液壓伺服液位計是液壓伺服控制系統(tǒng)的核心部件，因此液壓控制系統(tǒng)書中將包含電液伺服液位計的內(nèi)容。

1.發(fā)展進程

    電液伺服液位計技術(shù)的誕生是液壓控制技術(shù)和液壓控制系統(tǒng)發(fā)展的結(jié)果。在第二次世界大戰(zhàn)前夕，隨著工業(yè)需求的發(fā)展，液壓控制技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，許多早期的控制液位計原理和專利都是這個時代的產(chǎn)物。如：Askania Regulator和Askania-Werke發(fā)明并應(yīng)用了噴射液位計原理的原理。同樣Foxboro發(fā)明了噴嘴擋板液位計原理的專利。德國西門子公司發(fā)明了一種帶有永磁電機和接收器以及電氣輸入的雙輸入液位計，在航空航天領(lǐng)域具有開創(chuàng)性。

    在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時，伺服液位計是一個單級開環(huán)控制液位計，通過電磁液位計直接驅(qū)動液位計芯運動。然而，隨著控制理論的成熟和軍事應(yīng)用的需要，伺服液位計的開發(fā)和發(fā)展取得了很大的成就。1946年，英國Tinsiey獲得了兩級伺服液位計專利; Raytheon和Bell發(fā)明了一個帶有兩級伺服液位計的反饋; MIT力矩電機代替電磁液位計，使電機功耗更小，線性度更好。1950年，WCMogog首先發(fā)明了一種單噴嘴兩級伺服液位計。從1953年到1955年，THCarson發(fā)明了一種機械反饋兩級伺服液位計; WCMoog發(fā)明了一種雙噴嘴兩級伺服液位計; Wolpin發(fā)明了干式力矩電機，消除原來浸入油中的扭矩電機由油液污染帶來的可靠性問題。1957年，R.Atchley使用Askania噴射管原理開發(fā)了兩級噴射管伺服液位計。并于1959年開發(fā)出三級電動反饋伺服液位計。當時伺服液位計主要用于軍事領(lǐng)域，隨著航天時代的到來，伺服液位計已廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，并開發(fā)出高可靠性的冗余伺服液位計等尖端產(chǎn)品。

    與此同時，隨著伺服液位計行業(yè)應(yīng)用的不斷擴大，一些廠商開發(fā)出專門用于工業(yè)應(yīng)用的工業(yè)伺服液位計。如穆格于1963年推出了第一款用于工業(yè)用途的73系列伺服液位計產(chǎn)品。隨后，越來越多的工業(yè)用途出現(xiàn)了伺服液位計的發(fā)展。它們具有以下特點：體積更大，便于制造; 液位計體采用鋁制; 獨立一級，便于調(diào)整和維護; 主要用于14MPa以下的低壓場合; 嘗試形成一系列標準化產(chǎn)品。然而，穆格在德國的分公司將其應(yīng)用重點放在高壓應(yīng)用上，工作壓力為21 MPa，有些甚至達到35 MPa，這使得液位計門的設(shè)計比高壓更嚴重。隨著伺服液位計在工業(yè)應(yīng)用中的廣泛使用，公司已經(jīng)推出了自己適合工業(yè)應(yīng)用的液位計門比例。它的特點是成本低，雖然控制精度不能與伺服液位計相媲美，但通過先進的控制技術(shù)和先進的電子設(shè)備來彌補其缺乏性能和效率接近伺服液位計。1973年，穆格公司根據(jù)工業(yè)用途的需要，將一些伺服液位計轉(zhuǎn)換成比例工業(yè)標準液位計門接口。博世開發(fā)了標志性的噴射管導向器和電反饋平板伺服液位計。1974年，穆格推出了一款低成本，高流量的三級反饋伺服液位計。維克斯開發(fā)了一種壓力補償KG型比例液位計。力士樂，博世等公司開發(fā)了一種比例液位計，可通過兩個線圈控制液位計芯在兩個方向上的運動。

2.市場展望

    生產(chǎn)伺服液位計的廠家有：美國穆格，英國道蒂，美國隊，美國派克，伊頓維克斯，德國博世，力士樂等。

    電液伺服液位計一般根據(jù)力矩電機類型分為動圈式和永磁式兩種。大多數(shù)傳統(tǒng)伺服液位計采用永磁力矩電機，這種伺服液位計可分為噴嘴擋板和噴射兩大類。原廠生產(chǎn)的噴射管伺服液位計制造商Abex美國也被Parker收購。但是，由于噴射管伺服液位計具有良好的抗污染性能，高可靠性，高分辨率等特點。一些制造商也正在開發(fā)或推出自己的噴射管產(chǎn)品，美國穆格和俄羅斯制造商等。穆格在美國也于2006年7月舉行了產(chǎn)品推廣會，推出了噴射管D660系列產(chǎn)品，并認為該產(chǎn)品代表了伺服液位計未來的發(fā)展趨勢。

    伺服液位計產(chǎn)品主要用于航空，航天，船舶等領(lǐng)域。同時由于生產(chǎn)單位自身的戰(zhàn)爭，缺乏合作，分散的力量，不利于伺服液位計的進一步發(fā)展，不能與國外產(chǎn)品形成強大的競爭優(yōu)勢。是穆格公司在國內(nèi)市場占有率較大的國外產(chǎn)品，其產(chǎn)品占據(jù)了國內(nèi)民用市場的絕大部分。

3.發(fā)展趨勢

    目前，新型電液伺服液位計技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在新結(jié)構(gòu)的設(shè)計，新材料的使用以及電子，數(shù)字技術(shù)和液壓技術(shù)的結(jié)合。電液伺服液位計技術(shù)的發(fā)展極大地推動了液壓控制技術(shù)的發(fā)展。

4.新結(jié)構(gòu)設(shè)計

    20世紀90年代，直動式電液伺服液位計的開發(fā)取得了很大的成就。Parker開發(fā)了Voice Coil Drive技術(shù)（VCD），以及在此基礎(chǔ)上開發(fā)的DFplus控制液位計。所謂的音圈驅(qū)動技術(shù)，類似于一個驅(qū)動裝置的揚聲器，基本結(jié)構(gòu)是在移動線圈上設(shè)置固定的圓柱形永磁體，當信號電流輸入線圈時，起電磁效應(yīng)的作用，線圈產(chǎn)生和信號電流對應(yīng)的軸向力，驅(qū)動直接與線圈的線圈運動連接，驅(qū)動力非常大。該線圈內(nèi)置位移反饋傳感器，因此，采用VCD驅(qū)動的DFplus液位計門基本上是閉環(huán)控制，線性度相當不錯。DFplus液位計門的全面支撐是液位計芯與液位計體之間的配合面，大大降低了摩擦對控制質(zhì)量的影響。與上述技術(shù)特性相結(jié)合，具有內(nèi)置數(shù)字控制模塊，DFplus液位計門控制性能，特別是在頻率響應(yīng)方面優(yōu)越，可達400Hz。從發(fā)展趨勢來看，一些行業(yè)的新型直動式電液伺服液位計已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的伺服液位計，特別是噴嘴擋板伺服液位計的發(fā)展趨勢，但其較大的問題是體積大，重量大，只適合于現(xiàn)場需要較低的工業(yè)伺服控制。如減輕其重量，縮小其尺寸，在航空，航天等軍事工業(yè)中也具有很大的發(fā)展?jié)摿Α＿@大大降低了摩擦對控制質(zhì)量的影響。與上述技術(shù)特性相結(jié)合，具有內(nèi)置數(shù)字控制模塊，DFplus液位計門控制性能，特別是在頻率響應(yīng)方面優(yōu)越，可達400Hz。從發(fā)展趨勢來看，一些行業(yè)的新型直動式電液伺服液位計已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的伺服液位計，特別是噴嘴擋板伺服液位計的發(fā)展趨勢，但其較大的問題是體積大，重量大，只適合于現(xiàn)場需要較低的工業(yè)伺服控制。如減輕其重量，縮小其尺寸，在航空，航天等軍事工業(yè)中也具有很大的發(fā)展?jié)摿Α＿@大大降低了摩擦對控制質(zhì)量的影響。與上述技術(shù)特性相結(jié)合，具有內(nèi)置數(shù)字控制模塊，DFplus液位計門控制性能，特別是在頻率響應(yīng)方面優(yōu)越，可達400Hz。從發(fā)展趨勢來看，一些行業(yè)的新型直動式電液伺服液位計已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的伺服液位計，特別是噴嘴擋板伺服液位計的發(fā)展趨勢，但其較大的問題是體積大，重量大，只適合于現(xiàn)場需要較低的工業(yè)伺服控制。如減輕其重量，縮小其尺寸，在航空，航天等軍事工業(yè)中也具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＥc上述技術(shù)特性相結(jié)合，具有內(nèi)置數(shù)字控制模塊，DFplus液位計門控制性能，特別是在頻率響應(yīng)方面優(yōu)越，可達400Hz。從發(fā)展趨勢來看，一些行業(yè)的新型直動式電液伺服液位計已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的伺服液位計，特別是噴嘴擋板伺服液位計的發(fā)展趨勢，但其較大的問題是體積大，重量大，只適合于現(xiàn)場需要較低的工業(yè)伺服控制。如減輕其重量，縮小其尺寸，在航空，航天等軍事工業(yè)中也具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＥc上述技術(shù)特性相結(jié)合，具有內(nèi)置數(shù)字控制模塊，DFplus液位計門控制性能，特別是在頻率響應(yīng)方面優(yōu)越，可達400Hz。從發(fā)展趨勢來看，一些行業(yè)的新型直動式電液伺服液位計已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的伺服液位計，特別是噴嘴擋板伺服液位計的發(fā)展趨勢，但其較大的問題是體積大，重量大，只適合于現(xiàn)場需要較低的工業(yè)伺服控制。如減輕其重量，縮小其尺寸，在航空，航天等軍事工業(yè)中也具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＤ承┬袠I(yè)的新型直動式電液伺服液位計已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的伺服液位計，特別是噴嘴擋板伺服液位計的發(fā)展趨勢，但其較大的問題是體積大，重量大，僅適用于現(xiàn)場需要較低的工業(yè)伺服控制。如減輕其重量，縮小其尺寸，在航空，航天等軍事工業(yè)中也具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＤ承┬袠I(yè)的新型直動式電液伺服液位計已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的伺服液位計，特別是噴嘴擋板伺服液位計的發(fā)展趨勢，但其較大的問題是體積大，重量大，僅適用于現(xiàn)場需要較低的工業(yè)伺服控制。如減輕其重量，縮小其尺寸，在航空，航天等軍事工業(yè)中也具有很大的發(fā)展?jié)摿Α＃ㄏ嚓P(guān)推薦：電接點水位計）

    另外，近年來，新型伺服液位計驅(qū)動除了直接驅(qū)動力矩電機外，還出現(xiàn)了使用步進電機，伺服電機，新​​型電磁鐵等驅(qū)動結(jié)構(gòu)和輕液直接驅(qū)動伺服液位計的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。這些新技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了伺服液位計的性能，而且為伺服液位計的發(fā)展思路，電液伺服液位計技術(shù)注入了新的活力。

5.新材料的使用

    目前在電液伺服液位計領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)新材料，主要是基于壓電元件，超磁致伸縮材料和形狀記憶合金的轉(zhuǎn)爐研發(fā)。他們每個人都有自己的優(yōu)秀特征。

5.1壓電元件

    壓電元件的特點是“壓電效應(yīng)”：在一定的電場作用下會產(chǎn)生尺寸變化，在一定范圍內(nèi)，變形與電場強度成正比。壓電元件的主要材料為壓電陶瓷（PZT），電致伸縮材料（PMN）等。典型的壓電陶瓷材料是日本TOKIN公司的疊層壓電伸縮陶瓷。PZT直動式伺服液位計的原理是：在液位計芯的兩端通過球體連接兩個多層壓電元件。通過壓電材料的壓電效應(yīng)產(chǎn)生伸縮驅(qū)動線軸運動。實現(xiàn)電 - 機械轉(zhuǎn)換。PMN噴嘴擋板伺服液位計是設(shè)置在噴嘴與壓電堆疊固定連接的擋板，由壓電堆疊的延伸，擋板之間的收縮和噴嘴之間的間隙增加和減少，使液位計芯的兩端壓差驅(qū)動液位計芯移動。目前，壓電機電轉(zhuǎn)換器的發(fā)展相對成熟并得到了廣泛的應(yīng)用。它具有頻率響應(yīng)快的特點，伺服液位計帶寬甚至可達數(shù)千赫茲，但存在滯后，易漂移等缺點，限制了電液伺服液位計中壓電元件的進一步應(yīng)用。擋板和噴嘴之間的間隙之間的收縮增加和減少，使得液位計芯的兩端壓差驅(qū)動液位計芯移動。目前，壓電機電轉(zhuǎn)換器的發(fā)展相對成熟并得到了廣泛的應(yīng)用。它具有頻率響應(yīng)快的特點，伺服液位計帶寬甚至可達數(shù)千赫茲，但存在滯后，易漂移等缺點，限制了電液伺服液位計中壓電元件的進一步應(yīng)用。擋板和噴嘴之間的間隙之間的收縮增加和減少，使得液位計芯的兩端壓差驅(qū)動液位計芯移動。目前，壓電機電轉(zhuǎn)換器的發(fā)展相對成熟并得到了廣泛的應(yīng)用。它具有頻率響應(yīng)快的特點，伺服液位計帶寬甚至可達數(shù)千赫茲，但存在滯后，易漂移等缺點，限制了電液伺服液位計中壓電元件的進一步應(yīng)用。

5.2超磁致伸縮材料

    與傳統(tǒng)的磁致伸縮材料相比，超磁致伸縮材料（GMM）在磁場作用下產(chǎn)生更大的長度或體積變化。GMM轉(zhuǎn)換器是使用GMM轉(zhuǎn)換器開發(fā)的。GMM轉(zhuǎn)換器與線軸連接。通過控制驅(qū)動線圈的電流，GMM被驅(qū)動并延伸以驅(qū)動線軸的位移以控制伺服液位計輸出流量。與傳統(tǒng)的伺服液位計相比，該液位計不僅具有高頻響應(yīng)的特點，而且具有精度高，結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。從目前的情況來看，GMM材料與壓電材料和傳統(tǒng)的磁致伸縮材料相比具有應(yīng)變大，能量密度高，響應(yīng)速度快，輸出力大等特點。

5.3形狀記憶Slloy

    形狀記憶合金（SMA）的特征在于形狀記憶效應(yīng)。在高溫成形后，將其冷卻至低溫狀態(tài)，并向其施加外力。一般金屬在其彈性變形后會發(fā)生永久變形，而SMA被加熱到一定溫度以上就會恢復其原有的高溫形狀。具有其特性的伺服液位計是一個SMA執(zhí)行器，它通過形狀記憶合金纏繞在液位計芯的兩端，通過加熱和冷卻驅(qū)動SMA執(zhí)行器，使液位計芯兩端的形狀記憶合金伸長或收縮，驅(qū)動液位計芯動作移動，同時增加位置反饋，提高伺服液位計控制性能。從液位計門的情況來看，SMA變形，但其響應(yīng)速度很慢，

    與傳統(tǒng)伺服液位計相比，采用新型材料，電 - 機械變頻器研制出伺服液位計，一般具有頻率響應(yīng)高，精度高，結(jié)構(gòu)緊湊等特點。電液伺服液位計廣泛應(yīng)用于電液位置，速度，加速度，力伺服系統(tǒng)和伺服振動發(fā)生器。它具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，功率放大系數(shù)大，控制精度高，線性度好，死區(qū)小，靈敏度高，動態(tài)性能好，響應(yīng)快等優(yōu)點。目前的液壓伺服控制技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)⒆詣涌刂萍夹g(shù)，液壓技術(shù)和微電子有機結(jié)合，形成新一代伺服液位計產(chǎn)品。隨著電子設(shè)備，控制策略

 

 

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