[发明专利]永磁伺服电机驱动定量泵流量、压力间接测量系统

说明书

技术领域

本发明属于制造领域，具体涉及一种伺服驱动液压源输出流量、压力的间接测量系统，可用于液压系统的流量、压力控制。

背景技术

电液控制系统由于其响应速度快、控制精度高、调速方便、功率体积比大等优良特性被广泛的应用。而压力和流量是液压系统两个非常重要的参数，在实际的电液控制中，有的需要对执行机构的速度进行控制，也就是控制流入执行机构中液体的流量；有的需要对负载压力进行控制；还有的需要对系统功率进行控制，无论是哪种控制都需要对压力和流量进行测量。

流量测量通常采用流量计，流量计的种类很多，按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理等。液压系统中常用涡轮流量计，涡轮流量计是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速，从而推导出流量或总量的仪表，其主要优点有：精度高、重复性好、测量范围宽、结构紧凑、抗干扰能力强等。

对于流量间接测量通常采用测量某一固定阻尼孔两端的压差，再根据流量系数、阻尼孔截面面积、油液密度等参数估算出实际流量。此方法最大缺点是阻尼孔消耗部分液压能量，流量越大压差也越大，消耗的能量也越多。另外对于变转速驱动定量泵可通过泵的排量和转速的乘积计算出输出流量，但由于其受到泵的泄漏量、液体体积压缩量、温度等的影响，误差太大，只能做近似参考，并且转速的实时在线测量也不容易。

压力通常用传感器直接测量，压力传感器种类很多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器、压电式压力传感器等。压力也可采用间接测量，如通过检测液压管道外径的变形量即可求出管道内部的压力，其缺点是在液压系统工作压力范围内管道外径变形量十分微小，因而检测比较困难，同时环境温度、油液温度对管道变形也有影响。此外，超声波管外测压系统在压力测量中也有应用，但是其受到管壁、温度、延迟误差等的影响，应用受到限制。

传统液压系统中无论是压力的测量还是流量的测量都存在一定缺陷，主要表现在以下方面：

1)安装不方便。压力测量要预留压力传感器安装接口。流量测量需要将流量计嵌入到液压管路之中，并且有严格的安装要求，如涡轮流量计需要安装过滤器将流体中的颗粒、铁磁性物质等杂质过滤掉，保证流量计零件特别是轴和轴承不被损坏；当流量计前直管长度小于20倍公称直径时还需要安装整直器，以消除偏流、涡流等影响。此外压力传感器和流量计还存在安装密封问题，流量计还存在最大使用压力问题。

2)响应速度慢。如涡轮流量计中涡轮输出的脉冲信号频率很高，最高可达3kHz～4kHz，由前放大器输出的脉冲信号，其幅值、波形都不规则，在进入显示仪表后，先需经整形电路变成规则的具有一定幅值的矩形电脉冲信号，再经过频率/电流转换电路，将频率信号变为相应的电流信号(4～20mA)，最终转换成瞬时流量值，在转换过程中往往还需做均值处理，因此实际输出响应变慢。对于小流量涡轮流量计，由于流量小，涡轮叶片数量少，输出信号频率低，其响应速度更慢。

3)使用环境受到限制。流量和压力测量最终都要将流量信号和压力信号转换成电信号，在防爆环境中不能使用这些带电的测量器件，如果选用防爆产品会大幅增加成本，另外独立的压力、流量测量装置会增加使用成本。

综上所述，液压系统中使用压力传感器和流量计的测量方法存在固有缺陷，因此有必要找出更为简单、易行、可靠的压力流量测量系统。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种永磁伺服电机驱动定量泵流量-压力间接测量系统。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种永磁伺服电机驱动定量泵流量-压力间接测量系统，包括：永磁伺服电机、伺服驱动器、定量油泵、油箱、霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、油液温度传感器、数据采集控制卡、上位计算机，其特征在于，它们的连接关系为：伺服驱动器通过霍尔电压传感器和霍尔电流传感器与永磁伺服电机相连，永磁伺服电机与定量油泵相连接，定量油泵连接油箱和负载，油箱与油液温度传感器相连接，数据采集控制卡分别连接霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、伺服驱动器、油液温度传感器和上位计算机。

其中，永磁伺服电机的定子电压与电机转速近似成线性关系，永磁伺服电机的定子侧电流与电机输出转矩近似成线性关系；定量油泵的输出流量主要由泵的转速决定，同时受到系统压力和油液粘度的影响；定量油泵的输出压力与泵的输入转矩有关，同时受到其转速的影响。