注塑机上的压力测试

注塑机上的压力测试

注塑机需要在极其精准的工作环境下运作。来自瑞士的耐驰特公司为饮料,包装和医疗技术行业提供高性能,高精密注塑机和系统解决方案。而STS生产的压力传感器就被安装在这些复杂的设备中。

当塑料被注塑成型,塑料成品是由最初的塑料颗粒生产而成。简单的描述就是,装置是由两部分组成:注射装置和夹紧装置。一般而言,将原料注入注射单元内做准备。这是通过位于液压缸内部的蜗杆圆筒内加热并均化。内夹紧装置是一个代表了塑料组件的负相特质被注塑完成的工具。模塑复合物在蜗杆内制备,然后通过注入压力来形成负相形式。

对所需压力比的监测是保证一个完美的注塑工艺中必不可少的过程。因此基于此目的,需要将传感器安装在喷射轴的液压回路上。具体的熔体压力可以在喷射过程期间,基于腔室压力测量基础上进行计算。在这里特别重要的是传感器的测量误差需要非常低,因为,否则塑料压力的计算则会过低或过高。

当熔体压力过高或过低:

  • 这会影响注射的灌装量;
  • 成品塑料部件可能存在缺陷;
  • 它会导致材料或工具的损坏或损失;
  • 它会导致设备的瘫痪;

来自耐驰特公司的高精度设备,例如注塑机需要压力变送器在所需的测量范围内提供完全可靠的测量数据输出。为了找到这些高要求的最佳解决方案,使用测试仪器对不同制造商进行了广泛的比较。不仅只测试了测量仪器的精确度,而且还包括测试了它们在高温下的长期稳定性。下面的测量区间是在测试平台上进行:

Figure 1: 用于评估压力变送器和适度的标准化测试过程。以下四,六,八百万次压力循环,所述压力传感器分别进行温度应力(人工时效)。

来自STS高精度 ATM.1ST 压力传感器在整个压力和温度范围内而言,其容差性,长期稳定性,准确度和精度,在测试期间达到了最好的评分。特别的原因是,首先是压力传感器,即使在较长的测试周期内,在高温情况下也没有任何问题,在较低的压力范围内,这个传感器以其极高的精度给我们留下深刻印象。

Figure 2: 随时间和温度的变化来分析STS压力变送器。OZ(原始状态 – 红色虚线)作为出发点,每隔一段间隔后的延长线和虚线会根据图1的测试结果考虑传感器老化过程。传感器的公差范围值与制造商规格(数据表)有关,实线公差范围NM表示分析的目标值。

ATM.1ST的另一更大的优势是,由于其模块化结构,它可以很容易地适应应用个体。汇总的数据如下:

  • 压力测量范围: 100 mbar … 1,000 bar
  • 相对和绝对测量范围

  • 精度: ≤ ± 0.10 / 0.05 % FS
  • 工作温度: -40 … 125°C
  • 总误差: ≤ ± 0.30 %FS (0 … 70°C)
  • 材质:不锈钢,钛

使用Vulkollan®膜的研磨介质中的压力测量

使用Vulkollan®膜的研磨介质中的压力测量

通常,压力传感器使用不锈钢或钛材料。这样,所有常见的测试台作业或监视任务都可以满足。 但是,当涉及与特殊研磨介质的接触时,就需要额外的保护。 添加的Vulkollan®膜通常可以满足这里的要求。

在转到两个具体应用实例之前,首先介绍材料本身的一些介绍:Vulkollan®是聚酯 – 聚氨酯橡胶的商品名称,一种具有弹性的聚氨酯塑料和良好的化学和机械性能。 这种橡胶弹性材料用于不同的变体,包括泡沫,细胞软塑料以及固体塑料。 而前两种变体主要用于清管技术,固体塑料被加工成轮子,辊子和涂层。 这里的工作温度范围在零下20至80摄氏度之间。

混凝土作为接触介质

一家在土木工程领域的市场佼佼企业联系STS寻找压力传感器, 可以毫无压力地在流动的研磨介质中使用。 在这种特殊情况下是指水泥。 专业工程师制造液压设备,在地面钻孔,然后用混凝土填充桩。

为了确保这些混凝土桩具有稳定的结构,必须确保混凝土的连续流动。 混凝土通过管道填入孔中。 管道插入孔后,可能发生混凝土堵塞管道内部,导致填充过程中断。

为了防止这种情况的发生,需要将压力传感器插入到管道的内部。 由于混凝土是通过泵将其输送到钻孔中,因此可以通过管内的高压容易地识别出堵塞点。 对于这个任务,不锈钢压力传感器是无法使用的,因为它只能保持在短时间内不被损坏,且在混凝土中发挥作用。

为了应对这一挑战,STS建议提供一个配有额外Vulkollan®膜的法兰传感器。 通过增加这种保护膜,所使用的传感器的精度可达5%,寿命在研磨介质中延长为一年。 由于其机械结构以及电气连接是定制设计特性,可在短时间内提供产品。

修整槽中的料位测量

船舶控制系统制造商为在修补槽内的水位测量寻求可靠的解决方案,他们与STS进行了接洽。

修整槽用于将容器内的重心位置进行偏置。 例如,货船的建造方式使得设计水线在满载时与实际的水线重合。但是,如果这些船舶在海上行驶时没有装载货物,那么船体从水中升起,以至于船首远远高于水面。 由于发动机的自身重量,船体会比船首更深些,但还不够深,螺旋桨仍然充分浸入水中 – 在这种情况下,船舶无法移动。 为了解决这个问题,修整槽里充满了水。

然而,用于监测料位的压力变送器不仅与盐水(这种情况下钛壳体足够)接触,而且还与沙子,小石头或甚至壳体接触。 为了优化传感器的寿命,会使用Vulkollan®膜涂覆。

Image 1: 带有Vulkollan®箔的压力变送器的示例

这是因为Vulkollan®膜,压力传感器可以优化后用于研磨介质。 然而,这并不适用于爆炸性物质或酸性物质。点击阅读更多关于传感器传感器的媒介兼容性。此外,用户必须记住,Vulkollan®保护膜影响传感器的精度。热特性也变得更加不稳定。

因此,在研磨介质中寻求合适的压力测量解决方案,没有什么比专家的全面而合格的建议更好的了。

液压系统中的压力峰值:对传感器和其他设备的危害

液压系统中的压力峰值:对传感器和其他设备的危害

几乎所有的气体和充满液体的管道都会产生压力峰值。在几毫秒内产生的压力会超过所使用压力传感器的过载压力并损坏它们。

压力峰值,或在短时间内存在的非常高的压力,通常只有在损害已经完成时才会被注意到。它们是压力激增的结果,同时也是液体或气体流经管道时发生的物理现象(气穴现象,狄狄塞尔效应) 。由于具有较高的压缩性,压力峰值在气体中不是那么重要。因此也不那么突出它的危险性。

在有关水管的描述中,经常会提到“水锤现象”。有了 这些条件,液体的动态压力最终被显示出来。举例来说,当一个阀门被快速关闭时,水流会瞬间停止。从而引起压力波,它通过介质向流体的方向以声速流动,然后再反射回来。在几毫秒内,急剧的压力增加会对压力传感器和其他设备造成损害(对管件,管箍,泵等的损害)。然而首当其冲收到影响的是测量仪器,我们将集中在以下方面。这些损害表现为微小的裂隙或变形(详见Fig 1 和2)。

Figure 1: 压力峰值造成的“裂隙”
Figure 2: 压力峰值造成的变形

如果施加在压力传感器上的压力超出了它的 exceeds the 过载压力, 会对传感器造成永久损害。有两种可能的情况:虽然听起来很矛盾,但由于压力峰值而造成的测量仪器的彻底毁坏是最温和的结果。毕竟用户会立刻注意到这里的损坏。如果传感器仅仅是由于压力峰值而变形,它将继续工作,但只提供不准确的测量数据。因此造成的经济损失会比完全损坏传感器要大得多。

如何避免压力峰值造成的损害

防止压力峰造成损害的最好方法在于脉动阻尼器或阻压的集成上。其他的方法,诸如阀门的使用,结果不尽如人意,因为它们对压力峰值的反应太慢,而压力峰值会出现在在仅仅几毫秒内。

阻压的目的是为了降低压力峰值使得它们不再超过压力传感器的过载压力然后损坏它们。基于此,阻压器安装在传感器芯体前面的压力管道里。因为他们必须首先经过阻压本身,所以压力峰值不会再直接接触到膜。

Figure 3: 带阻压的压力通道

 由于能够更好的避免压力峰值造成的损坏,阻压的使用仍是最好的选择。然而这种改变也有它的弊端。由于钙化和沉积物,它会导致压力管道的拥堵,尤其是在固体和悬浮物介质中。这会导致测量信号的减慢。如阻气门在与此相关的应用中使用,那么需做定期的维护。

压力峰值的保护可以通过更高的超压阻力来实现而不是标准压力。这是否可取取决于具体的应用:如果需要高精度度的读数,在某些情况下,相对于测量范围,这些测量值就无法达到很高的超压阻值。

液压系统中狄塞尔效应的后果:物资损害

液压系统中狄塞尔效应的后果:物资损害

顾名思义,狄塞尔效应指的是柴油机内的燃烧过程。但同样会产生在液压系统里。除了压力峰值,也会造成石油老化,产生残留物和密封的破坏。

狄塞尔效应是穴蚀现象的后果。因此,我们将首先考虑液压系统中穴蚀现象的形成条件,然后再转向狄塞尔效应本身。

液压系统中的穴蚀现象

根据气体,温度,液体和压力的不同,溶于油液中析出的气体在油液中形成‘空穴”。当油受到一定的压力或是剪切运动时就会发生这种现象。在实际操作中,这种情况发生在吸入管道、泵内部空间、横截面狭窄以及在液压系统中脉冲的出现。柴油机湿式缸套外壁与冷却液接触的表面被破坏成一些针状的孔洞,这些孔洞逐渐扩大、加深,最后形成深孔或裂纹。

狄塞尔效应

如果穴蚀现象产生的气泡也含有油粒子,就会受到高压的影响,那么这些气泡会发生剧烈的温度上升由此导致狄塞尔效应,也就是液压系统中的燃烧,而这个燃烧过程发生在几毫秒内。

穴蚀现象和狄塞尔效应的后果

穴蚀会产生各种各样的负面影响,包括:泵壳体和安全阀的物资损坏,密封元件的磨损如O型圈,改变流动特性,由于填充损失而降低泵和齿轮的功能,噪音,压力峰值超过系统压力造成的压力波动和狄塞尔效应以油气老化的形式燃烧残渣破坏密封。

穴蚀和狄塞尔效应的后果并不总是显而易见的。它们通常在已经太晚并需要修复液压系统的时候才会注意到。作为穴蚀和狄塞尔效应的后果,压力峰值也会损坏安装在系统里的压力传感器系统中的压力激增也会穿透压力传感器的膜片 (阅读更多)。

鉴于穴蚀和狄塞尔效应的严重后果,必须采取适当的措施来避免这些现象。这包括吸入室足够的填充和减少液压冲击,以及避免锐器,减弱振动。

精确的压力测量是开发电动气油泵的关键

精确的压力测量是开发电动气油泵的关键

在全球排放目标不断升级的推动下,OEM厂商越来越多地转向电气化,以减少燃料消耗和温室气体排放。基于此由较小引擎驱动的混合动力汽车受到大众欢迎。

这些小型发动机的问题在于,动力消耗的辅助系统严重削弱了驾驶能力和性能。幸运的是,通过用电力驱动组件替换传统的机械部件,这些附加损失可以大大减少。正因为如此,电驱动泵正迅速地进入到一系列的生产中;尤其是驾驶驱动石油和水泵。

Image 1: 电动油泵示例 (图片来源: Rheinmetall Automotive)

但是,尽管这些好处显而易见,但在技术上很复杂,尤其是油泵:工程师不仅希望在特定的流量和压力下使石油流通,而且还希望能将之与发动机需求相匹配。

为了优化性能,很重要的一点是,通过小心地控制油流到不同的油循环分支来减少摩擦和泵气损失,并确保始终正常供压。

仿真依赖于精确的试验台油压和流量信息

一个电动油泵由三个子系统构成-泵、电机和电子控制器。因此,任何新应用开发的主要挑战是这些模块的高效集成,从而减少体积和重量以及组件的数量,同时优化性能。

油泵的主要功能是在最理想的压力下输送特定的油量。出于这个原因,他的设计是个迭代过程始于“泵齿轮”。对于大多数应用来说,泵的压力超过1到2巴,通常高达10巴。

正如在大多数引擎开发中一样,模拟和真实世界测试的结合可以加快设计的步伐。

回路设计开始于容积效率的初步评估并基于类似泵应用试验结果的收集。这些包含:泵速,油温,压力和流量。

用于评估的信息是准确的这一点很重要,因此数据收集必须使用高度可靠的精确测量设备能够在极端条件下在发动机内外提供精准读数。

为了确保精确性和可重复性,在测量压力时只采用最高质的传感器这点很重要。这些压力传感器不仅能在较大压力和温度跨度范围内提供可靠的数据,

并且他们还必须能够承受振动。

多年来,STS研发的压力传感器在发动机发展历程中能够满足OEM、一级供应商和专业发动机设计人员的需求。

开发一种比机械装置性能更出色的电动油泵

根据液压要求在不同流量、输出压力和油温所收集的信息,齿轮的初步设计最终确定。使用Matlab的模拟软件,关于物理系统行为的信息可以被合理地转化为一维代码。

在这一阶段,重要的是要注意,在特定压力下产生所需的流量,应该选择转速以促进电机和泵的最佳组合,而不会产生空穴或噪音问题:因此,标准的连续操作的速度范围通常在1500到3500转/分钟之间

接下来,使用LMS仿真软件生成几种设计 。这种仿真软件可以完善设计参数-在同时满足所有压力,流量和温度边界条件下的齿数和离心率。

在计算水力学的几何特性和过渡设计的最终确定后,在关键工作点驱动泵的总扭矩可以计算如下:

Mtot = MH + MCL + Mμ

一旦设计完成,工程样机就会在发动机测试台上进行评估。

油压、流量和温度再次在不同的发动机和泵速下进行测量,以验证通过模拟得到的结果。如果结果符合规格开发项目会最终确定,项目进入产业化阶段。

为了达到最佳的性能和耐久性,很明显所有的测量都是被精确记录的,但是压力传感器所产生的信息的重要性可能超过其他所有的数据——任何点上的压力不足都能导致灾难性故障。而超压浪费能源,并可能导致油封产生问题。