液压用压力传感器及其合理选用赵文武The Hydraulic Pressure Sensor and Its Rational ChoiceZhao Wen-Wu(湘潭工学院,湖南省湘潭市桃园路2号 411201 电话:(0732)8290449)摘 要:简要介绍了国内外普遍使用的液压压力传感器及其发展动态,提出了合理选用液压用压力传感器的若干方法。
关键词:液压;压力传感器;选用中图分类号:TH137 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2001)10-0023-031 引言液压系统的压力是所有液压执行器的工作动力,也是大部分液压控制元件的控制动力,它存在于液压元件密封的容腔和连接液压元件的管路内,反映着液压系统的工作状态,是整个系统的重要信息。
压力和流量是液压系统的基本参数,但流量是一个与流动、流态、介质黏度、时间和体积(或质量)相关参数。
因此,对它的测试比对压力的测试相对困难一些。
加之现有的一些流量测试仪表还受到特殊的安装位置、安装方式和管道直径等诸多因素的限制,由此影响了其在液压系统测试中的使用。
而压力测试仪表则一般不受这些因素的制约,因而在液压系统中获得了更广泛的使用。
特别是利用压力作用于敏感部件产生物理效应或应变而制成的各种传感器的出现,更加扩大了压力测试的应用范围。
随着传感器向集成化、智能化、小型化、系列化和标准化方面的发展,加上它与现代测控技术、计算机技术和信号分析技术的日益结合,使得压力传感器在液压系统的运行控制、状态监测、故障诊断和科学实验中得到更为广泛的应用。
2 液压用压力传感器及其发展动态基于各种检测原理发展起来的压力传感器是液压测试技术的核心,它将压力信号转换为电信号并利用二次仪表而对液压压力进行测试。
可用于液压压力测试的检测原理有许多种,每种检测原理又有不同的检测方法,再加上基于同种检测原理和方法的传感器又可以有结构形式、所用材料和制造工艺等因素的不同,因而构成了压力传感器的多种多样。
现在液压系统中广为使用的压力传感器主要有电阻式、压阻式和压电式等型式。
2.1 应变式压力传感器应变式压力传感器是电阻式压力传感器的一种。
这种传感器由应变片作为主要检测元件,应变片粘贴于由金属材料制成的平膜片弹性元件上,由弹性元件将被测压力变换成应变,进而由应变片转换成电阻的变化,从而测试出流体的压力,国外20世纪五、六十年代的商品压力传感器就是这种类型,我国目前广泛使用的BPR-2型压力传感器就属这种类型。
应变电阻式压力传感器具有使用方便、适应性强、价格便宜和动态性能好等优点,但粘贴剂和粘合技术对测试结果影响较大,并且其输出信号小,需专用的动态电阻应变仪配套使用,因而使其使用范围受到限制。
但是,随着离子束溅射薄膜淀积技术的采用,我国赛西传感技术有限公司已开发生产出CYB-900系列合金薄膜应变电阻式压力传感器,并已形成年产10万只的生产能力。
此系列的压力传感的合金薄膜电阻器与金属弹性体“溶”为一体,组成金属型敏感元件,无任何粘贴剂和紧固件,从而克服了粘贴剂和粘合技术对测试结果的影响。
现在,这种压力传感器已可广泛用于包括液压行业在内的众多领域。
收稿日期:2001-04-10 作者简介:赵文武(1954—),男,湖南湘潭人,副教授,主要从事液压技术方面的教学、科研工作。
232001年第10期液压与气动2.2 压阻式压力传感器压阻式压力传感器是利用金属导体或半导体材料受到压力作用而产生的压阻效应,将压力变化变换成电阻的变化,进而通过对电阻变化的测试而实现对压力的测试。
随着半导体技术的飞速发展,压阻式压力传感器的敏感元件现多采用半导体材料,其中又以硅为主。
这种传感器具有灵敏度高、准确度高、频率响应快、结构简单、体积小和重量轻等优点,而且还具有功耗低、安全可靠、寿命长和易于实现集成化等特点,因而得到了飞速的发展和广泛的应用,20世纪80年代中期后,在美、日、欧传感器市场上,它已是压力传感器中的主要品种,国内现也有不少厂家生产此种产品。
2.3 压电式压力传感器压电式压力传感器是利用具有压电效应的压电器件作为敏感元件,它将被测压力转换为电荷,产生静电电位差,进而通过测量电路对压力进行测试。
可用作压电器件的材料很多,但压电陶瓷因制作方便,成本低廉,压电常数高等突出性能而为绝大多数压电式压力传感器所采用。
压电式压力传器工作频带宽,传感器本身具有高达100kHz以上的固有频率,因而具有良好动态性能,是动态压力测试的理想器件。
压电式压力传感器的外形尺寸可做得很小,而且其量程宽,可以从几百Pa到几百MPa。
正是因为这种传感器具有体积小、重量轻、准确度高、灵敏度高和动态性能好等突出优点,加上配套仪器的技术性能日益提高,使得这种压力传感器的应用越来越广。
除上述3种常用的压力传感器外,基于新的转换原理而研制和开发的压力传感器也不断出现,如电容式压力传感器、电感式压力传感器、霍尔式压力传感器、光电式压力传感器、超声式压力传感器和振频式压力传感器等。
美国西特公司生产的适应液压系统压力测试的280E型就是一种电容式压力传感器,此产品采用西特独特的设计,具有很低的滞迟和温效影响,测试准确度达0.11%FS,测量范围0～70MPa。
3 压力传感器的合理选用由于各种液压系统中工况的不同,压力变化的多样,和压力测试的目的也不尽相同,加之压力传感器品种的繁多,规格和技术性能的不一和价格差别的巨大,因此,要选择合适的压力传感器并非易事。
但是,只要遵循正确的方法,用经济的价格购买到满足使用目的、压力量程、准确度等级和工况要求的压力传感器还是可行的。
3.1 根据欲达到的目的选择液压系统中压力测试有不同的目的,对不同目的的压力测试应选择不同类型的压力传感器。
如果测试的是系统稳态压力以实现对系统进行状态监控或故障诊断,而并不需要获知压力的瞬变情况,则选用适应性强,价格便宜的应变式等结构型压力传感器,即可获得满意的效果。
如果需要对系统中某点压力的瞬变进行测试,则应选择压阻式或压电式等物性型压力传感器。
因为这类压力传感器频率响应高达数百kHz,能够响应压力的高速瞬变,而且准确度也高。
3.2 根据系统的工况选择确定压力传感器的类型后,重要的是根据系统的工况选择压力传感器的参数。
1)量程选择 作为压力传感器的一项重要技术指标,每种压力传感器的使用说明书都标明了该种传感器的标准量程和耐压极限。
一般情况下,压力传感器的量程选择以系统的工作压力在其标准量程值的60%～100%为宜。
系统中可能出现的过载压力和异常情况下出现的冲击压力都不应超过压力传感器的耐压极限。
同时,应当注意在使用同一压力传感器时,工作压力越高,准确度越高,并且1MPa以上的压力传感器,其量程越高,价格越贵。
因此,过高的耐压余量也没有必要。
2)准确度选择 压力传感器的准确度表示其输出与被测量真值的一致程度,也是压力传感器的一项重要技术指标,对测试结果具有直接影响。
压力传感器的准确度越高,其价格越昂贵。
因此,对压力传感器的准确度选择也应根据测试欲达到的目的确定,并非越高越好。
对于一般的定性比较测试或系统的状态监控和故障诊断,则选择普通准确度(1%～2%FS)的压力传感器即可。
而对于一些获得精确量值以作定量分析研究的情况,则应选择高准确度(0.1%～1%FS)或超高准确度(0.01%～0.1%FS)的压力传感器。
3)工作温度选择 工作介质的温度直接影响压力传感器的的热零点漂移和热灵敏度漂移,从而影响其准确度。
压力传感器适应的工作温度范围越宽,其制造的技术难度越大,价格也就越高。
因此,对于室内使用,可选用普通商业级(-1℃～60℃)的压力传感器。
对室外使用,则可选用更高级别的压力传感器。
24液压与气动2001年第10期浅谈水-乙二醇难燃液压液的国产化齐 明On Homemade Water-glycolQi Ming(马钢煤焦化公司,安微省马鞍山市三台路 243021 电话:(0555)2887391)摘 要:介绍马钢煤焦化公司如何采用国产989抗磨水-乙二醇难燃液压油替代进口水-乙二醇难燃液压液,并在5号、6号焦炉拦焦车等液压设备上试用的情况。
关键词:介质;水-乙二醇难燃液压液;国产化中图分类号:TE626.3+8 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2001)10-0025-021 概述水-乙二醇难燃液压液是一种替代传统矿物油的特殊难燃液压液。
是国外开发出来的新产品,具有优良的难燃性、润滑性、防锈性、稳定性及低泡的特性。
其使用特性近似于矿物油,能承受较高工作压力、工作可靠稳定、易于管理。
目前越来越多地使用在具有明火、高温、灼热环境中的冶金、机械制造、塑料加工、制铝等行业的液压设备上。
2 原因分析随着中国改革开放的不断深入,国外先进设备的不断引进,水-乙二醇难燃液压液也随之引进,并在国内得到了全面推广使用。
但进口水-乙二醇难燃液压液在使用过程中常遇到一些难题,例如马钢的许多液压设备,其使用介质都被指定为进口水-乙二醇难燃液压液,由于连续性生产,对水-乙二醇难燃液压液的货源储备量必须充足,否则后果难料。
一般情况下,水-乙二醇的储备量少则几吨,多则十几吨,占用库房占用资金同时还存在价格昂贵、服务不及时,供货灵活性差等缺点,给企业带来很多不便,为此我们试图采用国产水-乙二醇难燃液压液替代进口液压液。
近几年来,我国的水-乙二醇难燃液压液的生产企业有了飞速发展,产品质量逐渐与国际接轨(见表1),有的技术指标还优于国外。
目前,国产水-乙二醇难燃液压液不管从质量上还是从产量上都能满足国内市场的需要(见表2)。
虽然国产水-乙二醇难燃液压液在质量上和产量上都能够满足国内市场的需要,但是国产水-乙二醇难燃液压液替代进口使用还需有一个过程,因为国产水-乙二醇难燃液压液发展较晚,全面推广使用较迟,人们还没有全面了解,况且设备在使用水-乙二醇难燃液压液之前对其型号、生产厂家就给予了指定,再说水-乙二 收稿日期:2001-04-23 作者简介:齐明(1951—),男,安徽定远人,助工,主要从事液压润滑密封技术方面的管理和研究工作。
当然,压力传感器的选用还应考虑内部结构材料与工作介质的相容性,液压设备工作环境对传感器防爆性要求,以及传感器本身的安装方式及密封情况。
参考文献:[1]张国忠,赵家贵.检测技术[M].北京:中国计量出版社,1998.[2]黄长艺,严普强.机械工业测试技术[M].北京:机械工程出版社,1996.[3]吕惠民,田敬民.压力传感器的研究现状与发展趋势[J].半导体技术,1998.[4]赵志诚.传感器的科技攻关与技术发展[J].仪表技术与传感器,1997(1).[5]孙以材,等.压力传感器的设计制造与应用[M].北京:治金工业出版社,2000.252001年第10期液压与气动。