CN105334477A - 一种高速电磁阀电磁力静、动态测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，包括气隙调节测量模块、电磁力测量模块、高速电磁阀驱动单元模块、驱动电流测量模块、高速信号采集模块、通讯模块和上位机；所述气隙调节测量模块包括滑台基座和滑台基座上的电磁铁固定装置、衔铁固定装置、位移测量装置；所述电磁力测量模块包括拉压力传感器和传力杆，被测衔铁上产生的电磁力通过传力杆由拉压力传感器感知。本发明可在驱动电流可调、气隙可调下以及气隙固定下对响应速度在亚毫秒级高速电磁阀进行静态电磁力特性、动态电磁力特性、电感、电阻进行测量，驱动电流形状可按要求设置为矩形波或二阶波形，测量数据能够适时显示并自动进行整理输出相应关系曲线。

Description

一种高速电磁阀电磁力静、动态测试装置

技术领域

本发明属于电磁测试装置技术领域，尤其是涉及一种高速电磁阀电磁力静、动态测试装置。

背景技术

高速电磁阀是柴油机电控燃油系统的核心元件，将加载在高速电磁铁上的驱动电流转化为电磁力，驱动阀芯组件完成开、关功能。为满足柴油机需要，高速电磁阀对控制指令的响应速度必须处于在亚毫秒级，高速电磁阀性能好坏的关键是由电磁力特性决定的，所以电磁力特性的测试非常重要。

为满足测试需要，必须使测试装置具有测试响应能力高、加载驱动电流灵活可调、气隙可调下以及气隙固定下的电磁阀电磁力测试能力；还能通过软件实时直观显示和存储电磁阀的电磁力特性曲线、以及检测电磁阀线圈的电感、电阻的功能。但是，现有的测试装置不能满足上述需求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，以实现驱动电流可调、气隙可调下以及气隙固定下的电磁阀电磁力精度较高的测试。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，包括气隙调节测量模块、电磁力测量模块、高速电磁阀驱动单元模块、驱动电流测量模块、高速信号采集模块、通讯模块和上位机；

所述气隙调节测量模块包括滑台基座和滑台基座上的用来固定被测电磁铁的电磁铁固定装置、用来固定被测衔铁的衔铁固定装置、用来测量电磁铁与衔铁之间距离的位移测量装置，所述电磁铁固定装置和衔铁固定装置之间的相对位置可调；

所述高速电磁阀驱动单元模块与被测电磁铁连接，并通过通讯模块接收上位机发送的驱动电流的设置参数，后根据指令发出驱动信号至被测电磁铁；所述驱动电流测量模块采集在电磁铁上产生的驱动电流实际值，并转换为电压值后通过高速信号采集模块传送到上位机；

所述电磁力测量模块包括拉压力传感器和传力杆，被测衔铁上产生的电磁力通过传力杆由拉压力传感器感知；

所述电磁力测量模块和气隙调节测量模块均将输出值通过高速信号采集模块传送到上位机。

进一步的，所述滑台基座上设有平行设置的导轨和丝杠，一滑块套装在导轨和丝杠上，所述电磁铁固定装置固定设置在滑块上，所述丝杠的前端设有驱动结构；所述滑台基座上导轨的末端固定设置末端平台，所述衔铁固定装置固定设置在末端平台上。

进一步的，所述位移测量装置包括固定设置在末端平台上的位移传感器和固定设置在滑块上的位移传感器测量头，位移传感器通过其上固定连接的位移传感器测量杆感知与位移传感器测量头之间的距离。

进一步的，所述位移测量装置包括固定设置在末端平台上的激光位移传感器或电涡流位移传感器，还有固定设置在滑块上的接收端。

进一步的，所述驱动结构为手轮或步进电机或伺服电机，所述步进电机或伺服电机由上位机控制。

进一步的，还包括电感电阻测量模块和模式开关，所述模式开关用来实现电感电阻测量模块和驱动电流测量模块与被测电磁铁的连接切换。

进一步的，所述高速电磁阀驱动单元模块输出驱动电流的参数包括：开环电流调制时间80μs、峰值电流在10A～20A之间调节、峰值电流时间400μs、维持电流在3A～15A之间调节、喷射脉宽1500μs；高速电磁阀驱动单元模块在电路结构中通过驱动电压(高压在24～120V之间调节、电源电压24V、反向电压80V)的调制实现所需要的驱动电流。

进一步的，所述滑台基座内部集成驱动电流测量模块、高速电磁阀驱动单元模块、电感电阻测量模块、高速信号采集模块、模式开关和通讯模块。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明可在驱动电流可调、气隙可调下以及气隙固定下对响应速度在亚毫秒级高速电磁阀进行静态电磁力特性、动态电磁力特性、电感、电阻进行测量，驱动电流形状可按要求设置为矩形波或二阶波形，测量数据能够适时显示并自动进行整理输出相应关系曲线；

(2)本发明应用到柴油机电控燃油喷射系统，具有结构简单、测试响应速度及测试效率高、测试数据实时处理、测试结果易于观测等优点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述高速电磁阀电磁力静、动态测试装置的结构原理图；

图2为本发明实施例所述高速电磁阀电磁力静、动态测试装置的部件结构示意图；

图3为本发明实施例上位机对高速电磁阀驱动单元模块设置驱动电流参数示意图。

附图标记说明：

1-手轮，2-导轨，3-滑台基座，4-丝杠，6-滑块，7-位移传感器测量头，8-电磁铁固定装置，9-位移传感器测量杆，10-位移传感器，11-衔铁固定装置，12-传力杆，13-拉压力传感器，14-末端平台，15-驱动电流测量模块，16-电磁力测量模块，17-气隙调节测量模块，18-电感电阻测量模块，19-高速电磁阀驱动单元模块，20-高速信号采集模块，21-通讯模块，22-模式开关，23-上位机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，如图1、2所示，包括气隙调节测量模块17、电磁力测量模块16、高速电磁阀驱动单元模块19、驱动电流测量模块15、高速信号采集模块20、通讯模块21和上位机23；

所述气隙调节测量模块17包括滑台基座3和滑台基座3上的用来固定被测电磁铁的电磁铁固定装置8、用来固定被测衔铁的衔铁固定装置11、用来测量电磁铁与衔铁之间距离的位移测量装置，所述电磁铁固定装置8和衔铁固定装置11之间的相对位置可调；

所述高速电磁阀驱动单元模块19与被测电磁铁连接，并通过通讯模块21接收上位机23发送的驱动电流的设置参数，后根据指令发出驱动信号至被测电磁铁；所述驱动电流测量模块15采集在电磁铁上产生的驱动电流实际值，并转换为电压值后通过高速信号采集模块20传送到上位机23；所述高速电磁阀驱动单元模块19通过驱动电压调制，输出驱动电流(喷射脉宽、一阶维持电流、二阶维持电流等参数可设置)以驱动高速电磁阀工作；

所述电磁力测量模块16包括拉压力传感器13和传力杆12，被测衔铁上产生的电磁力通过传力杆12由拉压力传感器13感知，待测衔铁通过螺钉与传力杆12连接；

所述电磁力测量模块16和气隙调节测量模块17均将输出值通过高速信号采集模块20传送到上位机23；高速信号采集模块20同步采集驱动电流测量模块15、电磁力测量模块16和气隙调节测量模块17的输出信号。

本发明所述滑台基座3上设有平行设置的两个导轨2和丝杠4，一滑块6套装在导轨2和丝杠4上，滑块6在两个导轨2上实现自由滑动，所述电磁铁固定装置8固定设置在滑块6上，所述丝杠4的前端设有驱动结构，通过驱动丝杠4从而使滑块6移动；所述滑台基座3上导轨2的末端固定设置末端平台14，所述衔铁固定装置11固定设置在末端平台14上；所述两个导轨2的下表面和滑台基座3通过螺钉固定，导轨2的一端通过螺钉固定驱动结构和丝杠4，另一端通过螺钉固定在末端平台14上；末端平台14上表面通过螺钉固定衔铁固定装置11、拉压力传感器13。

本发明所述位移测量装置包括固定设置在末端平台14上的位移传感器10和固定设置在滑块6上的位移传感器测量头7，位移传感器10通过其上固定连接的位移传感器测量杆9感知与位移传感器测量头7之间的距离；所述位移测量装置还可选择测量精度更高的激光位移传感器或电涡流位移传感器，只需固定设置在滑块6上的接收端，位移传感器10通过螺钉固定在末端平台14上。

本发明所述驱动结构可为手轮1如图1所示，转动手轮1，电磁铁固定装置8上的电磁铁及位移传感器测量头7与滑块6一同沿着导轨2移动，位移传感器10感知电磁铁与衔铁之间距离的变化，在达到需要测试的距离时，固定手轮1，电磁铁与衔铁之间距离便不再改变，实现电磁铁与衔铁之间气隙的调节；驱动结构也可选择步进电机或伺服电机驱动，所述步进电机或伺服电机由上位机23控制，由上位机内安装软件设定气隙大小。

本发明还包括电感电阻测量模块18和模式开关22，所述模式开关22用来实现电感电阻测量模块18和驱动电流测量模块15与被测电磁铁的连接切换，负责电磁力测量模式与电感电阻测量模式的转换。

本发明所述高速电磁阀驱动单元模块19输出驱动电流的参数包括：开环电流调制时间80μs、峰值电流在10A～20A之间调节、峰值电流时间400μs、维持电流在3A～15A之间调节、喷射脉宽1500μs；高速电磁阀驱动单元模块19在电路结构中通过驱动电压(高压在24～120V之间调节、电源电压24V、反向电压80V)的调制实现所需要的驱动电流。

本发明所述滑台基座3内部集成驱动电流测量模块15、高速电磁阀驱动单元模块19、电感电阻测量模块18、高速信号采集模块20、模式开关22和通讯模块21。

测试过程如下：

(1)被测对象的安装与固定：将被测试高速电磁阀的电磁铁安装在电磁铁固定装置8上，将被测试高速电磁阀的衔铁安装在衔铁固定装置11上，通过传力杆12与末端平台14上的拉压力传感器13联接，衔铁及其固定装置11处于静止状态；

(2)气隙的调整：转动手轮1，被测电磁铁跟随滑块6移动，电磁铁与衔铁之间的距离(即气隙)发生改变，通过塞尺(测量范围0.01～1mm)测量调节气隙；将一定厚度的塞尺放置于衔铁和电磁铁之间，移动滑块6至塞尺刚刚被衔铁和电磁铁夹住，此时通过锁紧装置固定滑块6，抽出塞尺；通过位移传感器10测量更精确的气隙大小值读数，位移传感器10固定在末端平台14上，当位移传感器测量杆9的端部与固定在滑块6上的位移传感器测量头7接触，通过读取有一定气隙时的位移传感器10的数值减去气隙为0时的位移传感器10的数值，即可得到气隙大小；

(3)驱动电流的设置和测量：驱动电流的各项参数通过上位机23进行设置，包括驱动高压、开环电流调制时间、峰值电流、维持电流、喷射脉宽、峰值电流时间，结合以上参数可设定驱动电流波形为矩形波或二阶波形，如图3所示，驱动高压从24V～120V可调，配合开环作用时间调节驱动电流波形的上升斜率(时间)、峰值电流；峰值电流限定高压驱动开环作用时的最高电流值，例如参数可设置25A，则驱动电流输出电流峰值限制在25A；喷射脉宽决定输出驱动电流波形的驱动脉宽；维持电流、峰值电流时间设定驱动电流波形的调制电流大小和持续时间；通过通讯模块21将设置的驱动电流的参数发送到高速电磁阀驱动单元模块19，高速电磁阀驱动单元模块19根据指令发出驱动信号至被测电磁铁；在电磁铁上产生的驱动电流实际值通过驱动电流测量模块15转换为电压值，输入到高速信号采集模块20并通过PCI发送到上位机23，记录并显示实际电流波形；

(4)电磁力的测量：将模式开关22切换到电磁力测量模式，由高速电磁阀驱动单元模块19输出的电流加载到被测电磁铁上，由驱动电流测量模块15进行电磁铁实际通过电流的检测，在衔铁上产生的电磁力传递到与衔铁固定在一起的拉压力传感器13上，拉压力传感器13产生电压信号并输入到高速信号采集模块20，并通过PCI发送到上位机23，通过上位机23显示并记录被测电磁铁上的电流值及电流波形；

(5)电感电阻的测量：将模式开关22切换到电感电阻测量模式，电感电阻测量模块18与被测电磁铁连接，通过电感电阻测量模块18，静态测量电磁铁线圈的电感值和电阻值，将结果通过通讯模块21发送到上位机23，记录并显示测量的电感和电阻值；

(6)上位机23对收到的数据进行处理和分析，并同步气隙、驱动电流、时间等参数，绘制成固定气隙下的驱动电流-电磁力特性曲线、固定电流下的气隙-电磁力特性曲线、动态气隙下的驱动电流-电磁力特性曲线，并对数据进行保存，用于测试分析；

本发明提供的测试装置的测量范围：实现电磁力的测量量程为0～300N，气隙在0～0.4mm内线性可调，电磁阀的驱动电流值0～25A可调，驱动电流波形根据测试需要进行调整和设置，通过配置不同的驱动电流波形，观察不同驱动电流波形下的电磁力特性曲线，从而更利于电磁阀的动、静态电磁力特性测量分析；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，其特征在于：包括气隙调节测量模块(17)、电磁力测量模块(16)、高速电磁阀驱动单元模块(19)、驱动电流测量模块(15)、高速信号采集模块(20)、通讯模块(21)和上位机(23)；

所述气隙调节测量模块(17)包括滑台基座(3)和滑台基座(3)上的用来固定被测电磁铁的电磁铁固定装置(8)、用来固定被测衔铁的衔铁固定装置(11)、用来测量电磁铁与衔铁之间距离的位移测量装置，所述电磁铁固定装置(8)和衔铁固定装置(11)之间的相对位置可调；

所述高速电磁阀驱动单元模块(19)与被测电磁铁连接，并通过通讯模块(21)接收上位机(23)发送的驱动电流的设置参数，后根据指令发出驱动信号至被测电磁铁；所述驱动电流测量模块(15)采集在电磁铁上产生的驱动电流实际值，并转换为电压值后通过高速信号采集模块(20)传送到上位机(23)；

所述电磁力测量模块(16)包括拉压力传感器(13)和传力杆(12)，被测衔铁上产生的电磁力通过传力杆(12)由拉压力传感器(13)感知；

所述电磁力测量模块(16)和气隙调节测量模块(17)均将输出值通过高速信号采集模块(20)传送到上位机(23)。

2.根据权利要求1所述的高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，其特征在于：所述滑台基座(3)上设有平行设置的导轨(2)和丝杠(4)，一滑块(6)套装在导轨(2)和丝杠(4)上，所述电磁铁固定装置(8)固定设置在滑块(6)上，所述丝杠(4)的前端设有驱动结构；所述滑台基座(3)上导轨(2)的末端固定设置末端平台(14)，所述衔铁固定装置(11)固定设置在末端平台(14)上。

3.根据权利要求2所述的高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，其特征在于：所述位移测量装置包括固定设置在末端平台(14)上的位移传感器(10)和固定设置在滑块(6)上的位移传感器测量头(7)，位移传感器(10)通过其上固定连接的位移传感器测量杆(9)感知与位移传感器测量头(7)之间的距离。

4.根据权利要求2所述的高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，其特征在于：所述位移测量装置包括固定设置在末端平台(14)上的激光位移传感器或电涡流位移传感器，还有固定设置在滑块(6)上的接收端。

5.根据权利要求2所述的高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，其特征在于：所述驱动结构为手轮(1)或步进电机或伺服电机，所述步进电机或伺服电机由上位机(23)控制。

6.根据权利要求1所述的高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，其特征在于：还包括电感电阻测量模块(18)和模式开关(22)，所述模式开关(22)用来实现电感电阻测量模块(18)和驱动电流测量模块(15)与被测电磁铁的连接切换。

7.根据权利要求1所述的高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，其特征在于：所述高速电磁阀驱动单元模块(19)输出驱动电流的参数包括：开环电流调制时间80μs、峰值电流在10A～20A之间调节、峰值电流时间400μs、维持电流在3A～15A之间调节、喷射脉宽1500μs；高速电磁阀驱动单元模块(19)在电路结构中通过驱动电压(高压在24～120V之间调节、电源电压24V、反向电压80V)的调制实现所需要的驱动电流。

8.根据权利要求6所述的高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，其特征在于：所述滑台基座(3)内部集成驱动电流测量模块(15)、高速电磁阀驱动单元模块(19)、电感电阻测量模块(18)、高速信号采集模块(20)、模式开关(22)和通讯模块(21)。