基于时差法的液压系统流量检测方法研究
液压技术在矿山机械得到广泛应用，如矿山岩石钻进、铲装、运输、破碎及选矿等设备。但由于矿山机械大都工作在较恶劣环境下，易于产生液压系统故障，且液压系统属于封闭运行，故障大都在内部产生，故障位置比较隐蔽、原因复杂，因此难以发现故障，给矿山机械维护和矿下工作人员的安全造成隐患。流量是液压系统的重要参数之一，其大小直接反映液压系统运行状况的好坏。通过测量系统流量实现液压系统的实时监控，以保证液压系统的正常运转和矿下工作人员的安全，同时也便于诊断液压系统故障。因此检测矿山机械的液压系统的流量具有重要意义。
2 时差法测液压流量原理
时差法的测量原理为：超声波在流体中的传播速度与流体流动速度有关，据此可测量流量。在流速v的流动媒质的上、下游分别放置超声波换能器1和换能器2，结构如图1所示。
换能器l和换能器2间距为L，管道直径为D，L与v之间的夹角为θ。当换能器2接收换能器1发送的超声脉冲时，超声沿L的传播速度为(c-v)，其中c是静止媒质中的超声波速度。超声波逆流由换能器l传输到换能器2的时间为：
将换能器的接发功能调换，换能器2发送超声脉冲，换能器l接收超声波顺流由换能器2传输到换能器1的时间：
于是，逆流和顺流的时间差为：
因为超声波在液体里的传播速度为1500m/s，而流体速度在不是很高的情况下，可认为：
则式(3)化简为：
这样，液体平均流速v就可由声时差△t确定，即
在c和x恒定的前提下，v与△t成线性。再根据流量方程求出流量Q：
式中k为流速分布修正系数。
3 硬件系统设计
该检测系统的硬件系统设计主要由超声波换能器、CPLD功能、驱动发射、接收放大和过零比较等模块组成。系统工作时，单片机先向CPLD发送指令，CPLD的内部PULSE功能模块产生600 ns的驱动脉冲，同时CNT功能模块开始计时：驱动脉冲进入驱动发射电路使超声波换能器1产生超声波信号；超声波通过介质被超声波换能器2接收，接收到的信号比较微弱，需通过由LF357和LM318组成的三级接收放大电路对其放大；将放大信号再通过由MAX903组成过零比较电路，从而为CLPD中的CNT功能模块提供一个停止计时的高电平信号。将CNT中所计时的数据换算为时间，再由换能器2发送，换能器1接收。同理用CNT记录另外一组时间数据，二者相减得到顺流和逆流的声时差△t，从而计算出系统的流速和流量。该检测系统的关键是要得到准确的驱动脉冲和精确的顺逆流时间。所以，选用Aher公司CPLD的MAXⅡ系列EMP240T100C5N，并配有100 MHz的晶体振荡器，CPLD功能模块是该系统硬件设计的核心。
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