本發(fā)明涉及變量機(jī)構(gòu)測試裝置的檢測，屬于測試領(lǐng)域，尤其是涉及一種比列閥的動態(tài)特性檢測。

背景技術(shù)：

1、比例閥是一種把輸入的電信號按比例轉(zhuǎn)換成力或位移，從而對壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行連續(xù)控制的液壓閥。當(dāng)電信號輸入其電磁系統(tǒng)時，會產(chǎn)生與電流成正比的電磁推力，控制相應(yīng)的部件和閥芯，使閥芯平衡系統(tǒng)設(shè)定的壓力，進(jìn)而使系統(tǒng)壓力與電信號成正比。如果輸入電信號按比例或在某個程序中發(fā)生變化，系統(tǒng)的參數(shù)也會相應(yīng)發(fā)生變化。比例閥由直流比例電磁鐵與液壓閥兩部分組成。其中，直流比例電磁鐵與一般電磁閥所用的電磁鐵不同，采用比例電磁鐵可得到與給定電流成比例的位移輸出和吸力輸出。液壓閥部分則與一般液壓閥差別不大。

2、在流體控制系統(tǒng)中比例閥作為一種關(guān)鍵元件廣泛應(yīng)用于壓力、流量和液位的精確控制。比例閥的性能直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，因此對比例閥動態(tài)特性的測試顯得尤為重要。

3、比例閥動態(tài)特性測試的主要內(nèi)容包括比例閥在不同輸入信號（如階躍信號或正弦波信號）下的響應(yīng)時間、閥芯位移速度以及系統(tǒng)穩(wěn)定性。具體來說，動態(tài)特性測試評估了比例閥從接收到輸入信號到執(zhí)行閥芯開關(guān)動作之間的延遲時間、系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。這些數(shù)據(jù)對于優(yōu)化流體系統(tǒng)的響應(yīng)速度、減小系統(tǒng)的超調(diào)和振蕩、提高控制精度具有關(guān)鍵作用。

4、動態(tài)特性測試的重要性在于：①確保系統(tǒng)性能穩(wěn)定性：比例閥的響應(yīng)速度直接影響整個系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。在自動化和高精度控制領(lǐng)域，比例閥響應(yīng)時間的遲緩或過快都會導(dǎo)致控制系統(tǒng)的誤差積累，甚至引發(fā)系統(tǒng)振蕩或失效。②適應(yīng)高頻響應(yīng)需求：隨著工業(yè)自動化系統(tǒng)復(fù)雜度的提升，越來越多的場景要求比例閥具備較高的固有頻率（通常為100hz以上），以便應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境下的快速變化。傳統(tǒng)的比例閥動態(tài)特性測試系統(tǒng)往往不能有效應(yīng)對這種高頻響應(yīng)需求，因此迫切需要更高效的測試方法。③優(yōu)化產(chǎn)品研發(fā)流程：通過動態(tài)特性測試，研發(fā)人員可以精確了解比例閥的機(jī)械響應(yīng)時間、電磁響應(yīng)時間等核心參數(shù)，從而改進(jìn)比例閥的設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的性能和可靠性。

5、動態(tài)特性測試的難度主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①高頻信號的精確檢測：在高頻率下（如固有頻率大于100hz），比例閥的響應(yīng)速度要求極高。傳統(tǒng)的測試方法（如孔板式流量計(jì)）由于響應(yīng)速度較慢，難以捕捉到瞬時的閥芯動作，使得檢測變得困難且不精確。②環(huán)境因素的影響：比例閥測試過程中的信號檢測易受到外部環(huán)境（如溫度、壓力波動等）的干擾，尤其是在動態(tài)測試過程中，容腔內(nèi)壓力的微小變化也會影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，測試系統(tǒng)必須具備良好的抗干擾能力。③多變量參數(shù)的耦合：比例閥動態(tài)特性測試涉及多個耦合變量，包括閥芯的位移速度、壓力波動、介質(zhì)的物理性質(zhì)等，這些參數(shù)之間的相互影響使得測試復(fù)雜化，增加了測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整的難度。

6、在現(xiàn)有技術(shù)中，測量比例閥動態(tài)特性的方法主要可以分為以下幾類：

7、1、直接測量閥芯位移：通過位移傳感器（如激光位移傳感器等）直接測量比例閥閥芯在工作過程中的位移變化，從而反映其動態(tài)特性。閥芯的位移數(shù)據(jù)可用于推斷閥門的開度、響應(yīng)時間等。缺陷：破壞性；在大多數(shù)情況下，比例閥的閥芯位于內(nèi)部且封閉，因此為了測量其位移，常需要對閥門進(jìn)行物理改造，如開孔或增加傳感裝置，這種改造通常會影響比例閥的固有動態(tài)特性，使得測量結(jié)果與實(shí)際工作狀態(tài)不一致。

8、外部裝置影響閥動態(tài)特性；增加外部傳感器或通過修改閥芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行位移檢測，會增加閥芯的質(zhì)量或改變其受力條件，影響閥的動態(tài)響應(yīng)和真實(shí)特性，導(dǎo)致測量結(jié)果失真。

9、2、連接固定容腔測量固定容腔的壓力變化：該方法通過在比例閥的出口端安裝一個固定容腔，實(shí)時監(jiān)測容腔內(nèi)壓力隨比例閥動作的變化，以推斷閥芯位移和開度。該方法主要通過壓力傳感器來捕捉閥門開啟或關(guān)閉時的壓力波動。

10、缺陷：無法測試復(fù)雜動態(tài)過程；固定容腔的設(shè)計(jì)使得該方法只能測量響應(yīng)時間，無法對比例閥的動態(tài)特性進(jìn)行全面評估。測量滯后性；由于容腔壓力的變化滯后于閥芯實(shí)際的運(yùn)動，測量結(jié)果無法精確反映比例閥的動態(tài)過程，特別是對于頻率較高的比例閥，壓力變化滯后會更加明顯，影響測試的精度。

11、3、直接測量流量：使用流量計(jì)來測量比例閥出口流量的變化，從而推斷閥芯位移和比例閥的動態(tài)特性。流量變化通常與閥芯的開度直接相關(guān)，因此流量計(jì)可以反映比例閥的動態(tài)響應(yīng)。缺陷：流量計(jì)響應(yīng)速度慢；大多數(shù)流量計(jì)（如孔板式流量計(jì)或渦輪流量計(jì)）在動態(tài)測試中存在響應(yīng)速度慢的問題，尤其是在測試頻率較高的比例閥時，流量計(jì)的采樣頻率不足以捕捉快速變化的流量信號，從而導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。無法測試高頻率動態(tài)特性；由于流量計(jì)的頻率響應(yīng)較低，不能準(zhǔn)確反映比例閥在高頻率工作狀態(tài)下的動態(tài)特性。因此，這種方法適用于低頻響應(yīng)的比例閥，但對于高頻響的比例閥性能測量存在局限。

12、綜上，現(xiàn)有的比例閥動態(tài)特性檢測方法雖然各有應(yīng)用，但都存在明顯的局限性。直接測量閥芯位移需要破壞閥結(jié)構(gòu)，影響測量精度；固定容腔的壓力測量方法無法全面評估比例閥的動態(tài)過程開度；直接測量流量的方法響應(yīng)速度慢，無法滿足高頻率測量的要求。因此，現(xiàn)有檢測方法在準(zhǔn)確性、實(shí)用性和適應(yīng)性上都有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種比例閥動態(tài)特性檢測系統(tǒng)，在本技術(shù)系統(tǒng)中壓力傳感器與示波器的配合使得可以實(shí)時、精準(zhǔn)地檢測比例閥的動態(tài)響應(yīng)。同時，仿真分析幫助確定后端容腔和節(jié)流孔板的尺寸，確保系統(tǒng)緊湊且具備較高的測量精度和適應(yīng)性。整個測試裝置安裝便捷，結(jié)構(gòu)簡單，可適應(yīng)不同規(guī)格的比例閥測試需求。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：一種比例閥動態(tài)特性檢測系統(tǒng)，包括上位機(jī)、待測比例閥、和金屬容腔，所述金屬容腔內(nèi)具有貫穿的流道，所述的流道進(jìn)口處連接所述待測比例閥，所述流道出口處連接節(jié)流孔板，所述金屬容腔內(nèi)具有與所述流道相配合的壓力傳感器，所述壓力傳感器電信號連接示波器，所述上位機(jī)電信號連接待測比例閥。

3、上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述的金屬容腔為長方體，所述的流道為圓柱形通孔貫穿所述金屬容腔前后兩面。

4、上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述的上位機(jī)與所述待測比例閥之間還電信號連接有功率放大器。

5、上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述的節(jié)流孔板在所述的流道出口上是可拆卸的。

6、上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，根據(jù)所述待測比例閥固有頻率、截止頻率和同流面積通過amesim仿真模型設(shè)計(jì)流道管徑、流道長度和節(jié)流孔板通流面積。

7、上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，通過更換不同通流面積的節(jié)流孔板改變壓力傳感器所受最大壓力。

8、上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，還包括為上位機(jī)、待測比例閥、壓力傳感器和示波器供電的電源。

9、由于比例閥閥芯開度和流量直接相關(guān)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種通過高頻響壓力傳感器測量后端流道的壓力變動間接反應(yīng)流量以測量比例閥動態(tài)特性的系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括上位機(jī)、待測比例閥、金屬容腔、壓力傳感器、示波器和電源。

10、上位機(jī)：上位機(jī)通過功率放大器與比例閥連接，用于給待測比例閥提供階躍電信號或特定頻率的正弦波電信號，驅(qū)動比例閥工作。

11、待測比例閥：待測比例閥與系統(tǒng)的測試裝置相連接，通過控制待測比例閥的開啟或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)測試中閥芯位移的動態(tài)檢測。

12、金屬容腔：后端金屬容腔為一長方體。前后兩面有一圓柱形通孔貫穿作為流道。流道進(jìn)口處連接待測比例閥，出口處連接節(jié)流孔板；孔板可拆卸更換，通過螺釘連接。容腔一側(cè)面有螺紋孔用于安裝壓力傳感器。必要時另一側(cè)面有螺紋孔用于連接氣源。

13、壓力傳感器：安裝在金屬容腔的側(cè)面，用于實(shí)時檢測容腔內(nèi)的壓力變化。傳感器的測量范圍通過仿真分析后確定，以確保其精度與系統(tǒng)相匹配。

14、示波器：示波器用于讀取壓力傳感器輸出的電信號，并轉(zhuǎn)化為容腔內(nèi)的實(shí)際壓力值。通過示波器可以精確監(jiān)測從電信號通斷瞬間到壓力第一次達(dá)到最大值的90%所需的時間。

15、電源：為上位機(jī)、壓力傳感器及其他系統(tǒng)設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，確保整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

16、在比例閥動態(tài)特性測試中，后端流道的設(shè)計(jì)對測試結(jié)果至關(guān)重要。流道的管長、管徑及節(jié)流孔板通流面積等參數(shù)直接影響系統(tǒng)的壓力響應(yīng)特性，從而影響動態(tài)特性測試的精度和上限。具體來說：

17、管長的影響：過短的管長會導(dǎo)致容腔內(nèi)壓力波動較快，容易引起測量不穩(wěn)定，特別是在高頻測試時，壓力變化的峰值難以捕捉，影響系統(tǒng)的測試精度。過長的管長則可能引發(fā)壓力波動的延遲，增加測試響應(yīng)時間，甚至掩蓋閥芯的真實(shí)動態(tài)特性，影響測試的及時性和準(zhǔn)確性。

18、管徑的影響：過小的管徑會增加流體阻力，降低系統(tǒng)的流量，導(dǎo)致容腔內(nèi)壓力響應(yīng)過于遲緩，難以反映比例閥的快速動作特性。過大的管徑則可能使得容腔的壓力波動不明顯，系統(tǒng)響應(yīng)變得遲鈍，影響測試精度。

19、節(jié)流孔板通流面積：節(jié)流孔板的通流面積直接影響了容腔內(nèi)的壓力變化速度和幅度。通流面積越大，壓力變化越快，適合用于測試頻率較高的比例閥；通流面積越小，則適合用于測試頻率較低但需要更高穩(wěn)定性的比例閥。確定孔板通流面積的難度在于需要綜合考慮系統(tǒng)的動態(tài)特性需求和節(jié)流效果的精確控制，通常需要通過仿真模擬和實(shí)際試驗(yàn)相結(jié)合來進(jìn)行優(yōu)化。

20、在比例閥動態(tài)特性測試中，后端流道的設(shè)計(jì)對測試結(jié)果至關(guān)重要。流道的管長、管徑及節(jié)流孔板通流面積等參數(shù)直接影響系統(tǒng)的壓力響應(yīng)特性，從而影響動態(tài)特性測試的精度和上限。這些參數(shù)的確定需要平衡響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，是動態(tài)特性測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。確定這些關(guān)鍵參數(shù)的難度在于需要在滿足動態(tài)測試要求的同時，保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高、安裝方便。傳統(tǒng)方法可能面臨需要多次實(shí)驗(yàn)調(diào)整、成本較高和工藝要求復(fù)雜的問題。本發(fā)明通過使用amesim仿真模型預(yù)測參數(shù)效果，并結(jié)合實(shí)際測量驗(yàn)證，有效降低了參數(shù)確定的難度，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和效率。

21、本技術(shù)是非破壞性測試，適應(yīng)多種規(guī)格，通過壓力傳感器和示波器對比例閥的動態(tài)特性進(jìn)行檢測，無需直接測量閥芯位移，避免了對比例閥結(jié)構(gòu)的破壞。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝便捷，使用可拆卸的節(jié)流孔板調(diào)節(jié)測試參數(shù)，可適應(yīng)多種規(guī)格的比例閥測試需求，從而擴(kuò)展了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。本技術(shù)提高測量精度與響應(yīng)速度，通過仿真分析確定后端金屬容腔的管徑、管長以及節(jié)流孔板的孔徑，使系統(tǒng)具備了優(yōu)異的動態(tài)響應(yīng)特性，確保對比例閥動態(tài)變化的快速反應(yīng)，顯著提高了系統(tǒng)的測量精度和實(shí)時性。尤其在測量固有頻率較高的比例閥時，能夠更好地捕捉其動態(tài)特性。通過優(yōu)化后端容腔的流道設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可以檢測到更高頻率的響應(yīng)特性，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)測量系統(tǒng)，擴(kuò)展了系統(tǒng)對高速動態(tài)變化的捕捉能力。本技術(shù)是成本低，易于操作，在設(shè)計(jì)和制造上兼顧了成本和加工的可行性，整體測試設(shè)備造價相對較低。由于其緊湊的結(jié)構(gòu)和靈活的調(diào)節(jié)機(jī)制，操作簡單，適合快速部署和測試。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本技術(shù)系統(tǒng)中壓力傳感器與示波器的配合使得可以實(shí)時、精準(zhǔn)地檢測比例閥的動態(tài)響應(yīng)。同時，仿真分析幫助確定后端容腔和節(jié)流孔板的尺寸，確保系統(tǒng)緊湊且具備較高的測量精度和適應(yīng)性。整個測試裝置安裝便捷，結(jié)構(gòu)簡單，可適應(yīng)不同規(guī)格的比例閥測試需求。