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Aug 28, 2023

질량 측정

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 3273(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

고압 공압 서보 밸브(HPSV)의 질량 유량 특성은 고압 서보 시스템의 동적 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 그러나 이러한 특성은 고압가스의 압축성으로 인해 이론적 계산과 유량계 측정으로는 얻기 어렵습니다. 본 논문에서는 밸브 오리피스의 직렬 연결 음파 방출 원리를 기반으로 HPSV의 질량 유량 특성화 매개변수에 대한 새로운 측정 방법을 제안합니다. 서보 밸브 오리피스의 유효 단면적과 임계 압력 비율은 두 개의 밸브 오리피스를 직렬로 연결하고 두 밸브 오리피스의 흐름 순서를 교환함으로써 정확하고 효율적으로 결정할 수 있습니다. 제안된 측정방법의 음파방전과 단열방전을 포함한 두 가지 가정을 검증하였다. 실험 데이터와 시뮬레이션 데이터를 비교한 결과, HPSV의 측정된 유효단면적과 임계압력비의 정확도가 높은 것으로 나타났다. 측정된 임계압력비는 0.46~0.50 범위였으며, 유효단면적 변화로 나타나는 유량계수는 밸브개도가 증가함에 따라 감소하였다. 이러한 발견은 고압 공압 서보 시스템의 정확한 설계, 분석 및 제어에 대한 일반적인 의미를 갖습니다.

고압 가스의 높은 출력비와 즉각적인 팽창성은 동적 특성을 효과적으로 개선하고 고유 주파수를 높이며 공압 시스템의 응답 속도를 향상시킬 수 있습니다. 동시에 고압으로 인해 부품이 소형화되어 설치 공간과 비용이 절감됩니다. 따라서 항공, 항공우주, 군사 장비, 시추 플랫폼1,2,3 등 전문 분야에서는 높은 압력이 적용됩니다.

고압 공압 서보 밸브(HPSV)의 성능은 시스템 설계, 시스템 제어, 시스템 성능 평가 및 최적화에 매우 중요합니다4,5. 서보 밸브는 일반적으로 슬라이드 밸브 구조를 가지며, 그 흐름 특성은 전체 고압 공압 서보 시스템6,7,8,9의 기초가 됩니다. 많은 전문가와 연구자들이 수년간 공압 부품의 유량 특성 측정을 연구해 왔으며 수많은 유량계와 측정 방법을 개발했습니다.

서보 밸브의 유량 특성은 유량의 크기에 따라 서로 다른 유량계를 사용하여 측정됩니다. 높은 유속에서는 정밀 유압 모터나 와류계를 사용하고, 유속이 높지 않을 때는 유압 실린더를 사용합니다10. 이 방법에서는 유체의 밀도와 점도가 측정 결과에 큰 영향을 미치므로 밀도 변화가 거의 없는 액체 매질이나 저압 가스에 더 적합합니다. 음파 컨덕턴스와 질량 유량의 임계 압력 비율 특성화를 사용하는 ISO 6358 테스트 방법으로도 유량 특성을 측정할 수 있습니다11. 그러나 이 방법에는 많은 조항, 테스트 장치 및 측정 장비의 정확성에 대한 엄격한 요구 사항, 높은 테스트 가스 소비 및 비용이 있습니다12,13. Kuroshita와 Oneyama14는 ISO 635811과 JIS B 839015를 기반으로 작은 장치를 사용하여 큰 구멍이 있는 부품을 측정할 수 있는 유동 특성을 측정하는 하이브리드 방법을 제안했습니다. 그러나 임계 압력 비율이 상대적으로 작은 구성 요소의 경우 측정된 음파 전도도의 오류가 크고 이 방법은 공압 구성 요소의 질량 유량을 완전히 설명할 수 없습니다. Kawashima와 동료들은 등온 챔버를 사용하여 유동 특성을 측정하는 방법을 제안했습니다. 그러나 이 방법은 필러의 밀도에 영향을 받으며 등온 챔버는 제작하기 어렵고 비용이 많이 들며 챔버의 등온 성능을 평가하기가 어렵습니다18,19. Imamuraet al. 20은 진공 챔버 내에서 0.012~0.062 g/min 범위 내에서 가스 질량 유량을 측정하는 데 사용할 수 있는 SRoGS라는 중량 측정 방법을 제안했지만 높은 가스 유량에서는 측정 오차가 크고 이 방법에는 엄격한 테스트 환경. Kashanet al. 21은 진공 처리 시스템의 저유량 측정에 특히 적합한 새로운 질량 유량 감지 요소를 제안했습니다. 이러한 측정 방법은 측정 장치 요구 사항이 높고 측정이 어렵기 때문에 저압 공압 부품에만 적용할 수 있습니다. 고압 공압 측정에는 높은 차압, 높은 가스 밀도 변화 및 높은 유량으로 인해 간단하고 효율적인 측정 방법이 필요합니다.