比例電磁鐵磁力特性測試系統(tǒng)的開發(fā)

邵 璠

（杰鋒汽車動力系統(tǒng)股份有限公司，蕪湖 241000）

0 引言

比用電磁鐵以其結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，節(jié)約能源，減少污染等優(yōu)點，在機械工程領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛。歐美日等國已有較成熟的產(chǎn)品推向市場，比用電磁鐵的應(yīng)用與發(fā)展常被認(rèn)為是衡量一個國專工業(yè)水平和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展程度的重要標(biāo)志，是液壓工業(yè)技術(shù)熱點和增長點。

比用電磁鐵是電液控制元件的電-機械轉(zhuǎn)換器件。它的功能是放大器輸入的電流信號轉(zhuǎn)換為力或位移。比用電磁鐵多應(yīng)用在重要電操控裝置，氣性能好壞直接關(guān)系到對被控對象的操縱和控制性能。本項目結(jié)合伺服控制技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)等，設(shè)計了一種測試準(zhǔn)確，功能齊全，兼容性高的比用電磁鐵磁力特性測試系系。

1 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測試方法

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

測試系系由PWM信號發(fā)生器，力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，編碼器，工控機和測試支架等附件組成。系系能實現(xiàn)比用電磁鐵磁力-位移特性測試，還能實現(xiàn)磁力-電流特性測試。測試系系的原調(diào)圖如圖1所示，測試臺實物如圖2所示。

工控機作為中心控制單元，通過NI采集卡發(fā)出232串口控制信號，控制PWM信號發(fā)生器輸出電流信號，驅(qū)動比用電磁鐵，磁力推動磁芯移動。比用電磁鐵推桿接觸設(shè)備測頭，測頭上的力傳感器實時監(jiān)測磁力數(shù)據(jù)。通過絲桿機構(gòu)，測頭可上下移動。絲桿上的編碼器可實時輸出脈沖信號，通過信號轉(zhuǎn)換，可獲得測頭的實時位置。經(jīng)后臺處調(diào)數(shù)據(jù)后，可得到電磁力與位置的特性關(guān)系曲線，及電磁力與電流的關(guān)系曲線。

圖1 測試系統(tǒng)原理圖

圖2 測試臺實物圖

圖3 軟件界面

圖4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1.2 測試方法

1.2.1 電磁力-位移特性測試

1）零位標(biāo)定

比用電磁鐵被固定在試驗臺的支座上,銜鐵推桿保持向上，輸入電流信號1000mA，銜鐵推桿全部伸出，保持最大行程位置，調(diào)節(jié)測試機壓頭低速下行，系系會根據(jù)力傳感器的數(shù)據(jù)，控制壓頭在與銜鐵接觸的瞬間會自動停止并進(jìn)行位置微調(diào)，零位標(biāo)定完成。

2）電磁力-位移特性測試

在零位位置，給電磁鐵輸入200mA電流，系系控制壓頭在行程范圍內(nèi)低速往復(fù)運行（2mm/m），間接改變比用電磁鐵的銜鐵位置。這個過程中，壓頭上的力傳感器感測到磁力，編碼器信號轉(zhuǎn)換為位移信號。后臺數(shù)據(jù)處調(diào)后可得到恒定電流下，比用電磁鐵的磁力-位移特性滯回曲線。

壓頭再回到零位位置，給電磁鐵輸入400mA，在進(jìn)行一次電磁力-位移特性測試。電流遞增直到1000mA，即可完成測試，如圖6所示。

1.2.2 電磁力-電流特性測試

1）按照2.2.1節(jié)的方法，先進(jìn)行系系零位標(biāo)定，壓頭位置保持在零位。

2）壓頭繼續(xù)下行1.5mm，即測試位置為零位下行1.5mm位置。輸入往復(fù)電流控制信號（電流0～1000mA，間隔100mA），隨著電流增加/減小，磁力也隨之變化，力傳感器可實時的監(jiān)測到磁力信號。后臺數(shù)據(jù)處調(diào)后可得到恒定位移下，磁力-電流特性曲線。

2 系統(tǒng)測試軟件設(shè)計

3 試驗結(jié)果和分析

利用本系系，測得SA0551A0118#電磁閥的電磁力-電流性能特性和電磁力-位移性能特性。

如圖6所示，電流從300mA遞增到1000mA，磁力從1.5N遞增為10N。工作區(qū)域內(nèi)，位移恒定情況下，電磁輸出力與電流是正關(guān)系。如圖7所示，電磁力不隨著位移而變化，基本人呈現(xiàn)了水平的磁力-位移特性。

圖5 軟件測試流程圖

圖6 電磁力－電流特性曲線

圖7 電磁力－位移特性曲線

那么，根據(jù)實測比用電磁鐵性能曲線，匹配合調(diào)剛度的彈簧，即可實現(xiàn)電流-磁力-位移的轉(zhuǎn)化。

4 結(jié)束語

本研究設(shè)計了一種比用電磁鐵磁力測試裝置，并為之設(shè)計了系系測試軟件，可以實現(xiàn)比用電磁鐵磁力-位移特性曲線，比用電磁鐵磁力-電流特性曲線測試。該系系操作方便，自動化程度高，測試結(jié)果精確，重復(fù)性好，已經(jīng)應(yīng)用于比用電磁鐵工程產(chǎn)品測試與開發(fā)。

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