CN104458066B - 开关式电磁铁动态吸力测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关式电磁铁动态吸力测试系统，其包括待测试电磁铁以及力传感器；还包括用于采集所述待测试电磁铁工作时的驱动电流以及力传感器输出电磁力大小的数据采集卡，所述数据采集卡与上位机连接；所述上位机通过电磁铁驱动模块向待测试电磁铁加载所需的驱动电流，以驱动待测试电磁铁；上位机通过电磁铁驱动模块驱动待测试电磁铁工作时，数据采集卡将待测试电磁铁的驱动电流信号以及力传感器的电磁力信号采集并传输至上位机内，上位机根据驱动电流信号以及与所述驱动电流信号相对应的电磁力信号确定所述待测试电磁铁的动态特性。本发明结构紧凑，测试操作方便，能对电磁铁的动态电磁力进行有效测试，适应范围广。

Description

开关式电磁铁动态吸力测试系统

技术领域

本发明涉及一种测试系统，尤其是一种开关式电磁铁动态吸力测试系统，属于电磁铁测试的技术领域。

背景技术

电磁铁作为将电能转化为机械能的装置，其电磁力的大小以及电磁力响应的快慢，对整个电磁阀的性能有着重要的影响。目前公开的专利中均是测试电磁阀静态电磁力的装置。

针对电磁阀静态电磁力测试的文件，主要有：

1）、公开号为CN201289411Y，电磁阀电磁铁吸力特性测试装置，活动板中间设有拉压力传感器，通过拉压力传感器测试被测电磁铁的拉压力，此装置的结果仅能反应电磁铁在驱动电流下的拉力值，不能测试电磁铁吸力相对驱动信号的响应时间，即为电磁铁静态电磁力测试。

2）、公开号为CN102116238A，通过测试仪给电磁阀施加由小到大变化的电流，根据传感器反应出来的电压信号，结合相应控制软件的画图作用，了解电磁阀在不同电流大小下的电磁力特性，不能测试电磁铁吸力相对驱动信号的响应时间，即为电磁铁静态电磁力测试。

3）、公开号为CN201810442U，脉冲电磁阀磁吸力测试装置，通过拉力传感器和数码转换显示器相连接，待测脉冲电磁阀通电后阀体所产生的感应磁场对衔铁产生磁吸力并作用于拉力传感器上，拉力传感器将磁吸力转换成电信号，经数码转换显示器转换为数字信号并输出显示，此装置结构较复杂，不能测试电磁铁吸力相对驱动信号的响应时间，即为电磁铁静态电磁力测试。

以上公开的测试方案均为电磁铁静态电磁力测试，即测试电磁铁在某驱动电流下的电磁力大小，或者在静态力测试的基础上描述电磁铁在不同驱动电流下的电磁力大小，而不能测试电磁铁在工作后其电磁力的动态变化过程，特别是电磁铁电磁力在开启与关闭阶段的变化过程。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种开关式电磁铁动态吸力测试系统，其结构紧凑，测试操作方便，能对电磁铁的动态电磁力进行有效测试，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述开关式电磁铁动态吸力测试系统，包括待测试电磁铁以及用于检测所述待测试电磁铁工作时电磁力大小的力传感器；还包括用于采集所述待测试电磁铁工作时的驱动电流以及力传感器输出电磁力大小的数据采集卡，所述数据采集卡与上位机连接；所述上位机通过电磁铁驱动模块向待测试电磁铁加载所需的驱动电流，以驱动待测试电磁铁；上位机通过电磁铁驱动模块驱动待测试电磁铁后，数据采集卡将待测试电磁铁的驱动电流信号以及力传感器的电磁力信号采集并传输至上位机内，上位机根据驱动电流信号以及与所述驱动电流信号相对应的电磁力信号确定所述待测试电磁铁的动态特性。

所述上位机根据驱动电流信号以及与所述驱动电流信号相对应的电磁力信号确定待测试电磁铁动态特性的参数包括开启延迟时间、电磁力上升时间、电磁力关闭延迟时间、电磁力关闭时间及最大电磁力。

所述上位机通过电磁铁驱动模块向待测试电磁铁加载所需的驱动电流，数据采集卡采集力传感器在不同驱动电流下对应的电磁力，上位机根据数据采集卡采集传输的不同驱动电流以及相应驱动电流下对应的电磁力，能得到所述待测试电磁铁在不同驱动电流下的电磁力曲线，以确定所述待测试电磁铁的磁饱和特性。

所述上位机通过CAN卡与电磁铁驱动模块连接，电磁铁驱动模块通过信号转换模块与待测试电磁铁连接，力传感器与信号转换模块连接，数据采集卡通过信号转换模块采集所述待测试电磁铁的驱动电流信号以及力传感器输出的电磁力信号。

所述待测试电磁铁以及力传感器安装于电磁铁测试夹具上，所述电磁铁测试夹具包括基座以及位于所述基座上的外套，待测试电磁铁通过电磁铁紧帽安装于外套的正上方，电磁铁紧帽的下部固定安装于外套的上端部；外套内设有衔铁部件，所述衔铁部件的上端部与待测试电磁铁的下端部固定连接，力传感器固定安装于衔铁部件的下部，且力传感器位于外套内；外套的顶端设有气隙调整环，所述气隙调整环位于电磁铁紧帽内且位于衔铁部件的外圈。

所述衔铁部件的材料、形状均与待测试电磁铁内的衔铁相对应一致

本发明的优点：上位机通过电磁铁驱动模块向待测试电磁铁加载驱动电流，力传感器采集待测试电磁铁在驱动电流下的电磁力，数据采集卡将驱动电流以及与驱动电流相对应的电磁力采集后传输至上位机内，上位机能够得到所并确定待测试电磁铁的动态响应、电磁力大小、磁滞等特性，对待测试电磁铁施加不同的驱动电流，生成待测试电磁铁在不同驱动电流下的电磁力曲线，根据待测试电磁铁的电磁力相对驱动电流的变化趋势，了解待测试电磁铁的磁饱和特性；了解不同铁芯材料的电磁铁动态电磁力，根据动态电磁力曲线特点选择其最优驱动电流波形，以使不同铁芯材料的电磁阀性能一致，该测试系统结构紧凑，测试操作方便，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明电磁铁测试夹具的结构示意图。

图3为本发明信号转换模块的结构示意图。

图4为本发明对电磁铁动态特性分析的示意图。

附图标记说明：1-上位机、2-CAN卡、3-电磁铁驱动模块、4-数据采集卡、5-信号转换模块、6-待测试电磁铁、7-力传感器、8-气隙调整环、9-电磁铁紧帽、10-衔铁部件、11-外套、12-安装空腔以及13-基座。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能对电磁铁的动态电磁力进行有效测试，本发明包括待测试电磁铁6以及用于检测所述待测试电磁铁6工作时电磁力大小的力传感器7；还包括用于采集所述待测试电磁铁6工作时的驱动电流以及力传感器7输出电磁力大小的数据采集卡4，所述数据采集卡4与上位机1连接；所述上位机1通过电磁铁驱动模块3向待测试电磁铁6加载所需的驱动电流，以驱动待测试电磁铁6；上位机1通过电磁铁驱动模块3驱动待测试电磁铁6工作时，数据采集卡4将待测试电磁铁6的驱动电流信号以及力传感器7的电磁力信号采集并传输至上位机1内，上位机1根据驱动电流信号以及与所述驱动电流信号相对应的电磁力信号确定所述待测试电磁铁6的动态特性。

具体地，待测试电磁铁6在电磁铁驱动模块3加载的驱动电流作用下工作，通过力传感器7能够实现对待测试电磁铁6在驱动电流作用下的电磁力检测，并由数据采集卡4将驱动电流与电磁力进行同步数据采集，力传感器7的电磁力状态能够反映出待测试电磁铁6的吸力变换状态。数据采集卡4将待测试电磁铁6上加载的驱动电流以及待测试电磁铁6在所述加载驱动电流作用下的电磁力传输至上位机1内，上位机1根据数据采集卡4传输的待测试电磁铁6的电流信号能够得到加载于所述待测试电磁铁6的驱动电流曲线，并根据数据采集卡4采集传输的力传感器7传输的电磁力信号能够得到待测试电磁铁6在确定驱动电流曲线下的电磁力曲线，其中，所述电磁力曲线能够反映待测试电磁铁6在驱动电流曲线下的吸力变换曲线，从而能根据驱动电流曲线以及电磁力曲线得到所述待测试电磁铁6的动态特性。

所述上位机1根据驱动电流信号以及与所述驱动电流信号相对应的电磁力信号确定待测试电磁铁6动态特性的参数包括开启延迟时间、电磁力上升时间、电磁力关闭延迟时间、电磁力关闭时间及最大电磁力。

具体地，数据采集卡4的数据采集频率固定，即可以算出单位时间内数据采集卡4采集到的驱动电流信号以及电磁力信号相对应的点数，将固定时间内采集到驱动电流信号的数据以及电磁力信号的数据分别保存成相应的数组，如果将数组里面的数据连成线，就是所述待测试电磁铁6的驱动电流信号波形以及在所述驱动电流作用下对应的电磁力信号波形，如图4所示，据数组的数值变化，可以找到驱动电流信号的起始点与结束点，同样也可以找到电磁力信号的起始点、最大值点、结束开始点与结束点。

本发明实施例中，电磁力开启延迟时间计算方法为：驱动电流开始时刻与电磁力开始时刻的时间差值。电磁力上升时间计算方法为：电磁铁吸力开始时刻与电磁力最大值时刻的时间差。电磁力关闭延迟时间计算方法为：驱动电流关闭时刻与电磁力开始下降时刻的时间差值。电磁力关闭时间计算方法为：电磁力开始下降时刻与电磁力下降为零时刻的时间差值。最大电磁力计算方法为：电磁力波形数据的最大值。

在具体实施时，由于这些点在数组里面的位置已知，同时数据采集卡4的采集频率已知（根据采集频率可以计算出相邻两点之间的时间），数据采集卡4同时对驱动电流信号以及电磁力信号进行采集，设相邻两点之间的时间为t。同时，设驱动电流信号的起始点在数组的位置为A1，电流结束点在数组里面的位置为A2；设电磁力信号的起始点在数组的位置为F1，电磁力最大值点在数组位置为F2，电磁力结束开始点为F3，电磁力结束点为F4；则在上位机1内可以得到：电磁力开启延迟为T1=(F1-A1)t；电磁力上升时间为T2 =(F2-F1)t；电磁力关闭延迟为T3=(F3-A2)t；电磁力关闭时间为T4 = (F4-F3)t。如果电磁铁的响应快，即磁滞较小，则电磁力开启延迟T1、电磁力上升时间T2、电磁力关闭延迟T3、电磁力关闭时间T4小，反之电磁力开启延迟T1、电磁力上升时间T2、电磁力关闭延迟T3、电磁力关闭时间T4大。

电磁力的大小与驱动电流的大小有关，如果待测试电磁铁6的驱动电流作用时间较短，同时待测试电磁铁6的响应较慢，有可能会出现所述待测试电磁铁6的吸力尚未到达最大值驱动电流就已经结束的现象；如果待测试电磁铁6的响应较快，则待测电磁铁6的电磁力会在驱动结束前其电磁力已经到达最大值，在这种情况下，待测试电磁铁6的最大吸力较响应慢的电磁铁大。

所述上位机1通过电磁铁驱动模块3向待测试电磁铁6加载所需的驱动电流，数据采集卡4采集力传感器7在不同驱动电流下对应的电磁力，上位机1根据数据采集卡4采集传输的不同驱动电流以及相应驱动电流下对应的电磁力，能得到所述待测试电磁铁6在不同驱动电流下的电磁力曲线，以确定所述待测试电磁铁6的磁饱和特性。

进一步地，上位机1除了能够通过电磁铁驱动模块3向待测试电磁铁6加载确定所需的驱动电流，上位机1还能通过电磁铁驱动模块3向待测试电磁铁6加载不同的驱动电流，当待测试电磁铁6加载的驱动电流不同时，在每个驱动电流的作用下，通过力传感器7均能得到相应的电磁力，通过数据采集卡4对不同的驱动电流以及在相应驱动电流下的电磁力的同步采集，并传输至上位机1内，上位机1内能够得到待测试电磁铁6在不同驱动电流下的电磁力曲线，从而能确定待测试电磁铁6的磁饱和特性。

本发明实施例中，电磁铁驱动模块3能够将上位机1输出对待测试电磁铁6的驱动控制信号转换为相应的驱动电流并加载在待测试电磁铁6上，数据采集卡4能够同步采集待测试电磁铁6上加载的驱动电流以及力传感器7检测输出的电磁力信号，电磁铁驱动模块3可以采用本技术领域常用的驱动实现结构，数据采集卡4能够将驱动电流、电磁力信号转换为相应的电压信号，并传输至上位机1内，数据采集卡4的结构也为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。在具体实施时，加载在待测试电磁铁6上的驱动电流由低到高逐渐逐次加载。

进一步地，在对待测试电磁铁6施加不同的驱动电流时，随着驱动电流的增加，待测试电磁铁6的电磁力的上升斜率逐渐减小，即待测试电磁铁6的铁芯随着驱动电流的增加逐渐接近磁饱和点，当驱动电流超过磁饱和电流后，即使驱动电流增加，待测试电磁铁6的电磁力也不增加，可以通过此方法确定最佳的电磁铁驱动电流波形。

所述上位机1通过CAN卡2与电磁铁驱动模块3连接，电磁铁驱动模块3通过信号转换模块5与待测试电磁铁6连接，力传感器7与信号转换模块5连接，数据采集卡4通过信号转换模块5采集所述待测试电磁铁6的驱动电流信号以及力传感器7输出的电磁力信号。

在具体实施时，上位机1与电磁铁驱动模块3之间可以采用CAN总线连接，通过CAN卡2提供的CAN总线能够使得上位机1与电磁铁驱动模块3之间数据通讯，电磁铁驱动模块3通过信号转换模块5将驱动电流加载在待测试电磁铁6上。如图3所示，信号转换模块5包括电流信号转换模块以及力传感器信号转换模块，信号转换模块5通过电流信号转换模块与电磁铁驱动模块3、待测试电磁铁6以及数据采集卡4连接，电流信号转换模块能将电磁铁驱动模块3加载的驱动电流加载到待测试电磁铁6上，并能将所述驱动电流转换为电压后供数据采集卡4采集；电流信号转换模块将驱动电流转换为电压的方式可以采用电阻或电流传感器等方式来实现，也可以采用本技术领域其他常用的技术手段。

力传感器信号转换模块与力传感器7的输出端连接，能将力传感器7输出的电压信号进行积分放大，以便于数据采集卡4进行电磁力电压信号的采集。此外，信号转换模块5还包括提供电流信号转换模块、力传感器信号转换模块工作所需电压的电源模块，电源模块的具体结构以能支持电流信号转换模块、力传感器信号转换模块的工作为准，具体结构为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图2所示，所述待测试电磁铁6以及力传感器7安装于电磁铁测试夹具上，所述电磁铁测试夹具包括基座13以及位于所述基座13上的外套11，待测试电磁铁6通过电磁铁紧帽9安装于外套11的正上方，电磁铁紧帽9的下部固定安装于外套11的上端部；外套11内设有衔铁部件10，所述衔铁部件10的上端部与待测试电磁铁6的下端部固定连接，力传感器7固定安装于衔铁部件10的下部，且力传感器7位于外套11内；外套11的顶端设有气隙调整环8，所述气隙调整环8位于电磁铁紧帽9内且位于衔铁部件10的外圈。所述衔铁部件10的材料、形状均与待测试电磁铁6内的衔铁相对应一致。

具体地，外套11固定在基13座上，外套11与基座13固定后，在外套11与基座13内形成安装空腔12，衔铁部件10与力传感器7安装在安装空腔12内，衔铁部件10与力传感器7刚性连接，进行电磁铁动态电磁力测试时，气隙调整环8处于衔铁部件10与外套11之间，通过气隙调整环8调整待测试电磁铁6与衔铁部件10之间的气隙，电磁铁紧帽9与外套11之间通过螺纹连接将待测试电磁铁6压紧固定在气隙调整环8上。待测试电磁铁6内的衔铁为所述待测试电磁铁6在实际应用中使用的衔铁，即为了能更准确的反应待测试电磁铁6的动态电磁力变化，衔铁部件10的材料与形状应与待测试电磁铁6原有的衔铁材料形状相同。

本发明上位机1通过电磁铁驱动模块3向待测试电磁铁6加载驱动电流，力传感器7采集待测试电磁铁6在驱动电流下的电磁力，数据采集卡4将驱动电流以及与驱动电流相对应的电磁力采集后传输至上位机1内，上位机1能够得到所并确定待测试电磁铁6的动态响应、电磁力大小、磁滞等特性，对待测试电磁铁6施加不同的驱动电流，生成待测试电磁铁6在不同驱动电流下的电磁力曲线，根据待测试电磁铁6的电磁力相对驱动电流的变化趋势，了解待测试电磁铁6的磁饱和特性；了解不同铁芯材料的电磁铁动态电磁力，根据动态电磁力曲线特点选择其最优驱动电流波形，以使不同铁芯材料的电磁阀性能一致，结构紧凑，测试操作方便，适应范围广，安全可靠。

Claims (5)

1.一种开关式电磁铁动态吸力测试系统，包括待测试电磁铁（6）以及用于检测所述待测试电磁铁（6）工作时电磁力大小的力传感器（7）；其特征是：还包括用于采集所述待测试电磁铁（6）工作时的驱动电流以及力传感器（7）输出电磁力大小的数据采集卡（4），所述数据采集卡（4）与上位机（1）连接；所述上位机（1）通过电磁铁驱动模块（3）向待测试电磁铁（6）加载所需的驱动电流，以驱动待测试电磁铁（6）；上位机（1）通过电磁铁驱动模块（3）驱动待测试电磁铁（6）后，数据采集卡（4）将待测试电磁铁（6）的驱动电流信号以及力传感器（7）的电磁力信号采集并传输至上位机（1）内，上位机（1）根据驱动电流信号以及与所述驱动电流信号相对应的电磁力信号确定所述待测试电磁铁（6）的动态特性；

所述上位机（1）根据驱动电流信号以及与所述驱动电流信号相对应的电磁力信号确定待测试电磁铁（6）动态特性的参数包括开启延迟时间、电磁力上升时间、电磁力关闭延迟时间、电磁力关闭时间及最大电磁力。

2.根据权利要求1所述的开关式电磁铁动态吸力测试系统，其特征是：所述上位机（1）通过电磁铁驱动模块（3）向待测试电磁铁（6）加载所需的驱动电流，数据采集卡（4）采集力传感器（7）在不同驱动电流下对应的电磁力，上位机（1）根据数据采集卡（4）采集传输的不同驱动电流以及相应驱动电流下对应的电磁力，能得到所述待测试电磁铁（6）在不同驱动电流下的电磁力曲线，以确定所述待测试电磁铁（6）的磁饱和特性。

3.根据权利要求1所述的开关式电磁铁动态吸力测试系统，其特征是：所述上位机（1）通过CAN卡（2）与电磁铁驱动模块（3）连接，电磁铁驱动模块（3）通过信号转换模块（5）与待测试电磁铁（6）连接，力传感器（7）与信号转换模块（5）连接，数据采集卡（4）通过信号转换模块（5）采集所述待测试电磁铁（6）的驱动电流信号以及力传感器（7）输出的电磁力信号。

4.根据权利要求1所述的开关式电磁铁动态吸力测试系统，其特征是：所述待测试电磁铁（6）以及力传感器（7）安装于电磁铁测试夹具上，所述电磁铁测试夹具包括基座（13）以及位于所述基座（13）上的外套（11），待测试电磁铁（6）通过电磁铁紧帽（9）安装于外套（11）的正上方，电磁铁紧帽（9）的下部固定安装于外套（11）的上端部；外套（11）内设有衔铁部件（10），所述衔铁部件（10）的上端部与待测试电磁铁（6）的下端部固定连接，力传感器（7）固定安装于衔铁部件（10）的下部，且力传感器（7）位于外套（11）内；外套（11）的顶端设有气隙调整环（8），所述气隙调整环（8）位于电磁铁紧帽（9）内且位于衔铁部件（10）的外圈。

5.根据权利要求4所述的开关式电磁铁动态吸力测试系统，其特征是：所述衔铁部件（10）的材料、形状均与待测试电磁铁（6）内的衔铁相对应一致。