專利名稱：微機控制繼電器自動檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種微機控制自動檢測、鑒定、記錄、顯示電磁式繼電器各種電氣特性和機械特性的裝置。適用于電力系統(tǒng)的繼電保護，鐵路系統(tǒng)的通信信號，郵電系統(tǒng)的有線通訊及自動控制等領(lǐng)域各種繼電器制造及使用單位。
傳統(tǒng)的繼電器檢測方法1.手持指針式測力計反作用于受力接觸的某一觸點，當(dāng)觸點斷開的瞬間測量該觸點的壓力。
2.利用厚薄規(guī)測量各組觸點的間隙及觸點與支持物的空隙再轉(zhuǎn)換為觸點超程。
3.利用可調(diào)電源逐漸升高或降低繼電器的工作電源，觀察繼電器的動作，測量動作值及返回值。
4.將被測繼電器工作電源突然接通(切斷)，利用電秒表測量動作及返回時間。
5.利用示波器觀察觸點的回跳時間。
6.利用測量電阻儀表測量觸點回路電阻及線圈電阻。
上述檢測手段以人工檢驗為主，檢驗報告由人工填寫，所以發(fā)生漏檢。錯報的可能性較大。本實用新型的目的是利用微型計算機，傳感器及接口電路實現(xiàn)自動檢測繼電器上述各項電氣特性和機械特性，并具有自動判別測量值是否合格。自動記錄測量數(shù)據(jù)的功能。
本裝置是由微型計算機(單板機或單片機)，壓力傳感器，位移傳感器，模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可編程計算機接口芯片，觸點狀態(tài)檢測電路，觸點連接方式轉(zhuǎn)換電路，記錄測量數(shù)據(jù)的打印機及由微型計算機控制的專用電源等實現(xiàn)的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖(

圖1)觸點壓力檢測系統(tǒng)(1)；觸點位置檢測系統(tǒng)(2)；電氣特性檢測系統(tǒng)(3)；電阻測量系統(tǒng)(4)；計算機接口電路(6)；微型計算機(7)；打印機(8)。
系統(tǒng)工作原理一.觸點壓力測量本系統(tǒng)采用一只壓力傳感器和一套檢測位識別電路及計算機控制軟件，實現(xiàn)一只壓力傳感器可檢測多個觸點壓力，并自動識別被檢測觸點的功能。
1.壓力傳感器的結(jié)構(gòu)，原理(圖2)利用傳統(tǒng)測試方法使用的指針式測力計并進行改造，由四片電氣特性近似完全相同的應(yīng)變片(1)粘貼在原測力簧片(2)的正反兩面。在外力的作用下簧片產(chǎn)生變形則各應(yīng)變片的阻值也相應(yīng)改變，其變化趨勢如圖2中箭頭所示。利用各應(yīng)變片阻值變化的趨勢不同，接成差動全橋檢測電路，構(gòu)成應(yīng)變式壓力傳感器，其特點應(yīng)變電勢為一片應(yīng)變片的四倍；各應(yīng)變片的電阻溫度系數(shù)引出的誤差可相互抵消。
2.壓力檢測系統(tǒng)原理a.檢測位判別電路如圖3所示，繼電器各靜觸點(2)經(jīng)發(fā)光二極管(3)限流電阻(4)，接正電源，動觸點(5)接地。當(dāng)動靜觸點閉合時A點電位為“0”，當(dāng)觸點斷開時，A點電位為“1”，將此信號經(jīng)輸入接口(1)輸入計算機，這樣既保持了傳統(tǒng)檢測方法需要的觸點狀態(tài)顯示信號，又為計算機提供了各觸點的狀態(tài)信號，以供計算機利用軟件查尋識別被檢測位。該電路從理論上講可將被檢測觸點組數(shù)任意擴展，只需增加輸入接口芯片，即可用一只壓力傳感器同時檢測多臺繼電器各觸點的壓力。
b.工作原理手持壓力傳感器檢測某一閉合觸點的壓力時，閉合觸點在壓力傳感器施加的反作用壓力下，壓力逐漸減小，在觸點斷開的瞬間，靜觸點電位由“0”變?yōu)椤?”，計算機接收到該信號后將該時刻壓力傳感器輸出的應(yīng)變電勢Uε經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入計算機。因為應(yīng)變片的機械滯后及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的時滯特性(圖4所示)觸點受力斷開時刻為t0，則計算機采集的壓力應(yīng)變電勢Uε1＝Uε(t0－τ)；觸點受力減小而重新閉合時，計算機采集的壓力應(yīng)變電熱Uε2＝(t0＋τ)，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。本系統(tǒng)采取如下措施消除上述原因引起的測量誤差；分別采集觸點斷開時Uε1，觸點重新閉合時的Uε2令Uε＝ (Uε1＋Uε2)/2 ＝ (Uε(t0-τ)+Uε(t0+τ))/2 ＝Uε(t0)C.鑒于各應(yīng)變片電氣參數(shù)不可能絕對相同，且采用精密恒流源及高性能的低溫漂放大器成本較高，本裝置采用計算機軟件校正措施消除上述原因引起的系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差等效電路圖5所示，其中A.理想的系統(tǒng)增益。
Uε理想的應(yīng)變電勢。
△Ut因溫度變化系統(tǒng)產(chǎn)生的附加電勢。
C系統(tǒng)增益系數(shù)。
當(dāng)△Ut＝0，C＝1時；U0＝Uε·A當(dāng)△Ut≠0，C≠1，Uε＝0時b0＝△Ut·A·C當(dāng)△Ut≠0，C≠1，Uε≠0時U’0＝(Uε＋△Ut)A·C
所以當(dāng)△Ut≠0，C≠1時實際值U0與測量值U’0的關(guān)系為U0＝(U’0－b0)／C本裝置根據(jù)上式引入了系統(tǒng)誤差校正軟件，實現(xiàn)自動調(diào)零校準(zhǔn)。
二.觸點間隙、超程及觸點組齊度誤差測量為了自動檢測觸點間隙、超程和觸點組齊度誤差，本系統(tǒng)采用人工推動繼電器帶動動觸點的構(gòu)件(拉桿)模擬繼電器動作，由位移傳感器測量拉桿的位移，通過計算機檢測各觸點閉合，斷開的狀態(tài)測量出上述數(shù)據(jù)。本裝置是由一只位移傳感器，一套觸點狀態(tài)檢測電路和計算機檢測軟件實現(xiàn)上述功能。
1.位移傳感器(機械結(jié)構(gòu)見圖6)由于本裝置位移分辨率為0.01毫米即可滿足要求，位移傳感器是由一只在原指針軸上加裝了一個圓盤(1)的機械百分表(圓盤周邊均布槽口)，兩只紅外光電開關(guān)(2)及配套的數(shù)字電路構(gòu)成了簡易增量式光電脈沖發(fā)生器。電氣原理由兩個互差(2n＋1／2)π電氣角度的光電開關(guān)作為檢測元件，鑒別因位移導(dǎo)致圓盤旋轉(zhuǎn)的角度及方向，經(jīng)數(shù)字電路輸出增量位移信號＋S、－S，由計算機構(gòu)成絕對位移測量系統(tǒng)。本裝置實現(xiàn)的絕對位移測量系統(tǒng)(圖7)是利用可編程計數(shù)／定時器芯片組成二個減法計數(shù)器C1、C2，一個定時器T0，且均設(shè)置為中斷申請允許狀態(tài)，中斷優(yōu)先級別C1，C2，T0。增量位移信號＋S，－S分別輸入計數(shù)器C1，C2，定時器T0定時發(fā)出中斷請求使計算機轉(zhuǎn)向定時檢測中斷服務(wù)程序，將增量位移轉(zhuǎn)換為絕對位移；并巡檢各觸點的狀態(tài)，若有改變轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)記錄子程序，將該檢測周期的絕對位移量存入與動作接點相對應(yīng)的存貯單元內(nèi)。當(dāng)計數(shù)器溢出時發(fā)出中斷請求，計算機轉(zhuǎn)向溢出處理服務(wù)程序。
2.觸點間隙超程和觸點組齊度誤差測量原理當(dāng)拉桿帶動動觸點移動時，計算機巡檢各觸點的狀態(tài)，分別將各觸點閉合，斷開相對于起始位置的位移量存貯記錄(圖8)其中C拉桿全行程的位移量。
Ai第i組動斷觸點斷開時相對于起始位置的位移量。
Bi第i組動合觸點閉合時相對于起始位置的位移量。
則第i組的觸點間隙Mi＝Bi－Ai動斷觸點超程Li＝Ai動合觸點超程Hi＝C－Bi動斷觸點組齊度誤差△A＝Amax－Amin動合觸點組齊度誤差△B＝Bmax－Bmin。
三.繼電器動作值、返回值的測量本實用新型獨特的利用集成運算放大器，壓控電阻和計算機及接口電路構(gòu)成了由微機控制可輸出交流或直流的專用電源。
工作原理(圖9)由計算機給定的數(shù)字量Ur(n)與反饋量Uf(n)比較產(chǎn)生偏差E(n)，經(jīng)數(shù)字校正環(huán)節(jié)(1)輸出控制量C(n)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2)輸出模擬量Uk控制壓控電阻(3)使阻值發(fā)生變化，而該壓控電阻又是放大器(4)的增益控制元件，因為放大器的增益A＝Uo／Ui＝(r＋R)／R當(dāng)Uk＝0，R→∞，A＝1；Uk↓，R↑，A↑。
若放大器輸入正弦信號，且放大器為理想比例環(huán)節(jié)，輸出則為頻率，波形完全和輸入信號相同，幅值隨控制電壓Uk變化的正弦電壓，經(jīng)功率放大環(huán)節(jié)(5)輸出一定功率的正弦電壓(電流)。由于壓控電阻的非線性，輸入信號幅值的波動，負載的變化均可導(dǎo)致輸出偏離給定值。本電源采用數(shù)字校正閉環(huán)控制，即輸出經(jīng)整流濾波環(huán)節(jié)(6)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(7)的反饋量Uf(n)輸入計算機與給定值Ur(n)進行比較校正。
1.交流供電整流型繼電器動作值，返回值的測量(圖10)計算機以間隔時間為T(T大于繼電器的動作或返回時間)輸出遞增或遞減的數(shù)字給定信號Ur(n)，放大器輸入正弦交流信號，則輸出為幅值階梯遞增或遞減的交流電壓(電流)，并供給繼電器線圈，由位移傳感器測量動合觸點的超程判斷繼電器在某一電壓(電流)值時可靠閉合，該值為繼電器的動作值。由觸點狀態(tài)檢測電路，判斷繼電器在某一電壓(電流)值時斷開，該值為繼電器的返回值。
2.直流供電繼電器動作值，返回值的測量。
將上述放大器的輸入改為直流信號，輸出則為階梯寬度為T的遞增或遞減的直流電壓(電流)，并供給繼電器線圈，利用上述檢測方法測量繼電器的動作值及返回值。
四.繼電器動作時間，返回時間，回跳時間的測量本裝置利用計算機構(gòu)成的計時器和觸點狀態(tài)檢測電路實現(xiàn)自動檢測繼電器動作、返回及回跳時間工作原理(圖11)計時器自被測繼電器工作電源接通(關(guān)斷)時刻起開始計時，計算機通過觸點狀態(tài)檢測電路巡檢各觸點的狀態(tài)，當(dāng)被測動合(動斷)觸點首次閉合時，則該時刻相對于起始時刻的延時時間為該觸點的動作時間Tbi(返回時間Tai)。
由于觸點的回跳，觸點又瞬間斷開，閉合，計算機將各觸點最后一次閉合相對于起始時刻的延時時間T’bi(T’ai)存貯記錄，并由計算機判斷已閉合觸點在閉合后一段時間內(nèi)狀態(tài)未再發(fā)生轉(zhuǎn)變，則T’bi與該觸點的動作時間Tbi差值為該觸點的回跳時間△Tbi＝T’bi－Tbi同理T’ai與該觸點的返回時間Tai差值為該動斷觸點的回跳時間△Tai＝T’ai－Tai繼電器的動作時間Tb＝max〔Tb1、Tb2…Tbn〕繼電器的返回時間Ta＝max〔Ta1，Ta2…Tan〕繼電器的回跳時間△T＝max〔△Ta1…△Tan，△Tb1…△Tbn〕五.觸點回路接觸電阻及線圈電阻的測量(圖12)本裝置由一套觸點連接方式轉(zhuǎn)換電路，將各動合觸點相互串聯(lián)或(動斷觸點相互串聯(lián))并與恒流電源(1)構(gòu)成回路；同時切斷原電路中各動觸點接地，各靜觸點經(jīng)限流電阻接正電源的電路。利用兩個同步的電子模擬開關(guān)(2)分別將各觸點回路電壓降以差動形式經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)輸入計算機實現(xiàn)多觸點回路電阻自動檢測。線圈電阻測量與觸點回路電阻測量原理相同，恒流電源(4)與線圈(5)構(gòu)成回路由電子模擬開關(guān)(2)將線圈的電壓降經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)輸入計算機實現(xiàn)線圈電阻自動檢測。
六.本裝置各系統(tǒng)模擬量數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)均采用了數(shù)字中值和算術(shù)平均值濾波法以消除干擾。本裝置專門設(shè)置了若干給定值存貯單元存貯各項測量數(shù)據(jù)的上下限范圍，供計算機自動判別所檢測的各項參數(shù)是否合格。
系統(tǒng)功能的實現(xiàn)本裝置利用TP－801A單板機，ATD－8－2八位模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換板、TP－801P微型打印機及其它芯片實現(xiàn)上述全部功能。
對鐵路信號使用的AX系列繼電器進行電氣特性及機械特性檢測性能如附表。
附表AX系列JWX－1700，JWX－H340繼電器測試數(shù)據(jù)
權(quán)利要求1.微機控制用于自動檢測記錄繼電器各種電氣特性及機械特性的裝置，它包括微型計算機(7)，壓力傳感器(11)，位移傳感器(21)，計算機接口電路(6)，打印機(8)，微機控制的專用電源(31)，檢測觸點識別電路(12)，觸點連接方式轉(zhuǎn)換電路(42)。本實用新型的特征是在檢測多觸點繼電器的觸點壓力時，由一只壓力傳感器(11)，分別采集各觸點的壓力信號，由檢測觸點識別電路(12)加以區(qū)別，經(jīng)計算機接口電路(6)輸入計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是壓力傳感器(11)由一只在測力簧片正反兩面各粘貼了二片應(yīng)變片的指針式測力計，一個恒流電源，一只放大器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置其特征是被檢測繼電器各靜觸點經(jīng)發(fā)光二極管、限流電阻接正電源，動觸點接地，靜觸點又與計算機輸入接口相接，組成檢測觸點識別電路(12)或觸點狀態(tài)檢測電路(22)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是在觸點間隙、超程及觸點組齊度誤差測量時，由位移傳感器(21)，觸點狀態(tài)檢測電路(22)分別與計算機(7)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是由一只在原指針軸上加裝了一個圓盤的機械百分表(圓盤周邊均布槽口)，二只紅外光電開關(guān)及整形鑒向電路組成簡易增量光電脈沖發(fā)生器，由計算機轉(zhuǎn)換為絕對位移傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是在測量繼電器動作值及返回值時，由一臺微機控制的專用電源(31)，觸點狀態(tài)檢測電路(22)位移傳感器(21)分別與計算機(7)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是放大器(32)根據(jù)要求輸入交流或直流信號，采用一個壓控電阻(33)作為放大器增益控制元件，壓控電阻的控制電壓由計算機(7)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(34)提供，放大器的輸出經(jīng)功率放大環(huán)節(jié)(35)輸出一定功率的交流或直流電壓(電流)，又經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(36)反饋給計算機(7)與給定值比較，進行數(shù)字校正組成微機閉環(huán)控制的專用電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是由位移傳感器檢測繼電器動合觸點的超程，利用全部動合觸點的超程均達到規(guī)定值作為動作值的采樣檢測信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是在測量多觸點回路電阻時，由觸點連接方式轉(zhuǎn)換電路(42)利用繼電器將檢測觸點識別電路(12)改接為各動合觸點相互串聯(lián)(或動斷觸點相互串聯(lián))并與恒流電源構(gòu)成回路，同時切斷原電路各動觸點接地，各靜觸點經(jīng)限流電阻接正電源的電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征是多觸點回路電阻測量是由恒流電源(41)向觸點串聯(lián)電路提供一穩(wěn)定的直流電流，各觸點回路的電壓降分別由多路選一電子模擬開關(guān)(43)以差動方式經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(44)輸入計算機。
專利摘要本實用新型公開了一種微機控制繼電器自動檢測裝置。由微型計算機，壓力傳感器，位移傳感器，打印機，計算機接口電路及微機控制可輸出交流或直流的專用電源，觸點狀態(tài)檢測電路，觸點連接方式轉(zhuǎn)換電路等組成。具有自動檢測繼電器觸點壓力，觸點間隙及超程等機械特性和動作及返回值，動作及返回時間，回跳時間，觸點回路及線圈電阻等電氣特性，自動判別檢測數(shù)據(jù)是否合格，自動顯示記錄檢測數(shù)據(jù)的功能。
文檔編號G01R31/00GK2043363SQ8820542
公開日1989年8月23日 申請日期1988年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月11日
發(fā)明者紀(jì)德志, 吳逸瀚 申請人:吳逸瀚