多環(huán)路滑環(huán)絕緣電阻,靜動(dòng)態(tài)接觸電阻等自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用
摘 要：滑環(huán)是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間信號(hào)、功率傳送的電連接器件，基于國(guó)標(biāo)試驗(yàn)方法對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)、滑環(huán)檢測(cè)的相關(guān)規(guī)定，文章針對(duì)多環(huán)路精密電滑環(huán)絕緣電阻、靜/動(dòng)態(tài)接觸電阻等檢測(cè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)了自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，為電滑環(huán)在批量生產(chǎn)、出廠檢驗(yàn)、交付驗(yàn)收環(huán)節(jié)提高測(cè)試工作效率、及準(zhǔn)確性提供保證。
多環(huán)路滑環(huán)又稱集電環(huán)、旋轉(zhuǎn)電氣接口等，主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)電連接構(gòu)件之間的信號(hào)和功率傳送，多環(huán)路精密滑環(huán)因環(huán)路數(shù)多，對(duì)于其各環(huán)路靜、動(dòng)態(tài)接觸電阻和各環(huán)路間絕緣電阻的測(cè)試，若采用傳統(tǒng)測(cè)試儀器按環(huán)路分別檢測(cè)，測(cè)試工作量大，人工易疲勞影響檢測(cè)結(jié)果可靠性。為提高檢測(cè)準(zhǔn)確性和效率，設(shè)計(jì)了多環(huán)路滑環(huán)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多環(huán)路精密滑環(huán)在生產(chǎn)、檢驗(yàn)和交付過程中的高效檢測(cè)。
多環(huán)路精密導(dǎo)電滑主要檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)方法在電滑環(huán)工作過程中其主要技術(shù)特性參數(shù)與其工作穩(wěn)定性、可靠性及壽命有很大關(guān)系，根據(jù)國(guó)軍標(biāo)GJB 1801-93《慣性技術(shù)測(cè)試設(shè)備主要性能試驗(yàn)方法》對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)、滑環(huán)等檢測(cè)的相關(guān)規(guī)定，電滑環(huán)主要檢測(cè)項(xiàng)目為：絕緣電阻、靜態(tài)接觸電阻、動(dòng)態(tài)接觸電阻變化量、電磁噪聲及傳輸可靠性等技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。
1.1多環(huán)路電滑環(huán)絕緣電阻檢測(cè)方法多環(huán)路電滑環(huán)絕緣電阻是指滑環(huán)各環(huán)路與外殼、或滑環(huán)各環(huán)路之間的絕緣電阻值，一般采用500V直流兆歐表檢測(cè)。將兆歐表高壓輸出端、地電位接線分別連接到兩不同環(huán)路上，并加載規(guī)定測(cè)試電壓，通過對(duì)其泄漏電流的測(cè)量，得到其相應(yīng)絕緣電阻值，從而判斷電滑環(huán)的絕緣性能。
1.2 電滑環(huán)動(dòng)/靜態(tài)接觸電阻檢測(cè)方法滑環(huán)各環(huán)路接觸電阻的測(cè)試不僅需要進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，還需要在滑環(huán)按設(shè)定旋轉(zhuǎn)速度使滑環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)各環(huán)路的動(dòng)態(tài)接觸電阻進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)滑環(huán)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)同一環(huán)路電刷與環(huán)之間的動(dòng)態(tài)接觸電阻值及電阻變化量。將被測(cè)滑環(huán)安裝于檢測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)上，控制電機(jī)帶動(dòng)滑環(huán)體連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，按上位機(jī)總控程序設(shè)定的時(shí)間控制驅(qū)動(dòng)滑環(huán)旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成滑環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各環(huán)路動(dòng)態(tài)接觸電阻的測(cè)量。
滑環(huán)集成自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)多環(huán)路滑環(huán)產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目包括各環(huán)路靜、動(dòng)態(tài)接觸電阻測(cè)試，以及各個(gè)環(huán)路之間的絕緣電阻測(cè)試，滑環(huán)環(huán)路數(shù)量可達(dá)壹佰多路，其生產(chǎn)、交付過程中測(cè)試工作量很大。為提高滑環(huán)產(chǎn)品生產(chǎn)及交付過程中的檢測(cè)效率及準(zhǔn)確度，在前述單項(xiàng)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，改進(jìn)設(shè)計(jì)多環(huán)路滑環(huán)自動(dòng)化集成測(cè)試系統(tǒng)。根據(jù)滑環(huán)產(chǎn)品的測(cè)試需求，為提高測(cè)試效率與自動(dòng)化程度，構(gòu)建滑環(huán)集成自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)框架。此系統(tǒng)擬采用集線器與程控開關(guān)完成對(duì)各環(huán)路、各測(cè)量模塊之間的有序切換，可實(shí)現(xiàn)滑環(huán)試品各環(huán)路一次性裝夾，完成多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的檢測(cè)。使用GPIB或RS232接口完成上位PC機(jī)與測(cè)量?jī)x器的程序控制和數(shù)據(jù)交換，選用LabVIEW測(cè)控軟件平臺(tái)可方便實(shí)現(xiàn)上位PC機(jī)自動(dòng)化測(cè)試程序及系統(tǒng)人機(jī)界面的開發(fā)。
電滑環(huán)自動(dòng)化集成測(cè)試系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)多環(huán)路電滑環(huán)的穩(wěn)定、可靠測(cè)試，主要有兩個(gè)問題要解決：其一，根據(jù)測(cè)試要求實(shí)現(xiàn)對(duì)各環(huán)路的穩(wěn)定切換；其二，低阻值測(cè)量模塊的實(shí)現(xiàn)及其與多通道切換的協(xié)調(diào)控制。下面分別進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
2.1 采用多路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)多環(huán)路測(cè)試的穩(wěn)定切換多通路切換方法通?？蛇x用手動(dòng)撥檔開關(guān)、繼電器、以及集成多路模擬開關(guān)等多種方法實(shí)現(xiàn)?？紤]到導(dǎo)電滑環(huán)接觸電阻阻值微小及動(dòng)態(tài)測(cè)試的要求，測(cè)試系統(tǒng)中選用的多路開關(guān)各通路自身寄生電阻值必須均等，且應(yīng)易于實(shí)現(xiàn)對(duì)各環(huán)路的自動(dòng)切換控制。此系統(tǒng)選用了多路模擬開關(guān)，多路模擬開關(guān)作為固態(tài)電子開關(guān)器件，其各通路間各部分寄生電阻分布均衡，可通過程序控制選通信號(hào)來實(shí)現(xiàn)多通道自動(dòng)化切換控制。
2.2 低阻值測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)方法及其與多環(huán)路切換測(cè)量的協(xié)調(diào)控制滑環(huán)各環(huán)路的接觸電阻值在毫歐-微歐數(shù)量級(jí)，測(cè)試環(huán)路電流值僅為數(shù)毫安，設(shè)計(jì)中還需考慮測(cè)試線路中各部分的寄生電阻值對(duì)測(cè)量結(jié)果影響。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)低阻值測(cè)試模塊時(shí)，選用了專業(yè)微阻測(cè)試儀來完成接觸電阻的測(cè)試，微歐計(jì)作為一種測(cè)量低值電阻的數(shù)字式儀表，采用了四端測(cè)量法，適用于對(duì)各種電纜導(dǎo)線電阻，開關(guān)、插頭、斷路器接觸電阻等低阻值精確測(cè)量。系統(tǒng)選用帶有RS232串行通信接口和GPIB儀器控制接口的微歐計(jì)，可與上位PC連接實(shí)現(xiàn)儀器控制。在上位PC機(jī)與測(cè)試框圖中控制單元連接中，上位計(jì)算機(jī)測(cè)試總控程序通過GPIB、RS232端口完成與各測(cè)量?jī)x器間的通信，并通過控制單元中的譯碼控制和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)多路程控開關(guān)及試品裝夾旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制。上位計(jì)算機(jī)輸出測(cè)試指令到控制單元，通過多路程控開關(guān)依次選通導(dǎo)電滑環(huán)各環(huán)路連接，將相應(yīng)時(shí)刻微阻儀所測(cè)得接觸電阻值傳送到上位PC機(jī)，由PC機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示測(cè)試數(shù)據(jù)表格，并完成對(duì)測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)歸檔，通過USB端口連接打印機(jī)可輸出打印測(cè)試證書及記錄文本。
在測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)實(shí)際常見試品環(huán)路數(shù)，確定上述框圖中集線器端口數(shù)量，及選用的程控開關(guān)位數(shù)。集線器設(shè)計(jì)時(shí)采用絕緣性能良好的彈性連接端子，方便滑環(huán)試品引線連接，結(jié)構(gòu)上采用分層、錯(cuò)位設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使用高壓絕緣引線確保絕緣/耐壓試驗(yàn)要求。3 測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)定溯源及測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)分析
3.1 測(cè)量系統(tǒng)的溯源對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的溯源，沿用了傳統(tǒng)量傳的檢定校準(zhǔn)方式。根據(jù)生產(chǎn)檢測(cè)過程特點(diǎn)，采用了現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量質(zhì)量保證方案，增加各種量程阻值范圍的無(wú)源標(biāo)準(zhǔn)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確性的控制。
3.2 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理及測(cè)量結(jié)果判定以10環(huán)路滑環(huán)測(cè)試為例，廠家要求每環(huán)路需動(dòng)態(tài)測(cè)試10秒鐘，選用GOM-802微歐姆計(jì)，采用15次/秒采樣率測(cè)試，對(duì)實(shí)測(cè)接觸電阻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理測(cè)試結(jié)果的分布區(qū)間一致，測(cè)試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差小，動(dòng)態(tài)接觸電阻測(cè)試值的置信度高，表明測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。
結(jié)束語(yǔ)
文章基于GJB 1801-93《慣性技術(shù)測(cè)試設(shè)備主要性能試驗(yàn)方法》對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)、滑環(huán)等檢測(cè)的相關(guān)規(guī)定，通過對(duì)導(dǎo)電滑環(huán)的主要檢測(cè)項(xiàng)目分析，根據(jù)試驗(yàn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)開發(fā)了一套環(huán)路滑環(huán)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。在系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過程中根據(jù)滑環(huán)試品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、參數(shù)范圍，在測(cè)量方法、器件選擇、設(shè)計(jì)工藝上進(jìn)行充分考慮，采取相應(yīng)保護(hù)措施，通過對(duì)系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，證明該測(cè)試系統(tǒng)可行。
