Блог

Aug 28, 2023

Измерение массы

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 3273 (2022) Цитировать эту статью

1355 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Характеристики массового расхода пневматических сервоклапанов высокого давления (HPSV) оказывают важное влияние на динамические характеристики сервосистем высокого давления. Однако эти характеристики трудно получить теоретическими расчетами и расходомерными измерениями из-за сжимаемости газа высокого давления. В данной работе предложен новый метод измерения параметров массового расхода HPSV, основанный на принципе последовательного соединения звукового разряда клапанных отверстий. Эффективная площадь поперечного сечения и критический коэффициент давления отверстий сервоклапана могут быть точно и эффективно определены путем последовательного соединения двух отверстий клапана и изменения последовательности потоков двух отверстий клапана. Два предположения предложенного метода измерения, включая звуковой и адиабатический разряд, были проверены. Сравнение данных испытаний и моделирования показало, что точность измерения эффективной площади поперечного сечения и критического перепада давлений РВД была высокой. Измеренный коэффициент критического давления находился в диапазоне от 0,46 до 0,50, а коэффициент расхода, представленный изменением эффективной площади поперечного сечения, уменьшался с увеличением открытия клапана. Эти результаты имеют общее значение для точного проектирования, анализа и управления пневматическими сервосистемами высокого давления.

Высокий коэффициент мощности и мгновенная расширяемость газов под высоким давлением позволяют эффективно улучшить динамические характеристики, увеличить собственную частоту и улучшить скорость срабатывания пневматических систем. В то же время высокое давление позволяет миниатюризировать компоненты, тем самым экономя место и затраты на установку. Поэтому высокое давление применяется в специализированных областях, таких как авиация, аэрокосмическая промышленность, военная техника и буровые платформы1,2,3.

Производительность пневматических сервоклапанов высокого давления (HPSV) имеет решающее значение для проектирования системы, управления системой, а также оценки и оптимизации производительности системы4,5. Сервоклапаны обычно имеют конструкцию золотникового клапана, и их характеристики потока являются основой характеристик всей пневматической сервосистемы высокого давления6,7,8,9. Многие эксперты и исследователи в течение многих лет исследовали измерение расходных характеристик пневматических компонентов и разработали множество расходомеров и методов измерения.

Расходные характеристики сервоклапана измеряются с помощью различных расходомеров в зависимости от величины расхода. Прецизионный гидравлический двигатель или вихревой расходомер используется для испытаний при высоких скоростях потока, а гидравлический цилиндр используется для испытаний, когда скорость потока невысока10. В этом методе плотность и вязкость жидкости сильно влияют на результаты измерений, и поэтому этот метод больше подходит для жидких сред или газов низкого давления, плотность которых меняется незначительно. Метод испытаний ISO 6358, использующий звуковую проводимость и характеристику массового расхода по отношению к критическому давлению, также может обеспечить измерение характеристик потока11. Однако этот метод имеет множество положений, строгие требования к точности испытательного устройства и измерительной аппаратуры, а также высокий расход и стоимость тестового газа12,13. Куросита и Онеяма14 предложили гибридный метод измерения характеристик потока на основе ISO 635811 и JIS B 839015, который позволяет измерять детали с большими отверстиями с помощью небольших устройств. Однако для компонентов с относительно небольшими критическими коэффициентами давления погрешности измерения звуковой проводимости велики, и этот метод не может полностью описать массовые расходы пневматических компонентов. Кавасима и его коллеги16,17 предложили метод измерения характеристик потока с использованием изотермической камеры. Однако на метод влияет плотность наполнителя, изотермическую камеру сложно и дорого изготовить, а изотермические характеристики камеры трудно оценить 18,19. Имамура и др. В 20 был предложен гравиметрический метод SRoGS, с помощью которого можно измерять массовый расход газа в диапазоне 0,012–0,062 г/мин в вакуумной камере, однако погрешность измерения велика при больших расходах газа, и этот метод требует строгая тестовая среда. Кашан и др. 21 предложили новый чувствительный элемент массового расхода, который особенно подходит для измерения низкого расхода в системах вакуумной обработки. Эти методы измерения страдают от высоких требований к измерительным устройствам и сложности измерения, и они применимы только к пневматическим компонентам низкого давления. Пневматические измерения высокого давления требуют простого и эффективного метода измерения из-за высокого перепада давления, большого изменения плотности газа и высокой скорости потока.