#شیرهای کنترل دبی #انواع مختلف اندازه گیری دبی

شیرهای کنترل دبی

هدف از کنترل جریان در سیستم هیدرولیک تنظیم سرعت است. همه دستگاههایی که در اینجا مورد بحث قرار گرفته است با تنظیم سرعت جریان ، سرعت عملگر را کنترل می کنند. سرعت جریان همچنین میزان انتقال انرژی را در هر فشار معین تعیین می کند. این دو از این نظر مرتبط هستند که نیروی محرک ضرب در مسافتی که از طریق آن حرکت می کند (ضربه) برابر است با کار انجام شده روی بار. انرژی منتقل شده نیز باید برابر کار انجام شده باشد. سرعت محرک میزان انتقال انرژی (یعنی اسب بخار) را تعیین می کند و بنابراین سرعت تابعی از سرعت جریان است.

از طرف دیگر ، کنترل جهت دار ، عمدتاً با کنترل انرژی سروکار ندارد ، بلکه با هدایت سیستم انتقال انرژی به مکان مناسب در سیستم در زمان مناسب است. سوپاپ های کنترل جهت دار را می توان به عنوان سوئیچ های سیال در نظر گرفت که "مخاطبین" مورد نظر را ایجاد می کنند. یعنی جریان ورودی با انرژی بالا را به ورودی محرک هدایت می کنند و مسیر برگشتی را برای روغن کم مصرف فراهم می کنند.

اگر جریان دبی در زمان مناسب به محل مناسب نرسد ، کنترل انتقال انرژی سیستم از طریق کنترل فشار و دبی چندان مهم نیست. بنابراین ، عملکرد ثانویه دستگاههای کنترل جهت ممکن است به عنوان زمان وقایع چرخه تعریف شود. از آنجا که جریان سیال اغلب می تواند در شیرهای کنترل جهت تحت فشار قرار گیرد ، می توان با آنها اندازه گیری میزان جریان یا کنترل فشار را نیز انجام داد.

انواع مختلف اندازه گیری دبی

کنترل جریان یک سیستم قدرت سیال لزوماً به معنی تنظیم حجم در واحد زمان از سوپاپ نیست. میزان جریان را می توان به سه روش مختلف تعیین کرد ، بنابراین آگاهی از نحوه تعیین یا اندازه گیری جریان مهم است:

سرعت جریان حجمی ، Qv ، بیان شده در واحد in.3 / sec یا min - یا cc / sec یا cc / min در اندازه گیری متریک SI - برای محاسبه سرعت خطی میله های پیستون یا سرعت چرخش محورهای موتور استفاده می شود.

سرعت جریان وزن ، Qw ، که بر حسب واحد lb / sec یا lb / min بیان می شود ، برای محاسبه توان با استفاده از واحدهای اندازه گیری انگلیسی استفاده می شود.

میزان جریان جرمی ، Qg ، بیان شده بر حسب واحد اسلاگ/ ثانیه یا اسلاگ / دقیقه برای اندازه گیری انگلیسی - یا کیلوگرم بر ثانیه یا کیلوگرم بر دقیقه در اندازه گیری متغیر SI - برای محاسبه نیروهای اینرسی در دوره های شتاب و کاهش استفاده می شود.
از آنجا که آنها مقدار سیالی را که در شیر در واحد زمان جریان دارد کنترل می کنند ، از شیرهای کنترل یکسانی برای هر سه نوع جریان استفاده می شود.

کنترل میزان جریان با سوپاپ ها

هشت نوع شیر کنترل جریان بیشتر در مدارهای هیدرولیک استفاده می شود:

شکل 1. کنترل ساده جریان دهانه ثابت (الف) و دهانه متغیر (ب).

دریچه ها - یک روزنه ساده در خط ، شکل 1 (a) ، ابتدایی ترین روش برای کنترل جریان است. (توجه داشته باشید که این نیز یک دستگاه کنترل فشار اولیه است.) هنگامی که برای کنترل جریان استفاده می شود ، دهانه به صورت سری با پمپ قرار می گیرد. یک سوراخ می تواند یک سوراخ در یک اتصالات باشد که در این صورت ثابت می شود. یا ممکن است یک دریچه سوزنی کالیبره شده باشد ، در این حالت به عنوان یک دهانه متغیر عمل می کند ، شکل 1 (ب). هر دو نوع دستگاههای کنترل جریان بدون جبران هستند.

شکل 2. تنظیم کننده جریان با تغییرات فشارهای ورودی و خروجی تنظیم می شود.

تنظیم کننده های جریان - این دستگاه ، شکل 2 ، که کمی پیچیده تر از یک دهانه ثابت است ، شامل یک دهانه است که میزان جریان را به عنوان افت فشار در دهانه حس می کند. یک پیستون جبران کننده با تغییرات فشارهای ورودی و خروجی تنظیم می شود. این توانایی جبران کننده کنترل نزدیکتری بر میزان جریان تحت شرایط مختلف فشار ایجاد می کند. دقت کنترل ممکن است 5 باشد ، احتمالاً با دریچه های کالیبره شده ویژه که در یک نقطه جریان مشخص کار می کنند ، کمتر باشد.

شکل 3. تنظیم کننده جریان بای پس جریان اضافی را از پمپ به مخزن برمی گرداند.

تنظیم کننده های جریان بای پس: در این تنظیم کننده جریان ، جریان مازاد بر دبی تعیین شده از طریق یک درگاه بای پس به مخزن باز می گردد ، شکل 3. سرعت جریان را با فشار دادن سیال در یک دهانه متغیر که توسط پیستون جبران کننده تنظیم می شود کنترل می کند. تنظیم کننده جریان بای پس کارآمدتر از تنظیم کننده جریان استاندارد است.

شکل 4. کنترل جریان با جبران تقاضا ، خروجی کامل پمپ به مخزن را در طول دوره بیکار چرخه کار دور می زند.

کنترل جریان با جبران تقاضا: کنترل جریان همچنین می تواند جریان اضافی سیستم را به یک مدار ثانویه دور بزند ، شکل 4. سیال با سرعت جریان کنترل شده به مدار اصلی هدایت می شود و سیال بای پس می تواند برای عملکردهای مدارهای ثانویه بدون تأثیر بر مدار مورد استفاده قرار گیرد. اولیه برای عملکرد این نوع شیرها باید به مدار اولیه جریان داشته باشد - در صورت مسدود شدن مدار اولیه ، شیر جریان را به مدار ثانویه قطع می کند.

شکل 5. سوپاپ کنترل جریان متغیر با جبران فشار ، فشارهای ورودی و بار متغیر را تنظیم می کند.

دریچه های جریان متغیر با جبران فشار: این کنترل جریان مجهز به یک دهانه متغیر قابل تنظیم است که به صورت سری با جبران کننده قرار گرفته است. جبران کننده به طور خودکار با فشارهای مختلف ورودی و بار تنظیم می شود و اساساً یک جریان ثابت در این شرایط کاری را با دقت 3 تا 5 درصد حفظ می کند ، شکل 5. سوپاپ های کنترل جریان متغیر با فشار جبران شده با بررسی جریان معکوس یکپارچه در دسترس هستند. سوپاپ ها (که اجازه می دهند سیال در جهت مخالف جریان یابد) و دریچه های کاهش بار اضافی (که با عبور از حداکثر فشار سیال را به مخزن هدایت می کنند).

شکل 6. سوپاپ کنترل جریان متغیر با فشار و درجه حرارت ، اندازه دهانه را برای جبران تغییرات ویسکوزیته سیال تنظیم می کند.

شیرهای جریان متغیر با فشار و جبران دما: از آنجا که ویسکوزیته روغن هیدرولیک با دما متفاوت است (مانند فاصله بین قطعات متحرک شیر) ، خروجی یک شیر کنترل جریان ممکن است با تغییر دما تغییر شکل دهد. برای جبران اثرات چنین تغییرات دما ، جبران کننده های دما دهانه های دهانه کنترل را تنظیم می کنند تا اثرات تغییرات ویسکوزیته ناشی از نوسانات دمای سیال را اصلاح کنند ، شکل 6. این کار با ترکیب دهانه کنترل برای تغییرات فشار نیز انجام می شود.

شکل 7. شیر اولویت مایع را با سرعت تنظیم شده به مدار اولیه تأمین می کند.

شیرهای اولویت دار: یک شیر با اولویت ، شکل 7 ، در اصل یک شیر کنترل جریان است که سیال را با سرعت جریان تنظیم شده به مدار اولیه تأمین می کند ، بنابراین به عنوان یک شیر کنترل جریان با جبران فشار عمل می کند. جریان بیش از مقدار مورد نیاز مدار اولیه به مدار ثانویه با فشاری تا حدی کمتر از مدار اولیه می گذرد. اگر فشار ورودی یا بار (یا هر دو) متفاوت باشد ، مدار اولیه نسبت به مدار دوم اولویت دارد - تا آنجا که به جریان جریان طراحی مربوط می شود.

شکل 8. شیر شتاب با بسته شدن تدریجی با عملكرد بادامك روی بار سیلندر ، بار را كاهش می دهد.

شیرهای کند کننده: یک شیر کاهش دهنده ، شکل 8 ، یک شیر دو طرفه ، فنر افست و بادامک است که برای کند کردن بار ناشی از سیلندر استفاده می شود. یک بادامک متصل به میله یا بار سیلندر ، شیر را به تدریج می بندد. این یک دهانه متغیر ایجاد می کند که با بستن سوپاپ به تدریج فشار عقب را در سیلندر افزایش می دهد. برخی از شیرهای کاهش دهنده سرعت جبران می شوند.

شکل 9. تقسیم کننده جریان نوع خطی ، ورودی واحد را به دو جریان خروجی تقسیم می کند.

تقسیم کننده جریان: شیر تقسیم کننده شکلی از شیر کنترل کننده جبران فشار است که یک جریان ورودی را دریافت کرده و آن را به دو جریان خروجی تقسیم می کند. شیر می تواند جریانهای مساوی را در هر جریان یا در صورت لزوم ، نسبت از پیش تعیین شده ای از جریانها ارائه دهد. مدار در شکل 9 نشان می دهد که چگونه می توان از تقسیم کننده جریان برای همگام سازی تقریبی دو سیلندر در پیکربندی متر استفاده کرد.

شکل 10. تقسیم کننده های جریان را می توان بصورت سری برای کنترل مدارهای محرک متعدد قرار داد.

مانند همه دستگاه های کنترل فشار و جریان ، تقسیم کننده های جریان بیشتر از یک پهنای باند باریک عمل می کنند تا در یک نقطه تنظیم شده. بنابراین ، تغییرات جریان در شاخه های ثانویه محتمل است. بنابراین ، همگام سازی دقیق محرک را نمی توان تنها با یک شیر تقسیم جریان به دست آورد. تقسیم کننده های جریان همچنین می توانند در پیکربندی مدارهای خارج از خط یا بصورت آبشار - که به صورت سری برای کنترل چندین مدار محرک متصل می شوند ، مورد استفاده قرار گیرد ، شکل 10.

تقسیم کننده های دورانی: یکی دیگر از تکنیک های تقسیم یک جریان ورودی به جریانهای خروجی متناسب با چند شاخه ، تقسیم جریان دوار است. این موتور متشکل از چندین موتور هیدرولیک است که به صورت مکانیکی توسط یک شفت مشترک به هم متصل شده اند. یک جریان سیال ورودی به همان تعداد جریان خروجی تقسیم می شود که بخش های موتوری در تقسیم جریان وجود دارد. از آنجا که همه بخشهای موتور با سرعت یکسان می چرخند ، سرعت جریان خروجی متناسب و برابر با مجموع جابجایی های تمام بخشهای موتور است. تقسیم کننده های روتاری معمولاً می توانند جریانهای بزرگتری را نسبت به شیرهای تقسیم جریان کنترل کنند.

افت فشار در هر بخش موتور نسبتاً کم است زیرا هیچ انرژی به بار خارجی منتقل نمی شود ، مانند حالت معمول در موتور هیدرولیک. با این حال ، طراحان باید از تشدید فشار ناشی از تقسیم جریان دوار آگاه باشند. اگر به هر دلیلی فشار بار در یک یا چند شاخه به سطح پایین تر یا صفر برسد ، فشار دیفرانسیل کامل در بخش موتور در هر شاخه خاص اعمال می شود. مقاطع تحت فشار به عنوان موتورهای هیدرولیک عمل کرده و قسمت (های) باقی مانده را به عنوان پمپ (ها) هدایت می کند. این منجر به فشار بیشتر (تشدید شده) در این شاخه های مدار می شود. هنگام تعیین تقسیم کننده های دوار ، طراحان سیستم باید مراقب باشند تا احتمال تشدید فشار را به حداقل برسانند. یک شیر تخلیه فشار باید در هر خط مایع محرک که ممکن است این وضعیت رخ دهد ، قرار گیرد. تقسیم کننده های دورانی نیز می توانند چندین جریان برگشتی شاخه را در یک جریان برگشتی یکپارچه کنند.

شیرهای کنترل جریان مناسب

دریچه های کنترل جریان متناسب با سوپاپ هیدرولیک پیشرفته با کنترل الکترونیکی مدرن و پیچیده ترکیب شده اند. این شیرها با کاهش تعداد اجزای مورد نیاز یک سیستم ، مدارهای هیدرولیکی را ساده کرده و در عین حال ، دقت و کارایی سیستم را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

یک شیر کنترل جریان متناسب با کنترل الکترونیکی ، جریان سیال را متناسب با جریان ورودی دریافتی تعدیل می کند. سوپاپ ها به راحتی می توانند سیلندرها یا موتورهای هیدرولیک کوچکتر را در مواردی که نیاز به کنترل دقیق سرعت یا شتاب یا کاهش سرعت کنترل شده دارند ، کنترل کنند. اکثر شیرهای کنترل جریان متناسب با فشار جبران می شوند تا تغییرات جریان ناشی از تغییرات فشار ورودی یا خروجی را به حداقل برسانند.

شیر نسبی الکترو هیدرولیک از سه عنصر اصلی تشکیل شده است:
• یک شیر برقی فرمان یا نسبی
• یک منطقه اندازه گیری (که قرقره دریچه در آن قرار دارد) ، و
• یک دستگاه بازخورد موقعیت الکترونیکی ، اغلب یک LVDT (ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی).

عملکرد شیر زمانی شروع می شود که سیگنالی را از یک دستگاه کنترل کننده خارجی مانند رایانه ، کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) ، رله منطقی سنتی یا پتانسیومتر دریافت می کند. دستگاه کنترل سیگنال های الکتریکی آنالوگ را به کارت درایور سوپاپ می رساند ، که به نوبه خود ، سیگنال فعلی را به شیر برقی روی شیر ارسال می کند.

نیروی الکترومکانیکی روی قرقره باعث جابجایی آن می شود و به تدریج یک مسیر جریان از پمپ به درگاه محرک باز می شود. هرچه سیگنال ورودی فرمان بیشتر باشد ، جریان به شیر برقی بیشتر می شود و بنابراین ، جریان از شیر بیشتر می شود. ویژگی مهم این شیر نسبی این است که همه عناصر متناسب هستند. بنابراین ، هرگونه تغییر در جریان ورودی ، سیگنال های نیرو را به تناسب و همچنین مسافتی که قرقره سوپاپ تغییر می کند ، اندازه مسیر جریان ، میزان سیالی که از دریچه عبور می کند ، و در نهایت سرعت حرکت محرک تغییر می کند.

با جابجایی قرقره ، حرکت آن توسط LVDT یا نوع دیگری از مبدل بازخورد موقعیت تشخیص داده و نظارت می شود. این سیگنال به کارت راننده بازگردانده می شود و در آنجا به طور مداوم با سیگنال های ورودی کنترل کننده مقایسه می شود. اگر این دو با هم تفاوت داشته باشند ، راننده موقعیت قرقره را تا زمان مطابقت دو سیگنال تنظیم می کند.

شیرهای کنترل جریان متناسب با جبران فشار ، شیرهای 2 پورت هستند که در آنها سوراخ کنترل اصلی به صورت الکترونیکی تنظیم می شود. مشابه شیرهای کنترل جریان معمولی با جبران فشار ، یک شیر کنترل جریان متناسب با جبران فشار خروجی ثابت را با ثابت نگه داشتن افت فشار در دهانه اصلی کنترل حفظ می کند. با این حال ، شیر نسبی از این جهت متفاوت است که دهانه کنترل تغییر می کند تا در کنار یک شیر برقی کنترل شده با ضربه کار کند.

شکل 11. نمودار مدار برای شیر کنترل دبی با جبران فشار.

در یک سوپاپ کنترل جریان نسبی با 2 پورت ، جبران فشار ، یک دهانه کنترل با قابلیت تنظیم الکتریکی به صورت سری با قرقره سوپاپ فشار ، که به عنوان جبران کننده معروف است ، متصل می شود ، شکل 11. جبران کننده در بالادست دهانه کنترل اصلی قرار دارد و توسط یک چشمه روشن باز می شود هنگامی که هیچ سیگنال ورودی به شیر برقی وجود ندارد ، نیروی فنر نور دهانه کنترل اصلی را بسته نگه می دارد. هنگامی که شیر برقی فعال می شود ، پین برقی مستقیم روی دهانه کنترل عمل می کند و آن را به سمت پایین به سمت فنر حرکت می دهد تا شیر باز شود و روغن از بندر A به بندر B جریان یابد.

در همان زمان ، LVDT بازخورد لازم را برای حفظ موقعیت ارائه می دهد. در این مورد ، LVDT بازخوردی را برای حفظ تنظیمات دهانه بسیار دقیق ارائه می دهد. جبران فشار با استفاده از یک گذرگاه خلبان در ورودی شیر که به یک طرف قرقره جبران کننده ، A2 متصل می شود ، حاصل می شود. یک گذرگاه آزمایشی دیگر در نزدیکی خروجی سوپاپ خارج از دهانه کنترل وجود دارد و به طرف مقابل قرقره جبران کننده A3 متصل است. یک فنر تعصب در این طرف قرقره جبران کننده را در موقعیت باز نگه می دارد. فشار ناشی از بار در پورت خروجی - یا انحرافات فشار در پورت ورودی - قرقره جبران کننده را تعدیل می کند تا افت فشار را در دهانه اندازه گیری جبران کننده افزایش یا کاهش دهد. جبران کننده که به عنوان یک شیر کاهش فشار عمل می کند ، اطمینان می دهد که دهانه کنترل اصلی افت فشار ثابت را مشاهده می کند. هنگامی که افت فشار ثابت است ، جریان ثابت می ماند.

تقویت کننده باز و بسته شدن دهانه را با زمان کنترل می کند. برای جریان آزاد معکوس ، سوپاپ C که در سوپاپ تعبیه شده است ، یک مسیر جریان از بندر B به A را فراهم می کند. شیرهای کنترل جریان متناسب نیز با ویژگیهای جریان خطی یا پیشرونده در دسترس هستند. محدوده سیگنال ورودی برای هر دو یکسان است. با این حال ، ویژگی جریان پیشرونده کنترل دقیق تری را در ابتدای تنظیم دهانه ایجاد می کند. در صورت از دست دادن نیروی الکتریکی یا بازخورد ، نیروی برقی به صفر می رسد و نیروی وارد شده از فنر ، دهانه را می بندد. هنگامی که سیم کشی فیدبک به اشتباه متصل می شود یا آسیب می بیند ، یک LED خرابی کارت تقویت کننده را نشان می دهد.

شیرهای منطقی جریان متناسب

شیرهای منطقی متناسب با کنترل جریان ، اساساً کنترل کننده های جریان قابل تنظیم برقی هستند که در یک حفره سوپاپ منطقی استاندارد قرار می گیرند. پوشش و کارتریج به عنوان یک تک واحد جمع آوری شده اند ، درپوش شامل یک شیر برقی نیروی متناسب و یک کنترل کننده خلبان است ، شکل 12.

شکل 12. نمای مقطعی شیر منطقی جریان متناسب.

هنگامی که یک سیگنال الکتریکی وارد تقویت کننده الکترونیکی می شود ، شیر برقی و کنترل کننده فشار خلبان تامین شده از پورت A را برای تغییر موقعیت قرقره تنظیم می کند. سپس یک LVDT موقعیت را به تقویت کننده باز می گرداند تا وضعیت دهانه مورد نظر برای جریان از پورت A به بندر B را حفظ کند. شیر منطقی متناسب با ویژگی های جریان خطی یا پیشرونده موجود است و محرک های سوپاپ به ولتاژ پاسخ می دهند (0 تا 10 Vdc) یا سیگنال های فرمان فعلی (0 تا 20 میلی آمپر). کارت تقویت کننده سوپاپ معمولی به منبع تغذیه 24 Vdc نیاز دارد.

از آنجا که شیر نسبت به تغییرات فشار سیستم نسبتاً تحت تأثیر قرار نمی گیرد ، می تواند دهانه را در همان زمان باز و بسته کند. این حداکثر زمان را می توان در کارت تقویت کننده با تنظیم ژنراتور رمپ داخلی تغییر داد. از تقویت کننده می توان به روش های مختلف استفاده کرد. یک کنترل الکترونیکی خارجی می تواند روزنه را از راه دور تنظیم کند در حالی که حداکثر شتاب قرقره هنوز با این سطح شیب دار محدود است. یا می توان یک سوئیچ برای روشن و خاموش کردن سطح شیب دار اضافه کرد. در صورت قطع برق ، عنصر به حالت طبیعی بسته خود باز می گردد.

کدام کنترل جریان را برای یک برنامه استفاده کنید
کاربرد	نوع شیر کنترل جریان
بار بر روی محرک و فشار تغذیه هر دو ثابت هستند: ± 5 دقت	بسته به کاربرد ، کنترل جریان بدون جبران ، ثابت یا متغیر
بار بر روی محرک ، فشار منبع تغذیه یا هر دو تغییر می کند: ± 3-5 دقت	بسته به کاربرد ، کنترل جبران فشار ، ثابت یا متغیر جریان
بار روی محرک ، فشار منبع تغذیه یا هر دو تغییر می کند و دمای سیال ± 30 درجه فارنهایت (± 17 درجه سانتی گراد) متغیر است: ± 3-5 دقت	کنترل جریان و ثابت یا متغیر قابل جبران فشار و دما
بهترین نوع شیر کنترل جریان برای استفاده بستگی به پارامترهای طراحی برنامه دارد. در بالا دستورالعمل های کلی بر اساس ویژگی های کاربرد مشترک وجود دارد.