外文翻譯--在液壓系統(tǒng)中測量壓力波傳播速度【中英文文獻譯文】,中英文文獻譯文,外文,翻譯,液壓,系統(tǒng),測量,丈量,壓力,傳播速度,中英文,文獻,譯文 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯 系 別： 機電信息系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 外文出處:World Academy of Science, Engineering and Technology 49 2009 附 件: 1. 原文； 2. 譯文 2013年03月 世界科學工程和技術學院 49期 2009年刊 在液壓系統(tǒng)中測量壓力波傳播速度 拉里克拉, V?h?oja佩卡 摘要：在使用壓力電傳感器沒有消除積液的系統(tǒng)時，液壓系統(tǒng)中的壓力波速度才能被確定。這和其他的研究結果比較，它是進行了一個較低的壓力范圍(0.2-0.6條)的測量。與單獨的測量設備相比這個方法是不準確的測量，但是流體在實際機器整個時間的影響下，如果空氣是存在于該系統(tǒng)的，需考慮進入的空氣。通過計算空氣的量并且與其進行對比，來進行估計其他的研究。因此，這種測量設備也可以安裝在現(xiàn)有的機器中，可以被編程，以便它實施使用，也可以用于控制阻尼器等。 關鍵詞：體積彈性模量、壓力波、聲速。 1.介紹 壓力波速度是分析和設計液壓系統(tǒng)的一個重要的因素。它是許多模型動態(tài)碼液壓系統(tǒng)方程的一個參數(shù)，也是阻尼器液壓系統(tǒng)尺寸的一個重要參數(shù)。在壓力波速度的幫助下液壓系統(tǒng)的體積彈性模量可以被定義，反之亦然。 在許多研究中對于測量壓力波速度都提出了許多不同的方法。通常這些測量方法被采用于單獨的測量設備中，這樣就可以遠離原來的機器來測量流體。影響流體的某些因素有：如空氣或水分。由于原始情況的不同，壓力波速的測量結果可能不同。單獨的波速測量儀表往往是這樣設計的：測量流體至少可以刪除夾帶的空氣。因此，在不考慮帶入空氣影響的測量結果下，或者只注意到有溶氣時，這都并不符合真實的系統(tǒng)。因為空氣是存在于流體中的，特別是在低壓力下。單獨的壓力波測量設備通常不能傳輸?shù)綑C器，所以實時測量波速度是不可能的。 在許多早期的研究中壓力波速度與超聲波傳感器一起測量。超聲波技術可能是基于飛行時間或回波脈沖原則。這種方法非常準確，甚至可以精度到±0.005 m/s[1]，雖然在文獻[2]-[4]還提出超聲波技術好處的大錯誤：如長期穩(wěn)定性、精度、靈敏度、光不透明、集中能力、電絕緣系統(tǒng)和自動化測量的可能性。然而，儀表設計和樣本研究可能影響該方法的準確性[5]。 另一種來定義壓力波速度的方法是在基于測量液體體積彈性模量的使用方法下來確定體積變化樣本的壓縮或膨脹[6]-[9]。使用這種技術，可以防止不必要周圍系統(tǒng)的樣本壓力梯度。有用的壓力范圍是寬度在(0.1-350MPa)。夾帶空氣的量也可以被考慮，缺點是需要先確定在明顯大氣壓力和要求測量密度的樣品下，所有使用的特定壓力。因此，該方法不能用于連續(xù)的實時測量。計算體積模量和壓力波速度(聲速)，詳細的介紹在第二章(1)和(2)。 一些研究人員已經在液壓油中使用壓力傳感器來檢測壓力波速度。Harms 和Prinke[10]提出了一種基于相位差分的方法。這種方法的激勵應該不變，比如 13 世界科學工程和技術學院 49期 2009年刊 泵蕩漾，因為信號是在計算出這些信號時差的兩個點和波形速度的比較值[10]。 Cho et al[11] 和Yu et al[12]測量波傳播時間并計算出了一個壓力信號的相關函數(shù)，方法是基于使壓力測量成為可能，并使在考慮空氣的影響下可以進行實時的測量。 另一個壓力波速度方法的確定，被Apfel [13]提出。該方法是一種樣本數(shù)量極其微小的(4nl-4ul)絕熱壓縮系數(shù)和液體密度的測量技術。壓力波速度可以從這些數(shù)據中計算出。這個方法是適用的，例如過冷或過熱樣品、生物或危險樣品或當體積性質的液體在每一個案例必須確定小樣本數(shù)量時。流體研究的是在某個測試設備聽覺上一個非混相液體的懸浮。眾所周知，一個參考測量流體的屬性是在同一位置測量。這個結果是相對準確的(由傳統(tǒng)方法在一個2%的利潤率相比下取相同的值)。為了計算壓力波速度，必須使用不同的設備測量密度。顯然，這種實驗方法只適用于在實驗室[13]-[14]里進行。 壓力波速度(聲速)可以用來評估各種液體的重要特征屬性。例如，它已經被用于確定油溶劑[4]的濃度，來計算液壓的物理性質和其它潤滑液體，以及估計燃油[7]和石油儲集層[15]-[17]的流體結構、脂肪油[18]的力學性能、石油分餾[3]的物理性質、確定油水混合物[5]和乳劑[2]的組成或測量液體磁流變(MR)[19]的性能。 最重要的是此研究的目的是開發(fā)一個壓力波速度三位測量方法，這是使實時測量成為必要所需的，例如，實時液壓控制系統(tǒng)的構造。另一個目標是將亥姆霍茲諧振器附加到該系統(tǒng)，為未來的研究收集數(shù)據。 2.理論壓力波速度的確定 彈性材料的體積彈性模量B被定義為是壓力變化和相對體積變化壓力變化的之比，其中P是壓力、V是體積[20]。B=-dp/dv/v (1) 在本文中認為產生可聽見的聲音波是相似的壓力波。因此，連續(xù)生產和擴張的那個介質作為處理縱向振動分子前后方向移動傳播的壓力波。這使那些在條紋中縱向波所產生的密度相似。正如在很多研究中的那樣，本文也提到了，是通過限制一維下的波浪，考慮回避數(shù)學難度[21]。值得注意的是，一個不攜帶材料的橫波，只是波和它的能量在移動。 Cho et al[11]提出了散裝模量的三個定義，這已廣泛應用在許多教科書中。這些定義只適用于他們自己特定的條件，它介紹了聲波和體積彈性模量(2)，使用具有相同的值作為絕熱體積彈性模量。聲波的體積彈性模量B來源于聲波速度在流體的密度[11]、[20]。B=ρa2 (2)在本文中ρ是密度，a是波速度(聲速)。方程(2)可以計算出體積彈性模量或波速度，這就取決于哪一個是已知的因素。在本文中密度是已知的，波速可以測量，所以體積彈性模量也是可以計算出的。但隨著相同的參數(shù)的影響，波速度也受到影響。而此時考慮的是理論上的體積彈性模量。 有效體積的主要影響因素是流體壓力和溫度價值模量的液壓系統(tǒng)。他們的效果呈現(xiàn)在圖1中。其他影響有效體積彈性模量值的因素有，例如流體空氣的含量，管剛度和接口條件之間的流體空氣[12]等。 圖1 在液壓系統(tǒng)中溫度和壓力波速度之間的作用 示例：●335.1K，■370.7K，▲402.1K [5] 夾帶的空氣中部分空氣含量溶于一個分子，以小氣泡的形式存在。只有一點點影響到了體積彈性模量[11]，但在一個流體夾帶的空氣體積是評估一個體積彈性模量最具影響力的變量。已經證明，夾帶空氣的百分之一可以降低有效體積彈性模量的1085MPa，它對應減少了75%流體[22]。應該指出的是，不僅有空氣，還有其他氣體都影響體積彈性模量和波速度，確定數(shù)量的氣體比這種氣體類型有一個更大的效應。低處油分子的重量越小，對波速度的影響越大[23]。 流體壓力大部分作用于體積彈性模量，尤其是在較低的壓力范圍。影響氣壓體積彈性模量的原因是夾帶的空氣含量和流體溶解氣之間的關系。當壓力增加時一些夾帶的空氣變?yōu)槿芙鈿鈁12]，也可以在分子水平上進行討論壓力。如果在研究低壓力的流體，此時和其他每個液體分子是容易配合的，大量的自由空間仍然是可用的。流體壓縮的自由空間在較低壓力時會降低的很快。當壓力系統(tǒng)高時，自由空間幾乎是可以忽略不計的。流體分子體積進一步下降及其相鄰分子之間的相互作用[24]。如果一個液壓系統(tǒng)的壓力超過50條，自由的空氣只有微量的[9]。 氣泡在流體和等效流體的壓縮性下，空氣密度影響流體溫度的大小。在分子水平上溫度增大會引起流體的變化。發(fā)生更多劇烈的碰撞分子，可能最終會改變分子結構，此時減少它們的有效體積是有可能的[24]。從而溫度對體積彈性模量和聲波速度有一個重要的影響，特別是在動態(tài)的情況下，對這個溫度的影響進行了研究[23]。他們研究包括溫度區(qū)間-30°C到130°C的影響，溫度對聲波速度的影響似乎是重要的。然而流體受溫度影響，可以忽略流體溫度常數(shù)[12]，并且在許多研究中都這樣采取。此外，體積彈性模量的潤滑油溫度在低壓力時幾乎可以獨立存在[25]。 密度和體積模量的固體部分(如管道)，當溫度和壓力變化時不會隨千差萬別的密度流體變[10]。因此，如果假定在一個液壓系統(tǒng)中，體積彈性模量可以忽略管道剛度的影響[12]，壓力波速度確定，流體的含水率也就扮演了一定的角色；它會稍稍降低壓力波速度的值[23]。流體的粘度也影響了壓力波速度[26]，但流體粘度取決于其在第一個地方的分子結構，因此隨不同的液體黏性效應對壓力波速度有一定的影響。 3.測試設備 測試設備和測量的原理在圖2和3中分別描述，測量使用壓電傳感器在兩個點P1和P2進行識別一個壓力脈沖。兩點之間的距離P1和P2(變量L在圖3)和被用于測試的兩個不同的距離是已知的。短的距離是2.75米，長是4.26米的，總是在1.03米至0.11米。壓力波通過活塞在管道中是興奮的，這使系統(tǒng)能夠激發(fā)一個純粹的壓力波。因為避免了不必要的接口，這樣反射和傳輸?shù)牟ㄊ亲钚〉?。這個活塞桿輕輕推但能迅速返回。球面旋塞閥和可調閥被安裝在測試設備上，可測量控制流量和壓力。這個屬性是進行了在測量兩個測量系列時使用。第一個是恒壓下完成，兩個閥門關閉沒有節(jié)流。第二個是完成了節(jié)流，這樣(壓力)流量控制與可調閥的影響在波速度中是無關緊要的，在文本之后會出現(xiàn)。 測量進行了兩天，可以假定溫度為常數(shù)。測試設備不包括溫度傳感器，但測試設備是在同一個實驗室進行的，以便使周圍的流體溫度可以認為是一樣的。 使用最低的壓力是0.2條和最高的是6.1條，和這些執(zhí)行的545個測量值之間的限制。測量結果的實例在圖4和5進行分別描述。 測量系統(tǒng)包括一個Kyowa PG-20KU壓力傳感器(參考壓力)，兩個Kulite HKM -375M-7barVG壓力傳感器(用于在兩個點識別一個壓力波)，Kyowa DPM-6H應變放大器(Kyowa壓力傳感器)，一個Thandar 30V-2A精度電源(Kulite壓力傳感器)，一個國家儀器的USB-6211輸入16(16位250kS/s)DAQ卡，一個惠普筆記本電腦nx9010與微軟WindowsXP，DasyLab v.8.00.004測量軟件和v.4.1.0.3001 Measurement&Automation探險家。測量頻率是25千赫(0.04ms)、位數(shù)是1024位的。 圖2測試設備 圖3測量原理 圖4 在檢波點(上、虛線)和兩個(低,虛線)反應的壓力波。 因為流量檢測，注意區(qū)別壓力。 圖5 相同時間檢測的差異 體積流量測試設備可以與Hagen-Poiseulle方程(3)[27]被估計，其中d是管直徑、η是動態(tài)粘度，l是管長度，P1和P2是壓力點1和壓力點2。 (3) 從零到0.5條(管長度2.75米)或（管長度4.26米)時測量壓力會有所不同。這意味著是最大絕對流量，甚至故意高估了這些在18°C的溫度下及其甚至不到1.2升/分鐘(0.4m/s)的影響結果。 流體粘度是通過使用特定的重量法(在所需的溫度下稱重準確體積的流體)布魯克菲爾德DV-2+旋轉粘度來計算密度。在18°C的溫度下流體密度是874千克/立方米和在溫度40°C下為864千克/立方米。動態(tài)流體的粘度在相應的溫度是121 cP和42 cP。流體是一個商業(yè)礦物油的液壓油。 4.測量的結果 共對545個測量進行了分析。平均壓力的測量是2.9條和平均壓力波速(聲速)的測量是1377m/s。所有的測量結果呈現(xiàn)在圖6，這表明壓力范圍在0.2條和6條下波速的重要性。在圖6中流動情況和非流動情況的測量結果是分開的，但作為計算之前識別流體的效果，這個測量的安排是不夠準確的。因此，所有的結果都從此處處理。 圖6 545個所有的測量結果。 ●測量流動■測定非流動 所有的結果在表中顯示，測量壓力的精度可達到0.1條，計算測量圓面積的壓力下的平均波速。注意壓力總是使用傳感器的參考壓力(見參照圖3中)。因此，在表中壓力的第一列(p)，測量數(shù)量的壓力范圍在-0.05≤pi≤0.14條。在第二列(n)和平均波速度的測量壓力都在第三列(一個)。結果在表中，見圖7。 表1 在不同壓力下的壓力波速度。 P=壓力的系統(tǒng)(條)，N=數(shù)量的測量，A=確定的壓力波速度(米/秒) 圖7 壓力介于0.2和6.1條下計算平均壓力的波速 通過壓力傳感器的放水螺絲測量消除空氣的開始系統(tǒng)。在空氣被開始測量從最低合理的壓力(0.2條)和壓力增大后大約每三個就影響5條。只對以上的5條進行了測量，因為壓力傳感器的最大壓力是7條。這就解釋了為什么在該地區(qū)會有從5條到6條相對更多的測量。所以，在進行每一個第三次沖擊壓力直到輸出水平降低。這“斜坡測量”是重復的四次，使用兩個不同的測量距離和兩個流動和非流動情況。應該指出的是，可調閥不是絕對緊的，它允許一些壓力泄漏的影響。這意味著在非流動的情況下，這三個壓力減少了一點點影響。哪里的壓力是常數(shù)就不存在流動的情況。這就解釋了為什么一些壓力包括更多的其他測量方法。 盡管測量頻率是25kHz，不討論這么準確的結果。在壓力的結果下討論了使用精度為0.1條、誤差在0.1毫秒(10 kHz)。這意味著測量結果應該比短管更準確，因為速度差受0.1ms影響，如果波速度大約是1377米/秒，約是45米/秒的長管和70m/s的短管。不再減少管的結果，這是真的，但值得注意的是，管子不能太長，因為脈沖是在流體阻尼和阻尼脈沖不出現(xiàn)大幅變化時的脈沖。看圖4和5，起點的兩段脈沖是清晰的。另一個原因可能是因為減少色散的空氣。當壓力上升時，空氣的體積百分比降低，相互之間脈沖測量系統(tǒng)的結果更穩(wěn)定。 5.比較的結果 測量的平均壓力波速度是1377米/秒。因此，在室溫是1.65的平均績點下使用液體來計算體積彈性模量的值。在使用油時不好的是，我們沒有散裝模量和波速度的確切值。然而，它可能的測量結果與其他研究者的結果進行了比較，以此來估計準確性的測量。 在Tat et al的論文中[15]，提出了用方程來計算密度、體積彈性模量和聲速。作為一個函數(shù)在室溫下的壓力(21±1C)。結果顯示為表2，Δ意味著區(qū)別兩個不同壓力的計算結果。例如，不同的波速度(聲速)介于1條和5條之間是0.11%。在這研究中安排測試，意味著以±0.11%的差異測量波速度出為12m/s。它是不可能使用的，盡管在圖7中波速度它有一個提升的趨勢。 表2 乙酯的性能[15] Dzida和Prusakiewicz[17]在他們的論文中提出了實測波速和用生物柴油密度作為溫度的壓力函數(shù)，在表3中體現(xiàn)出，這Δa意味著波速之間的差別計算結果，在兩個不同的壓力(列)或兩個不同溫度下(行)、Δρ意味著區(qū)別兩種不同溫度下的密度。 表3生物柴油的性能[17] 這個是體積為1.76平均績點的生物柴油。表3是在一個壓力5條和一個溫度20°C下用來解決波速度的結果。插入波速度的值5條是1417米/秒，當壓力改為5條時，這表明不同的波速度只有2米/秒。 表2和3提出的密度是接近這研究中使用油的密度，所以他們可以使用至少在一個粗略的比較結果。介紹的示例結果表明，波速應當在1400m/s、體積彈性模量應該接近1.72的平均績點。這項研究的結果有一點小差異，原因是不準確的，可能是測量或溶解夾帶的空氣所影響的。這里與在分子水平上的液體相比，可能它也發(fā)揮了某些差異角色。然而，由于缺乏時間和所需要的設備，這不能被完全檢查。現(xiàn)在預計測量的值(1377m/s和1.65GPa)是正確的，與其他研究人員結果的區(qū)別是由于空氣系統(tǒng)內部。這個數(shù)量的空氣可以被估計使用(4)[27]。 Bfluid是流體的體積，Vcyl是氣缸的體積，Vtot是系統(tǒng)的總量，Bcyl是汽缸的體積彈性模量，Vp是管道體積，Bp是管道的體積彈性模量，Vh是軟管、Bh是體積彈性模量的軟管，Bair是空氣的體積彈性模量。 這里汽缸的體積彈性模量、管和軟管的液體體積的液體可以忽略不計。該系統(tǒng)也預期是絕熱的。所以(5)可以用來估計散裝模量的空氣[27]。 （5） P是壓力。 （6） B是1650MPa(測量結果)，Bfluid是1720MPa(測量結果）、Vtot是1.78*104立方米(如果距離L是2.75米的話，主要管從活塞到閥見圖3)、Bair是0.406MPa(壓力假定為2.9條)。現(xiàn)在有可能解決的空氣體積： 這是主要管的0.001%體積。顯然，這計算只是一個估計，因為準確的油的屬性用于這項研究是未知的?？諝獾挠绊懺趫D8中描繪。 圖8 分析空氣含量對計算波速度效果的影響 6.結論 其他研究人員使用不同的方法獲得，在測試設備中壓力波速度(聲速)是成功來衡量發(fā)達方法的結果。例如一個超聲技術。提出的比較值(表2)，壓力波速度的變化介于0和5條是微不足道的，使用測量技術提出研究它不能被檢測到。然而，即使控制系統(tǒng)繼續(xù)開發(fā)半主動阻尼器的過程，這種精度是足夠的，也需要一個準確的傳感器以單獨的測量誤差攜入空氣的影響來判斷下一階段的壓力波。此外，準確溫度控制將有利于未來的研究。 致謝 來自以“動力學和控制直接驅動輥(SMARTROLL)”為題的項目的支持，這是對這項研究開始的可能性極大地承認。作者也非常感謝Kalle Vahataini先生在測量方面很有價值的幫助。 參考文獻 [1] E. 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