CN110081812A - 动静触头啮合深度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了动静触头啮合深度测量装置，涉及断路器动静触头啮合深度测量装置领域；其包括承压组件、顶盖、立柱、压力测量组件和用于将压力测量数据转换为深度数据后无线传输的圆环形PCB板，承压组件与顶盖顶部固定连接，顶盖底部与圆环形PCB板之间设置立柱和压力测量组件；本发明根据胡克定律，将位移测量转换为压力测量，克服了位移测量装置安装空间小、位移传感器体积大的难点，达到了利用压力检测结果间接获取位移检测结果的同时简化装置、提高检测精度的效果。
Description
技术领域
本发明涉及断路器动静触头啮合深度测量装置领域，尤其是动静触头啮合深度测量装置。
背景技术
高压开关柜具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能，主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区等场合。
开关柜由固定的柜体和可移开部件(手车)两大部分组成。可移开部件(手车)由底盘和断路器本体组成，根据柜内电气设备的功能，柜体用隔板分成四个不同的功能单元，包括：断路器室、母线室、电缆室和仪表室。在断路器室固定的柜体一侧安装有断路器的静触头，可移开部件(手车)一侧安装有配对的断路器动触头(梅花触头)，二者啮合时是发生在封闭的断路器室部，无法直观观察二者的啮合深度。因此断路器动静触头啮合深度测量装置应运而生；现有技术中第一种方式为在梅花触头上涂抹黑色的导电膏，手车摇到预定位置后退出，然后将静触头拆下，测量上面黑色痕迹的长度，并据此判断啮合深度。这种方式测量需要拆除静触头，费时、测量结果不准确。另一种方式为将位移传感器装置放入柜内，能够直接测量位移量的传感器包括光栅尺、磁栅尺和电阻式位移传感器，比如现有技术中专利号：CN201410341260.5、专利名称：封闭式铠装高压开关柜手车式断路器触头啮合深度测量方法，提供了一种使用位移传感器检测啮合深度的方法，但是此类传感器存在价格昂贵、体积大的缺点，由于触头盒的空隙空间极窄，因此上述传感器安装困难、检测难度大、检测结果可靠性差。因此，需要一种体积小、适宜安装空间的测量装置。
发明内容
本发明的目的在于：本发明提供了动静触头啮合深度测量装置，解决现有采用位移传感器测量存在体积大安装难度大、测量精度差的问题。
本发明采用的技术方案如下：
动静触头啮合深度测量装置，包括承压组件和顶盖，还包括立柱、压力测量组件和用于将压力测量数据转换为深度数据后无线传输的圆环形PCB板，所述承压组件与顶盖顶部固定连接，所述顶盖底部与圆环形PCB板之间设置立柱和压力测量组件。
优选地，所述压力测量组件包括弹簧、应变块、均压环和应变片，所述顶盖底部与立柱螺纹连接，所述立柱与圆环形PCB板螺钉连接，所述立柱上设置轴套A，轴套A下端套设有弹簧，所述弹簧下端立柱通过轴套B套设有均压环，所述弹簧底端设置均压环，所述均压环下端安装有应变块，所述应变块上设置有应变片，所述应变片焊接于圆环形PCB板上。
优选地，所述圆环形PCB板上设置有MCU模块、压力检测模块、无线通信模块和电源模块，所述压力检测模块和无线通信模块分别连接MCU模块，所述MCU模块、压力检测模块和无线通信模块分别与电源模块连接。
优选地，所述压力检测模块包括AD转换电路和放大电路，所述AD转换电路输入端连接应变片，其输出端连接放大电路输入端，放大电路输出端连接MCU模块。
优选地，所述立柱数量N大于等于3，N为正整数；所述弹簧数量、立柱数量、轴套数量和应变块数量相等。
优选地，所述无线通信模块与MCU模块的电路连接如下：无线模块U5的+3.3V脚连接电源VCC3.3，无线模块U5的GND脚连接GND，其CE引脚连接MCU模块的P0.0引脚，其CSN引脚连接MCU模块的P2.4引脚，SCK引脚连接MCU模块的P2.5引脚，MOSI引脚连接MCU模块的P2.7引脚，MISO引脚连接MCU模块的P2.6引脚，IRQ引脚连接MCU模块的P3.2引脚。
优选地，所述应变片表面设置有硅橡胶层。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明根据胡克定律，将位移测量转换为压力测量，克服了位移测量装置安装空间小、位移传感器体积大的难点，达到了利用压力检测结果间接获取位移检测结果的效果；
2.本发明的测量装置中电气部分的PCB根据测量环境设计为圆环形PCB板，利于提高压力测量的精度的同时简化装置体积；
3.本发明将测量数据经过无线传输至柜外PC机，利于快速获取动静触头深度测量结果，避免布线，简化装置；
4.本发明N根立柱导向，N根弹簧分散压力，使得承压结构受力更均匀，测量更准确，利于提高检测精度；
5.本发明在应变片表面设置硅橡胶层，避免受潮松动，保证应变片与应变块的接触的可靠性，进一步提高检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明的压力检测模块对应的电路图；
图4为本发明的无线通信模块对应的电路图；
图5为本发明的MCU模块对应的电路图；
图6为本发明的沿A-A的剖视图。
附图标记：1-承压组件，2-顶盖，3-立柱，4-弹簧，5-应变块，6-PCB板，7-均压环，8-轴套A，9-轴套B。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
在断路器室固定的柜体一侧安装有断路器的静触头，可移开部件(手车)一侧安装有配对的断路器动触头(梅花触头)，二者啮合时是发生在封闭的断路器室部，无法直观观察二者的啮合深度。因此断路器动静触头啮合深度测量装置应运而生；现有技术中第一种方式为在梅花触头上涂抹黑色的导电膏，手车摇到预定位置后退出，然后将静触头拆下，测量上面黑色痕迹的长度，并据此判断啮合深度。这种方式测量需要拆除静触头，费时、测量结果不准确。另一种方式为将位移传感器装置放入柜内，能够直接测量位移量的传感器包括光栅尺、磁栅尺和电阻式位移传感器，此类传感器存在价格昂贵、体积大的缺点，由于触头盒的空隙空间极窄，因此上述传感器均不适用；因此本申请提供一种测量装置，细节如下：
如图1-2所示，动静触头啮合深度测量装置，包括承压组件1和顶盖2，还包括立柱3、压力测量组件和用于将压力测量数据转换为深度数据后无线传输的圆环形PCB板6，承压组件1与顶盖2顶部固定连接，顶盖2与圆环形PCB板6之间设置立柱3和压力测量组件。
压力测量组件包括弹簧4、应变块5、均压环7和应变片，顶盖2底部与立柱3螺纹连接，立柱3与圆环形PCB板6螺钉连接，立柱3上设置轴套A8，轴套A8下端套设有弹簧4，弹簧4下端立柱3通过轴套B9套设有均压环，弹簧4底端设置均压环7，均压环7下端安装有应变块5，应变块5上设置有应变片，应变片焊接于圆环形PCB板6上；应变片引脚通过RVV两芯电缆线焊接到PCB板6上；PCB板6上开有通孔，立柱3有M3内螺纹，使用M3螺钉将立柱3固定到PCB板6上；均压环7通过三个轴套空套在三根立柱3上；均压环7直接作用到应变块5上，通过弹簧4的压力保持紧密接触。应变片上设置一层704硅橡胶，防止受潮松动，影响检测精度。
工作原理：根据胡克定律，弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力F和弹簧的伸长量(或压缩量)x成正比，即F＝k·x。弹簧的压力可以通过应变计测量，而压力传感器可以做到很小的体积。这样，通过测量弹簧所受的压力，就可以计算出弹簧的压缩量，也就是啮合深度这一位移量，即x＝F/k。承压组件作用是将静触头啮合时的位移(即啮合深度)传递到弹簧上，使弹簧形变产生压力，三根弹簧的压力通过底部的均压环将压力均分到三个应变块上，其中一个应变块上贴有应变片用于测量压力。因此弹簧的线性形变量就转换成了应变片的压力变化量。
本实施例立柱数量N取3，弹簧、应变块和应变片数量也对应取3，均压环的压力直接作用到三个应变块上，施力点为3点，受力点也是3点，使用Inventor应力分析模块可得：压力传导均匀，并使应变块获得较大应变，便于测量。N也可以取4或者6或者8，在此不进行赘述，根据安装环境选择对应的安装数量。
测试时，开关柜型号为KYN28A-12，静触头尺寸为φ49mm，啮合深度在15～25mm范围内。测试时先将手车摇出，将测量装置放入其中一个触头盒内，打开记录程序后缓慢摇入手车，此时屏幕上实时显示出当前的啮合深度数据。当完全进车之后，测量装置显示测量深度为15.6mm，与实际啮合深度基本一致。
综上，根据胡克定律，将位移测量转换为压力测量，克服了位移测量装置安装空间小、位移传感器体积大的难点，达到了利用压力检测结果间接获取位移检测结果的同时简化装置体积和提高检测精度的效果；三根立柱导向，三根弹簧分散压力，使得承压结构受力更均匀，测量更准确。
实施例2
基于实施例1，圆环形PCB板上设置有MCU模块、压力检测模块、无线通信模块和电源模块，所述压力检测模块和无线通信模块分别连接MCU模块，所述MCU模块、压力检测模块和无线通信模块分别与电源模块连接。压力检测模块包括AD转换电路和放大电路，所述AD转换电路输入端连接应变片，其输出端连接放大电路输入端，放大电路输出端连接MCU模块。
电路图如图3-5所示，应变片连接接口INPA端、INNA端，INPA端连接电阻R7后连接放大芯片U3的INPA引脚，INNA端连接电阻R8后连接放大芯片U3的INNA引脚，放大芯片U3的DOUT、PD_SCK引脚对应连接单片机的P3.5、P3.4引脚；所述无线通信模块与MCU模块的电路连接如下：无线模块U5的+3.3V脚连接电源VCC3.3，无线模块U5的GND脚连接GND，其CE引脚连接MCU模块的P0.0引脚，其CSN引脚连接MCU模块的P2.4引脚，SCK引脚连接MCU模块的P2.5引脚，MOSI引脚连接MCU模块的P2.7引脚，MISO引脚连接MCU模块的P2.6引脚，IRQ引脚连接MCU模块的P3.2引脚。
MCU模块为控制核心，采用单片机，其型号为STC15F2K60S2_QFP32，负责测量数据的处理以及数据传输的控制(获取的压力数据进模数转换、放大后，根据胡克定律计算x，获取位移数据)；压力检测模块是以HX711芯片为主要组成的AD转换电路，能够将应变片产生的微弱电信号转换、放大成数字信号供单片机处理；应变片型号为1000-3AA；无线通信模块选取2.4G模块，其型号为NRF24L01，在单片机的控制下，将采集到的数据发送到柜外的接收机上。其余的电源及USB通信模块为必备的辅助电路模块，在此不进行赘述。
为了节省空间，该装置的PCB板为专门设计的异形板，与常规的方形电路板有着较大的区别，为圆环形结构，电子元件合理地分布在圆环上，密度适中，能够满足使用要求。通过PCB板设置无线通信装置的同时设置为圆环形PCB板，利于更加贴合应变片的同时避免布线，简化测量装置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.动静触头啮合深度测量装置，包括承压组件(1)和顶盖(2)，其特征在于：还包括立柱(3)、压力测量组件和用于将压力测量数据转换为深度数据后无线传输的圆环形PCB板(6)，所述承压组件(1)与顶盖(2)顶部固定连接，所述顶盖(2)底部与圆环形PCB板(6)之间设置立柱(3)和压力测量组件。
2.根据权利要求1所述的动静触头啮合深度测量装置，其特征在于：所述压力测量组件包括弹簧(4)、应变块(5)、均压环(7)和应变片，所述顶盖(2)底部与立柱(3)螺纹连接，所述立柱(3)与圆环形PCB板(6)螺钉连接，所述立柱(3)上设置轴套A(8)，轴套A(8)下端套设有弹簧(4)，所述弹簧(4)下端立柱(3)通过轴套B(9)套设有均压环，所述弹簧(4)底端设置均压环(7)，所述均压环(7)下端安装有应变块(5)，所述应变块(5)上设置有应变片，所述应变片焊接于圆环形PCB板(6)上。
3.根据权利要求2所述的动静触头啮合深度测量装置，其特征在于：所述圆环形PCB板(6)上设置有MCU模块、压力检测模块、无线通信模块和电源模块，所述压力检测模块和无线通信模块分别连接MCU模块，所述MCU模块、压力检测模块和无线通信模块分别与电源模块连接。
4.根据权利要求3所述的动静触头啮合深度测量装置，其特征在于：所述压力检测模块包括AD转换电路和放大电路，所述AD转换电路输入端连接应变片，其输出端连接放大电路输入端，放大电路输出端连接MCU模块。
5.根据权利要求1所述的动静触头啮合深度测量装置，其特征在于：所述立柱(3)数量N大于等于3，N为正整数；所述弹簧(4)数量、立柱(3)数量、轴套数量和应变块(5)数量相等。
6.根据权利要求3所述的动静触头啮合深度测量装置，其特征在于：所述无线通信模块与MCU模块的电路连接如下：无线模块U5的+3.3V脚连接电源VCC3.3，无线模块U5的GND脚连接GND，其CE引脚连接MCU模块的P0.0引脚，其CSN引脚连接MCU模块的P2.4引脚，SCK引脚连接MCU模块的P2.5引脚，MOSI引脚连接MCU模块的P2.7引脚，MISO引脚连接MCU模块的P2.6引脚，IRQ引脚连接MCU模块的P3.2引脚。
7.根据权利要求1所述的动静触头啮合深度测量装置，其特征在于：所述应变片表面设置有硅橡胶层。
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| CN112066837A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-11 | 福建森达电气股份有限公司 | 用于检测开关柜中静触头位置的检测装置 |
Also Published As
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| CN110081812B (zh) | 2024-10-22 |
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