的测试***，其特征在于：所述传感器单元包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述试验油路模块包括液压泵、单向阀、压力表、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、流量计、溢流阀和油箱，所述单向阀与第一截止阀串接，所述液压泵输入端连接所述油箱、输出端连接所述单向阀，所述溢流阀输入端连接所述液压泵输出端，所述溢流阀输出端连接所述油箱，所述压力表连接所述单向阀与第一截止阀之间，所述第一截止阀输出端连接被试高速应答阀P口，所述第三截止阀与流量计串接，所述第二截止阀并联于所述第三截止阀与流量计两端，所述第二截止阀输入端连接被试高速应答阀A口、输出端连接所述油箱，所述第一压力传感器和第二压力传感器分别连接被试高速应答阀的P口和A口。

5.根据权利要求4所述的脉宽调制高速应答阀的测试***，其特征在于：所述试验油路模块还包括过滤器，所述过滤器串接于所述单向阀与第一截止阀之间。

6.一种脉宽调制高速应答阀的测试方法，其特征在于：基于所述权利要求4所述的测试***，本方法包括如下步骤：

步骤一、高速应答阀额定流量特性测试，在阀口压差为额定压力条件下，阀芯位于最大开启位置所对应的输出流量值为高速应答阀额定流量，打开试验油路模块中的第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，被试高速应答阀电磁铁断电，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力至14MPa，通过阀驱动器使被试高速应答阀的阀口全开，由流量计测量出高速应答阀输出流量值即为其额定流量；

步骤二、高速应答阀内泄漏流量测试，高速应答阀的内泄漏流量是指阀处于完全关闭状态，且阀P口供油压力为指定常数的情况下，从阀的高压腔流到低压腔的流量，打开试验油路模块中的第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，被试应答阀电磁铁断电，通过阀驱动器使阀口关闭，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力至14MPa，由流量计测量出从高速应答阀P口至A口的流量值即为其内泄漏流量；

步骤三、高速应答阀空载流量特性测试，打开试验油路模块中的第一截止阀和第三截止阀，关闭第二截止阀，被试高速应答阀电磁铁断电，通过阀驱动器使阀口关闭，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力为7MPa，测控处理模块在阀驱动器输入端施加扫描电压控制信号，电压控制信号的周期为20s、幅值从10%占空比到90%占空比，此时流量计测量出被试高速应答阀A口的流量，由数据采集模块采集进测控处理模块，进行分析，绘制出在恒定压力下被测高速应答阀一个完整周期的输出流量与占空比的关系曲线，即空载流量特性曲线；

步骤四、高速应答阀阶跃响应特性测试，打开试验油路模块中的第一截止阀和第二截止阀，关闭第三截止阀，被试高速应答阀电磁铁断电，通过阀驱动器使阀口关闭，开启液压泵，设定液压泵输出流量为20l/min，调节溢流阀，使被试高速应答阀的P口压力为7MPa，测控处理模块通过阀驱动器在被试高速应答阀电磁线圈上施加24V阶跃电压控制信号，阀驱动器同时采集被试高速应答阀阀电流信号，并传输至测控处理模块，测控处理模块绘制被试高速应答阀阀电流曲线，分析计算出被试高速应答阀开启时间；测控处理模块通过阀驱动器切断被试高速应答阀电磁线圈上的24V电压控制信号，阀驱动器同时采集被试高速应答阀阀电流信号，并传输至测控处理模块，测控处理模块绘制被试高速应答阀阀电流曲线，分析计算出被试高速应答阀关闭时间，被试高速应答阀开启时间和关闭时间即为被试高速应答阀的阶跃响应特性。