JP6006950B2 - 流量試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量制御装置を用いた流量試験装置に関するものである。

流量計の計測結果に基づいて流量制御弁の開度を制御して流量制御を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１０３１０９号公報

しかしながら、流量変化が大きい場合には、流量計の計測値は応答性が悪いため、流量計の計測結果に基づいて流量制御するには限界があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、流量変化が大きい場合であっても、精度の高い流量制御を実現することを目的とする。

本発明に係る流量試験装置は、作動流体を供給する流体圧供給源と、前記流体圧供給源から供給される作動流体を流量制御を行いながら吐出するサーボバルブと、前記サーボバルブの入口圧力を検出する入口圧力検出器と、前記サーボバルブの出口圧力を検出する出口圧力検出器と、前記サーボバルブのスプール変位を検出する変位検出器と、前記入口圧力検出器、前記出口圧力検出器、及び前記変位検出器の検出結果に基づいて前記サーボバルブの吐出流量を演算し、当該演算流量が予め定められた設定流量となるように前記サーボバルブに開度指令を出力するコントローラと、 前記サーボバルブの吐出流量を検出する流量検出器と、を備え、前記設定流量は、パルス状に変化するパルス状流量波形であり、前記コントローラは、前記流量検出器にて検出された実流量が前記設定流量となるように前記開度指令を補正する開度補正信号を前記パルス状流量波形のうち一定流量域で演算するとともに、前回の前記パルス状流量波形を発生させた際に演算した前記開度補正信号によって前記開度指令を補正して、今回の前記パルス状流量波形を発生させることを特徴とする。

本発明によれば、サーボバルブの吐出流量は入口圧力検出器、出口圧力検出器、及び変位検出器の検出結果に基づいて演算されるため、流量変化が大きい場合であっても、演算される吐出流量は応答性の良いものとなる。サーボバルブによる流量制御は演算流量をフィードバック信号として行われるため、精度の高い流量制御を実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る流量試験装置のシステム系統図であり、実線が油圧系統を示し、点線が信号の流れを示す。 モニタに表示された演算流量と実流量の変化を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る流量試験装置のシステム系統図であり、実線が油圧系統を示し、点線が信号の流れを示す。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る流量試験装置１００について説明する。

流量試験装置１００は、供試体１に対して瞬間的に大流量の液体を供給し、供試体１の疲労や耐久性等の性能を試験する装置である。供試体１は、バルブ、配管、配管用継手、フレキシブルホース等であり、流量変化が大きい環境下で使用される部品である。液体は、本実施形態では油であるが、水等であってもよい。

図１に示すように、流量試験装置１００は、試験機本体１０１と、試験機本体１０１の動作を制御するコントローラ１０２と、を備える。図１では、油圧系統を実線で示し、信号の流れを点線で示す。

試験機本体１０１は、作動油（作動流体）が貯留されたタンク８と、タンク８の作動油を吸い込んで供給する油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２と供試体１を接続する供給通路３と、供給通路３に接続され油圧ポンプ２から吐出された作動油が畜圧される畜圧器としてのアキュムレータ４と、アキュムレータ４に畜圧された作動油を流量制御を行いながら供試体１に対して吐出するサーボバルブ５と、供試体１とタンク８を接続する戻り通路６と、を備える。油圧ポンプ２及びアキュムレータ４が、請求項１の「流体圧供給源」に該当する。

また、試験機本体１０１は、供給通路３におけるサーボバルブ５の上流側に設けられサーボバルブ５の入口圧力を検出する入口圧力検出器としての入口圧力計１１と、供給通路３におけるサーボバルブ５の下流側に設けられサーボバルブの出口圧力を検出する出口圧力検出器としての出口圧力計１２と、戻り通路６に設けられサーボバルブ５の吐出流量を検出する流量検出器としての流量計１４と、を備える。流量計１４には、精度と耐久性に優れるコリオリ式流量計が用いられる。流量計１４によって検出された実流量Ｑｒは、図２に示すようにモニタ２１に出力されて表示される。

サーボバルブ５は、コントローラ１０２からの指令信号によって変位するスプールを有し、吐出流量が予め定められた設定流量となるようにスプールの開度が制御される。サーボバルブ５にはスプール変位を検出する変位検出器としての変位計１３が設けられる。

供試体１は、２つの取付ポート７ａ，７ｂ間にクイックカプラー等を介して交換可能に取り付けられる。試験機本体１０１は、サーボバルブ５を通じて供試体１に対して瞬間的に大流量の作動油を供給し、急激な流量変化による供試体１への影響を試験する装置である。流量変化は、例えば、５０Ｌ／ｍｉｎから１２００Ｌ／ｍｉｎまで０．１秒で立ち上がる変化である。このような急激な流量変化を、流量計１４の計測結果をフィードバック信号として流量制御したとしても、流量計１４による計測値は応答性が悪くかつ安定しないため（図２参照）、流量制御の精度には限界があった。

この対策として、本実施形態では、サーボバルブ５による流量制御のフィードバック信号として、入口圧力計１１、出口圧力計１２、及び変位計１３の検出結果に基づいて演算される演算流量が用いられる。以下では、コントローラ１０２によるサーボバルブ５の制御について説明する。

コントローラ１０２は、サーボバルブ５の動作の制御を行うＣＰＵと、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭと、入口圧力計１１、出口圧力計１２、変位計１３、及び流量計１４等の各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭと、を備える。

コントローラ１０２には、設定流量として５０Ｌ／ｍｉｎから１２００Ｌ／ｍｉｎまで０．１秒で立ち上がり、１２００Ｌ／ｍｉｎに数秒保持した後、１２００Ｌ／ｍｉｎから５０Ｌ／ｍｉｎまで０．１秒で下げるパルス状に変化する流量波形が連続して発生するように予め定められている。

図１に示すように、コントローラ１０２では、変位計１３によって検出されたスプール変位から算出されたスプール開度Ｌ、入口圧力計１１によって検出されたサーボバルブ供給圧力Ｐｓ、及び入口圧力計１１と出口圧力計１２によって検出された圧力の差である実測差圧ΔＰ１に基づいて、サーボバルブ５の吐出流量Ｑｃが演算される。具体的には、以下の（１）式に基づいて吐出流量Ｑｃが演算される。

上記（１）に基づいて演算された吐出流量Ｑｃ（演算流量）のデータはモニタ２１へ出力され、モニタ２１には、図２に示すようにリアルタイムで吐出流量Ｑｃが表示される。なお、吐出流量Ｑｃの演算周期は数ｍｓｅｃである。

サーボアンプ２２は、上記（１）に基づいて演算された吐出流量Ｑｃが予め定められた設定流量となるようにサーボバルブ５に開度指令を出力する。このように、サーボアンプ２２による流量制御は、上記（１）に基づいて演算された吐出流量Ｑｃをフィードバック信号として行われる。サーボアンプ２２による流量制御の演算周期は数ｍｓｅｃである。

吐出流量Ｑｃは、スプール開度Ｌ、サーボバルブ供給圧力Ｐｓ、及び実測差圧ΔＰ１をファクターとして上記（１）式によって演算される理論上の流量であり、リアルタイムで演算される。したがって、流量変化が大きい場合であっても、演算される吐出流量Ｑｃは応答性の良いものとなり、安定したフィードバック信号が得られる。サーボアンプ２２による流量制御は、その安定したフィードバック信号を用いて行われるため、精度の高いものとなる。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

サーボバルブ５の吐出流量は、スプール開度Ｌ、サーボバルブ供給圧力Ｐｓ、及び実測差圧ΔＰ１をファクターとして演算されるため、流量変化が大きい場合であっても、演算される吐出流量は応答性の良いものとなる。サーボバルブによる流量制御はその演算された吐出流量をフィードバック信号として行われるため、精度の高い流量制御を実現することができる。

また、一般的に流量計で流量を計測する際には流体の流れを層流にする必要があるが、本実施形態では、流量を上記３つのファクターを用いて演算によって計測するものであるため、乱流の影響を受けない。したがって、流体の流れが乱流であっても精度の高い流量制御を実現することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図２及び図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る流量試験装置２００について説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる点のみを説明し、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

流量試験装置２００は、サーボアンプ２２からサーボバルブ５へ出力される開度指令が、流量計１４の検出結果に基づいて補正される点で、上記第１実施形態と相違する。以下に、その補正について説明する。

上記（１）式によって演算される吐出流量Ｑｃは理論上の流量であり、実測された流量ではない。一方、流量計１４によって検出される実流量Ｑｒは、流量変化中は応答性が良くないため精度が低いが、一定流量域では精度が高い。特に、流量計１４に用いられるコリオリ式流量計は、応答性が良くかつ機械的な消耗が少ないのが特徴であり、流量変化が繰り返される環境でも精度と耐久性に優れる。

そこで、（１）式によって演算される吐出流量Ｑｃの正確性を担保するため、一定流量域で流量計１４にて検出された実流量Ｑｒが設定流量（本実施形態では１２００Ｌ／ｍｉｎ）となるように、サーボアンプ２２からサーボバルブ５に出力される開度指令が補正される。具体的には、設定流量に対する実流量Ｑｒの偏差を演算し、その偏差が無くなるような開度補正信号を演算してサーボアンプ２２へ出力する。サーボアンプ２２は、上記（１）に基づいて演算された吐出流量Ｑｃをフィードバック信号として吐出流量Ｑｃが予め定められた設定流量となるようなサーボバルブ５の開度指令を演算すると共に、その演算された開度指令を開度補正信号によって補正し、その補正された開度指令をサーボバルブ５へ出力する。

開度指令の補正は、流量計１４によって検出された実流量Ｑｒが安定した時点（図２では４〜５秒の間）で行うのが望ましい。

また、開度指令の補正はリアルタイムでは行わず、前回のパルス状流量波形を発生させた際に演算した開度補正信号によって開度指令を補正してパルス状流量波形を発生させるようにしてもよい。このように補正すれば、パルス状流量波形を発生させる毎に、流量制御の精度が向上する。

以上の第２実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

サーボアンプ２２からサーボバルブ５へ出力される開度指令が流量計１４にて検出された実流量Ｑｒに基づいて補正されるため、より精度の高い流量制御を実現することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

上記実施形態では、サーボバルブ５を流量試験装置１００に用いる場合について説明した。しかし、サーボバルブ５は、流量変化が大きい流量制御を行う流量制御装置に用いることができ、その用途は限定されない。

また、上記実施形態では、流体圧供給源として油圧ポンプ２及びアキュムレータ４を用いる場合を例示した。上記実施形態では、大きな流量変化を実現するためにアキュムレータ４を用いるようにした。しかし、流量変化の大きさによってはアキュムレータ４は不要であり、油圧ポンプ２のみで流体圧供給源を構成することが可能である。

本発明は、供試体の疲労や耐久性等の性能を試験する流量試験装置として利用することができる。

１００，２００ 流量試験装置
１０１ 試験機本体
１０２ コントローラ
１ 供試体
２ 油圧ポンプ（流体圧供給源）
４ アキュムレータ（流体圧供給源）
５ サーボバルブ
１１ 入口圧力計（入口圧力検出器）
１２ 出口圧力計（出口圧力検出器）
１３ 変位計（変位検出器）
１４ 流量計（流量検出器）
２１ モニタ
２２ サーボアンプ

Claims (1)

1. サーボバルブにて流量制御を行いながら供試体に対して作動流体を吐出して供試体の性
   能試験を行う流量試験装置であって、
   作動流体を供給する流体圧供給源と、
   前記流体圧供給源から供給される作動流体を流量制御を行いながら吐出するサーボバル
   ブと、
   前記サーボバルブの入口圧力を検出する入口圧力検出器と、
   前記サーボバルブの出口圧力を検出する出口圧力検出器と、
   前記サーボバルブのスプール変位を検出する変位検出器と、
   前記入口圧力検出器、前記出口圧力検出器、及び前記変位検出器の検出結果に基づいて前記サーボバルブの吐出流量を演算し、当該演算流量が予め定められた設定流量となるように前記サーボバルブに開度指令を出力するコントローラと、
   前記サーボバルブの吐出流量を検出する流量検出器と、を備え、
   前記設定流量は、パルス状に変化するパルス状流量波形であり、
   前記コントローラは、前記流量検出器にて検出された実流量が前記設定流量となるように前記開度指令を補正する開度補正信号を前記パルス状流量波形のうち一定流量域で演算するとともに、前回の前記パルス状流量波形を発生させた際に演算した前記開度補正信号によって前記開度指令を補正して、今回の前記パルス状流量波形を発生させることを特徴とする流量試験装置。

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