CN102721550B - 一种汽车磁流变悬架系统试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汽车磁流变悬架系统试验装置，包括机械台架、凸轮激振单元、计算机测控系统。凸轮激振单元安装在机械台架的底部，提供试验所需正弦位移激励，模拟实际路面输入。计算机测控系统包括位移传感器、加速度传感器、拉压力传感器、数据采集卡、计算机、旋钮开关、万能转换开关，通过设置旋钮开关可灵活选择模拟路面输入激励频率的调控方式，在磁流变阻尼器特性试验时通过设置万能转换开关可灵活选择磁流变阻尼器的供电源。本试验装置具有简洁紧凑的整体机电结构，机械台架结构简单、加工制造方便、缓冲吸振效果好、且可通过底部的万向轮灵活方便地移动搬迁，能够较好地满足磁流变悬架减振性能试验和磁流变阻尼器特性试验的要求。
Description
一种汽车磁流变悬架系统试验装置技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种机电试验装置，尤其涉及一种汽车磁流变悬架系统试验装置。
背景技术
[0002] 近年来，随着汽车电子技术和磁流变阻尼器技术的发展，基于磁流变阻尼器技术的汽车磁流变悬架已成为研究的热点。汽车磁流变悬架属于半主动电子悬架，其性能优于传统的被动悬架且易于实现，应用前景广阔，市场潜力巨大。磁流变阻尼器的特性和汽车磁流变悬架的性能都需通过试验研究进行分析、评价、改进。现有的汽车磁流变悬架试验台一般均模拟四分之一汽车悬架系统，主要存在以下问题:机电系统结构相对复杂，加工制作不便；试验台整机一般采用固定 座结构，移动搬迁不方便；磁流变阻尼器特性试验和磁流变悬架性能试验中，操作控制方式比较单一。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种汽车磁流变悬架系统试验装置，其整机机电系统结构更简捷、加工制造更方便、试验中可选的操作控制方式更灵活丰富、移动搬迁方便，既可以用于磁流变悬架系统的减振性能试验，也可用于磁流变阻尼器的特性试验。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案:
[0005] 一种汽车磁流变悬架系统试验装置，包括机械台架、凸轮激振单元和计算机测控系统。
[0006] 所述机械台架包括基于一个整体框架的两个不同机械台架，分别对应于磁流变悬架系统减振性能试验和磁流变阻尼器特性试验两种情况。当进行磁流变悬架减振性能试验时，所述机械台架由槽钢机架、左右两个立柱、四个直线滑块、四个滑块连接件、左右两个直线导轨、磁流变阻尼器、质量块、上承重板、阻尼器上连接件、螺旋弹簧、六个弹簧导向杆、阻尼器下连接件、轮胎叉、轮胎、四个机架支撑脚、四个万向轮构成；槽钢机架的底部由四个机架支撑脚支撑，左右两个立柱通过螺栓连接固定于槽钢机架上端，左右两个直线导轨通过螺钉分别固定在左右两个立柱上，两个立柱、两个直线导轨都垂直于水平放置的槽钢机架，凸轮激振单元安装于槽钢机架的底部，轮胎胎面压在凸轮上板上，轮胎通过螺栓连接固定在轮胎叉上，轮胎叉上端面中心位置用螺钉固定有阻尼器下连接件，轮胎叉上端面还通过螺纹连接在径向圆周均布有三个弹簧导向杆，轮胎叉的左右端面通过螺钉与两个滑块连接件连接，滑块连接件通过螺钉与直线滑块连接，直线滑块安装在直线导轨上并能垂直上下移动，磁流变阻尼器的活塞杆端通过圆柱销与阻尼器下连接件连接，磁流变阻尼器的上端通过圆柱销与阻尼器上连接件连接，阻尼器上连接件用螺钉固定于上承重板的下端面，上承重板的下端面还通过螺纹连接在径向圆周均布有另外三个弹簧导向杆，上承重板的左右端面通过螺钉与另外两个滑块连接件连接，螺旋弹簧位于上承重板和轮胎叉之间、并置于磁流变阻尼器的外部且与磁流变阻尼器同轴，上承重板和轮胎叉之间还安装有位移传感器，质量块通过螺栓连接安装在上承重板上端，质量块上端安放有加速度传感器；在进行磁流变阻尼器特性试验时，所述机械台架由槽钢机架、左右两个立柱、左右两个直线导轨、磁流变阻尼器、上承重板、阻尼器上连接件、阻尼器下连接件、双头螺栓、八个套筒、两个立柱连接板、四个机架支撑脚、四个万向轮构成；槽钢机架由四个机架支撑脚支撑并水平放置，固定于槽钢机架上端的左右两个立柱、固定在左右两个立柱上的两个直线导轨都垂直于水平面安装，凸轮上板上依次安装有阻尼器下连接件、磁流变阻尼器、阻尼器上连接件、双头螺栓、拉压力传感器、上承重板，上承重板用螺钉与左右两端的立柱连接板连接，两个立柱连接板通过螺栓连接固定在左右立柱上，八个起定位作用的套筒安装于立柱连接板与立柱之间；所述机械台架的底部设有四个万向轮，万向轮通过螺钉固定于槽钢机架底端，当需要时可通过万向轮方便地实现所述汽车磁流变悬架系统试验装置的整机移动搬迁。
[0007] 所述凸轮激振单元安装于所述机械台架的底部，包括变频器、三相异步电机、弹性柱销联轴器、两个带座轴承、橡胶垫、凸轮传动轴、凸轮机构；所述凸轮机构由凸轮上板、凸轮、凸轮下板、两个连接轴、两个光杆支撑件、两个导向光杆、两个直线轴承构成；变频器通过电缆与三相异步电机相连；联轴器一端连接三相异步电机的输出轴，另一端连接凸轮传动轴；凸轮传动轴由两个带座轴承支承，凸轮传动轴与凸轮之间通过键连接传动；凸轮上端、下端分别与凸轮上板、凸轮下板相接触，凸轮上板、凸轮下板通过两个连接轴、螺母、弹簧垫圈连接为一个组合式整体传动机构；两个直线轴承用螺钉固定于凸轮上板；导向光杆的一端固定于光杆支撑件，另一端从直线轴承内孔穿出；两个光杆支撑件固定于槽钢机架的底部安装平面上；三相异步电机底座、两个带座轴承底座与槽钢机架底部的安装平面之间都安装有橡胶垫，对工作中传递到槽钢机架底部的振动和冲击有缓冲吸振作用，使整机系统工作更平稳。
[0008] 所述计算机测控系统包括位移传感器、加速度传感器、拉压力传感器、数据采集卡、计算机、旋钮开关、直流稳压电源、万能转换开关、恒流源、电流检测装置；磁流变悬架减振性能试验中，位移传感器垂直安装在上承重板和轮胎叉之间，加速度传感器安装于质量块上端；磁流变阻尼器特性试验中，拉压力传感器用螺栓固定在上承重板下端中间位置，位移传感器垂直安装在上承重板和凸轮上板之间；各传感器信号都通过数据采集卡输入到计算机，经计算机运算处理后再经数据采集卡输出两路控制信号，其中一路控制信号接旋钮开关的输入端，旋钮开关的输出端接变频器，另一路控制信号接万能转换开关；万能转换开关的另一输入端接直流稳压电源，其输出端接恒流源，恒流源、电流检测装置、以及磁流变阻尼器的励磁线圈电气串联连接；所述电流检测装置用于检测输入到磁流变阻尼器励磁线圈中的电流大小，可以为电流传感器，或交直流安培表，或万用电表，且满足电流量程不低于2安培。
[0009] 本发明与背景技术相比，具有的有益效果是:采用的汽车磁流变悬架系统试验装置具有简洁紧凑的整体机电结构，机械台架结构简单、稳定可靠、可通过底部的万向轮灵活方便地移动搬迁、加工制造简单、安装拆卸方便、缓冲吸振效果好；通过设置旋钮开关可灵活选择模拟路面输入激励频率的调控方式，既可选择通过计算机控制变频器来调节电机转速进而调节模拟路面输入的激励频率，也可选择手工操作变频器来调节电机转速进而调节模拟路面输入的激励频率；当进行磁流变阻尼器特性试验时，通过设置万能转换开关可灵活选择磁流变阻尼器的供电源，既可以选择直流稳压电源为恒流源-磁流变阻尼器系统供电，也可以选择通过计算机输出控制信号为恒流源-磁流变阻尼器系统供电；本发明能够 较好地满足磁流变悬架减振性能试验和磁流变阻尼器特性试验的要求。
附图说明
[0010] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0011] 图1是磁流变悬架减振性能试验时本发明汽车磁流变悬架系统试验装置的主视图。
[0012] 图2是磁流变悬架减振性能试验时本发明汽车磁流变悬架系统试验装置的左视图，其中移去了三相异步电机、弹性柱销联轴器、带座轴承及变频器。
[0013] 图3是磁流变阻尼器特性试验时本发明汽车磁流变悬架系统试验装置的主视图。
[0014] 图4是本发明汽车磁流变悬架系统试验装置的机电系统总体示意图。
[0015] 图5是阻尼器下连接件的全剖左视图。
[0016] 图6是阻尼器上连接件的主视图。
[0017]图中:三相异步电机1、弹性柱销联轴器2、带座轴承3、凸轮传动轴4、橡胶垫5、变频器6、槽钢机架7、立柱8、直线滑块9、滑块连接件10、直线导轨11、位移传感器12、磁流变阻尼器13、质量块14、加速度传感器15、上承重板16、阻尼器上连接件17、螺旋弹簧18、弹簧导向杆19、阻尼器下连接件20、轮胎叉21、轮胎22、机架支撑脚23、万向轮24、凸轮上板25、凸轮26、凸轮下板27、连接轴28、光杆支撑件29、导向光杆30、直线轴承31、双头螺栓32、拉压力传感器33、套筒34、立柱连接板35、数据采集卡36、计算机37、旋钮开关38、直流稳压电源39、万能转换开关40、恒流源41、电流检测装置42。
具体实施方式
[0018] 图1、图2、图4所示为磁流变悬架减振性能试验时本发明汽车磁流变悬架系统试验装置，包括机械台架、凸轮激振单元和计算机测控系统。其中，所述机械台架包括槽钢机架7、左右两个立柱8、四个直线滑块9、四个滑块连接件10、左右两个直线导轨11、磁流变阻尼器13、质量块14、上承重板16、阻尼器上连接件17、螺旋弹簧18、六个弹簧导向杆19、阻尼器下连接件20、轮胎叉21、轮胎22、四个机架支撑脚23、四个万向轮24，槽钢机架7是由槽钢焊接而成的框架结构且水平放置，其底部由四个机架支撑脚23支撑，同时还通过螺钉固定有四个万向轮24，其上部端面通过螺栓连接安装有左右两个垂直的立柱8，左右两个垂直的直线导轨11用螺钉分别固定在左右两个立柱8上，轮胎22胎面压在所述凸轮激振单元的凸轮上板25上，轮胎22通过螺栓连接固定在轮胎叉21上，轮胎叉21上端面中心位置用螺钉固定有阻尼器下连接件20，轮胎叉21上端面还通过螺纹连接在径向圆周均布有三个弹簧导向杆19，轮胎叉21左右端面通过螺钉分别连接两个滑块连接件10，滑块连接件10通过螺钉与直线滑块9连接，直线滑块9安装在直线导轨11上并能垂直上下移动，磁流变阻尼器13的活塞杆端通过圆柱销与阻尼器下连接件20连接，磁流变阻尼器13的上端通过圆柱销与阻尼器上连接件17连接，阻尼器上连接件17用螺钉固定于上承重板16的下端面，上承重板16的下端面还通过螺纹连接在径向圆周均布有另外三个弹簧导向杆19，上承重板16的左右端面通过螺钉与另外两个滑块连接件10连接，螺旋弹簧18位于上承重板16和轮胎叉21之间、并置于磁流变阻尼器13的外部且与磁流变阻尼器13同轴，置于螺旋弹簧18内的上、下端各三个弹簧导向杆19防止螺旋弹簧18发生侧弯失稳现象，上承重板16和轮胎叉21之间还安装有位移传感器12，质量块14通过螺栓连接安装在上承重板16上端，质量块14上端安放有加速度传感器15。所述凸轮激振单元提供试验所需的模拟路面输入的正弦位移激励，由变频器6、三相异步电机1、弹性柱销联轴器2、两个带座轴承3、凸轮传动轴4、橡胶垫5、凸轮机构组成，所述凸轮机构包括凸轮上板25、凸轮26、凸轮下板27、两个连接轴28、两个光杆支撑件29、两个导向光杆30、两个直线轴承31，三相异步电机1、两个带座轴承3、变频器6、两个光杆支撑件29均用螺栓连接固定在槽钢机架7底部的安装平面上，三相异步电机I底座、两个带座轴承3底座与槽钢机架7底部的安装平面之间都安装有缓冲吸振的橡胶垫5，使整机系统工作更平稳，变频器6通过电缆与三相异步电机I相连，弹性柱销联轴器2 —端连接三相异步电机I输出轴，另一端连接凸轮传动轴4，凸轮传动轴4由两个带座轴承3支承，凸轮传动轴4与凸轮26之间通过键连接传动，凸轮26上端、下端分别与凸轮上板25、凸轮下板27相接触，凸轮上板25、凸轮下板27通过两个连接轴28、螺母、弹簧垫圈连接为一个组合式整体传动机构，两个直线轴承31用螺钉固定于凸轮上板25上，两个导向光杆30均一端固定于光杆支撑件29，另一端从直线轴承31内孔穿出。所述计算机测控系统包括位移传感器12、加速度传感器15、数据采集卡36、计算机37、旋钮开关38、万能转换开关40、恒流源41、电流检测装置42，传感器12、15的信号通过数据采集卡36进行A/D转换后输入到计算机37，计算机37输出信号再经数据采集卡36进行D/A转换后输出两路控制信号，其中一路控制信号接旋钮开关38的输入端，旋钮开关38的输出端接变频器6,另一路控制信号接万能转换开关40,万能转换开关40的输出端接恒流源41,恒流源41、电流检测装置42、以及磁流变阻尼器13的励磁线圈电气串联连接，所述电流检测装置42为电流传感器，或交直流安培表，或万用电表，且满足电流量程不低于2安培。
[0019] 图3、图4所示为磁流变阻尼器特性试验时本发明汽车磁流变悬架系统试验装置，由机械台架、凸轮激振单元和计算机测控系统构成。其中，所述机械台架包括槽钢机架7、左右两个立柱8、左右两个直线导轨11、磁流变阻尼器13、上承重板16、阻尼器上连接件17、阻尼器下连接件20、双头螺栓32、八个套筒34、两个立柱连接板35、四个机架支撑脚23、四个万向轮24，由槽钢机架7、立柱8、直线导轨11、机架支撑脚23、万向轮24等构成的整体框架结构同前述磁流变悬架减振性能试验中的机械台架整体框架结构，主要不同处在于:凸轮上板25上依次安装有阻尼器下连接件20、磁流变阻尼器13、阻尼器上连接件17、双头螺栓32、拉压力传感器33、上承重板16，上承重板16和凸轮上板25之间还安装有位移传感器12，上承重板16用螺钉与左右两端的立柱连接板35连接，两个立柱连接板35通过螺栓连接固定在左右立柱8上，八个起定位作用的套筒34安装于立柱连接板35与立柱8之间。所述凸轮激振单元同前述磁流变悬架减振性能试验中的情况。所述计算机测控系统包括位移传感器12、拉压力传感器33、数据采集卡36、计算机37、旋钮开关38、直流稳压电源39、万能转换开关40、恒流源41、电流检测装置42，传感器12、33的信号通过数据采集卡36输入到计算机37，计算机37输出信号经数据采集卡36之后分别接按钮开关38和万能转换开关40，该计算机测控系统与前述磁流变悬架减振性能试验中所述计算机测控系统的主要不同之处在:没有加速度传感器15，而代之以用于测量磁流变阻尼器13阻尼力的拉压力传感器33 ;通过万能转换开关40的选择作用，磁流变阻尼器13既可以由直流稳压电源39供电，也可以由计算机37输出信号供电。
[0020] 本发明的工作过程如下:[0021 ] 当进行磁流变悬架减振性能试验时，变频器6驱动三相异步电机I转动，经弹性柱销联轴器2带动凸轮传动轴4转动，凸轮传动轴4通过键连接传动驱动凸轮26旋转，凸轮26驱动凸轮上板25、凸轮下板27、直线轴承31相对于固定的光杆支撑件29和导向光杆30作往复直线运动，产生正弦规律的垂直振动位移，模拟实际路面输入。振动垂直向上传递，轮胎22、轮胎叉21、轮胎叉21左右两端的两个滑块连接件10和两个直线滑块9所构成的簧下质量沿直线导轨11作垂直运动，磁流变阻尼器13、螺旋弹簧18随着振动产生拉伸和压缩，质量块14、上承重板16、上承重板16左右两端的两个滑块连接件10和两个直线滑块9所构成簧上质量沿直线导轨11作垂直运动。加速度传感器15测量簧上质量的加速度，位移传感器12测量簧上质量和簧下质量的相对位移，各传感器信号经数据采集卡36输入计算机37，计算机37输出控制信号经数据采集卡36、万能转换开关40、恒流源41、电流检测装置42后输入至磁流变阻尼器13的励磁线圈，使磁流变阻尼器13产生的阻尼力按控制要求实时改变，从而实现半主动减振控制。同时，可以通过控制旋钮开关38的通断来选择调控模拟路面输入的激励频率，接通旋钮开关38时，可通过计算机37控制变频器6来调节电机I转速进而调节模拟路面输入的激励频率，而断开旋钮开关38时，可通过手工操作变频器6来调节电机I转速进而调节模拟路面输入的激励频率。当汽车磁流变悬架系统试验装置需要整机移动搬迁时，可把四个机架支撑脚23调节上升至悬空状态，使原来处悬空状态的四个万向轮24下降到与地面接触，便可实现整机移动。
[0022] 当进行磁流变阻尼器特性试验时，其凸轮激振单元传动情况同前述磁流变悬架减振性能试验情况，其它主要不同处在于:第一、模拟路面输入的垂直振动位移经凸轮上板25、阻尼器下连接件20传递至磁流变阻尼器13的活塞杆端，而磁流变阻尼器13的上端、阻尼器上连接件17、双头螺栓32、拉压力传感器33与上承重板16连接为一体且均固定不动，从而实现磁流变阻尼器特性试验所要求的阻尼器两端相对运动；第二、工作中，拉压力传感器33测量磁流变阻尼器13的阻尼力，位移传感器12测量磁流变阻尼器13两端相对位移，各传感器信号经数据采集卡36输入计算机37，经计算机37进行相应的数据处理与运算，便可得到磁流变阻尼器13的示功特性曲线、速度特性曲线及相应数据。第三、通过万能转换开关40的选择作用，磁流变阻尼器13既可由直流稳压电源39供电，也可由计算机37输出信号供电。
[0023] 上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还可有各种变化和改进，比如可在左右两立柱垂直高度方向的中间位置处，用螺栓连接或焊接方法将一根槽钢连接在两立柱之间而构成一个类似“H”型框架式结构，以增强整机刚性等。这些变化和改进都落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种汽车磁流变悬架系统试验装置，包括机械台架、凸轮激振单元、计算机测控系统，所述凸轮激振单元安装在所述机械台架的底部，提供试验所需的模拟路面输入的正弦位移激励，由变频器(6)、三相异步电机(I)、弹性柱销联轴器(2)、两个带座轴承(3)、凸轮传动轴(4)、凸轮机构组成，所述凸轮机构包括凸轮上板(25)、凸轮(26)、凸轮下板(27)、两个连接轴(28)、两个光杆支撑件(29)、两个导向光杆(30)、两个直线轴承(31)，所述计算机测控系统包括位移传感器(12)、加速度传感器(15)、拉压力传感器(33)、数据采集卡(36)、计算机(37)，位移传感器(12)、加速度传感器(15)、拉压力传感器(33)均安装于所述机械台架上，其特征在于: 1)在进行磁流变悬架减振性能试验时，所述机械台架由槽钢机架(7)、左右两个立柱(8)、四个直线滑块(9)、四个滑块连接件(10)、左右两个直线导轨(11)、磁流变阻尼器(13)、质量块(14)、上承重板(16)、阻尼器上连接件(17)、螺旋弹簧(18)、六个弹簧导向杆(19)、阻尼器下连接件(20)、轮胎叉(21)、轮胎(22)、四个机架支撑脚(23)构成，槽钢机架(7)的底部由四个机架支撑脚(23)支撑，左右两个立柱(8)通过螺栓连接固定于槽钢机架(7)的上部，左右两个直线导轨(11)通过螺钉分别固定在左右两个立柱(8)上，两个立柱(8)、两个直线导轨(11)都垂直于水平放置的槽钢机架(7)，凸轮激振单元安装于槽钢机架(7)的底部，轮胎(22)胎面压在凸轮上板(25)上，轮胎(22)通过螺栓连接固定在轮胎叉(21)上，轮胎叉(21)上端面中心位置用螺钉固定有阻尼器下连接件(20)，轮胎叉(21)上端面还通过螺纹连接在径向圆周均布有三个弹簧导向杆(19)，轮胎叉(21)的左右端面通过螺钉与两个滑块连接件(10)连接，滑块连接件(10)通过螺钉与直线滑块(9)连接，直线滑块(9)安装在直线导轨(11)上并能垂直上下移动，磁流变阻尼器(13)的活塞杆端通过圆柱销与阻尼器下连接件(20)连接，磁流变阻尼器(13)的上端通过圆柱销与阻尼器上连接件(17)连接，阻尼器上连接件(17)用螺钉固定于上承重板(16)的下端面，上承重板(16)的下端面还通过螺纹连接在径向圆周均布有另外三个弹簧导向杆(19)，上承重板(16)的左右端面通过螺钉与另外两个滑块连接件(10)连接，螺旋弹簧(18)位于上承重板(16)和轮胎叉(21)之间、并置于磁流变阻尼器(13)的外部且与磁流变阻尼器(13)同轴，上承重板(16)和轮胎叉(21)之间还安装有位移传感器(12)，质量块(14)通过螺栓连接安装在上承重板(16)上端，质量块(14)上端安放有加速度传感器(15);在进行磁流变阻尼器特性试验时，所述机械台架由槽钢机架(7)、左右两个立柱(8)、左右两个直线导轨(11)、磁流变阻尼器(13)、上承重板(16)、阻尼器上连接件(17)、阻尼器下连接件(20)、双头螺栓(32)、八个套筒(34)、两个立柱连接板(35)、四个机架支撑脚(23)构成，槽钢机架(7)由四个机架支撑脚(23)支撑并水平放置，固定于槽钢机架(7)上端的左右两个立柱(8)与固定在左右两个立柱(8)上的两个直线导轨(11)都垂直于水平面安装，凸轮上板(25)上依次安装有阻尼器下连接件(20)、磁流变阻尼器(13)、阻尼器上连接件(17)、双头螺栓(32)、拉压力传感器(33)、上承重板(16)，上承重板(16)用螺钉与左右两端的立柱连接板(35)连接，两个立柱连接板(35)通过螺栓连接固定在左右立柱(8)上，八个起定位作用的套筒(34)安装于立柱连接板(35)与立柱(8)之间； 2)所述机械台架还进一步包括有四个万向轮(24)，用螺钉分别固定于槽钢机架(7)底端； 3)所述凸轮激振单元还进一步包括有橡胶垫(5)，安装在三相异步电机(I)的底座、两个带座轴承(3)的底座与槽钢机架(7)底部的安装平面之间。
2.根据权利要求1所述的汽车磁流变悬架系统试验装置，其特征在于:所述计算机测控系统还进一步包括有直流稳压电源(39)、万能转换开关(40)、恒流源(41)、电流检测装置(42)，所述万能转换开关(40)的输入端分别接直流稳压电源(39)和数据采集卡(36)的输出端，万能转换开关(40)的输出端接至恒流源(41)，恒流源(41)、电流检测装置(42)、以及磁流变阻尼器(13)的励磁线圈电气串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的汽车磁流变悬架系统试验装置，其特征在于:所述计算机测控系统还进一步包括有旋钮开关(38)，所述旋钮开关(38)的输入端接数据采集卡(36)、输出端接变频器(6)。
4.根据权利要求2 ，或交直流安培表，或万用电表，且满足电流量程不低于2安培。
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