简论静态扭矩传感器在阀门扭矩测试中的应用论文

简论静态扭矩传感器在阀门扭矩测试中的应用论文

　　1概述

　　阀门的扭矩参数是阀门设计和用户选择的重要参数之一，阀门扭矩测试系统可以提供阀门扭矩参数及影响阀门扭矩的各种因素。系统中的静态扭矩传感器根据电阻应变原理把扭转力矩产生的应变转换成与其成线性关系的电信号，量程范围0～100kN·m，精度可达0.1%FS，性能稳定可靠。

　　2系统结构

　　阀门扭矩测试系统由阀门扭矩监测仪、静态扭矩传感器、电动执行机构、工业计算机等组成。

　　2.1阀门扭矩监测仪

　　阀门扭矩监测仪主要由隔离变压器、DC-DC转换模块、数据采集控制模块、开关电源、信号和电源接插件及箱体等组成。监测仪的三相四线制电源经电源接口分两路输入仪器。一路输入功率控制模块，控制电动执行机构正反转运行。另一路输入隔离变压器，经开关电源给信号板和接口板提供电源。主电路中设有急停开关和电源指示灯。扭矩信号通过DC-DC转换模块后输入数据采集控制模块与计算机相连，实现信号的传输和处理。

　　因静态扭矩传感器供电电源为开关电源，其电源等级level3，电压调整率10%，负载调整率0.5%。系统工作时，扭矩传感器信号端输出电压有0.54V波动，频率为50Hz，导致上位机采集数据不稳定。经分析，采用增加电源隔离模块改善扭矩传感器电源性能。增加电源隔离模块后，扭矩传感器工作时输出电压波动很小，约为0.05V。

　　2.2扭矩传感器

　　扭矩测试传感器选用静态双法兰扭矩传感器，其结构稳定，同轴性好，抗过载能力强。传感器全量程精度等级为0.5级，采用二线制4～20mA信号，无需进行单独标定。

　　静态扭矩传感器利用金属应变原理(当金属受外力作用时其电阻值会发生变化)制成，金属电桥内置于传感器壳体中。电桥在轴向扭力的作用下电阻值增加或减小，当输入端加上直流电压后，输出端可以得到随所施力大小而改变的电压信号。再经过信号处理电路输出相应的电流信号。

　　2.3工业计算机

　　系统选用高可靠性的PSCE-2000型工业计算机，可工作在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动和腐蚀等复杂工业环境中，同时具备快速诊断和可维护性，其MTTR(MeanTimetoRepair)一般为5min，MTTF可达100kh以上。除实时性、扩充性和兼容性优良外，计算机可连续长时间工作，机箱内的专用电源有较强的抗干扰能力，机箱内的专用底板上有PCI和ISA插槽，机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘和防冲击能力。系统上位机软件采用VisualBasic软件编写。

　　3工作原理

　　系统通过液压加压设备给阀门加载，工业计算机运行上位机测试软件，控制电动执行机构的开启和关闭，同时监控阀门扭矩、行程状态，对采集到的扭矩和行程数据进行处理并实时显示，以表格和曲线形式保存在硬盘上，方便使用者分析和计算。工业计算机发出的指令经屏蔽电缆线输入阀门扭矩监测仪，监测仪进行转换、放大、滤波、隔离处理后通过信号电缆发送至电动执行机构，阀门的扭矩信号、阀位和运行状态反馈至信号调理模块，处理后输入工业计算机完成相关计算。

　　4扭矩验证

　　系统中静态扭矩传感器精度为0.5%FS，经屏蔽电缆传入S1204二线制仪表隔离变送器，其精度为1%FS，因此，系统扭矩最大误差应不大于3%FS。为验证系统的扭矩误差，给试验阀门逐渐加载，使用静态扭矩传感器和拉压传感器同时读取阀门扭矩数据，验证结果可以看出，最大误差为2.71%，符合要求。

　　5结语

　　将精度高、频响快、可靠性好、寿命长和隔爆性能好的静态扭矩传感器应用于阀门扭矩测试中，并采用增加电源隔离模块改善扭矩传感器电源性能的方法，既节约成本，又保证了系统可靠性。

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