SMC電磁閥狀態監測與評估研究
    在閥門開啟(關閉)的動態過程中，閥門的轉矩特性，即開啟(關閉)角與執行器輸出扭矩之間的關系是非常重要的。通過測量球閥進出口壓力與球閥開(閉)角的關系，分析球閥入口與出口壓差與球閥開(閉)角的關系，得到球閥的扭矩特性，從而實現對球閥動態過程和工作的分析和評價。
    據此設計了一套實驗系統，該系統主要由氣源、減壓閥、閥、二位五通電磁閥、球閥等各個部件和球閥狀態監測系統組成。控制氣體為氮氣，壓力為5 MPa，如圖5所示。
    球閥狀態監測系統主要包括傳感器和信號控制與數據采集單元，傳感器包括3個壓力傳感器和1個位移傳感器，3個壓力傳感器分別實現二位五通電磁閥入口、球閥進氣口、球閥出氣口處氣體壓力的測試，直接對球閥轉角進行測試較為困難， 因此轉化為對直線位移的測試，由1個位移傳感器完成測試。信號控制與數據采集系統用于給電磁閥加入啟動信號(階躍信號)，并進行數據的采集，采樣頻率設置為2 kHz。
    圖5 球閥狀態監測實驗系統組成框圖
    具體的傳感器選型、安裝與供電等如表1所示。 圖6為測試系統實物圖。
    表1 球閥狀態監測實驗系統的傳感器選型、安裝與供電
    圖6 球閥狀態監測實驗系統
    3 球閥分析評估
    利用的球閥進氣口與出氣口壓力、執行機構轉動角度等有關信息，對球閥的進行了分析評估。
    3.1 SMC電磁閥分析評估
    SMC電磁閥初始段壓力值穩定在5 MPa，說明系統供氣壓力正常。此時球閥進氣口壓力為0，出氣口壓力為5 MPa，球閥處于關閉狀態。當發出開閥指令后，二位五通閥動作，實現氣路轉換，球閥進氣口壓力為5 MPa，出氣口壓力為0，進氣口與出氣口的壓力差形成的轉矩驅動球閥打開； 當發出關閥指令后，二位五通閥動作，實現氣路轉換，球閥進氣口壓力為0，出氣口壓力為5 MPa，進氣口與出氣口的壓力差形成的轉矩驅動球閥關閉。圖7壓力曲線的兩波動反映了二位五通閥的狀態轉換，轉換時間約為1 s，與該型二位五通閥的標稱情況(轉換時間小于1 s)基本一致。
    3.2 球閥分析評估
    1) 閥開啟和關閉過程中進氣口壓力變化情況
    SMC電磁閥開啟和關閉過程中進氣口壓力變化情況。
    SMC電磁閥進氣口壓力-閥轉動角度曲線
    SMC電磁閥開啟過程：當入口壓力由0逐漸增加到大約4 MPa時，球閥開始動作。此后球閥逐漸打開，轉動角度逐漸變大，直終到90°位置限位，之后回彈穩定角度85°。這一過程中，入口壓力稍微降低，但總體變化不大。到穩定角度85°后，壓力繼續增加直5 MPa。
    SMC電磁閥關閉過程：當入口壓力在二位五通閥的作用下由5 MPa逐漸減少到約1 MPa時，球閥開始動作。此后球閥逐漸關閉，角度逐漸變小，直終到-2.2° 位置限位，之后回彈穩定角度0°。這一過程中，入口壓力基本不變，到穩定角度0°后，壓力繼續降低直0。
    2) SMC電磁閥開啟和關閉過程中出氣口壓力變化情況
    SMC電磁閥開啟和關閉過程中出氣口壓力變化情況。
    SMC電磁閥出氣口壓力-閥轉動角度曲線
    SMC電磁閥開啟過程：當出口壓力由5 MPa逐漸減小約2 MPa時，球閥開始動作。此后球閥逐漸打開，角度逐漸變大，直終到90°位置限位，之后回彈穩定角度85°。這一過程中，出口壓力稍微降低但總體變化不大，到穩定角度85°后，壓力繼續降低直0。
    SMC電磁閥關閉過程：當出口壓力在二位五通閥的作用下由0逐漸增大到約2 MPa時，球閥開始動作。此后球閥逐漸關閉，角度逐漸變小，直終到-2.2°位置限位，之后回彈穩定角度0°。這一過程中，出口壓力基本不變，到穩定角度0°后，壓力繼續升高直5 MPa。