设计与实现测量系统用于气动电磁阀阀基于高速数据采集.docx

设计与实现测量系统用于气动电磁阀阀基于高速数据采集.docx

《设计与实现测量系统用于气动电磁阀阀基于高速数据采集.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《设计与实现测量系统用于气动电磁阀阀基于高速数据采集.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

设计与实现测量系统用于气动电磁阀阀基于高速数据采集

设计与实现测量系统用于气动电磁阀阀基于高速数据采集

摘要

气动高速电磁阀是自动化控制系统中一个非常重要的意见。

随着国民经济的快速行业发展质量的要求也越来越高。

传统的方法是手工测量或半自动测量对于电磁阀参数综合评价缺乏。

为了解决测量电磁阀目前的问题，PC机控制实验仪基于电磁阀在高速数据采集就建立起来了。

它可以测量这些参数：

动态特性，密封性能，最小先导压力试验，疲劳寿命试验。

为了验证该系统的精度，动态模拟电磁阀基于Matlab/Simulink的模型设计。

该模型可为设计基础电磁阀。

类型QVT307的电磁阀，测定实验装置上，并且应用软件由VC++，其中有A/D转换的高速数据采集功能编程。

结果表明电磁阀的特性参数可以通过本系统可以判断良好。

数据采集速率可高达为0.1ms，并且压力分辨率为0.1kPa的。

关键词：

高速数据采集，电磁阀，动态特性，密封性能，

1.引言

直接驱动电磁阀的气动系统的方向控制阀，它是一个重要的制动器中自动控制系统。

尤其是高速电磁阀广泛应用于汽车ABS系统，电子燃油喷射系统的柴油发动机，火箭发动机推进剂供给系统。

随着应用和发展自动化技术，电磁阀的响应控制是必需的更准确，精确和快速。

到目前为止，电磁阀的测试方法和测试设备还没有没有全面的国家标准或行业，企业标准供参考。

同时，电磁阀在国内厂商的测量仍处于状态手动或半手动的。

这些方法不能得到的定量分析，以及电磁阀的质量，以电磁阀的设计参数。

电磁阀的检测设备已经制定了在国内的研究机构。

这些测试主要是针对液压电磁阀或电磁阀的动态特性的参数。

分析数据主要是电流值或所述阀的输出压力值。

当前分析是一种间接的方法。

因此它不符合电磁阀本身的质量要求。

以及在不同操作条件下，所获得的分析结果电磁阀也不尽相同。

在同一时间有多个品种的电磁阀，和测试参数很多。

所以很明显，仅测试一个单一的参数不能满足电磁阀的质量要求。

因此必须要开发一种能够在工业现场和实验室应用的一个实用测试系统电磁阀。

为了验证该系统的准确性，电磁阀的仿真模型设计。

气体方程为添加到电磁阀模型。

它提高了仅具有输出关系的共同模型阀芯位移和时间。

因此它可以适应电磁阀的设计基准更好。

该模型可避免实验的复杂性时和参数电磁阀的设计，而且还提供最基础的质量反馈。

2、测量系统

2.1直接驱动电磁阀原理和测试要求

图1接驱动电磁阀的原理

在二位三通常闭的高速电磁阀是本文的研究对象。

它的结构是结果显示于图1它是由四个部分组成：

电，磁，机械，气体传输。

当控制信号是高时，可动铁心被吸引到静铁芯。

A的沟通与工作气体流经控制对象。

当控制信号为低电平时，A方与R的气体直接排出到通过R。

在图1的气氛中，X代表阀芯位移电磁阀被完全关闭时，X变到0的最小值。

电磁阀的整体性能，有许多其中需要测量不同的参数。

这些参数主要包括四个项目：

1）试验。

这就是说,电磁阀接收控制信号之后，完成一个开关动作。

如果实在是太慢了它会影响使用效果。

因此它是也称为响应时间的考验。

在吸入状态下，当出口压力入口压力的10％，时间值是开放的响应时间。

当出口压力高达90％的入口压力，它是开放的切换时间。

与此相反，在除气状态时的出口压力下降到初始压力的10％，时间价值正在关闭的响应时间。

当出口压力高达90％的初始压力，它是关闭的开关时间。

2）密封性能。

这意味着如果在关闭状态的阀不能完全关闭它有泄漏。

它可以影响气动的可靠性设备，并导致气源的能量损失。

3）最小先导压力测试。

内泄漏的允许范围，这是控制端口的最低压力，气动电磁阀可以正常切换。

4）疲劳寿命试验。

后多次交换机，该阀的主要性能参数是仍然在允许范围内。

开关时间是电磁阀的耐久性。

2.2系统的总结构

基于上述试验的要求，在PC控制的实验测试系统的综合性能电磁阀被设计（关于图2）。

闭环空气供给系统是由1-空气压缩机，2-2-位与双端口换向阀，3-储气库，11-压力传感器，控制器。

当在系统中的压力不足，则控制器打开倒车2气门。

空气压缩机膨胀的气体贮存。

系统采用工控机，高速数据采集卡，定时器/计数器卡作为控制和过程的核心，数据采集卡的采样A/D值在气动系统中气体压力传感器，并提供低速I/O控制的数字信号，定时器/计数器卡能买得起的通断切换信号的高速，而且controlls测量高速阀门开关。

当前的速度高速电磁阀是约1ms。

因此，数据采集卡的采样率可以达到100kHz的。

中断模式是用于存储卡。

在系统中的高速驱动电路（关于图3）提供了必要的驱动电流和响应时间小于0.1毫秒。

气体压力由5（电动气动比例阀）调节。

控制葛是0〜5V，并且它对应于0〜1MPa的。

压力传感器8的精度为0.05％，其响应时间是为0.1ms。

气缸10提供驱动的夹具，它构成了自动夹紧机构。

当电磁阀的动态响应进行测量，电脑输出的D/A值与电空比例阀通过数据采集卡。

然后它设置气体压力。

由通过数据采集卡，打开的I/O接口阀（6,9）和空气通路中进行。

由定时器/计数器卡PC发送多说明被测阀门和controlls的通-断开关频率。

根据由高精度的压力传感器和测量的输出端口压力的的响应时间的定义，时间值被记录下来。

在计算机处理之后，动态响应时间得到的电磁阀。

图2检测系统的结构

密封性能的测量方法是直接测量，首先让电磁阀充气状态，直到输出端口达到设定压力。

然后关闭电磁阀知道没有气体输入测量电磁阀，同时检测该系统的压力变化。

一分钟过后压力检测下降，根据压力下降，电磁阀的密封性能可以决定控制是否合格。

3、电磁阀控制的模仿与仿真

验证动态响应的系统精度，在Matlab/Simulink上设计一个电磁阀的动态建模与仿真，首先对电磁阀动态响应设计出数学建模，计算他的运动方程，电磁方程，回路分析方程，燃气方程。

3.1数学模型

当电磁阀处于工作中，阀塞作用下弹簧力，电磁力和气体压力阻力。

其运动方程IS3：

其中m是阀塞（公斤）的质量，c为等效粘性阻尼，当阀芯处于运动（NS/米），k为弹簧刚度（N/M）;xp的是弹簧的预张力（米）;Fe为电磁力（N）;铁是到阀的压力阻力

插头（N）。

按照麦克斯韦的电磁力方程和基尔霍夫定律磁压，动态用于电磁阀的磁势的变化过程可以通过下面的微分方程式来表示

如果非工作气隙被忽略，它是：

其中Rm是总磁阻（Ω）;RMF是电路的磁阻（Ω）;Rδis磁阻气隙（Ω）;δ0是最大空气间隙（米），x为衔铁的位移（米）;φis磁通量（WB）;μ0为真空透气性好，μ0=4π×10-7H/m以下，A为磁极的面积在空气间隙（平方米）。

根据电压平衡的原则，回路分析方程可以got4：

其中U是电压驱动电磁阀（V）;IIS中的线圈电流（A），R是线圈电路（Ω）的电阻，N为线圈转;ψis磁系统（WB）的磁通，t为时间（s）：

。

假设不存在燃气泄漏时，阀芯在运动，空气通入气体的时间很短而且速度非常快。

所以整个过程可视为绝热过程。

基于质量流量方程，一般气体定律和气体的质量密度方程，动态差分通胀的过程中方程和气室的通货紧缩可以得到：

其中A（t）为阀口（平方米）的面积;R0为气体常数，R0=287.1J/kg·K（空气），K为绝热指数，K=1.4;T1是空气在空气腔室中，T1=313K绝对温度;P1，P2是气室之前和空气室后压力，V是气室（立方米）的能力。

3.2仿真结果

如果上述方程式

（1）〜（5）是同时进行的，这是一个非常复杂的非线性系统。

在工作过程电磁阀，四个系统是不断变化的。

如果等式成立的每个过程，然后将这些联立方程是要解决的，计算是非常大的，这是非常困难的。

Matlab/Simulink的能有效地解决这一问题。

根据该电磁阀的设计参数，当按下空气供给的是450Kpa，模拟结构参数输入到Simulink中，图4可以得到：

图4动态特性的仿真结果

从图4中，当气源压力450Kpa打开响应时间和电磁阀的打开开关时间仿真模型是16.3ms和28.8ms分别。

收盘响应时间和结束切换时间是11.9ms和26.7ms分别。

由仿真模型影响电磁阀的动态性能的参数进行分析。

该下面图5示出了切换时间和空气源的压力，驱动电压之间的关系的线圈匝数，气隙长度。

图5受电磁阀的参数的切换时间

4、实验结果

4.1动态响应的测试结果

为了验证测试系统的效果时，弹簧的刚度为450Kpa，电磁阀的动态响应进行了测量。

结果如下：

图6动态响应测试结果

从上面的图中，当气源压力450Kpa打开响应时间和断开开关时间是18.7ms和29.6ms分别。

收盘响应时间和结束切换时间为13.5ms和26.7ms分别。

测试结果比仿真结果略大。

它是由固有的时间延迟测量系统。

4.2密封性能测试结果

图7是密封性能对电磁阀的测试结果。

该测量方法是直接的压力闭幕。

该测量时间是1分钟，内气体压力450Kpa。

从该图中，初始压力为450.5Kpa，并最终压力450.3Kpa。

压降为0.2Kpa。

该阀能满足密封性能的要求。

图7密封性能输出

泄漏被定义为Q=ΔPV/t，其中t为泄漏时间。

它表明，泄漏的绝对值是相关的在空气通道的初始压力。

4.3最低先导压力的测试结果

最小先导压力的输出的测试结果示于图8。

当压力是非常缓慢的空气通道，而且即使开电磁阀，该电磁阀的输出还没有任何输出值。

只有当空气压力在该系统达到6.2Kpa，该阀具有响应输出。

如图8所示，点1是最小的导频压开。

类似地，当阀门关闭时的最小先导压力可以得到。

它是在第2点在图8中示出，并且它是关于2KPA。

它表明，该开口的最小控制压力大于闭合的导频压力。

图8最低先导压力的输出

结论

测试仪适用于气动电磁阀综合性能进行了设计和开发。

它是基于通过Matlab/Simulink的动态sumulation模型。

它突破了限额，这是以前只测量该olenoid阀的单个参数。

首先最小先导压力测试的介绍。

动态模拟模型进行了改进。

影响电磁阀的动态性能的参数进行了分析。

它可以提供基础理论分析，以电磁阀的设计。

实验结果表明，该综合螺线管的性能，可以判断得非常好。

它具有良好的意义为建立电磁阀的测试标准，而且它有利于提高电磁阀的国内制造商的质量。

参考文献

[1]JiangYang,LiuHong-yi,TianHong-haietc,"Integratedcontrolstudyontestingsystemofsolenoidvalve,"

JournalofNortheasternUniversity.Papers31

（1）,103-106（2010）.

[2]HuangMao-yang,ZaiYu-jian,"Highspeedsolenoiddynamicperformancetestingsystembasedonhigh

precisionlaserdisplacementtester,"Measurement&ControlTechnology.Papers24（9）,59-61（2005）.

[3]MaJing,ChenJing,LiJie,"Designandsimulationofaero-high-speedsolenoid,"ComputerSimulation.Papers

26（9）,24-27（2009）.

[4]PanXiao-wang,LinMin,GuoBinetc,"Simulationandexperimentalstudyfordynamiccharacteristicsof

pneumaticsolenoidvalves,"JournalofChinaUniversityofMetrology.Papers21（3）,232-236（2010）.

[5]GuoBei-tao,LiuHong-yi,CaoYangetc,"Measurementandcontrolsystemforcomprehensiveperformanceof

solenoidvalvebasedonvirtualinstrumenttechnique,"YiQiYiBiaoXueBao.Papers31

（2）,293-298（2010）.