CN103308791B - 电位器的劣化诊断方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的电位器的劣化诊断方法，可以分阶段地获知电位器的性能劣化的进展状况。作为至电位器的故障为止的性能劣化的诊断项目，将“发生噪声”、“直线性劣化”、“电阻值变化”、“转矩增大”确定为诊断項目，按照“发生噪声”、“直线性劣化”、“电阻值变化”、“转矩增大”的顺序分阶段地进行诊断。

Description

电位器的劣化诊断方法
技术领域
本发明涉及对电位器的性能的劣化分阶段地进行诊断的电位器的劣化诊断方法。
背景技术
以往，电动阀门执行器等的旋转角度的检测采用的是电位器。在该电位器的结构上，由于滑块造成的磨损，电阻容易受到损伤，或者容易产生磨损粉末，在频繁使用的滑动范围中该情况尤其严重。其结果，发生了滑块仅仅位移了一点而电阻值偶发地变化较大的现象。伴随于此，电位器的输出信号也偶发地变化较大，如图11所示那样成为须状的信号S而出现。另外，在图11中，横轴表示电位器位移（滑块的位移）或者角度，纵轴表示电位器的输出信号的大小。
这样的须状的信号在电位器的输出信号中出现的话，被供给该输出信号而进行动作的控制装置等有时会偶发地进行异常的控制动作。因此，在专利文献1中，检测该电位器的输出信号中出现的须状的信号，在该须状的信号比规定的上限值大的情况下或者比下限值小的情况下，以及该须状的信号的变化率比规定值大的情况下，判断为故障。电位器被判断为故障时，被供给该输出信号而进行动作的控制装置等马上过渡到规定的信号异常时的控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平7－95081号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，上述的须状的信号（噪声）是在电位器的老化的初期阶段发生的，在这样的噪声的发生不构成问题的情况下，存在着无论以后能否使用，都被诊断为故障的问题。即，在专利文献1中，由于只掌握了噪声的发生这一个现象，因此存在在过早的阶段被诊断为故障，系统的运转率下降，部品更换费事，花费成本这样的问题。
本发明正是为了解决这样的课题而做出的，其目的在于提供一种能够分阶段地获知电位器的性能的劣化的进展状况的电位器的劣化诊断方法。
解决问题的手段
为了达到这样的目的，本发明从轻到重将多个诊断项目规定为至电位器的故障为止的性能劣化的诊断项目，按照规定的顺序分阶段地对该多个诊断项目的性能的劣化进行诊断。
例如，在本发明中，作为电位器的性能劣化的诊断项目，对噪声的发生进行诊断，该噪声的发生被允许的话，则对输入输出间的直线性（以下，仅称为直线性）的劣化进行诊断，该输入输出间的直线性的劣化被允许的话，则对电阻值的变化进行诊断，该电阻值的变化被允许的话，则对转矩的增大进行诊断。
由此，能够分阶段地获知电位器的性能劣化的进展状况。即，能够获知当前的性能劣化的阶段是处于噪声正发生的阶段、还是处于直线性正劣化的阶段、还是处于电阻值正变化的阶段、还是处于转矩正增大的阶段。
发明的效果
根据本发明，从轻到重将多个诊断项目规定为至电位器的故障为止的性能劣化的诊断项目，按照规定的顺序对该多个诊断项目的劣化分阶段地进行诊断，因此能够分阶段地获知电位器的性能劣化的进展状况，不会在过早的阶段被诊断为故障诊断，能够提高系统的运转率，或能够根据使用状况在适当的时期进行部件更换。
附图说明
图1是示出包含本发明的实施所采用的电位器的劣化诊断装置的系统的主要部分的框图。
图2是用于对该系统中的电位器劣化诊断装置所具有功能进行说明的流程图。
图3是图2的后续流程图。
图4是对电位器的各电极间的电阻值的定义进行说明的图。
图5是用于对全值电阻RA-B的测量进行说明的图。
图6是对在接触电阻值r以及端子间电阻值RA-C,RB-C的测量时采用的电压V1进行说明图。
图7是对在接触电阻值r以及端子间电阻值RA-C,RB-C的测量时采用的电压V2进行说明图。
图8是标明作为被线性插值的值而被求出的预测值R’的图。
图9是例示由差分法求得的电阻值的变化速度以及加速度的图。
图10是例示过渡状态下的dωp、o／dt以及dωp／dt的图。
图11是示出在电位器的输出信号中出现的须状的信号的图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施形态进行详细说明。
图1是示出包含本发明的实施所采用的电位器的劣化诊断装置的系统的主要部分的框图。在该图中，1是电位器，1－1是滑块，2是电位器的劣化诊断装置（以下、称为电位器劣化诊断装置），3为劣化诊断结果显示装置。
在该系统中，从滑块1－1取出的电位器1的输出信号被发送给电位器劣化诊断装置2。另外，在图1中，A、B是电位器1的固定电极，Ｃ是电位器1的可动电极，1－2是电位器1的电阻，1－3是可动电极Ｃ中的与电阻1－2之间的接触电阻。
该电位器1被附设于与电源频率连动的、在旋转系统整体的角速度在稳定状态下为一定速度那样的装置上。例如，被组装于电动阀门执行器上，对通过电动机驱动的阀体的开度进行检测。
又，在该系统中，电位器劣化诊断装置2通过由处理器、存储装置构成的硬件、和与这些硬件协作地实现各种功能的程序来实现。
已知道电位器的性能按照发生噪声、直线性（输入输出间的直线性）劣化、电阻值变化、转矩增大的顺序依次发生劣化。在本实施形态中，着眼于该性能的劣化的顺序，按照发生噪声、直线性劣化、电阻值变化、转矩增大的顺序对电位器1的性能的劣化进行诊断。
即，作为至电位器1的故障为止的性能的劣化的诊断项目，将“发生噪声”、“直线性劣化”、“电阻值变化”、“转矩增大”规定为诊断項目，按照“发生噪声”、“直线性劣化”、“电阻值变化”、“转矩增大”的顺序分阶段地进行诊断。该诊断不用从装置上拆卸电位器1，即可以在将电位器1组装于装置上的状态下进行诊断。
以下，参照分割为图2以及图3而示出的流程图，对电位器劣化诊断装置2所具有的本实施形态特有的功能进行说明。
〔发生噪声的诊断〕
电位器劣化诊断装置2首先对电位器1的噪声的发生进行诊断（步骤S101：图2）。
该噪声的发生的诊断通过对从滑块1－1取出的电位器1的输出信号中所包含的须状的信号进行检测来进行。在该须状的信号比规定的上限值大的情况下或者比下限值小的情况下、以及该须状的信号的变化率比规定值大的情况下，判断为发生了噪声。
电位器劣化诊断装置2在判断为发生了噪声时（步骤S102的是），将其诊断结果发送给劣化诊断结果显示装置3，显示当前的电位器1的劣化阶段为噪声的发生阶段（第1阶段（初期阶段））（步骤S103）。
〔直线性劣化的诊断〕
接着，电位器劣化诊断装置2对直线性的劣化进行诊断（步骤S104：图3）。该直线性的劣化的诊断如以下那样进行。
对电位器1的动作状态下的输出电阻值R进行计测，且通过下式求出此时的预测值R’。
R’＝〔（Ro,max－Ro,min）／tmax〕·t＋Ro,x％····（1）
另外，该式（1）中，Ro,max以及Ro,min是电位器1的可动范围中的输出电阻值的最大值以及最小值，t是通过预先设定的保证点之后的动作时间（根据动作方向而进行加减）、tmax是从最大值Ro,max到最小值Ro,min的动作时间，Ro,x％是在保证点的输出电阻值，Ro,max以及Ro,min是在初期进行测量的。
通过该式（1）求得的预测值R’为每个一定区间的输出电阻值的预测值，是被线性插值的值。关于保证点、输出电阻值R的计测方法等将在下文进行说明。
而且，电位器劣化诊断装置2根据计测到的输出电阻值R和此时的预测值R’求出｜R-R’｜，对该｜R-R’｜和预先设定的阈值ΔRth进行比较，在｜R-R’｜＞ΔRth的情况下，判断为丧失了直线性。即，判断为直线性劣化了。
电位器劣化诊断装置2在判断为丧失了直线性时（步骤S105的是），将其诊断结果发送给劣化诊断结果显示装置3，显示当前的电位器1的劣化阶段为直线性的劣化阶段（第2阶段）（步骤S106）。
〔电阻值变化的诊断〕
接着，电位器劣化诊断装置2对电阻值的变化进行诊断（步骤S107）。在该电阻值的变化的诊断中，对电位器1的全值电阻RA-B进行定时测量，在超过了某阈值时，判断为正发生劣化。关于电位器1的全值电阻RA-B的测量，将在下文进行说明。
电位器劣化诊断装置2在判断为电阻值变化了时（步骤S108的是），将其诊断结果发送给劣化诊断结果显示装置3，显示当前的电位器1的劣化阶段为电阻值的变化阶段（第3阶段）（步骤S109）。
〔转矩增大的诊断〕
接着，电位器劣化诊断装置2对转矩的增大进行诊断（步骤S110）。该转矩的增大的诊断如以下那样进行。
对电位器1的动作状态下的负载转距Tp进行计测，对该计测到的负载转距Tp和预先设定的阈值Tpth进行比较，在Tp＞Tpth的情况下，判断为转矩增大了。
能够通过下式求出电位器1的动作状态下的负载转距Tp。
Tp＝Ip·（dωp,o／dt-dωp／dt）····（2）
另外，在该式（2）中，dωp,o／dt是从装置拆卸电位器1并驱动了电动机时的过渡状态下的角加速度，dωp／dt是将电位器1组装于装置上并驱动了电动机时的过渡状态下的角加速度，Ip是电位器1的转动惯量，dωp,o／dt是在初期测量的。dωp／dt根据输出电阻值R来换算。又，Ip是从制造商得到的（一定值）。关于根据dωp,o／dt的初期测量、dωp／dt的输出电阻值R进行的换算将在后面进行说明。
电位器劣化诊断装置2在判断为转矩增大了的时候（步骤S111的是），将其诊断结果发送给劣化诊断结果显示装置3，显示当前的电位器1的劣化阶段为转矩的劣化阶段（第4阶段（最终阶段））（步骤S112）。
这样，在本实施形态中，关于电位器1的性能的劣化，能够分阶段地获知其进展状况。由此，不会在过早的阶段被诊断为故障，能够提高系统的运转率，或能够根据使用状况在适当的时期进行部件更换。
〔电阻值测量的方法〕
以下示出各个劣化诊断所采用的电阻值的测量方法。在此，如图4所示，将电位器1的固定电极A、Ｃ间的电阻值定义为RA-C、将B、Ｃ间的电阻值定义为RB-C、将A、B间的电阻值定义为RA-B（全值电阻）。又，将可动电极Ｃ中的与电阻1－2之间的接触抵抗1－3的电阻值（接触电阻值）设为r。
（1）全值电阻RA-B的测量
如图5所示，在端子A－B间流过恒定电流i，测量此时的电压V。电阻值RA-B根据欧姆定律通过次式求出。
RA-B＝V／i····（3）
（2）接触电阻值r的测量
如图6所示。在端子A－Ｃ间流过恒定电流i，测量此时的压V1。接着，如图7所示，在端子Ｃ－B间流过恒定电流i，测量此时的电压V2。这些值能够通过以下的式子来表现。
V1＝（RA-C＋r）·i····（4）
V2＝（RB-C＋r）·i····（5）
因此，接触电阻值r能够通过下式求出。
r＝｛〔（V1＋V2）／i〕＋RA-B｝／2····（6）
（3）端子间电阻值RA-C、RB-C的测量
端子间电阻值RA-C、RB-C能够通过下式求出。
RA-C＝V1／i-r····（7）
RB-C＝V2／i-r····（8）
〔直线性的劣化的诊断的详细情况〕
预先对电位器1的可动范围中的输出电阻值的最大值Ro,max以及最小值Ro,min进行测量。
接着，计算出每个某一定开度（例如，在电动阀门执行器的开度为20％、40％、60％、80％等的情况下，考虑了它们的间隔以使得在诊断时通过某一个点的点）的预测电阻值。
算出值作为输出电阻值的最大、最小值的线性插值，将它们的值设为Ro,20％、Ro,40％、……。装置中另外具有能够保证上述的一定开度的绝对位置精度的模块（例如，将放射状地具有狭缝的圆盘完全固定于旋转角的测量对象上，通过光电耦合器来来确认光的透过等），将各个点定义为保证点。
诊断从通过了某个保证点之时开始，对动作状态下的输出电阻值R进行计测，且通过所述式（1）求出此时的预测值R’（参照图8）。
而且，根据所计测到的输出电阻值R和此时的预测值R’求出｜R-R’｜，对该｜R-R’｜和预先设定的阈值ΔRth进行比较，在｜R-R’｜＞ΔRth的情况下，判断为丧失了直线性。另外，输出电阻值R根据上述的“（2）接触电阻值r的测量”以及“(3)端子间电阻值RA-C、RB-C的测量”算出。
〔电阻值的变化的诊断的详细情况〕
对全值电阻RA-B进行定时测量，在超过了某阈值时，判断为正发生劣化。全值电阻RA-B的测量方法根据上述的“（1）全值电阻RA-B的测量”。
〔转矩增大的诊断的详细情况〕
首先从装置拆卸电位器1，对电动机进行驱动，使用转速计等对过渡状态下的角加速度dωo／dt进行计测。电位计轴换算的角加速度将传动比（ギア比）设为i的话，则
dωp,o／dt＝（1／i）·dωo／dt····（9）。
将电位器1组装于装置上。装置组装后的电位器1的过渡状态下的角加速度dωa／dt如以下那样求得。例如，在全值电阻为1kΩ、旋转角度320゜的电位器从某时刻开始每隔微小时间0．1s变化为21Ω、22Ω、24Ω的情况下，能够如图9所示通过差分法求出电阻值的变化速度、加速度。由此，此时的电位器的加速度为
dωa／dt＝50×（320×π／180）／10000＝2.79e-003〔rad／s〕。
在此，没有电位器1的负载转距的情况下的角运动方程式为，
Ip·（dωp,o／dt）＝T····（10）
在此，T为驱动电位器1的转矩，Ip是电位器单体的转动惯量（从制造商处得到，为固定值）。
另一方面，具有电位器1的负载转距的情况下的角运动方程式为，
Ip·（dωa／dt）＝T－Tp····（11）
根据式（10）、式（11），电位器1的负载转距Tp能够如下式那样求出。
Tp＝Ip·（dωp,o／dt－dωp／dt）····（12）
这里，在过渡状态下，如图10所示，
dωp,o／dt＞dωo／dt、dωp,o／dt≠0、dωo／dt≠0
因此，在与电源频率连动的、且在旋转系统整体的角速度在稳定状态下为一定速度这样的装置中，也能够算出Tp。
时时刻刻都对这些Tp进行计测、计算，并在超过一定的阈值Tpth时判断为转矩增大了。
〔实施形态的扩张〕
以上，参照实施形态对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施形态。本发明的结构和详细情况，可以在本发明的技术思想的范围内，进行本领域技术人员能够理解的各种变更。
符号的说明
1…电位器、1－1…滑块、1－2…电阻、1－3…接触电阻、2…电位器劣化诊断装置、3…劣化诊断结果显示装置。

Claims (4)

1.一种电位器的劣化诊断方法，其以将劣化的进展状况分阶段的方式将多个诊断项目规定为至电位器的故障为止的性能劣化的诊断项目，按照规定的顺序分阶段地对该多个诊断项目的性能的劣化进行诊断，所述电位器的劣化诊断方法的特征在于，
作为所述电位器的性能劣化的诊断项目，对噪声的发生进行诊断，该噪声的发生被允许的话，对输入输出间的直线性的劣化进行诊断，该输入输出间的直线性的劣化被允许的话，对电阻值的变化进行诊断，该电阻值的变化被允许的话，对转矩的增大进行诊断。
2.一种电位器的劣化诊断方法，其以将劣化的进展状况分阶段的方式将多个诊断项目规定为至电位器的故障为止的性能劣化的诊断项目，按照规定的顺序分阶段地对该多个诊断项目的性能的劣化进行诊断，所述电位器的劣化诊断方法的特征在于，
作为所述电位器的性能劣化的诊断项目，对噪声的发生进行诊断，该噪声的发生被允许的话，对输入输出间的直线性的劣化进行诊断。
3.一种电位器的劣化诊断方法，其以将劣化的进展状况分阶段的方式将多个诊断项目规定为至电位器的故障为止的性能劣化的诊断项目，按照规定的顺序分阶段地对该多个诊断项目的性能的劣化进行诊断，所述电位器的劣化诊断方法的特征在于，
作为所述电位器的性能劣化的诊断项目，对输入输出间的直线性的劣化进行诊断，该输入输出间的直线性的劣化被允许的话，对电阻值的变化进行诊断。
4.一种电位器的劣化诊断方法，其以将劣化的进展状况分阶段的方式将多个诊断项目规定为至电位器的故障为止的性能劣化的诊断项目，按照规定的顺序分阶段地对该多个诊断项目的性能的劣化进行诊断，所述电位器的劣化诊断方法的特征在于，
作为所述电位器的性能劣化的诊断项目，对电阻值的变化进行诊断，该电阻值的变化被允许的话，对转矩的增大进行诊断。
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