Преобразователи и измерительные системы в гидравлических и пневматических системах

Przetworniki i układy pomiarowe w systemach hydraulicznych i pneumatycznych

Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej

Ean:

• ISBN: 1897-2691
• Autor: Dindorf Ryszard
• Oprawa: br
• Rok wydania: 2014
• Format: b5
• Stron: 260

Przetworniki i układy pomiarowe w systemach hydraulicznych i pneumatycznych

SPIS TREŚCI

Przedmowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1. PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH ............... 9

1.1. Struktura układu pomiarowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2. Charakterystyki przetwarzania sygnałów pomiarowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.2.1. Statyczna charakterystyka przetwarzania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.2.2. Dynamiczna charakterystyka przetwarzania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.2.3. Kalibracja przetwornika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.3. Błędy pomiarowe przetworników . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.3.1. Błąd nieliniowości . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.3.2. Błędy przetwarzania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.3.3. Błędy dynamiczne przetwornika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2. POMIARY W UKŁADACH HYDROSTATYCZNYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.1. Warunki wykonywania pomiarów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.2. Przyrządy i układy pomiarowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.2.1. Zestaw pomiarowy HMG 3000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.2.2. Zestaw pomiarowy Multi-Handy 2042 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.3. Punkty pomiarowe w układach hydrostatycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.4. Wpływ ciśnienia i temperatury cieczy roboczej na dokładność pomiaru

natężenia przepływu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.5. Wpływ pulsacji ciśnienia na dokładność pomiaru natężenia przepływu . . . . . . . . 38

2.6. Niepewność pomiarowa natężenia przepływu przez kryzę pomiarową . . . . . . . . . 44

2.7. Znormalizowane układy pomiarowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2.7.1. Pomiar charakterystyki pomp i silników wyporowych według normy

ISO 4409: 2007 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2.7.2. Pomiar charakterystyki oporu przepływu w zaworach według normy

ISO 4411: 2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.7.3. Pomiar charakterystyki oporu przepływu w filtrach według normy

ISO 3968: 2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3. POMIAR CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH ELEMENTÓW HYDRAULICZNYCH . . . . . 58

3.1. Pomiar charakterystyk statycznych pompy wyporowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.1.1. Parametry pompy wyporowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.1.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.2. Pomiar charakterystyk statycznych zaworu przelewowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.2.1. Charakterystyka statyczna zaworu przelewowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.2.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4 Przetworniki i układy pomiarowe w systemach hydraulicznych i pneumatycznych

3.3. Pomiar charakterystyki statycznej układu pompa – zawór przelewowy . . . . . . . 65

3.3.1. Charakterystyka statyczna układu pompa – zawór przelewowy . . . . . . . . 65

3.3.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.4. Pomiar charakterystyk statycznych zaworu redukcyjnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.4.1. Charakterystyka statyczna zaworu redukcyjnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.4.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.5. Pomiar charakterystyk statycznych elementów dławiących . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.5.1. Charakterystyki statyczne zaworów dławiących . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.5.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.6. Pomiar charakterystyk statycznych regulatorów przepływu . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3.6.1. Charakterystyki statyczne regulatora przepływu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3.6.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.7. Pomiar charakterystyk statycznych zaworów rozdzielających . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.7.1. Charakterystyki statyczne zaworów rozdzielających . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.7.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.8. Wyznaczanie charakterystyk statycznych układu sterowania z dławieniem

na dopływie silnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.8.1. Układ sterowania z zaworem dławiącym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.8.1.1. Schemat i charakterystyki układu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.8.1.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.8.2. Układ sterowania z regulatorem przepływu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.8.2.1. Schemat i charakterystyki układu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.8.2.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

3.9. Wyznaczanie charakterystyk statycznych układu sterowania z dławieniem

na odgałęzieniu silnika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.9.1. Schemat i charakterystyki układu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.9.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

3.10. Wyznaczanie charakterystyk statycznych układu sterowania

z synchronizacją prędkości silników . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.10.1. Warunki synchronizacji siłowników . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.10.2. Schematy stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

3.11. Wyznaczanie charakterystyk statycznych przekładni hydrostatycznej . . . . . . . 95

3.11.1. Schemat i charakterystyki układu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

3.11.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.12. Wyznaczanie strat ciśnienia w elementach hydraulicznych . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.12.1. Obliczanie strat ciśnienia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.12.2. Sprawność instalacji hydraulicznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

3.12.3. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.13. Wyznaczanie sprawności instalacji hydraulicznej metodą termiczną . . . . . . . . 106

3.13.1. Metoda obliczeniowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

3.13.2. Schemat stanowiska i procedura pomiarowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

Spis treści 5

4. POMIARY W BADANIACH DYNAMICZNYCH SERWONAPĘDÓW

ELEKTROHYDRAULICZNYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

4.1. Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

4.2. Układy pomiarowe stosowane w serwonapędach elektrohydraulicznych . . . . . . 116

4.2.1. Pomiar ciśnienia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

4.2.1.1. Piezorezystancyjne czujniki ciśnień . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

4.2.1.2. Pojemnościowe czujniki ciśnień . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

4.2.2. Pomiar przemieszczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

4.2.2.1. Indukcyjnościowe czujniki przemieszczenia . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

4.2.2.2. Przetworniki magnetostrykcyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

4.2.2.3. Optoelektroniczne przetworniki położenia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

4.3. Badanie właściwości dynamicznych serwonapędu elektrohydraulicznego . . . . 131

4.3.1. Model dynamiczny serwonapędu elektrohydraulicznego . . . . . . . . . . . . . . 131

4.3.2. Stanowisko badawcze z rozproszonym systemem pomiarowo-kontrolnym . . 137

4.3.3. Akwizycja danych pomiarowych i ocena wyników badań . . . . . . . . . . . . . 141

4.3.4. Wyniki badań właściwości dynamicznych serwonapędu

elektrohydraulicznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

5. POMIAR CHARAKTERYSTYK ELEMENTÓW PNEUMATYCZNYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

5.1. Pomiar charakterystyk przepływowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

5.1.1. Parametry przepływowe elementów pneumatycznych . . . . . . . . . . . . . . . . 146

5.1.2. Pomiar parametrów przepływowych metodą bezpośrednią . . . . . . . . . . . . 148

5.1.3. Pomiar charakterystyk przepływowych według normy ISO 6358 . . . . . . . 156

5.1.4. Pomiar nominalnego natężenia przepływu qvn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

5.1.5. Pomiar współczynnika Kv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

5.1.6. Pomiar parametrów przepływowych metodą pośrednią . . . . . . . . . . . . . . . 161

5.1.6.1. Podstawy teoretyczny metody zbiornikowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

5.1.6.2. Metoda pomiaru zastępczego przekroju przepływu S . . . . . . . . . . 172

5.1.6.3. Pomiar parametrów przepływu z komorą izotermiczną . . . . . . . . 175

5.2. Pomiar parametrów zaworów rozdzielających . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

5.2.1. Wyznaczanie parametrów i charakterystyk przepływowych . . . . . . . . . . . 175

5.2.2. Pomiar charakterystyk przepływowych i ciśnieniowych

metodą zbiornikową . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

5.2.3. Pomiar czasu przełączania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

5.3. Stanowisko do pomiaru parametrów przepływowych elementów

pneumatycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

5.3.1. Budowa stanowiska pomiarowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

5.3.2. Procedura pomiarowa parametrów przepływowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

5.3.3. Wyniki pomiaru parametrów przepływowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

6 Przetworniki i układy pomiarowe w systemach hydraulicznych i pneumatycznych

6. POMIARY W INSTALACJACH PNEUMATYCZNYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

6.1. Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

6.1.1. Instalacje pneumatyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

6.1.2. Przyrządy pomiarowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

6.1.3. Punkty pomiarowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

6.2. Pomiar parametrów sprężarki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

6.2.1. Badanie sprężarki tłokowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

6.2.2. Pomiar wydajności sprężarki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

6.2.3. Określenie mocy sprężarki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

6.2.4. Określenie kosztu sprężonego powietrza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

6.2.5. Określenie wskaźników energetycznych sprężarki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

6.3. Pomiar zanieczyszczeń sprężonego powietrza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

6.3.1. Pomiar punktu rosy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

6.3.2. Pomiar zawartości resztkowej oleju . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

6.3.3. Pomiar stężenia zanieczyszczeń stałych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

6.4. Pomiar spadku ciśnienia w instalacjach pneumatycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

6.4.1. Pomiar spadku ciśnienia w długim przewodzie pneumatycznym . . . . . . . 223

6.4.2. Pomiar spadku ciśnienia w rurociągach pneumatycznych . . . . . . . . . . . . . 226

6.5. Detekcja przecieku w instalacjach pneumatycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

6.5.1. Metody detekcji przecieku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

6.5.2. Detekcja przecieku metodą akustyczną . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

6.5.3. Detekcja przecieku metodą termowizyjną . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

6.6. Próba szczelności elementów pneumatycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

6.6.1. Stanowisko do badania szczelności elementów bloków

przygotowania powietrza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

6.6.2. Procedura badania szczelności elementów i bloków

przygotowania powietrza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

6.7. Pomiar przecieku w instalacjach pneumatycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

6.7.1. Bezpośrednia metoda pomiaru przecieku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

6.7.2. Pośrednia metoda pomiaru przecieku na podstawie czasu pracy

sprężarki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

6.7.3. Pośredni pomiar natężenia przecieku metodą opróżniania zbiornika . . . . 242

6.7.4. Pośrednie metody pomiaru natężenia przecieku na odgałęzieniu

rurociągu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

6.7.4.1. Metoda pomiaru przecieku sprężonego powietrza

z otworem kalibrowanym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

6.7.4.2. Metoda pomiaru przecieku sprężonego powietrza

z przepływem kontrolowanym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Streszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261