2023液壓傳動油液噪聲特性測定第2部分管道油液中聲速的測量

液壓傳動 油液噪聲特性測定 第2分：管道中油液聲速的測量目 次前言 Ⅱ引言 Ⅲ1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14符號 25測量儀器要求 36液壓噪聲發(fā)生器 47試驗條件 48試驗臺 59試驗程序（方法1） 810試驗程序（方法2） 9試驗報告 1012標(biāo)注說明 附錄A（規(guī)范性）平均值的誤差和測量等級 12附錄B（規(guī)范性）動態(tài)測量的誤差和等級 13附錄C（規(guī)范性）數(shù)據(jù)簡化算法 14附錄D（資料性）采用三傳感器法（方法1）計算聲速的編程示例 19附錄E（資料性）采用反共振法（方法2）計算聲速的編程示例 21ttI液壓傳動 油液噪聲特性測定 第2部分管道油液中聲速的測量范圍本文件描述了通過對安裝在管路中的壓力傳感器進行測量，確定管路油液中聲速的方法。本文件適用于穩(wěn)態(tài)工況下運行的液壓回路，其壓力波動的頻率范圍為10Hz～3000Hz。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T17446油液傳動系統(tǒng)及元件詞匯（GB/T17446—2012，ISO5598:2008，IDT）術(shù)語和定義GB/T17446界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。流量波動flowripple液壓油液中流量的波動。壓力波動pressureripple由流量波動源與系統(tǒng)的相互作用引起的液壓油液中壓力的變動分量?；lfundamentalfrequency理論分析的或由儀器測量的壓力波動（或流量波動）的最低頻率。示例1：Nr/sNHzk個排量組件的液壓泵或馬達，如果在不同周期之間沒有明顯的測量偏差，則基頻也可取為NkHz。示例2：數(shù)字頻率分析儀根據(jù)第一譜線的頻率定義基頻。諧波harmonic以基頻整數(shù)倍出現(xiàn)的壓力波動或流量波動的正弦分量。注：諧波可以用其幅值和相位來表示，也可以用其實部和虛部來表示。液壓噪聲發(fā)生器hydraulicnoisegenerator在回路中產(chǎn)生流量波動，從而導(dǎo)致壓力波動，或在回路中產(chǎn)生壓力波動，從而導(dǎo)致流量波動的液壓元件。1測量管measurementpipe安裝壓力傳感器的管路。阻抗impedance液壓系統(tǒng)中給定點在給定頻率下的壓力波動與流量波動的復(fù)數(shù)比。聲反共振頻率acousticantiresonancefrequency測量管入口阻抗幅值極小的頻率。符號和下標(biāo)符號表1中列出的符號適用于本文件。表1 符號符號說明單位A,A',B,B'與頻率相關(guān)的波傳播系數(shù)（復(fù)數(shù)）3-1 -1m?s?Paa,b與頻率相關(guān)的波傳播系數(shù)Hz有效體積彈性模量Pac油液中的聲速3-1m?sd管路內(nèi)徑mf諧波頻率Hz測量時的頻率矢量Hz第一階聲反共振頻率HzH校準(zhǔn)后兩個壓力傳感器信號之間的傳遞函數(shù)（復(fù)數(shù)）—H'校準(zhǔn)時兩個壓力傳感器信號之間的傳遞函數(shù)（復(fù)數(shù)）—H兩個壓力傳感器信號之間的傳遞函數(shù)（復(fù)數(shù)）—j虛數(shù)單位—L傳感器1和2之間的距離（方法1）mL'傳感器2和3之間的距離（方法1）ml傳感器1到管路末端的距離（方法2）mP傳感器PT1的壓力波動（復(fù)數(shù)）Pa2GB/T×××××.2—××××P傳感器PT2的壓力波動（復(fù)數(shù)）PaP傳感器PT3的壓力波動（復(fù)數(shù)）PaQ12位置1的流量波動，流動方向從1到2（復(fù)數(shù)）3-1m?sQ21位置2的流量波動，流動方向從2到1（復(fù)數(shù)）3-1m?sQ23位置2的流量波動，流動方向從2到3（復(fù)數(shù)）3-1m?sS對應(yīng)測量頻率f的相干函數(shù)—ε誤差（復(fù)數(shù)）—ε的共軛復(fù)數(shù)（復(fù)數(shù)）—x復(fù)數(shù)ε的實部—y復(fù)數(shù)ε的虛部—ρ油液密度3kg/mν運動粘度mm2/sω角速度（2πf）rad/s注：H,H',H*,PP,P,Q ,Q ,Q 都是與頻率相關(guān)的符號，用大寫字母表示。1 2 3 12 21 23本文件使用的單位符合ISO80000。除非另有說明，本文件圖形符號符合GB/T786.1。下標(biāo)舊值新值測量儀器要求靜態(tài)測量測量下列參數(shù)的儀器：平均流量（僅適用于方法1）；b)c)油液溫度。應(yīng)滿足附錄A中給出的C級測量精度的要求。動態(tài)測量用于測量壓力波動的儀器應(yīng)具有以下特性：共振頻率：≥30kHz；b) 線性度：±1%；c) 最好帶有加速度補償。3GB/T×××××.2—××××儀器應(yīng)滿足附錄B中給出的A過濾掉所有穩(wěn)態(tài)信號分量，濾波后的測量值不應(yīng)引入超過當(dāng)前測量值0.5%的幅值誤差或0.5°的相位誤差。壓力波動頻率分析應(yīng)使用滿足如下要求的儀器測量壓力波動的幅值和相位。在特定諧波條件下，儀器應(yīng)能同時獲得每個壓力傳感器的壓力波動，并相互同步。儀器在10Hz～3000Hz的頻率范圍內(nèi)測量諧波時，應(yīng)具有以下準(zhǔn)確度和分辨率：a) 幅值：±0.5%；b) c) ：±0.5%。不確定度符合上述規(guī)范的測量儀器可使聲速測量的不確定度小于±3%。液壓噪聲發(fā)生器通則液壓噪聲發(fā)生器應(yīng)在壓力傳感器上產(chǎn)生足夠的壓力波動水平，以便進行精確測量。（柱塞等）數(shù)量的乘積。高頻響的液壓閥也可作為液壓噪聲發(fā)生器。發(fā)生器振動如有必要，測量管宜在結(jié)構(gòu)上與發(fā)生器隔離，減少振動的影響。試驗條件通則試驗過程中應(yīng)保持表2規(guī)定的試驗條件。油液溫度油液溫度應(yīng)為測量管入口處測量的溫度。油液密度和粘度油液的密度和粘度應(yīng)符合表3規(guī)定的精度。平均油液壓力平均油液壓力應(yīng)為測量管入口處測量的油液壓力。平均流量平均流量應(yīng)在測量管下游測量（僅適用于方法1）。4GB/T×××××.2—××××表2 測試條件允許的變化范圍試驗參數(shù)允許的變化范圍平均流量±2%平均壓力±2%溫度±2℃表3 油液特性參數(shù)的準(zhǔn)確度要求油液特性準(zhǔn)確度密度2粘度5試驗臺通則如果在試驗過程中壓力波動幅值太小，無法進行有效的頻譜分析，應(yīng)選擇其他噪聲發(fā)生器。壓力傳感器安裝時應(yīng)確保其敏感膜片與管路內(nèi)壁平齊，誤差在±0.5mm以內(nèi)。根據(jù)所采用的試驗方法，給出測量管和傳感器位置的規(guī)范。隔熱應(yīng)在測量管兩端測量溫度，測量管兩端的溫差不應(yīng)超過2℃，否則應(yīng)在測量管上加裝隔熱層。1：三傳感器法（測量管應(yīng)安裝在試驗回路中需要測量聲速的位置。如有必要，可同時使用多個測量管。測量管應(yīng)均勻平直，其內(nèi)徑應(yīng)為與其連接的管路或元件端口直徑的80%～120%。管路宜采用盡量減少振動的固定方式。（發(fā)生器）。另一端應(yīng)安裝加載閥（其閥芯組件不可自由移動），如針閥。應(yīng)在測量管的上游末端測量平均壓力。11LL4表4 傳感器間距（方法1）L330mm±2mmL'470mm±2mm測量管兩端與最近的壓力傳感器之間的距離應(yīng)至少為10d，其中d是管路的內(nèi)徑。傳感器之間的距離L和L'如圖1所示，其測量誤差應(yīng)為±0.5mm。測量管進出口之間不應(yīng)連接其他元件。5GB/T×××××.2—××××a壓力傳感器。1 b傳感器到測量管末端的距離x≥10d，x≥10d1 圖1 測量管中三個壓力傳感器的布置2：反共振法由于系統(tǒng)中產(chǎn)生壓力共振，該方法不適用于同時進行其他液聲特性的測量。2a與測量管相同的內(nèi)徑。壓力傳感器PT1和PT2（見圖2a）位于測量管的兩端。PT2應(yīng)安裝在距離測量管路末端3d范圍以內(nèi)，其中dPT1應(yīng)安裝在距離測量管與主回路連接點的5dPT1與測量管之間的連接件內(nèi)徑應(yīng)與測量管內(nèi)徑相同。圖2b的示例中，測量管端部安裝了包含針閥組件的專用連接件。噪聲發(fā)生器連接到回路，如圖2a所示。（或噪聲發(fā)生器一。安全閥的開啟壓力至少比平均試驗壓力高10%。50%～100%。應(yīng)采用盡量減少管路振動的固定方式。PT1l應(yīng)根據(jù)公式（1）f1確定。1 41 4f1 有效體積彈性模量Be可使用制造商提供的試驗油液數(shù)據(jù)進行估算，不需精確的值。頻率f1宜在100Hz～200Hz范圍內(nèi)選擇。傳感器PT1到管路末端距離的測量誤差應(yīng)為±0.5mm。6GB/T×××××.2—××××1112111211022X34lP7P658標(biāo)引序號說明：1——通流管；2——溫度傳感器；3——測量管；4——排氣閥；5——泵；6——壓力傳感器PT2；7——壓力傳感器PT1；8——電機；9——液壓噪聲發(fā)生器；10——壓力計；11——加載閥；12——安全閥。試驗回路7GB/T×××××.2—××××標(biāo)引序號說明：1——通流管；2——溫度傳感器；3——測量管；4——排氣閥；5——接油箱；6——壓力傳感器PT2；7——壓力傳感器PT1。傳感器位置和排氣閥安裝示圖2 典型反共振試驗回路壓力傳感器的校準(zhǔn)應(yīng)對壓力傳感器進行校準(zhǔn)。將壓力傳感器安裝在公共油路塊中測量相同的壓力波動以進行相對校準(zhǔn)。應(yīng)使所有壓力傳感器沿油路塊軸向流道同一橫截面周向分布，如圖3所示。圖3 壓力傳感器校準(zhǔn)分布示例將一個傳感器作為參考，在一定頻率范圍內(nèi)測量各壓力傳感器之間的幅值和相位關(guān)系。若傳感器之間的幅值差超過1%或相位差超過0.5°，需對測試數(shù)據(jù)分析中的差異進行校正（見9.3和10.3），并記錄校準(zhǔn)過程中得到的傳遞函數(shù)。HP1

(2)122HP3

(3)322試驗程序（1）216H12*H12H32*H32

8GB/T×××××.2—××××12計算一定頻率范圍內(nèi)基頻及其諧波頻率fi的相干函數(shù)Si4H*和12H32*的典型示例。H32H*,H*的模12 32H*,H*的相位12 32圖4 傳遞函數(shù)H*和H*的典型示例12 32（8.5H2H2(2)(3)對綜H12H32進行校正。如果不需校正（見8.5），則H12=

H*H1212H*H3232H21232H*，H32=H*1232

(6)(7)CC.1Si0.95Si相關(guān)函數(shù)的值總是一個1C.15%，則該方法無效，結(jié)果不應(yīng)用于試驗報告。試驗程序（2）（如適用并將所有變量（包括油液的狀態(tài)參數(shù)）2在穩(wěn)定化期間，排氣閥宜完全打開，讓油液通過測量管。在這一階段，宜調(diào)整加載閥，使其產(chǎn)生的平均壓力略低于所需測試壓力0.5MPa。9GB/T×××××.2—××××在使用壓力傳感器進行測量之前，應(yīng)立即關(guān)閉排氣閥，必要時可通過調(diào)節(jié)加載閥重新建立平均壓力。16H21*P2P1H21

(8)21器T1和PT2校過程中獲得的傳遞函數(shù)H1P/P1見8.5），使用式（9）校量傳遞函數(shù)H*。 21H*H2121H1

(9)如果不需要校正（見8.5），則H

=H*。21 21H21C.3試驗報告通則試驗報告應(yīng)包含以下信息：測試單位的名稱和地址；測試人員姓名；試驗油液的相關(guān)參數(shù)；測試日期和地點；符合性聲明（12）。測試數(shù)據(jù)試驗報告應(yīng)包含以下試驗數(shù)據(jù)。測量管的特性和安裝條件：測量管特性（長度、內(nèi)徑、壁厚、材質(zhì)）；試驗臺說明（2）；液壓回路的說明以及隔振和隔熱處理方式。采用的試驗方法（12）。測量儀器：測量等級；用于壓力波動測量的設(shè)備詳情，包括型號、序列號和制造商；頻率分析儀的帶寬；儀表系統(tǒng)整體頻率響應(yīng)及上次校準(zhǔn)日期和方法；壓力傳感器的校準(zhǔn)方法和上次校準(zhǔn)的日期和地點。試驗條件：油液類型；運動粘度；油液密度；油液溫度；10GB/T×××××.2—××××平均壓力；平均流量（1）。試驗結(jié)果試驗報告應(yīng)包含以下試驗結(jié)果：聲速；測量管入口處的油液溫度和平均壓力。標(biāo)注說明當(dāng)選擇遵守本文件時，宜在試驗報告、產(chǎn)品目錄和銷售文件中使用以下說明：“試驗中聲速的確定符合GB/T《液壓傳動油液噪聲特性測定第2測量》”。11GB/T×××××.2—××××附 錄 A（規(guī)范性附錄）平均值的誤差和測量等級根據(jù)測量精度的要求，可選擇A、B或C三種測量等級中的一種進行試驗。試驗方法默認(rèn)變量平均值的測量值符合表A.1的CA級或BA級和B的成本。表A.1 測量儀器的允許系統(tǒng)誤差測量等級ABC平均流量%±0.5±1.5±2.5平均壓力%±0.5±1.5±2.5溫度°C±0.5±1.0±2.0注：表A.1中給出的百分比限值是對應(yīng)被測值的大小，而不是試驗（數(shù)據(jù)）的最大值或儀器的最大讀數(shù)。12GB/T×××××.2—××××附 錄 B（規(guī)范性附錄）根據(jù)試驗精度的要求，可選擇A、B或C三種動態(tài)測量等級中的一種進行試驗。試驗方法默認(rèn)瞬時壓力的測量值符合表B.1的A級。表B.1 測量儀器的允許系統(tǒng)誤差動態(tài)測量等級ABC瞬時壓力%±1.5±3.0±5.0注：表B.1中給出的百分比限值是對應(yīng)測量值的大小，而不是試驗（數(shù)據(jù)）的最大值或儀器的最大讀數(shù)。13GB/T×××××.2—××××附 錄 C（規(guī)范性附錄）數(shù)據(jù)簡化算法介紹據(jù)處理最好使用頻率分析儀和數(shù)字計算機進行。本附錄描述了數(shù)據(jù)處理所涉及的數(shù)學(xué)方法。進入一段恒定直徑管路的流量波動是該點和同一管路中另一點壓力波動的線性組合,管路如圖C.1所示。圖C.1管路示例Q12AP1BP2Q21AP2BP1

(C.1)πd2j LA4cajbcotajbc C.2)πd2jB4cajbsinajbL

(C.3)a

2v

c

(C.4) d2 b4v

2v

(C.5)d2 d2 三傳感器法方法基礎(chǔ)這種方法要求同時測量恒定直徑剛性管路內(nèi)三個不同位置的壓力波動。PT1PT2和PT3L和(C.1)得出：Q21AP2BP1Q23AP2BP314

(C.6)(C.7)GB/T×××××.2—××××在壓力傳感器PT2的上游：

Q21Q230AA0

(C.8)(C.9)因此：

1

BP30

(C.10)AP AP2 2如果聲速精確已知，在任何頻率下方程(C.10)在理論上都成立。在實際應(yīng)用中，通過測量壓力波動傳遞函數(shù)，上式的結(jié)果為非零。因此，方程(C.10)可以寫成：1BHA

BHA

(C.11)把公式(C.2)～公式(C.5)代入上式，得到：H

sinL(ajb)

sinL(ajb)sinLL(ajb)

(C.12)12 c

c 聲速計算步驟要確定聲速，可使用最小二乘誤差方法得到總誤差E的最小值：NNE1

(C.13)NN總誤差E是對應(yīng)頻譜中每個頻率的幅值誤差的平方和(表示第1次到第N次諧波頻率對應(yīng)變量的1和)。當(dāng)滿足以下條件時，總誤差E的值最?。阂虼耍?/p>

E0c

(C.14)()

(

c c利用一階牛頓插值公式，可得：

NcNc0

(C.15)(cc)

(C.16)O N O Nc(cc)

(C.17)O N O Nc將公式(C.16)和公式(C.17)中的N和N代入公式(C.15)：

(c

c)+

(c

c)0

(C.18)Oc

O Nc

O

O Ncc2(c

c)

+

(C.19)O Ncc

O

OcO

Oc

(C.20)15GB/T×××××.2—××××2(cc

)

2Re

2Re

(C.21)O Ncc

Oc Oc 聲速計算的迭代公式為：Re Oc Bcc (初始迭代值ce

(C.22)N O O cccNcOccNcOcN其中：cO——c的舊值；cN——c的新值。詳細計算由公式(C.12)可得：ajbLcosL(ajb)LcosL(ajb)(LL)cosLL(ajb)

(C.23)c c2

c

c

c

2 2 和用復(fù)數(shù)表示為：c

xjyxjy

(C.24)(C.25)則：

c c cxjyxjy

(C.26)(C.27)c c c

x

yj

y

x

(C.28)c xc

y

xc yc

2

2x

y

(C.29)因此公式(C.22)可寫為：

cc

c cNxN

xc

yccc

1

(C.30)N O N2

2 xy1c c16GB/T×××××.2—××××附錄D給出了該迭代運算的MATLAB程序。封閉管路的“反共振”法該方法對一端封閉的剛性管路的共振頻率進行測量。該管路連接在液壓回路的X點。壓力傳感器位于封閉管路的兩端。XlXlPP標(biāo)引序號說明:1——二次源。圖C.2傳感器的安裝位置之間的頻率范圍。在管路封閉端的壓力傳感器PT2處，其流量波動Q21=0。由公式(C.1)可得：Q21AP2BP10

(C.31)B

(C.32)A cosl(ajb)c 傳遞函數(shù)P2的模在每階“反共振”頻率處為極大值。P1P2P1P2P11cos2lasinh2lbcc極大值出現(xiàn)的頻率為f1,f2,f3…。由于在這些特定頻率下，傳遞函數(shù)模的導(dǎo)數(shù)等于零。因此，對公式(C.33)進行求導(dǎo)，可得：17GB/T×××××.2—××××

bsinh2lbsin2la0a c c

(C.34)由于聲速的初值和實際值之間存在誤差，因此存在以下關(guān)系：bsinh2lbsin2la

(C.35)a bsinh2lbsin2la

(C.36)其中：cO——c的舊值；cN——c的新值；

a cN cNε——由于c的不準(zhǔn)確度而產(chǎn)生的誤差。因為：110cN

(C.37)則可得公式(C.35)和公式(C.36)之間的近似差值：2lb211 2lb 1 1 2laac c

cosh

2la

ccos

(C.38)根據(jù)cN=cO+c，可得：

O N

O

O N OOc2O

bsinh2lbasin2la）c c□cO O lb2oh2ba2os2la

(C.39)迭代計算如下：c的初始迭代值cO

4fkl(2k1)

(C.40)式中：fk——傳遞函數(shù)|H21|的第k個極大值對應(yīng)的頻率；cNcOcN使用公式(C.39)計算cNcOcN當(dāng)

0.0001，迭代中止。最后得到的c值是聲速的一個特解。附錄E給出了該迭代運算的MATLAB程序。c值計算的有效性f2/f1≈3c值才是有效的聲速。如果頻譜測量結(jié)果準(zhǔn)確，fk/(2k-1)會近似恒定。18GB/T×××××.2—××××附 錄 D（資料性附錄）采用三傳感器法（方法1）計算聲速的MATLAB編程示例functionc=speedsnd(l12,l23,d,visc,c0,omega,h12,h32,coher,g)%functionc=speedsnd(l12,l23,d,visc,c0,omega,h12,h32,coher,g)%1%傳感器2介于1和3之間% c m*s-1% l12壓力傳感器1和2之間的距離 m% l23壓力傳感器2和3之間的距離 m% d 剛性管內(nèi)徑 m% visc試驗條件下油液的運動粘度 m2*s-1% c0 聲速初選值 m/s%omega(2*pi*f)單個頻率的矢量用于測量%h12,h32二維矩陣包含傳遞函數(shù)P1/P2及相關(guān)系數(shù)，P3/P4及相關(guān)系數(shù)。h12(:,1)和h321)包含復(fù)數(shù)格式的傳遞函數(shù)；h122),h322)包含相應(yīng)的實數(shù)系數(shù)。%這些矩陣的長度與omega向量相同。% coher 驗證計算有效性的測量一致性系數(shù)最小值(coher0.95)% g 打印選項（g==1，屏幕上的文本和圖形）% 尋找可用頻率coherenceminvaluenrc=0; %初始化可用頻率的數(shù)目fornc=1:length(omega)if(h12(nc,2).*h32(nc,2)>=coher*coher)nrc=nrc+1;nv(nc)=1;%可用頻率的指數(shù)化elsenv(nc)=0;%不可用頻率的指數(shù)化end%ifend%fornv(1)=0;%未考慮零頻率%------------循環(huán)算法開始-----------------------a=omega(:)+sqrt(2*omega(:)*visc)/d;b=4*visc/(d*d)+sqrt(2*omega(:)*visc)/d;amjb=a(:)-j*b(:);l12xamjb=l12*amjb;l23xamjb=l23*amjb;ik=1;%算法的初始迭代次數(shù)c=c0;dc=10;19GB/T×××××.2—××××while(abs(dc/c)>0.0001)memc(ik)=c;%記憶連續(xù)值的數(shù)目l12_=l12xamjb/c;l23_=l23xamjb/c;E=nv(:).*(sin(l23_).*h12(:,1)+sin(l12_).*h32(:,1)-sin(l12_+l23_));dEsurdc=nv(:).*amjb(:)/(c*c).*(-l23*cos(l23_).*h12(:,1)-l12*cos(l12_).*h32(:,1)+(l12+l23)*cos(l12_+l23_));dc=-sum(E.*conj(dEsurdc))/sum(dEsurdc.*conj(dEsurdc));dc=real(dc); real:使c變?yōu)閷崝?shù)c=abs(c+dc);%abs:c成為正值%----------------屏幕上的文本（可選）-----------------------if(g==1)if(ik==1)fprintf('\ndeterminationofspeedofsoundwithcoherenceimposed>%g\n',coher);fprintf('numberofavailablefrequencies:%gon%gmaxi\n',nrc,length(omega));fprintf('c%g=%6.2fdc=%6.4f\n',ik,c0,dc);elsefprintf('c%g=%6.2fdc=%6.4f\n',ik,memc(ik),dc);endelse;end;%if(g==1)% if(ik>50)

息 else;

fprintf('numberofiterationvalues>50\n');fprintf('somethingiswrong!,verifytheinitialvalues\n');returnend;%if(ik>50)ik=ik+1;%增加迭代次數(shù)end%endofloopwhile(abs(dc/c)>0.0001)% GRAPHICS(optional) if (g==1)fprintf('\nfinalvalueofspeedofsound=%6.0fm/s\n\n',real(c));np=1:ik-1;plot(np,memc(np),'*w',np,memc(np)