CN203630245U - 一种比例电磁铁和弹簧性能测试仪 - Google Patents

Abstract

一种比例电磁铁和弹簧性能测试仪，包括一安装底板，在安装底板上安装电控平移台、位移传感器、力传感器及测试夹具，并配有电控测试***单元装置；电控平移台、力传感器和测试夹具顺序安装在同一轴向上，其中力传感器安装在可移动平台上并可随其一起移动,该力传感器的测头的方位与比例电磁铁的伸出杆或被测弹簧的方位相对应；位移传感器容置在测试夹具上，其测头与力传感器连接；测试夹具为双向选择被试件夹具。其可以兼顾比例电磁铁的动静态性能测试和弹簧的静态性能测试，比现有测试装置结构更紧凑，精度高。

Description

一种比例电磁铁和弹簧性能测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种比例电磁铁和弹簧性能测试仪。

背景技术

比例电磁铁性能测试装置主要经历了手工加载、记录阶段和计算机辅助测试（CAT）阶段。目前比较先进的比例电磁铁测试装置一般用步进电机和丝杠副作为位移驱动装置，采用位移传感器和力传感器对被测比例电磁铁的参数进行检测，通过数据采集卡采集到的数据上传到上位机进行数据处理和存储。

现有比例电磁铁测试装置仅能测试比例电磁铁的性能，而且机械加载部分采用电机和丝杠副的组合，结构复杂，体积较大。大多数现有测试装置仅能够采集试验数据，数据处理和曲线绘制则需要后期进行。

另外，对于液压用比例阀，除了比例电磁铁外，弹簧也是重要的功能部件，但现有测试装置功能单一，仅能测试比例电磁铁的性能，不能满足对液压用比例阀的多项性能测定。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种比例电磁铁和弹簧性能测试仪，其可以兼顾比例电磁铁的动静态性能测试和弹簧的静态性能测试。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种比例电磁铁和弹簧性能测试仪，包括一安装底板，在安装底板上安装电控平移台、位移传感器、力传感器及测试夹具，并配有电控测试***单元装置；所述电控平移台包含有一个受控于电控***的可移动平台；

所述的力传感器和测试夹具顺序安装在同一轴线上，其中所述力传感器安装在可移动平台上并可随其一起移动,该力传感器测头的方位与比例电磁铁的伸出杆或被测弹簧的方位相对应；

所述的位移传感器放置在测试夹具上，其测头与力传感器通过传感器连接板刚性连接；

所述的测试夹具为双向选择被试件夹具，至少包括有一个电磁铁夹具底座，该电磁铁夹具底座具有一用来固定被试件的方形空间开口槽，和一个用于容置位移传感器的圆形通孔槽，还包括有如下两套组件中的至少一种：

1）通过螺杆调整位置以将比例电磁铁夹紧的电磁铁固定头和调整方形空间开口槽尺寸的一组垫片；

2）安装在力传感器测头上的弹簧压头、固定在比例电磁铁夹具底座上的弹簧夹具底座和固定在弹簧夹具底座上的弹簧支撑座。

所述比例电磁铁和弹簧性能测试仪中，所述的电控测试***单元装置采用工控机和触摸屏为一体的工业控制计算机；将比例电磁铁和弹簧性能测试仪制的安装底板和操作按钮固定在一体机的前工作台上。

所述比例电磁铁和弹簧性能测试仪中，所述电控测试***单元装置配有USB接口、打印接口和网络接口。

所述比例电磁铁和弹簧性能测试仪中，所述的测试夹具为可拆卸式，且具有若干规格。

本实用新型包含一个安装底板，机械结构上采用电控平移台作为位移加载装置，电控平移台本身由步进电机，滚珠螺杆，线性滑块导轨组成，比现有测试装置结构紧凑，精度高，重复定位精度可小于0.005mm，分辨率为0.32μm。电控平移台包含一个可移动的平台，将力传感器安装在可移动平台上,测试过程中，在检测力值的同时，也成为位移加载装置的一部分。在安装底板上能够安装不同的夹具，不仅可以测量比例电磁铁的动静态性能还能测量弹簧的静态性能参数。同时，装置配备的软件***能够实时的记录试验数据，绘制性能曲线并显示在触摸屏上。

本实用新型的优点是：功能全面，通过夹具部件的调整和更换，既能测试比例电磁铁的性能，又能测试弹簧性能；且由于电控平移台结构的改进，比现有测试装置结构更紧凑，精度高。

附图说明

图1为本实用新型比例电磁铁和弹簧性能测试仪一实施例结构示意图（使用测试比例电磁铁的夹具）。

图2为图1中比例电磁铁的夹具结构示意图。

图3为本实用新型比例电磁铁和弹簧性能测试仪另一实施例结构示意图（使用测试弹簧的夹具）。

图4为图3中弹簧的夹具部分结构示意图。

图5为本实用新型电控测试***单元装置电控原理示意图。

图6为本实用新型比例电磁铁和弹簧性能测试仪一体机结构形式示意图。

图7为用本实用新型比例电磁铁和弹簧性能测试仪测试得到的曲线族图（电磁铁输出力——位移特性）。

图8为用本实用新型比例电磁铁和弹簧性能测试仪测试得到的曲线图（电磁铁输出力——电流特性）。

图9为用本实用新型比例电磁铁和弹簧性能测试仪测试得到的曲线图（弹簧输出力——电流特性）。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

具体实施方式

参见图1和图3所示，本实用新型比例电磁铁和弹簧性能测试仪包括安装底板1、电控平移台2、位移传感器4、力传感器7及测试夹具5；并配有电控测试***单元（图1和图3中未示出）。

所述的安装底板1用于安装电控平移台和被试件夹具。

所述的电控平移台2在一体机的控制下提供位移加载，并用于固定力传感器，所述的电控平移台2作为位移加载装置，电控平移台本身由步进电机、滚珠螺杆和线性滑块导轨组成，其为现有设备，此处不赘述。

所述的力传感器7用于检测比例电磁铁的推力或弹簧力，通过压力传感器支架3固定在电控平移台上。

所述位移传感器4，用于检测电控平移台的位移，从而间接检测电磁铁的推杆的位移；位移传感器4的测头与力传感器7通过传感器连接板刚性连接。本实用新型中，优选采用一种LVDT位移传感器（也可称之为LVDT差动变压器式位移传感器）。

所述的测试夹具5用于固定被试件6和位移传感器，该被试件可以是比例电磁铁，也可以是弹簧。

所述的测试夹具5是本实用新型的主要创新设计：如图1和图2所示，该测试夹具5具有夹持比例电磁铁（被试件6中的一种）的功能；如图3和图4所示，该测试夹具5具有夹持弹簧9（被试件6中的另一种）的功能。将二者合体设计，通过部分部件的更换即可满足双向功能的使用。具体结构设计如下：

如图2所示，其为电磁铁（作为被试件6）的测试夹具：包括有一个电磁铁夹具底座51，该电磁铁夹具底座的构型设计使得具有一用来固定被试件6的方形空间开口槽54和一个用于容置位移传感器的圆形通孔槽55，还包括有一个与螺杆相接的电磁铁固定头52，该电磁铁固定头52可以通过螺杆调整位置实现对比例电磁铁（被试件6）的夹紧；一组调整方形空间开口槽尺寸的垫片53，使用时可以根据具体厚度的要求选择叠加的数量或不同单体厚度的垫片。

如图4所示，其为弹簧9测试夹具：是以上述的电磁铁测试夹具为基础，另还包括有一个弹簧压头56、一个弹簧支撑座57和一个弹簧夹具底座58；将弹簧压头56安装在力传感器7的侧头上，在加载过程中起到对弹簧9径向定位的作用；将比例电磁铁夹具的垫片去掉，将弹簧夹具底座58固定到比例电磁铁的夹具底座51上，再将弹簧支撑座57固定在弹簧夹具底座58上，在加载过程中支撑弹簧9并实现径向定位。

本实用新型测试过程中，在检测力值的同时，也成为位移加载装置的一部分。在安装底板上安装不同的夹具，不仅可以测量比例电磁铁的动静态性能还能测量弹簧的静态性能参数。

本实用新型电控测试***具体控制原理参见图5所示，包含一个可编程线性直流电源，一个用来控制电控平移台（MTS平台）的控制器（型号为SC101,为市场可购件），一个与LVDT位移传感器配套的的放大器，一个与力传感器配套的放大器，一个数据采集卡，一个用于指令发送、数据处理和结果输出的一体机（带有触摸屏的一体式工业控制计算机）。

参见图6，本实用新型利用一体机（带有触摸屏的一体式工业控制计算机）20的结构，将比例电磁铁和弹簧性能测试仪机械部分的集成体10设置在一体机20底部向前平伸的工作台上，承载机械结构集成体的安装底板和操作按钮固定在一体机的前工作台上，所述电控测试***单元装置安装在一体机20的立式电气柜内。还可为电控测试***单元装置配设USB接口、打印接口和网络接口，提供更多的功能。同时，电控测试***单元装置通过配备的软件***还能够实时的记录试验数据，绘制性能曲线并显示在触摸屏上。

本实用新型的工作原理是：

（1）电磁铁输出力——位移特性：流经电磁铁线圈一个固定电流并保持不变，测定其输出力和行程之间的关系。在电磁铁行程范围内以小于测试设备动态特性起作用的速度循环(通常不大于0.05Hz)，以正反行程做一完整循环的连续曲线，该曲线即为力——位移特性曲线。若改变电流，重复上述试验便可以得到在不同电流下的一组曲线族（参见图7），这组曲线族便完整表示了电磁铁输出力——位移特性。曲线的中点轨迹为名义输出力——行程(位移)特性曲线。

测试方式：根据被测试比例电磁铁的型号和尺寸选择与之配套的测试夹具，安装在安装底板上，并通过夹具固定。比例电磁铁的伸出杆与力传感器的测头相对应，在实现位移的同时检测比例电磁铁的输出力。位移传感器测头与力传感器刚性连接，间接的测量比例电磁铁输出杆的位移。通过编程实现一体机与电控平移台控制器、可编程直流线性电源各自独立串口通讯，控制、监控电控平移台和可编程直流线性电源。一体机给可编程直流线性电源发出指令信号，使电源输出一个固定电流来驱动比例电磁铁线圈。与此同时，一体机给电控平移台控制器发出指令信号，使电控平移台按照设定的速度和行程往复运动（小于0.05Hz）。此时通过数据采集卡采集力传感器信号和位移传感器信号，上传给一体机后，通过程序对所采集的信号进行处理，实时的绘制以位移值为横坐标，力值为纵坐标的一条输出力——位移特性曲线。改变可编程直流线性电源的输出电流则可以得到一族输出力——位移特性曲线，即完全描述了被测试比例电磁铁的输出力——位移特性。曲线族在一体机触摸屏上实时显示，通过一体机能够将采集的数据以EXCEL格式，绘制的曲线以JPG格式保存。测试装置配有USB接口，打印接口、和网络接口。可以通过不同的方式将数据转存或输出。

（2）电磁铁输出力——电流特性：通常把电磁铁铁芯固定在某一个位置，一般是额定工作行程的中点，然后改变输入控制电流得到相应输出力，在额定电流范围内以小于测试设备动态特性起作用的速度循环(通常不大于0.05Hz)，以正、反两方向改变电流大小作一次完整循环得到连续曲线，该曲线即为输出力——电流特性曲线。曲线的中点轨迹为名义输出力——电流特性曲线

测试方法：一体机给电控平移台控制器发出指令信号，使电控平移台带动力传感器推动比例电磁铁输出杆停在工作区域的某一位置。同时，一体机给可编程直流线性电源发出指令信号，使电源输出以零为起点，幅度为0-3A的斜坡函数的电流来驱动比例电磁铁线圈。此时，比例电磁铁的输出力随电流的变化而变化，推杆位移则在电控平移台的定位下保持不变。此时通过数据采集卡采集力传感器信号，同时记录可编程直流线性电源的输出电流信号。上传给一体机后，通过程序对所采集的信号进行处理，实时的绘制以位电流为横坐标，力值为纵坐标的一条电流——输出力特性曲线（参见图8）。

（3）弹簧输出力——电流特性：从力传感器与弹簧刚接触时开始持续对弹簧施加压力，压到一定的程度后逐渐减小压力，直到力传感器与弹簧分离。记录与压力对应的位移值所作出的曲线为弹簧的输出力——位移曲线。

测试方法：将比例电磁铁安装夹具拆下，将弹簧夹具安装在比例电磁铁弹簧测试仪的固定台面上。将电控平移台移动到加载最远端的位置，将被测试弹簧安装在夹具上。一体机控制电控平移台按照设定的速度匀速运动，同时压缩被试弹簧，位移传感器检测电控平移台的位移，力传感器检测弹簧的压缩力。传感器采集到的信号通过数据采集卡输送给一体机，通过程序对所采集的信号进行处理，实时的绘制以位位移为横坐标，力值为纵坐标的一条位移——弹簧力特性曲线（参见图9）。

上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种比例电磁铁和弹簧性能测试仪，包括一安装底板，在安装底板上安装电控平移台、位移传感器、力传感器及测试夹具，并配有电控测试***单元装置；所述电控平移台包含有一个受控于电控***的可移动平台；其特征在于：

所述的力传感器和测试夹具顺序安装在同一轴线上，其中所述力传感器安装在可移动平台上并可随其一起移动,该力传感器测头的方位与比例电磁铁的伸出杆或被测弹簧的方位相对应；

所述的位移传感器放置在测试夹具上，其测头与力传感器通过传感器连接板刚性连接；

所述的测试夹具为双向选择被试件夹具，至少包括有一个电磁铁夹具底座，该电磁铁夹具底座具有一用来固定被试件的方形空间开口槽，和一个用于容置位移传感器的圆形通孔槽，还包括有如下两套组件中的至少一种：

1）通过螺杆调整位置以将比例电磁铁夹紧的电磁铁固定头和调整方形空间开口槽尺寸的一组垫片；

2）安装在力传感器测头上的弹簧压头、固定在比例电磁铁夹具底座上的弹簧夹具底座和固定在弹簧夹具底座上的弹簧支撑座。

2.如权利要求1所述的比例电磁铁和弹簧性能测试仪，其特征在于：所述的电控测试***单元装置采用工控机和触摸屏为一体的工业控制计算机；将比例电磁铁和弹簧性能测试仪制的安装底板和操作按钮固定在一体机的前工作台上。

3.如权利要求1所述的比例电磁铁和弹簧性能测试仪，其特征在于：所述电控测试***单元装置配有USB接口、打印接口和网络接口。

4.如权利要求1所述的比例电磁铁和弹簧性能测试仪，其特征在于：所述的测试夹具为可拆卸式，且具有若干规格。

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