CN114414934A - 一种非接触式采集接触电阻装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种非接触式采集接触电阻装置及方法，包括：继电器磁路，其特征是：在继电器磁路(1)的动接点(3)的上下两侧分布有第一测温传感器(5)和第二测温传感器(6)，第一测温传感器(5)和第二测温传感器(6)分别对准动接点(3)上下两侧的静接点后接点(2)和静接点前接点(4)；依据焦耳定律电阻和热量的关系Q=I2Rt，利用第一测温传感器(5)和第二测温传感器(6)检测静接点后接点(2)和静接点前接点(4)负载前后的温度，测量接点未接通负载时的接点温度和负载接通后达到热稳定时的接点温度，通过发热的温差在已知电流的前提下反推算出接点电阻阻值，实现继电器接点电阻的阻值，依据接点电阻的阻值在负载下温度提供预警值确定是否发出报警信息，保障行车安全和防止事故的发生。
Description
技术领域
本发明属于铁路信号产品技术领域，具体涉及一种非接触式采集接触电阻装置及方法。
背景技术
铁路信号技术中广泛采用继电器，称为信号继电器（在铁路信号系统中，可简称继电器），是铁路信号技术中的重要基础部件。它无论作为继电式信号系统的核心部件，还是作为电子式或计算机式信号系统的接口部件，都发挥着重要的作用。继电器动作的可靠性直接影响到信号系统的可靠性和安全性。铁路信号继电器是铁路各类信号设备或系统中专用的电磁开关器件。由电磁线圈、接点组、传动系统和确保接点闭合或断开的部件组成。当给线圈通以规定的工作电流，电磁铁励磁带动接点系统，使前接点与中接点闭合，线圈断电或电流下降达不到规定数值，靠接点簧片弹力和衔铁重力使中接点与前接点断开，与后接点闭合。衔铁加重锤片是为了从结构上保证继电器接点可靠闭合或断开。
继电器组成如图1所示：由接点系统和电磁系统两大部分组成，电磁系统由绕有线圈的铁心、轭铁以及可动的衔铁构成。接点系统由动接点、静接点构成。衔铁带动动接点一同运动。继电器电磁系统和接点系统如图1a和图1b所示。
继电器原理：当线圈中通入一定数值电流后，由电磁作用或感应方法产生电磁吸引力，吸引衔铁，由衔铁带动接点系统，改变其状态，从而反映输入电流状况。动作过程为：线圈通电→产生磁通（衔铁、铁心）→产生吸引力→克服衔铁阻力→衔铁吸向铁心→衔铁带动动接点动作→前接点闭合、后接点断开（吸起）；电流减少→吸引力下降→衔铁依靠重力落下→动接点与前接点断开，后接点闭合（落下）。可见，继电器具有开关特性，利用其接点的通、断电路，从而构成各种控制表示电路。
继电器作用：能够以极小的电信号控制执行电路中相当大的对象，能够控制数个对象和数个回路，也能控制远距离的对象。有着良好的开关性能：闭合阻抗小、断开阻抗大，有故障→安全性能，能控制多回路、抗雷击性能强、无噪声、温度影响小等。在以继电技术构成的系统中，大量使用，在以电子元件和微机构成的系统中，作为接口部件，将系统主机与信号机、轨道电路、转辙机等执行部件结合起来。
继电器接点系统：在实际应用过程中，继电器的大部分故障发生在接点系统上，因此继电电路的可靠性在很大程度上决定于接点系统工作的可靠性。为保证继电器的可靠工作，必须对接点系统有一定的要求，主要要求有：(l）接点闭合时，接触可靠，接触电阻小而且稳定；(2）接点断开时，要可靠分开，接点间电阻为无穷大，即有一定的间隙。
接点电阻由接触电阻及接点本身的电阻两部分组成。总的要求是尽量减小接点电阻，以避免过高的接点温升与电压降。因此对接点电阻均要提出不允许超过的电阻值。
一般继电器要求接点材料的电阻系数小，抗压强度低，而且选用不易氧化或其氧化物电阻率小的材料。因为接触材料电阻系数越小，接点本身的电阻越小，接触电阻越小,材料的抗压强度越小，在一定的接点压力下，接触面积就越大，接触电阻越小。继电器的普通接点，静接点常用银或银氧化镉制成，动接点用银氧化镉制成。《铁路信号维修规则》规定，普通接点的接触电阻，银一银应不大于0.03Ω，银一银氧化镉应不大于0.05 Ω，银一银碳应不大于0 .3Ω，银氧化镉一银氧化镉应不大于0.1Ω。加强接点的接触电阻，银氧化镉一银氧化镉应不大于0.1Ω。
电路能否顺利连接或断开和继电器接点的接触电阻有着直接的关联，而继电器接点在设备反复开启和关闭过程中，会发生分离从而能产生高温的电弧将接点触头发生微型的融化；当接通负载时，接点产生电弧，电弧会点燃空气中能够被燃烧的物质，生产碳颗粒或者其他颗粒物质并沉积在接点上，沉积过多甚至会导致接点接触电阻增大，接点处分压影响接点负载后级电路工作状态。
目前铁路信号继电器接点电阻测量都是在定期检修时将继电器倒换回检修车间在继电器测试台上进行测试，或者由于继电器接点接触电阻过大已经影响到负载后级电路不能正常工作的情况下及时更换继电器，对问题继电器返车间进行接触电阻测试，对于继电器接点电阻引起的问题基本处于故障修状态，对广泛使用的继电器维护是个比较集中的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非接触式采集接触电阻装置及方法，以便当继电器接点接触电阻有超过阈值的时候给信号维护人员发出预警或报警信息，可在发生故障前提前更换设备，从目前的故障修实现预防修，能有效保障铁路联锁电路处于正常工作状态，从而进一步保障行车安全和防止事故的发生。
本发明的目的是这样实现的，涉及一种非接触式采集接触电阻装置及方法，包括：继电器磁路，其特征是：在继电器的动接点的上下两侧分布有第一测温传感器和第二测温传感器，第一测温传感器和第二测温传感器分别对准动接点上下两侧的静接点后接点和静接点前接点；依据焦耳定律电阻和热量的关系Q=I2Rt，利用第一测温传感器和第二测温传感器检测静接点后接点和静接点前接点负载前后的温度，测量接点未接通负载时的接点温度和负载接通后达到热稳定时的接点温度，通过发热的温差在已知电流的前提下反推算出接点电阻的阻值，从而实现继电器接点电阻在线监测，依据接点电阻阻值在对应使用环境下的温度预警值确定是否发出报警信息。
所述的第一测温传感器和第二测温传感器分别与处理器的两个A/D口电连接，处理器通过接口电路监测单元电连接。
所述的第一测温传感器和第二测温传感器分别与静接点后接点和静接点前接点通过定位架保持固定的距离。
所述的第一测温传感器和第二测温传感器分别与静接点后接点和静接点前接点通过定位架隔空非接触连接。
所述的测温传感器是热电堆红外传感器。
所述的测量接点未接通负载时的接点温度和负载接通后达到热稳定时的接点温度包括如下步骤：当继电器供电，继电器磁路受电使衔铁带动接点吸起时，动接点与静接点前接点闭合，此时第二测温传感器采集前接点温度，由处理器将第二测温传感器测得的接点发热温度处理转换为电阻值数据，通过接口电路传输给监测单元；当继电器断电，继电器磁路失电，衔铁带动接点落下，动接点与静接点后接点闭合，此时第一测温传感器采集后接点温度，由处理器将第一测温传感器测得的接点发热温度处理转换为电阻值数据，通过采集接口模块传输给监测单元，监测单元判断接点电阻数值，依据静接点前接点或静接点后接点设定的提供预警值确定是否发出报警信息。
所述的接点电阻阻值是依据电热公式Q=I2Rt反推算而来，应用于继电器接点电阻计算时，阻值R=Q/I2t，根据待测继电器应用电路可得负载电流，接点处发热量为热电堆红外传感器所测待测接点接通前温度值和接通后在固定时间的温度值之差值推算而得，所述的固定时间根据动接点和静接点材料在负载接通时达到热平衡所需时间确定。
所述的第一测温传感器和第二测温传感器安装固定在继电器罩壳上。
本发明的有益效果是：
本发明采用非接触式继电器接点电阻采集方法，可实现不影响继电器本身电路的前提下有效测量对信号电路影响较大的继电器接点接触电阻数值，通过采集所得数据供信号维护人员对继电器接点类问题从故障修实现预防修，对防止发生铁路安全事故、保障行车安全具有十分重要的意义。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1a是现有继电器组成原理图；
图1b是现有继电器接线原理图；
图2是本发明实施例铁路继电器结构图；
图3是继电器接点电阻采集电路框图。
图中:1.继电器磁路；2.静接点后接点；3.动接点；4.静接点前接点；5.第一测温传感器；6.第二测温传感器；7.处理器；8.接口电路；9.衔铁；10.监测单元；11.定位架。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及方法，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其方法，详细说明如下。
实施例1
如图2、图3所示，本发明涉及一种非接触式采集接触电阻装置及方法，包括：继电器磁路1，其特征是：在继电器磁路1的动接点3的上下两侧分布有第一测温传感器5和第二测温传感器6，第一测温传感器5和第二测温传感器6分别对准动接点3上下两侧的静接点后接点2和静接点前接点4；依据焦耳定律电阻和热量的关系Q=I2Rt，利用第一测温传感器5和第二测温传感器6检测静接点后接点2和静接点前接点4负载前后的温度，测量接点未接通负载时的接点温度和负载接通后达到热稳定时的接点温度，通过发热的温差在已知电流的前提下反推算出接点电阻的阻值，从而实现继电器接点电阻的阻值，依据接点电阻的阻值在负载下温度提供预警值确定是否发出报警信息。
所述的第一测温传感器5和第二测温传感器6分别与处理器7的两个A/D口电连接，处理器7通过接口电路8监测单元10电连接。
所述的第一测温传感器5和第二测温传感器6分别与静接点后接点2和静接点前接点4通过定位架11保持固定的距离,通过定位架11使第一测温传感器5和第二测温传感器6分别与静接点后接点2和静接点前接点4之间保持固定的距离，并使环璄影响减少到最小。
当环璄影响影响检测时，需要增加第三个温度检测电路，用于获得环璄温度，以便计算静接点后接点2和静接点前接点4温度时，对环璄温度进行消除。
所述的测温传感器是热电堆红外传感器。
所述的测量接点未接通负载时的接点温度和负载接通后达到热稳定时的接点温度包括如下步骤：当继电器供电，继电器磁路1受电使衔铁9带动接点3吸起时，动接点3与静接点前接点4闭合，此时第二测温传感器6采集前接点温度，由处理器7将第二测温传感器6测得的接点发热温度处理转换为电阻值数据，通过接口电路8传输给监测单元10；当继电器断电，继电器磁路1失电，衔铁9带动接点落下，动接点3与静接点后接点2闭合，此时第一测温传感器5采集后接点温度，由处理器7将第一测温传感器5测得的接点发热温度处理转换为电阻值数据，通过采集接口模块8传输给监测单元10。监测单元10判断接点电阻数值，依据静接点后接点2或静接点前接点4设定的提供预警值确定是否发出报警信息。
所述的第一测温传感器5和第二测温传感器6安装在继电器罩壳上。
实施例2
如图2、图3所示，本发明涉及一种非接触式采集接触电阻装置及方法，包括：继电器磁路1，其特征是：在继电器磁路1的动接点3的上下两侧分布有第一测温传感器5和第二测温传感器6，第一测温传感器5和第二测温传感器6分别对准动接点3上下两侧的静接点后接点2和静接点前接点4；依据焦耳定律电阻和热量的关系Q=I2Rt，利用第一测温传感器5和第二测温传感器6检测静接点后接点2和静接点前接点4负载前后的温度，测量接点未接通负载时的接点温度和负载接通后达到热稳定时的接点温度，通过发热的温差在已知电流的前提下反推算出接点电阻的阻值，从而实现继电器接点电阻的阻值，依据接点电阻的阻值在负载下温度提供预警值确定是否发出报警信息。
所述的第一测温传感器5和第二测温传感器6分别与处理器7的两个A/D口电连接，处理器7通过接口电路8监测单元10电连接。
所述的第一测温传感器5和第二测温传感器6分别与静接点后接点2和静接点前接点4通过定位架11隔空非接触连接。同样，通过定位架11使第一测温传感器5和第二测温传感器6分别与静接点后接点2和静接点前接点4之间保持固定的距离，并使环璄影响减少到最小。
当环璄影响影响检测时，需要增加第三个温度检测电路，用于获得环璄温度，以便计算静接点后接点2和静接点前接点4温度时，对环璄温度进行消除。
所述的测温传感器是热电堆红外传感器。
所述的测量接点未接通负载时的接点温度和负载接通后达到热稳定时的接点温度包括如下步骤：当继电器供电，继电器磁路1受电使衔铁9带动接点3吸起时，动接点3与静接点前接点4闭合，此时第二测温传感器6采集前接点温度，由处理器7将第二测温传感器6测得的接点发热温度处理转换为电阻值数据，通过接口电路8传输给监测单元10；当继电器断电，继电器磁路1失电，衔铁9带动接点落下，动接点3与静接点后接点2闭合，此时第一测温传感器5采集后接点温度，由处理器7将第一测温传感器5测得的接点发热温度处理转换为电阻值数据，通过采集接口模块8传输给监测单元10。监测单元10判断接点电阻数值，依据静接点后接点2或静接点前接点4设定的提供预警值确定是否发出报警信息。
所述的第一测温传感器5和第二测温传感器6安装在继电器罩壳上。
本发明在继电器的上下静接点上分别安装温度传感器，在继电器接通负载电路的时候采集接点电阻的阻值，通过通信线缆将测得的阻值传输给监测单元10，监测单元10根据继电器接点电阻阻值的范围提前设置阈值，当继电器接点接触电阻有超过阈值的时候给信号维护人员发出预警或报警信息，可在发生故障前提前更换设备，保障铁路联锁电路处于正常工作状态，从而进一步保障行车安全和防止事故的发生。
本发明依据焦耳定律电阻和热量的关系Q=I2Rt，利用测温传感器检测静接点前后接点温度，测量接点未接通负载时的接点温度和负载接通后达到热稳定时的接点温度，通过发热的温差在已知电流的前提下反推算出接点电阻的阻值，从而实现继电器接点电阻的阻值，依据接点电阻的阻值在负载下温度提供预警值确定是否发出报警信息。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种非接触式采集接触电阻装置及方法，包括：继电器磁路 (1)，其特征是：在继电器磁路(1)的动接点(3)的上下两侧分布有第一测温传感器(5)和第二测温传感器(6)，第一测温传感器(5)和第二测温传感器(6)分别对准动接点(3)上下两侧的静接点后接点(2)和静接点前接点(4)；依据焦耳定律电阻和热量的关系Q=I2Rt，利用第一测温传感器(5)和第二测温传感器(6)检测静接点后接点(2)和静接点前接点(4)负载前后的温度，测量接点未接通负载时的接点温度和负载接通后达到热稳定时的接点温度，通过发热的温差在已知电流的前提下反推算出接点电阻的阻值，从而实现继电器接点电阻的阻值，依据接点电阻的阻值在负载下温度提供预警值确定是否发出报警信息。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式采集接触电阻装置及方法，其特征是：所述的第一测温传感器(5)和第二测温传感器(6)分别与处理器(7)的两个A/D口电连接，处理器(7)通过接口电路(8)监测单元(10)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式采集接触电阻装置及方法，其特征是：所述的第一测温传感器(5)和第二测温传感器(6)分别与静接点后接点(2)和静接点前接点(4)通过通定位架（11）保持固定的距离。
4.根据权利要求1所述的一种非接触式采集接触电阻装置及方法，其特征是：所述的第一测温传感器(5)和第二测温传感器(6)分别与静接点后接点(2)和静接点前接点(4)通过定位架(11)隔空非接触连接。
5.根据权利要求1所述的一种非接触式采集接触电阻装置及方法，其特征是：所述的测温传感器是热电堆红外传感器。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式采集接触电阻装置及方法，其特征是：所述的测量接点未接通负载时的接点温度和负载接通后达到热稳定时的接点温度包括如下步骤：当继电器供电，继电器磁路(1)受电使衔铁(9)带动接点(3)吸起时，动接点(3)与静接点前接点(4)闭合，此时第二测温传感器(6)采集前接点温度，由处理器(7)将第二测温传感器(6)测得的接点发热温度处理转换为电阻值数据，通过接口电路(8)传输给监测单元(10)；当继电器断电，继电器磁路(1)失电，衔铁(9)带动接点落下，动接点(3)与静接点后接点(2)闭合，此时第一测温传感器(5)采集后接点温度，由处理器(7)将第一测温传感器(5)测得的接点发热温度处理转换为电阻值数据，通过采集接口模块(8)传输给监测单元(10)；监测单元(10)判断接点电阻数值，依据静接点后接点(2)或静接点前接点(4)设定的提供预警值确定是否发出报警信息。
7.根据权利要求1所述的一种非接触式采集接触电阻装置及方法，其特征是：所述的第一测温传感器(5)和第二测温传感器(6)安装在继电器罩壳上。
8.根据权利要求1所述的一种非接触式采集接触电阻装置及方法，其特征是：至少包括第三个温度检测电路，用于获得环璄温度，以便计算静接点后接点(2)和静接点前接点(4)温度时，对环璄温度进行消除。
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| JP2002533896A (ja) * | 1998-12-28 | 2002-10-08 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 引きはずし装置の接点疲労を判定する方法 |
| JP2014120371A (ja) * | 2012-12-18 | 2014-06-30 | Nabtesco Corp | 継電器 |
| CN110687445A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-01-14 | 佳讯飞鸿（北京）智能科技研究院有限公司 | 一种铁路信号电路继电器状态监测系统和方法 |
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