一种球阀动态特性参数测试系统及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及阀门装配测试技术领域，尤其是涉及一种球阀动态特性参数测试系统 及测试方法。
【背景技术】
[0002] 阀门作为执行机构的一种，是石油、化工、电站、长输管线、造船、核工业、各种低温 工程、宇航以及海洋采油等各个领域不可或缺的控制设备。而其中，球阀作为一种主要的阀 类，在国内外各行业中的使用量正在不断的上升。
[0003] 球阀是指用阀杆带动圆形通孔的球体作启闭件，并绕球阀轴线做旋转运动的阀 门，主要用于开启和关闭管道和设备介质，亦可用于流体的调节与控制。球阀的性能检测主 要有强度性能检测、密封性能检测、流阻检测、动作性能检测以及使用寿命检测等。我国有 关阀门试验标准，GB/T13927-92《通用阀门压力试验》和ZBJ1606-90《阀门的试验与检测》 标准中，对通用阀门(包括球阀)的压力试验和检测做了具体规定。对于调节阀，在我国把调 节阀归仪器仪表行业进行管理，在通用阀门行业没有涉及。按GB4213《气动调节阀通用技 术条件》和GB10869《电站调节阀技术条件》的要求，针对维修现场的情况，调节阀的主要试 验与检测项目包括：回差；死区；泄漏量；额定行程偏差和壳体耐压试验等。而对于通用阀 门中的球阀，生产厂家的常规测试中并未涉及到流量、开度、压力和温度特性测试以及死区 测试等内容。而当前的球阀在实际应用的场合中除了需符合常规的强度、密封性以及流阻 等基本要求，越来越多的工作动态性能被纳入了考核球阀品质的指标中。如国外一些知名 阀门控制器生产企业，在长期研究各类阀门动态特性的基础上，提出了基于计算机的自动 跟随变速控制技术，可显著提高阀门实际工作的品质。因而，对于球阀的动态特性参数的测 试，是掌握球阀工作动态性能优劣和提升球阀制造工艺和水平所必须的手段。现有国内的 生产厂家在球阀的性能检测时，常规的测试方法和测试设备只能满足强度、密封性、流阻、 动作性能以及使用寿命的检测，而无法提供一种基于计算机自动控制和数据采集分析的测 试方法和平台。经对现有技术文献检索发现，中国专利【申请号】200610154454.X，专利名称 为：流量比例阀特性曲线的测试方法。根据该发明提供的流量比例阀特性曲线的测试方法 来看，主要论述了一种流量比例阀特性曲线的自动测试装置。该装置用空气作为测试介质， 测试时通过改变被测流量比例阀线圈的电流，从而改变阀口的开度，达到改变流量的目的， 并在显示器上显示流量比例阀线圈电流和流量的特性曲线关系。该发明的测试方法及装置 专用于流量比例阀的开度和流量特性曲线的测试，并不能满足球阀的动态特性参数，包括 开度、压力、流量和温度特性以及死区特性的测试要求。此外，该测试装置采用空气代替传 统的液体作为测试介质，虽然提高了工作效率，但是由于实际工作状态下介质的多样性，仅 用空气作为介质不能保证测试得到的特性曲线与实际情况相符合。
【发明内容】
[0004] 针对以上技术问题，本发明的目的在于突破现有球阀动态特性参数测试方法的不 足，提供了一种设计合理，可集成测试介质自动切换、测试介质压力和流量自动调节、球阀 开度自动调节、压力和流量实时监测、介质温度实时监测、数据预处理、球阀动态特性参数 自动分析和保存以及特性参数曲线显示等功能的球阀动态特性参数的测试系统和测试方 法，可有效地提高工作效率，并能满足多种规格球阀的测试需求，对于球阀动态特性的标准 化测试的推广以及提高我国球阀行业的整体工艺水平具有实际意义。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种球阀动态特性参数的测试系统，所述的测试系统主要包括硬件控制系统和软件控 制系统，其中，所述的硬件控制系统作为虚拟仪器软件的载体和执行部件，完成测试介质 自动切换、测试介质压力和流量自动调节、伺服电机驱动球阀开度自动调节动作；所述的软 件控制系统实现压力数据采集和数据预处理、流量数据采集和数据预处理、测试介质的温 度数据采集和数据预处理、球阀动态特性参数自动分析和保存，特性参数曲线实时显示功 能；通过硬件控制系统和软件控制系统协同工作，实现球阀对开度、压力、流量和温度特性 以及死区特性动态特性参数的自动测试和分析。
[0006] 进一步，所述的硬件控制系统主要包括多介质容器，水箱，油箱，风箱，加热器，制 冷器，水栗、油栗和风机驱动单元，水栗，油栗，风机，测试介质切换阀门，流量调节器，压力 调节器，伺服电机，伺服驱动器，阀杆驱动机构，工控机，触摸式显示器，运动控制卡，数据采 集卡，阀前压力传感器，阀后压力传感器，流量传感器，温度传感器，旋转编码器和待测试球 阀；其中，多介质容器包括水箱、油箱和风箱，可提供水、油、气共三种测试介质，并通过连接 的水栗、油栗或风机驱动单元自动切换测试介质，同时为使用的测试介质通过测试介质切 换阀门关闭循环管路；多介质容器内安装有用于改变介质的温度的热器和制冷器；用于调 节测试介质的流量和压力大小的流量调节器和压力调节器安装在测试回路中；工控机通过 视频线和USB线与触摸显示器连接，采用PCI总线方式与运动控制卡和数据采集卡连接；触 摸显示器可实现人机交互功能，用户可在触摸式显示器上输入设定参数和读出测试数据； 压力传感器分为阀前压力传感器和阀后压力传感器，分别置于待测试球阀前后的管路中， 用于测量阀前、阀后的压力数据；流量传感器和温度传感器置于测试球阀前面的管路中，分 别用于测量流经球阀的流量和测试介质的温度，压力、流量和温度传感器通过屏蔽电缆与 数据采集卡连接，将测试数据传送到工控机一端；运动控制卡的脉冲输出口连接伺服驱动 器的脉冲信号驱动端口，可控制伺服电机的启动和停止；运动控制卡的数字量输出口连接 伺服驱动器的方向控制端口，可控制伺服电机的转动方向；伺服驱动器连接伺服电机，实现 对电机的运行驱动，而伺服电机与阀杆驱动机构连接，驱动球阀开启或闭合；旋转编码器安 装在阀杆驱动结构的同步轴上，通过屏蔽数据线连接到运动控制卡，用于测量球阀的开度 值。
[0007] 进一步，所述的软件控制系统为建基于虚拟仪器的球阀动态特性参数测试软件控 制系统，主要包括以下功能模块根据设置参数，控制水栗、油栗或风机驱动单元自动切 换测试介质；變根据测试要求，自动调节回路中测试介质的流量和压力值，并自动调节球阀 的开度大小；?实时采集压力、流量和温度数据并进行数据预处理对球阀动态特性参数 进行自动分析和保存，并实时显示特性参数曲线。
[0008] 作为优选，所述的功能模块进行实时采集压力、流量和温度数据并进行数据预处 理时，通过软件控制系统驱动数据采集卡实时读取待测试的球阀前后的管路中的压力传感 器值后，可对数据进行以下方式处理通过高斯滤波进行数据平滑处理，去除压力波动的 尖峰干扰；③通过数字滤波方法减少流量测试干扰信号在有用信号中的比重；0)对测试数 据进行均值化和平稳化处理，消除温度测试的零漂和温漂，从而实现消除随机噪声和系统 噪声引起的误差。
[0009] 作为优选，所述的功能模块实现球阀动态特性参数自动分析和保存，通过软件控 制系统将测试得到的压力、流量、开度和温度数据以及死区特性这两种动态特性参数分别 进行动态特性分析和自动记录，并将分析后得到的压力、流量、开度和温度特性曲线及死区 特性曲线保存在工控机中。
[0010] 作为优选，所述的功能模块实现特性参数曲线实时显示时，通过软件控制系统将 测试得到的压力、流量、开度和温度特性曲线及死区特性曲线实时显示在触摸式显示器上。
[0011] 作为以上测试系统的应用，本申请还提出一种球阀动态特性参数的测试方法，利 用上述测试系统对球阀进行开度、压力、流量和温度特性的自动测试和分析，以及死区特性 动态特性参数的自动测试和分析，实现对球阀动态特性参数的测试；其中， 对球阀进行开度、压力、流量和温度特性的自动测试和分析，具体包括以下步骤： 第一步，在软件控制系统的人机交互界面上设置待测球阀需测试的开度设定表，介质 温度设定表，介质类型设定值，介质压力设定表和介质流量设定表，并从开度为零的位置启 动测试； 第二步，软件控制系统驱动水栗、油栗和风机驱动单元和测试介质切换阀门，将测试管 路中的介质切换到设定的介质类型设定值，并通过驱动压力调节器来调节测试介质的压力 到介质压力设定表的第一个值，驱动流量调节器来调节测试介质的流量到介质流量设定表 的第一个值，驱动加热器或制冷器，并结合温度传感器调节测试介质的温度到介质温度设 定表的第一个值； 第三步，软件控制系统根据开度设定表的第一个值