CN102353489B - 一种电涡流测功机双向扭矩测试方法 - Google Patents

一种电涡流测功机双向扭矩测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电涡流测功机双向扭矩测试方法，利用了拉压力传感器拉力、压力产生的电压正负不同，通过A/D转换，对应变片式结构的拉压传感器受力标定产生双向扭距，标定具备的正向零点、正向满度，反向零点、反向满度，通过扭距电压的正负判断原动机转向，从而调用各自标定数据，不需要对机械结构进行任何改动，且测量方法简单实用，性价比极高，在电机或发动机转矩测量试验中，克服了以往采用S型拉压力传感器力矩换向时，由于电涡流测功机测量摆动体受到双向力产生的机械位置不能回零，而导致的测量精度漂移的问题，在测试电动机等新能源动力台架时，可根据测量的扭矩正负不同，自动判断电机正反转，有效提升转矩测量精度及测试效率。

Description

一种电涡流测功机双向扭矩测试方法
技术领域
本发明涉及一种电涡流测功机双向扭矩测试方法。
背景技术
电涡流测功机主机的作用是利用电流产生电涡流进而形成电磁场, 通过转子在磁场中的旋转给旋转机械施力的一种特殊装置。它需要使用应变片式结构的拉压传感器来测量扭矩，由于拉压力传感器的灵敏度低，输出信号幅度小，大多数针对电涡流测功机拉压力传感器的测量显示电路是采用直流放大，再由电压表以电压形式显示出扭矩值，这种扭矩测量显示电路的测量误差大，不适应目前的测量精度需求；另一种测量显示电路是采用信号放大电路（变送器）处理拉压力传感器输出的模拟信号，然后由A/D转换器进行A/D转换，再将转换后的数字量送入单片机中对信号进行处理再输出至显示装置进行显示，这种电路的缺点是测显精度低，一般都是八位。上述结构的测试方法由于应变片式结构的拉压传感器在受到拉力和压力转换后零点会产生漂移，从而对扭矩测量精度造成一定的影响；二是由于无法判断扭矩正负，在电机实验过程中，电机转速换向时，需要外部跳线或重新设置，操作不方便。
如图4所示为现有单向扭距测试效果图，在实际使用中，电涡流测功机需要进行双向扭矩测试时，由于受到拉力和压力的相互作用，应变片式结构的拉压传感器由于形变的原因，其正、反向受力零点会产生一定的差异。在传统的电涡流测功机扭距测试应用中，经常忽略这个问题。如图所示，线A为拉力，B为压力，例如：在满度扭矩为3000N.m的测试中，通常的测试方法是：将测功机拉力的零点和满度同时也认定为压力的零点和满度，不考虑拉压传感器由于形变因素对零点和满度产生的电压差，如测试到得扭距电压为2.515V或者-2.515V，仅调用拉力的零点和满度计算扭距值，不管测功机此时处于压力状态还是拉力状态，都认为此时扭距为1500N.m或人工判断为-1500N.m。但是由于应变片式结构的拉压传感器的结构特性决定，其受到拉力和压力的零点和满度总会有一定的偏差，在同一扭距采集电压情况下，拉力和压力扭距值不可能达到完全一致。
发明内容
本发明的目的是提供一种电涡流测功机双向扭矩测试方法，以解决现有电涡流测功机扭矩测试方法无法测试双向扭矩及拉力和压力转换后零点会产生漂移的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电涡流测功机双向扭矩测试方法，包括如下步骤：       
（1）将拉压力传感器受力产生的毫伏形变扭矩信号输入到信号调理放大电路，将信号进行调理放大；
（2）将经过放大的扭矩信号输出到与计算机连接的可编程A/D转换器上，转换成数字信号；
（3）计算机对转换为数字量的信号进行读取，并根据扭矩电压的正负判断原动机的转动方向，同时根据扭矩电压的正负分别调用标定好的拉压力传感器相对应的拉力或压力的零点和满度：如果扭矩电压为正，调用正向扭矩电压的零点Vmin+和满度Vmax+及扭矩满度N max+；如果扭矩电压为负，调用负向扭矩电压的零点Vmin-和满度Vmax-及扭矩满度N max-；根据相对应的零点和满度计算计算机读取的扭矩电压所对应的正负扭矩值；
（4）显示正负扭矩值和原动机的转动方向。
根据相对应的零点和满度计算正负扭矩值的计算公式如下：
N=V/( Vmax+- Vmin+)×N max+或N=V/( Vmax-- Vmin-)×N max-
其中，N为待测的扭矩值，V为计算机读取的待测的数字量扭矩电压，Vmin+和Vmax+ 分别为正向扭矩电压的零点和满度，Vmin-和Vmax-分别为正向扭矩电压的零点和满度。
拉压力传感器相对应的拉力或压力的零点和满度及扭矩满度的标定过程如下：
（1）电涡流测功机不挂砝码时，记录此时零点即为Vmin+，在左边挂设定的砝码，拉压传感器产生压力，经A/D转换后得到的电压值即为Vmax+，经过力臂换算后，得到N max+的压力扭距；
（2）去掉左边的砝码，挂在右边，拉压力传感器产生拉力，经A/D转换后即为Vmax-，经过力臂换算后，得到N max-的压力扭距，去掉右边的砝码，此时由于拉压力反复作用，拉压力传感器产生的微小的形变，导致零点电压发生变化，此时的零点即为Vmin-。
本发明的电涡流测功机双向扭距测试方法利用了拉压力传感器拉力、压力产生的电压正负不同，通过A/D转换，对应变片式结构的拉压传感器受力标定产生双向扭距，标定具备的正向零点、正向满度，反向零点、反向满度，通过扭距电压的正负判断原动机转向，从而调用各自标定数据，不需要对机械结构进行任何改动，且测量方法简单实用，性价比极高，在电机或发动机转矩测量试验中，克服了以往采用S型拉压力传感器力矩换向时，由于电涡流测功机测量摆动体受到双向力产生的机械位置不能回零，而导致的测量精度漂移的问题，在测试电动机等新能源动力台架时，可根据测量的扭矩正负不同，自动判断电动机正反转，有效提升转矩测量精度及测试效率。
附图说明
图1是本发明电涡流测功机双向扭矩测试电路的原理图；
图2是本发明电涡流测功机双向扭矩测试电路实施例的原理图；
图3是电涡流测功机标定示意图；
图4是单向扭距测试效果图；
图5是双向扭距测试效果；
图6是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步介绍。
如图1所示为本发明电涡流测功机双向扭矩测试电路的原理图，由图可知，该电路包括用于与拉压力传感器信号输出端连接的信号调理放大电路，信号调理放大电路的输出端连接一个可编程A/D转换器，可编程A/D转换器的信号输出与计算机的信号输入连接。
如图2所示，本实施例中的可编程A/D转换器采用研华PCL-813板卡，该PCL-813板卡插入计算机的ISA插槽中，PCL-813板卡的信号输出通过ISA总线与计算机的信号输入连接。该板安装在计算机ISA插槽，其具备32路A/D转换通道，可同时采集多路扭矩信号；分辨率达12位；最高采样速率25KHz，可实现对扭矩信号的快速采集；其精度可达到读取数值的0.01%±1LSB；该模拟量输入板可对输入信号进行双极性处理，读取-5V—+5V电压信号。
如图3所示为电涡流测功机标定示意图，对拉压传感器进行双向（压力标定、拉力标定）标定的过程如下：
（1）在测功机壳体两侧插入专用销子，套上校正臂，拧紧螺母，为了与实际工况一致，在与被测机械旋转方向一致的一侧加砝码标定。
（2）电涡流测功机1不挂砝码时，记录此时零点即为Vmin+，假定Vmin+=0.05V，在左边挂300Kg砝码2，拉压传感器产生压力，经A/D转换后得到的电压值即为Vmax+=4.98V，经过力臂换算后，得到N max+=3000N.m的压力扭距；
（3）去掉左边的砝码，挂在右边，拉压力传感器产生拉力，经A/D转换后即为Vmax--=-4.95V，经过力臂换算后，得到N max-=-3000N.m的压力扭距，去掉右边的砝码，此时由于拉压力反复作用，拉压力传感器产生的微小的形变，导致零点电压发生变化，此时的零点即为Vmin--=-0.04V。
本实施中力臂换算的过程如下：由于扭距N=mg×L;其中m为砝码重量，此处m=300Kg；g为重力加速度,通常g=9.80655；L为力臂长度，L=1.01972m，因此经过计算得到N=300×9.80655×1.01972=2999.98055N.m。
在计算机内设定不挂砝码产生零点电压，如上所述零点电压为Vmin+和Vmin-- ，挂砝码产生满度电压，如上所述挂300Kg砝码时满度电压为Vmax+和Vmax-，砝码的重量与扭矩电压之间是线性关系。
如图6所示为本发明电涡流测功机双向扭矩测试方法的流程图，其测试过程如下：
（1）首先，将拉压力传感器受力产生的毫伏形变扭矩信号输入到信号调理放大电路，将信号进行调理放大，经过放大的扭矩信号，输出到与计算机连接的A/D模拟量输入板PCL-813上，转换成数字信号。
（2）计算机通过ISA总线对转换为数字量的扭矩信号进行读取，并根据扭矩电压的正负判断原动机的转动方向，同时根据扭矩电压的正负分别调用标定好的拉压力传感器相对应的拉力或压力的零点和满度：如果扭矩电压为正，调用正向扭矩电压的零点Vmin+和满度Vmax+及扭矩满度N max+；如果扭矩电压为负，调用负向扭矩电压的零点Vmin-和满度Vmax-及扭矩满度N max-；
（3）根据相对应的零点和满度计算计算机读取的扭矩电压所对应的正负扭矩值，计算公式如下：
N=V/( Vmax+- Vmin+)×N max+或N=V/( Vmax-- Vmin-)×N max-
其中，N为待测的扭矩值，V为计算机读取的待测的数字量扭矩电压，Vmin+和Vmax+ 分别为正向扭矩电压的零点和满度，Vmin-和Vmax-分别为正向扭矩电压的零点和满度。
（4）在计算出结果后在计算机上显示正负扭矩值和原动机的转动方向。
如图5所示为采用本测试方法的双向扭距测试效果图，电涡流测功机在运行中，原动机产生的扭力，作用在拉压力传感器上，信号调理放大后，经过A/D转换，由程序读取，在读取电压后，将电压直接转化为相应的物理量扭距值，先判断电压正负，调用相关公式：电压为正，如产生电压V=2.465V，扭距值N=V/( Vmax+- Vmin+)×3000=1500N.m；电压为负，如产生电压V=-2.465V，扭距值N=V/( Vmax-- Vmin-)×3000=1506.11N.m。同样的拉力和压力产生同样的电压，他们的区别只有正负电压之分，但是实际扭距值却相差6N.m左右，这就是拉压传感器受到拉力和压力作用后的物理形变产生的零点和满度的偏移。
这样在相同扭距采集电压条件下，具备双向扭距测试功能的电涡流测功机避免了应变片式结构的拉压传感器由于物理特定带来的电压偏差，大大提高了系统的采集精度。

Claims (2)

1.一种电涡流测功机双向扭矩测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将拉压力传感器受力产生的毫伏形变扭矩信号输入到信号调理放大电路，将信号进行调理放大；
（2）将经过放大的扭矩信号输出到与计算机连接的可编程A/D转换器上，转换成数字信号；
（3）计算机对转换为数字量的信号进行读取，并根据扭矩电压的正负判断电机的转动方向，同时根据扭矩电压的正负分别调用标定好的拉压力传感器相对应的拉力或压力的零点和满度：如果扭矩电压为正，调用正向扭矩电压的零点Vmin+和满度Vmax+及扭矩满度Nmax+；如果扭矩电压为负，调用负向扭矩电压的零点Vmin-和满度Vmax-及扭矩满度Nmax-；根据相对应的零点和满度计算计算机读取的扭矩电压所对应的正负扭矩值；
其中，在步骤（3）中拉压力传感器相对应的拉力或压力的零点和满度及扭矩满度的标定过程如下：
（1）电涡流测功机不挂砝码时，记录此时零点即为正向扭矩电压的零点Vmin+，在左边挂设定的砝码，拉压传感器产生压力，经A/D转换后得到的电压值即为正向扭矩电压的满度Vmax+，经过力臂换算后，得到正向扭矩电压的扭矩满度Nmax+的压力扭距；
（2）去掉左边的砝码，挂在右边，拉压力传感器产生拉力，经A/D转换后即为负向扭矩电压的满度Vmax-，经过力臂换算后，得到负向扭矩电压的扭矩满度Nmax-的压力扭距，去掉右边的砝码，此时由于拉压力反复作用，拉压力传感器产生的微小的形变，导致零点电压发生变化，此时的零点即为负向扭矩电压的零点Vmin-。
2.根据权利要求1所述的电涡流测功机双向扭矩测试方法，其特征在于：根据相对应的零点和满度计算正负扭矩值的计算公式如下：
N=V/(Vmax+-Vmin+)×Nmax+或N=V/(Vmax--Vmin-)×Nmax-
其中，N为待测的扭矩值，V为计算机读取的待测的数字量扭矩电压，Vmin+和Vmax+分别为正向扭矩电压的零点和满度，Vmin-和Vmax-分别为负向扭矩电压的零点和满度。
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