文小燕

（榆林學(xué)院能源工程學(xué)院，陜西榆林719000）

礦用壓力傳感器的動態(tài)特性研究

文小燕

（榆林學(xué)院能源工程學(xué)院，陜西榆林719000）

基于對液壓支架壓力傳感器壓力特性的分析，建立了傳感器入口壓力與出口壓力間的數(shù)學(xué)模型?？紤]壓力傳感器阻尼孔結(jié)構(gòu)尺寸，采用數(shù)值方法與非線性回歸分析，對壓力傳感器的動態(tài)傳輸特性的影響因素進(jìn)行了研究。最后得到了阻尼孔結(jié)構(gòu)尺寸與壓力傳感器性能的函數(shù)關(guān)系，為該類傳感器的設(shè)計提供了參考。

壓力傳感器；阻尼孔；動態(tài)特性；非線性回歸

引言

液壓支架立柱下腔的壓力傳感器是液壓支架的一個關(guān)鍵器件。該器件用來實時監(jiān)控液壓力，獲得支架與頂板之間的相互作用狀況，據(jù)此來判別支架的工作狀況[1,2]。傳感器阻尼孔設(shè)計尺寸對其壓力傳輸性能有著顯著的影響，需要得到阻尼孔入口處的被測壓力與作用在金屬膜片上的容腔壓力之間的關(guān)系，然后才能分析研究出阻尼孔的結(jié)構(gòu)尺寸對傳輸關(guān)系的影響。

本文在分析壓力傳感器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，建立液壓支架電液控制系統(tǒng)中壓力傳輸系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，對其進(jìn)行數(shù)值仿真，得出阻尼孔結(jié)構(gòu)與壓力傳感器工作性能的函數(shù)關(guān)系。為設(shè)計滿足煤采礦底作業(yè)需求的壓力傳感器提供了參考。

1　壓力傳感器的結(jié)構(gòu)方案

液壓支架立柱下腔的壓力不斷變化，在該變化過程中，壓力傳感器會受到一定程度的沖擊載荷。如果要盡量減小壓力的沖擊，保護(hù)好傳感器的相關(guān)部件不受損壞，并且使得監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定，那么在傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就要考慮解決該問題。文獻(xiàn)[3]給出了一種改良的電阻應(yīng)變式壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，在檢測壓力點一端增加一個阻尼孔，使得傳感器測壓點與金屬膜片間存在阻尼孔和容腔，從而增強壓力傳感器的耐沖擊性。

2　壓力傳遞特性的仿真分析

2.1壓力傳遞關(guān)系的建立

為獲得阻尼孔入口處的被測壓力與作用在金屬膜片上的容腔內(nèi)的壓力之間的關(guān)系，把容腔和阻尼孔的結(jié)構(gòu)看作一個壓力傳輸系統(tǒng)。通過推導(dǎo)，可得二階微分方程如下式(1)所示.

圖1　傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

式中：ρ為流體密度為；V為溶腔體積；L為阻尼孔長度；d為阻尼孔直徑；μ是動力粘度；P為被測壓力；P′為容腔壓力。

2.2仿真分析

取阻尼孔長度L在7mm到15mm間變化，直徑d在0.15mm到0.2mm變化，對參考文獻(xiàn)[3,4]的參數(shù)進(jìn)行數(shù)值仿真。計算得到傳輸系統(tǒng)的峰值時間Tp和超調(diào)量Deta隨阻尼孔直徑d的關(guān)系的大量數(shù)據(jù)，限于篇幅直列舉部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示。

表1　動力響應(yīng)指標(biāo)與幾何尺寸關(guān)系

對得到的峰值時間Tp和超調(diào)量Deta隨阻尼孔直徑d的關(guān)系的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸[5,6]，可以分別得到峰值時間Tp和超調(diào)量Deta隨阻尼孔直徑d的函數(shù)關(guān)系式，分別如式（2）與式（3）所示：

回歸誤差為0.000 6。

回歸誤差為0.003 9。

以上各式中參數(shù)定義同前。

3　結(jié)語

通過數(shù)值仿真得到動態(tài)參數(shù)關(guān)于幾何尺寸的變化關(guān)系的數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸分析得到了動態(tài)參數(shù)與幾何參數(shù)的函數(shù)關(guān)系式，為選擇幾何參數(shù)提供了參考公式。

[1]伍小杰，于月森，彭利明，等.液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2009,37(1)：25-29．

[2]吳迪.綜采工作面液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2009．

[3]李榮生，廉自生,馬清虎.液壓支架壓力傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J].煤礦機電，2009，37(3)：24-26.

[4]李鐵蓮，廉自生.液壓支架中壓力傳感器的設(shè)計[J].煤礦機械，2007(4)：20-22.

[5]郭鳳儀，郭長娜,王洋洋.MPSO-SVM的壓力傳感器的非線性校正研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報,2012，25(2)：188-192.

[6]王小平，曹立明.遺傳算法—理論、應(yīng)用與軟件實現(xiàn)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2002:76-79.

（編輯：王璐）

Study on Dynam ic Characteristics of M ine Pressure Sensor

W en Xiaoyan
(School of Energy Engineering,Yulin University,Yulin Shaanxi719000)

Based on analyzing pressure characteristics of pressure sensor of hydraulic support,themathematicalmodel between the inlet pressure and the outlet pressure of the sensor is established.Considering the structure size of damping hole of pressure sensor,the influencing factors of the dynamic transmission characteristics of the pressure sensor are studied,using numerical analysismethod and nonlinear regression analysis.Finally,the functional relationship between the size of the damping hole and the performance of the pressure sensor is obtained，and itprovides a reference for the design of this kind of sensor.

mine pressure sensor；damping hole；dynamic characteristics；nonlinear regression

TH702

A

2095-0748(2016)21-0033-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.21.14

2016-10-15

文小燕（1978—），女，貴州沿河人，講師，從事機電一體化技術(shù)的教學(xué)與研究。