Способ измерения контактного давления Советский патент 1991 года по МПК G01L11/00 

Фиг 1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для разбраковки контактных групп переключателей, микровыключателей и других коммутационных изделий, не имеющих обмоток возбуждения,

Цель изобретения - повышение точности и производительности и расширение диапазона измерения контактного давления в сторону малых значений.

На фиг.1 представлена схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 - временные диаграммы его работы; на фиг.З - схема коммутируемого источника опорных напряжений.

Устройство для осуществления способа измерения контактного давления содержит электромагнитный преобразователь 1 ток - сила, выполненный в виде катушки 2 индуктивности, в которой размещен постоянный магнит 3, жестко связанный со штоком 4. Шток 4 установлен с возможностью воздействия на исследуемый контакт 5 и соединен с бесконтактным датчиком 6 скорости, который может быть выполнен аналогично преобразователю 1, но катушка индуктивности выполняется с большим числим витков проводом меньшего сечения. Катушки индуктивности для получения линейных характеристик зависимости силы от тока и ЭДС от скорости должны иметь большую длину, обеспечивающую равномерность магнитного поля во всем диапазоне перемещения постоянных магнитов,

Выход датчика 6 скорости соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 7 с дифференциальным входом (пассивные элементы не показаны). Прямой вход операционного усилителя 7 соединен с выходом 8 коммутируемого источника 9 опорных напряжений. Выход операционного усилителя 7 через токовый Оустер 10 связан с первым выводом катушки индуктивности 2 преобразователя 1 ток - сила. Другой вывод катушки 2 индуктивности через датчик 11 тока связан с общей шиной 12 устройства. Датчик 11 тока выполнен в виду шунта, к потенциальным выводам которого подключены входы вычитающего блока (не показаны).

Выход датчика 1.1 тока соединен с сигнальным входом элемента 13 выборки-хранения, выход которого соединен с сигнальным входом блока 14 обработки результатов.

Шина 15 запуска устройства подключена к прямому динамическому S-аходу пуст о- вого триггера 16. Прямой выход триггера 16 соединен с управляющим входом 17 коммутируемого источника 9 опорных напряжений и к разрешающему входу элемента 13 выборки-хранения. Инверсный выход триггера 16 соединен с разрешающим входом блока 14 обработки результатов,

Прямой статический R-вход триггера 16

связан с выходом 18 блока 19 контроля контактирования исследуемого контакта 5. Блок 19 контроля контактирования в простейшем виде включает резистор 20, один

0 вывод которого соединен с шиной 21 питания, а другой - с выходом 18 блока и исследуемым контактом 5. Неподвижный контакт 22 при этом подключен к общей шине 12 устройства,

5Коммутируемый источник 9 опорных напряжений включает источник 23 положительного стабилизированного напряжения и источник 24 отрицательного стабилизированного напряжения. Выходы источников

0 23 и 24 подключены соответственно через аналоговые ключи 25 и 26 к выходу 8. Вход 17 соединен с управляющим входом ключа

25и с входом инвертора 27, выход которого соединен с управляющим входом ключа 26.

5 Измерение контактного давления осуществляют следующим образом.

В исходном состоянии пусковой триггер 16 находится в нулевом состоянии. Потенциал низкого уровня с его прямого выхода

0 поступает в коммутируемый источник 9 опорных напряжений, где через инвертор 27 (фиг.З) открывает ключ 26. Отрицательное напряжение с источника 24 через ключ

26поступает на прямой вход операционно- 5 го усилителя 7, который посредством токового бустера 10 создает через катушку 2 индуктивности электромагнитного преобразователя 1 ток - сила электрический ток. Создаваемое этим током магнитное поле

0 перемещает постоянный магнит 3 со штоком 4 влево по схеме. При этом отрицательный сигнал отрицательной обратной связи с бесконтактного датчика 6 скорости поступает на инвертирующий вход операционного

5 усилителя 7. Этим стабилизируется скорость перемещения штока. Все время, пока отсутствуют исследуемые контакты 22 и 5, положительный потенциал с выхода 18 блока 19 контроля контактирования удерживз0 ет в нулевом состоянии пусковой триггер 16.

После замыкания контактной группы с

неподвижным и исследуемым контактами

22 и 5 последние соединяют выход 18 блока

контроля контактирования с общей шиной

5 устройства. Нулевой потенциал, поступающий при этом на R-вход пускового триггера 16, разрешает работу последнего.

Поступающий через шину 15 из устройства более высокого уровня иерархии или от пусковой кнопки (не показаны) пусковой импульс задним фронтом в момент времени Т1 устанавливает пусковой триггер 16 Б единичное состояние,

При этом низкий потенциал с инверсного выхода триггера 16 запрещает работу блока 14 обработки результатов. Высокий потенциал с прямого выхода триггера 16 разрешает режим выборки элемента 13 выборки-хранения и одновременно поступает на вход 17 коммутируемого источника 9 опорных напряжений. Ключ 26 закрывается, ключ 25 открывается. Положительное напряжение с источника 23 через ключ 25 поступает на прямой вход операционного усилителя 7.

В этот момент времени шток 4 с постоянным магнитом 3 неподвижен и находится в крайнем левом по схеме положении. Поэтому с датчика 6 скорости на инвертирующий вход операционного усилителя 7 поступает нулевой потенциал. Операционный усилитель 7 через токовый бустер 10 подает максимальное положительное напряжение на катушку 2 индуктивности преобразователя 1 ток - сила. Ток через последний возрастает с максимальной скоростью, благодаря чему ускоряется трогэ- ние в момент Т2 штока 4 в направлении исследуемого контакта 5.

При движении штока .4 датчик 6 скорости вырабатывает положительный сигнал, пропорциональный скорости его перемещения. К моменту ТЗ операционный усилитель 7 устанавливает стабильную скорость перемещения, пропорциональную напряжению источника 23 положительного стабилизированного напряжения.

Величина стабильной скорости движения штока 4 в направлении исследуемого контакта задается при проектировании и изготовлении устройства для реализации способа. Эта величина не должна превышать уровня скорости, при которой происходит разрыв цепи контактов 5 и 22 за счет кинетической энергии движущегося с постоянной скоростью штока 4 при ударе о исследуемый контакт при минимальном допустимом контактном давлении.

При таком выборе скорости движения штока 4 отскок исследуемого контакта 5 от неподвижного контакта 22 в момент Т4 касания штоком 4 не происходит. Однако скорость движения штока 4 замедляется, что ведет к нарастанию тока через преобразователь 1. Этот ток измеряется датчиком 11 тока. Сигнал, пропорциональный току, а значит, и силе, с которой шток 4 давит на исследуемый контакт 5, повторяется элементом 13 выборки-хранения, но не воспринимается блоком 14 обработки результатов.

В момент Т5, когда давление штока 4 уравновешивает давление контакта 5, происходит разрыв цепи контактов 22 и 5 Положительный сигнал с выхода 18 Олока 5 контроля контактирования сбрасывает пусковой триггер 16, Низкий потенциал с прямого выхода этого триггера переводит элемент 13 выборки-хранения в режим хранения величины тока, пропорционального 10 контактному давлению в момент разрыва цепи контактов. Эта величина подвергается обработке блоком И. на разрешающий вход которого поступает высокий потенциал с инверсного выхода триггера 16. Обработка мо- 15 жет заключаться в элементарном отображении информации или в сравнении посредством компараторов с допустимыми значениями.

Одновременно с фиксацией контактно0 го давления в момент Т5 низкий потенциал

с прямого выхода триггера 16 производит

переключение коммутируемого источника 9

опорных напряжений. Отрицательный потечииал с его пыходп возвращав што 4 в

5 исходное положение

Таким образом, стабилизации скорости движения штока путем шменения через преобразователь ток - сила (и именно таким путем) обеспечивает не только исклю- 0 чение разрыва цепи исследуемого контакта из-зг1 кинетической знерг. м, передаваемой ему при ударе штока. Благодаря стабигиза- ции скорости движения штока изменением величины тока через преобразователь ток - 5 сила происходит автоматическая адаптация режимов на всех зтапах осуществления способа л удовлетворение благодаря этому противоречивым требованиям к режимам работы на разных этапах измерения конгак- 0 тног о движения.

На первом этапе, когдл необходимо преодолеть силы трения покоя и сдвинуть с места шток, а также, преодолевая силы инерции, развить необходимую скорость 5 его движения, автоматически обеспечивается максимальная скорость нарастания тока. Это позволяет обеспечить повышение производительности способа.

Однако, как только достигнута макси- 0 мальная скорость движения штока, повышенная величина тока становится не только ненужной, но и вредной, поскольку ток не является только лишь необходимым условием для подведения штока к исследуемому 5 контакту, По величине тока судят о величине контактного давления. Поэтому при достижении штоком заданной скорости ток необходимо немедленно снизить для исклю- . чения ошибочных измерений. При данном способе с момента достижения заданной

скорости автоматически начинается немедленное снижение тока до величины, достаточной для холостого движения штока заданной скоростью.

При этом гарантируется, что этот ток не может быть выше тока при измерении контактного давления, так как движение с заданной скоростью на холостом ходу осуществляется при меньшей силе, чем движение с той же скоростью при необходимости преодолевать кроме сил трения также и контактное давление.

В момент касания штоком исследуемого контакта не происходит разрыва его цепи из-за отрыва исследуемого контакта от неподвижного по приМже передачи кинетической энергии при ударе. v

Формула изобретения

Способ измерения контактного давления между электрическими контактами, включающий воздействие на исследуемый контакт штоком преобразователя ток - сила, измерение тока в преобразователе ток сила и определение контактного давления по величине тока в момент размыкания цепи контактов, отличающийся тем, что. с целью повышения точности, увеличения производительности и расширения диапазона измерения в сторону малых величин контактного давления, дополнительно измеряют скорость движения штока, стабилизируют скорость перемещения штока путем регулирования тока в преобразователе

ток - сила, при этом скорость движения штока задают не более величины, при которой происходит разрыв контакта при соприкосновении с ним штока преобразователя ток - сила.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения контактного давления контактных переключателей тока. Цель изобретения - повышение производительности и точности а также расширение диапазона измерений При пуске триггер 16 устанавливает на выходе 8 коммутируемого источника 9 опорных напряжений напряжение, пропорци ональное требуемой скорости движения штока 4 преобразователя 1 ток сила Ста билизацию скорости осуществляет через бустер 10 операционный усилитель 7, инвер тирующий вход которого подключен к датчи ку 6 скорости Скорость задается не более уровня, при котором исключен разрыв цепи контакта из-за кинетической энергии передаваемой при ударе штока о контакт Когда давление штока 4 уравновешивает контактное давление и происходит разрыв цепи контакта, триггер 16 фиксирует в элементе 13 выборки-хранения измеряемое датчиком 11 значение тока Блок 14 обработки результата интерпретирует запомненное значение тока как величину контактного давления 3 ил Ё

Фиг. 2

8