Устройство для измерения контактного нажатия электромагнитных реле Советский патент 1984 года по МПК H01H49/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к контрольно-измерительной технике, и может быть использовано для автоматического измерения контактного нажатия в контактных системах, в частности для измерения контактного нажатия электромагнитных реле. Известны устройства измерения контактного нажатия, представляющие собой пружинные динамометры 1. Процесс измерения при использовании этих устройств осуществляется вручную, производительность устройств низкая, точность измерения зависит от субъективных факторов. Известны устройства для контроля контактного нажатия, содержащие датчики минимального и максимального нажатия и выдающие результат по принципу «Годен - «Брак 2 и 3. Недостаток известных устройств - невозможность измерить истинное значение контактного нажатия. Известны также устройства измерения контактного нажатия косвенным способом по различным процессам, происходящим в работающем реле (по форме кривой тока в обмотке, по времени совместного движения контактов и др.) 4. Недостатками указанных устройств являются низкая точность и ограниченная возможность применения - только в тех контактных устройствах, где имеются обмотки возбуждения. Наиболее близко по технической сущности к изобретению устройство для измерения контактного нажатия, содержащее электромагнитный механизм, щуп, приводимый в движение электромагнитным механизмом и воздействующий на пружину измеряемого контакта, блок управления, подающий ток в обмотку электромагнитного механизма, и измерительный прибор 5. Указанное устройство работает следующим образом. ; В начале измерения на обмотку электромагнитного механизма подается калиброванный ток, щуп под действием электромагнитного механизма перемещается к измеряемому контакту. В момент касания щупа к подвижной пружине измеряемого контакта в блок управления поступает сигнал, по которому в обмотку электромагнитного механизма подается линейнонарастающий ток. Давление щупа на пружину измеряемого контакта возрастает и в момент размыкания контакта производится фиксация тока в обмотке электромагнитного механизма. По зафиксированной величине тока, измеренной с помощью измерительного прибора определяют величину контактного нажатия. Недостатком рассматриваемого устройства является наличие дополнительных погрешностей измерения, обусловленных следующими факторами. Как известно в электромагнитных механизмах тяговая сила пропорциональна квадрату тока в обмотке и зависит от величины воздушного зазора р -Ю SS , , 1з-2ггг-м, где РЭ - тяговая сила, развиваемая электромагнитом;О - ток в обмотке электромагнита; W - количество витков; S8 -площадь воздущного зазора; & - длина воздущного зазора. Контактное нажатие в момент размыкания контакта уравновешивается соответствующей тяговой силой электромагнитного механизма. Как уже указывалось ранее, измерение этой силы осуществляется по току в обмотке электромагнита. Так как зависимость между током и тяговой силой нелинейна (квадратичная независимость), то и шкала измерительного прибора должна быть нелинейной, и погрешность измерения увеличивается, что особенно сказывается при измерении малых контактных нажатий (начало шкалы), характерных для миниатюрных электромагнитных реле. Величина тока в обмотке в момент размыкания контакта также зависит и от положения пружин измеряе.мого контакта, так как при различном положении пружин измеряемого контакта якорь электромагнита находится в различных положениях, каждому из которых соответствует своя величина воздущного зазора. А еледовательно, при одном и том же контактном нажатии показания прибора различны. Таким образом, при измерении возникает дополнительная погрешность, зависящая от местоположения пружин измеряемых контактов по отношению к электромагнитному механизму. Кроме того, при измерении малых величин контактных нажатий (порядка 3-5 г) кинетической энергии щупа в момент срабатывания электромагнитного механизма оказывается достаточно для размыкания измеряемого контакта. При этом происходит остановка нарастания тока в обмотке электромагнита и ложная фиксация его величины, несоответствующей истинному значению. Это ограничивает диапазон измеряемых контактных нажатий и не позволяет измерять контактные нажатия малой величины, (порядка 3-5 г), присущие большинству микроминиатюрных электромагнитных реле. Цель изобретения - исключение указанных дополнительных погрещностеи, повыщение точности измерения и расщирение диапазона измеряемых контактных нажатий. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения контактного нажатия электромагнитных реле, содержащее измерительный преобразователь давление- ток, блок управления измерительным преобразователем и вводы для подключения к контролируемой контактной системе, причем измерительный преобразователь давление- ток установлен с возможностью воздействия на конец подвижной контактной пружины контролируемой контактной группы и связан с выходом блока управления измерительным преобразователем, снабжено трехвходовым блоком коммутации, механизмом подачи контролируемой контактной системы реле и генератором линейно нарастающего напряжения, двухвыходным блоком, формирователем сигнала состояния контактов, двухвходовым блоком времяимпульсного цифрового измерителя мгновенного значения тока и блоком задержки начала измерений, механизм подачи контролируемой контактной системы выполнен с возможностью взаимодействия с контролируемой контактной группой и связан с первым входом блока коммутации, выход блока коммутации связан с входом блока управления измерительным преобразователем, выход генератора линейно нарастающего напряжения связан с вторым входом блока коммутации, вход блока формирования сигнала состояния контактов имеет ввод для подключения к контролируемой контактной группе, его первый выход связан с третьим входом блока коммутации и блоком задержки начала измерений, второй выход- С первым входом блока времяимпульсного цифрового измерителя мгновенного значения тока, а выход блока схемы задержки начала измерений связан с входом генератора линейно нарастающего напряжения и с вторым входом блока времяимпульсного цифрового измерителя мгновенного значения тока.

Кроме того, измерительный преобразователь давление-ток выполнен в виде цилиндрической двухобмоточной катущки с коаксиально расположенным толкателем из немагнитного материала, на котором установлен постоянный магнит с полюсами, расположенными по оси толкателя.

При этом двухобмоточная катущка измерительного преобразователя помещена в корпус, цилиндрическая часть которого выполнена из магнитомягкого материала, а фланцы - из немагнитного материала.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для измерения контактного нажатия электромагнитных реле содержит измерительный преобразователь 1 давление-ток, установленный с возможностью взаимодействия с концом подвижной контактной пружины контролируемой контактной группы 2, выполненный в виде цилиндрической двухобмоточной катущки 3, одна из обмоток которой предназначена для создания магнитного потока, перемещающего коаксиально расположенный толкатель 4 по направлению к контролируемой контактной

группе 2, а другая - дяя возврата толкателя 4 в противоположном направлении. На толкателе 4 закреплен цилиндрический постоянный магнит 5 с полюсами, расположенны.ми по оси толкателя 4, предназначенный для создания постоянного рабочего магнитного потока, что позволяет получить линейную зависимость между током в обмотке 3 преобразователя 1 и тяговой силой, возникающей при взаимодействии магнитного по тока катущки 3 с магнитным потоком постоянного магнита 5, и исключает влияние величины воздущного зазора на рабочий магнитный поток и на тяговую силу преобразователя 1 в пределах рабочего толкателя 4,

5 что, в свою очередь, исключает дополнительные погрещности измерения, вызванные нелинейной зависимостью тяговой силы от тока в обмотке преобразователя и зависимостью результата измерения от места расположения контролируемой контактной группы

0 2. Катущка 3 помещена в корпус 6, цилиндрическая часть которого выполнена из магнитомягкого материала с целью выравнивания магнитного потока по длине катущки 3, уменьщения магнитного сопротивления,

5 повыщения магнитного потока катущки 3 и тяговой силы преобразователя 1, а фланцы выполнены из немагнитного материала. Обмотки измерительного преобразователя 1 давление-ток подключены к выходу блока 7 yhpaвлeния измерительным преобразо0 вателем, предназначенному для управления током в обмотках измерительного преобразователя в зависимости от входного сигнала, поступающего из блока 8 коммутации, выход которого соединен с входом блока 7 управления измерительным преобразователем. Блок 8 коммутации предназначен для подачи на вход блока 7 управления измерительным преобразователем различных сигналов в зависимости от состояния измеряемой контактной группы. Первый вход блока 8

коммутации подключен к выходу генератора 9 линейно нарастающего напряжения, предназначенного для создания линейно нарастающего напряжения, необходимого для осуществления процесса из.мерения. Блок формирователя 10 сигнала состояния контакта предназначен для формирования сигнала на первом выходе в момент касания толкателя 4 с подвижной контактной контролируемой пружиной контактной группы 2 и для формирования сигнала на втором выходе в мо0 мент размыкания контролируемой контактной группы 2.

Вход блока 10 формирователя сигнала состояния контакта подключен к контролируемой контактной группе 2, первый выход - к второму входу блока 8 коммутации,

5 второй выход - к входу остановки блока времяимпульсного цифрового измерителя 11 мгновенного значения тока. Времяимпульсный цифровой измеритель 11 мгновенного

значения тока предназначен для формирования, отсчета и индикации числа импульсов, прошедших с момента подачи сигнала на вход запуска до момента подачи сигнала на вход остановки. Блок 12 задержку начала измерения предназначен для задержки сигнала вырабатываемого в момент касания толкателя 4 с контролируемой контактной группой 2 на время, достаточное для плавного снятия тока в обмотке измерительного преобразователя 1 и установки толкателя 4 Б такое положение, при котором он касается пружины подвижного контакта, а контролируемая контактная группа 2 находится в замкнутом состоянии. Вход блока задержки начала измерения подключен к первому выходу блока формирователя 10 сигнала состояния контакта, а выход подключен к входу генератора 9 линейно нарастающего напряжения и к входу запуска блока времяимпульсного цифрового измерителя 11 мгновенного значения тока.

Выход механизма 13 подачи контролируемой контактной группы, механически связанного с контактной системой реле и предназначенного для установки контактной системы с контролируемой контактной группой 2 на место измерения и подачи сигнала начала цикла измерения, соединен с третьим входом блока 8 коммутации.

Устройство работает следующим образом.

После установки контактной системы с контролируемой контактной группой 2 и подачи ее в рабочее положение механизм подачи контролируемой контактной группы вырабатывает в момент времени t, сигнал начала измерения. Этот сигнал передается блоком коммутации на вход блока управления измерительным преобразователем, который формирует в обмотке измерительного преобразователя 1 ток заданной величины, достаточный для перемещения толкателя 4.

Толкатель 4 перемещается к контролируемой контактной группе 2. В момент времени t 2 толкатель 4 касается свободного конца подвижной пружины. При этом на первом выходе блока формирователя состояния контакта вырабатывается сигнал, показанный на диаграмме июаЭтот сигнал поступает на вход блока задержки начала измерения, где формируется задержка входного сигнала на время 1зад- Одновременно в момент времени tj сигнал с первого выхода блока формирователя 10 сигнала состояния контакта поступает на второй вход блока 8 коммутации. Блок 8 коммутации передает этот сигнал на вход блока 7 управления измерительным преобразователем, где осуществляется плавное снижение тока в обмотке измерительного преобразователя от значения J до 0. Плавное спадение тока необходимо для того, чтобы исключить отскок толкателя 4 от контролируемой контактной группы 2 за счет упругих свойств контакта при резком снятии напряжения с обмотки измерительного преобразователя.

При движении толкателя 4 за счет его кинематической энергии после касания к пружине измеряемого контакта происходит дальнейшее перемещение толкателя и размыкание измеряемого контакта в момент времени t .i, что показано на диаграмме Uiorf напряжения на втором выходе блока формирователя 10 сигнала состояния контакта. В момент времени 14 толкатель 4 под действием плавно спадающего тока в обмотке измерительного преобразователя 1 и силы упругости подвижной пружины контролируемой контактной группы 2 устанавливается в положение, при котором толкатель 4 касается пружины контролируемой контактной группы 2, а контролируемая контактная группа 2 находится в исходном замкнутом состоянии. Такое состояние сохраняется до момента времени 15, когда заканчивается время выдержки 1ил. блока 12 задержки начала измерения. В момент 15 по сигналу с выхода блока 12 задержки начала измерения осуществляется запуск генератора 9 линейно нарастающего напряжения и одновременно запуск блока времяимпульсного цифрового измерителя 11 мгновенного значения тока.

Линейно нарастающее напряжение передается блоком 8 коммутации на вход блока 7 управления измерительным преобразователем, где преобразуется в линейно нарастающий ток в обмотке измерительного преобразователя. По мере увеличения тока в обмотке измерительного преобразователя давление толкателя 4 на подвижную пружину контролируемой контактной группы 2 возрастает и в моме«т времени t в измеряемый контакт размыкается. При этом сигнал с второго блока формирователя 10 сигнала состояния контакта поступает на вход остановки блока времяимпульсного цифрового измерителя 11 мгновенного значения тока и прекращает отсчет импульсов в измерителе (диаграмма Un на фиг. 2). Отсчитанное количество импульсов отображается на индикаторном табло.

После окончания отсчета на вторую обмотку измерительного преобразователя 1 поступает импульс, возвращающий толкатель 4 в исходное состояние и одновременно элементы схемы приводятся в исходное состояние (условно не показано).

Таким образом, применение предложенного измерительного преобразователя давление-ток и введение блока коммутации механизма подачи контролируемой контактной группы, генератора линейно нарастающего напряжения, формирователя сигнала состояния контакта и времяимпульсного цифрового измерителя мгновенного значения тока позволяет исключить дополнительные погрешности, связанные с нелинейностью характеристики преобразователя и влиянием места расположения контакта на результат измерения, и повышает точность измерения малых контактных нажатий в 4-5 раз. А введение в устройство схемы задержки позволяет расширить диапазон измеряемых

контактных нажатий (в сторону измерения малых значений) до величины 3-5 г.

Применение предлагаемого устройства позволяет автоматизировать процесс измерения контактного нажатия микроминиатюрных реле и повысить производительность регулировочных и контактных операций при их изготовлении в 1,5 раза.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНТАКТНОГО НАЖАТИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ, содержащее измерительный преобразователь давление- ток, блок управления измерительным преобразователем и вводы для подключения к контролируемой контактной группе, причем измерительный преобразователь давление- ток установлен с возможностью воздействия на конец подвижной контактной пружины контролируемой контактной группы и связан с выходом блока управления измерительным преобразователем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измеряемых контактных нажатий, оно снабжено трехвходовым блоком коммутации, механизмом подачи контролируемой контактной системы реле и генератором линейно нарастающего напряжения, двухвыходным блоком, формирователем сигнала состояния контактов, двухвходовым блоком времяимпульсного цифрового измерителя мгновенного значения тока и блоком задержки начала измерений, механизм подачи контролируемой контактной системы выполнен с возможностью взаимодействия с контролируемой контактной группой и связан с первым входом блока коммутации, выход блока коммутации связан с входом блока управления измерительным преобразователем, выход генератора линейнонарастающего напряжения связан с вторым Входом блока коммутации, вход блока формирования сигнала состояния контактов имеет ввод для подключения к контролируемой контактной группе, его первый выход связан с третьим входом блока коммутации и блоком задержки начала измерений, втоI рой выход - с первым входом блока времяимпуЛьсного цифрового измерителя мгновен(Л ного значения тока, а выход блока схемы задержки начала измерений связан с входом генератора линейнонарастающего напряжения и вторым входом блока времяимпульсного цифрового измерителя мгновенного значения тока. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что измерительный преобразователь давление-ток выполнен в виде цилиндричесND кой двухобмоточной катушки с коаксиаль ;о но расположенным толкателем из немагнит05 ного материала, на котором установлен пос05 тоянный магнит с полюсами, расположенныСП ми по оси толкателя. 3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что двухобмоточная катушка измерительного преобразователя помещена в корпусе, цилиндрическая часть которого выполнена из магнитомягкого материала, а фланцы - из немагнитного материала.

:. is Фит. 2