CN202648850U - 一种分断式电接触熔焊力测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种分断式电接触熔焊力测试装置，用于对继电器、接触器、开关等其中使用的触点和触头进行熔焊力测量。本装置由熔焊力测量装置及施力机构（激振器、线性电机或气缸）、夹具组成，测量装置由力学传感器、簧片、支撑座、外壳组成可进行力学调零。通过此装置结合数据采集装置和后端仪表可完成触点和触头熔焊力（包括静熔焊和动熔焊）的测量。

Description

一种分断式电接触熔焊力测试装置

技术领域

本实用新型涉及金属导体电接触领域，特别是涉及电接触熔焊力的测量装置。 

背景技术

金属导体间通过机械接触，从而可以使电流通过的状态称为电接触。电接触分为滑动接触、分断接触、滑动分断接触、固定接触等几种形式。其中分断接触使用最为广泛，常见的开关、继电器、接触器、起动器等均属于此范围，材料性能基本上决定了其开断能力和接触可靠性能。在分断接触中，两接触点材料一般采用银、铜、金、铂等的单质金属、合金或其复合材料，负担接通、断开电路及负载的任务，在两触点（也称为触头、铆钉、导电片等，下统一称为触点）闭合和断开过程中会发生熔焊。熔焊分两种情况：触头闭合或闭合弹跳时产生的电弧使两个触头表面一部分熔化，闭合后触头熔化的部分凝固，使触头焊接在一起，被称为动熔焊；另一种熔焊发生在触点闭合后，触头传输的电流经过分散的收缩状接触区产生高密度电流，从而在微小区域内产生大量的热量，使温度升高，温升超过一定值就会使这些微区最终熔接一起，我们称之为静熔焊。发生熔焊后，如果焊点强度小于分断力，则触点还能分开，受熔焊力作用，触点分断动作会有一定延时；如果熔焊力超过分断力使触头不能断开就发生死焊，导致分 断电接触系统失效，我们称之为不完全熔焊。由于熔焊使得分断过程中需要额外施加的力，大于设定值（如簧片的最大拉力）判定为失效。根据触头动作时相对运动情况分为动触点和静触点。 

熔焊与触点的材料、接触压力、形状、表面膜状况及工作电压电流、电路负载情况（阻性、容性、感性、灯性等）均有关。目前在应用中对熔焊的判断主要是通过将触点安装到簧片等机件上形成继电器、接触器、真空开关等器件在一定的实验条件下进行试验，当触点间发生熔焊不能有效分断时认为发生熔焊，此时采用拉力计挂在器件的动接点上，施力直至两熔焊接点分开测得的力值为熔焊力。采用最终发生死焊时来测量熔焊力会遗漏发生熔焊但又分断的情况，而这种情况在一些关键应用中仍会引起故障。当需要对熔焊的各个影响要素进行考察或研究时采用拉力计的方法就明显不能满足要求了。 

目前熔焊力的检测有几种方法，最简单的是上面所述的在触点发生熔焊后利用拉簧应力计将动触点拉开，应力计最大值即为熔焊力，此方法不能检测静熔焊和不完全熔焊，且不能做实时检测。还有一种方法是通过在静触点下端安装压电晶片，经过电荷放大器放大信号，通过峰值电压保持电路指示熔焊力大小，但由于压电基片的转换关系是非线性关系，测量精度受影响且成本较高。此外，通过在动触点端加装弹簧测力计，在弹簧拉断触点焊桥时，测力计获得熔焊力的值，由于增加的弹簧易晃动，导致动触点和静触点对位不准确，弹簧在一定程度上也存在非线性问题。无论采取何种检测方法在熔焊检测过程中均存在精度(真实反应熔焊力情况)、稳定性(在几万次分断动作中保 持一致)、灵敏度(能检测微小的熔焊力)等要求，这些参数越高越好。 

实用新型内容

本实用新型分断式电接触熔焊力测试装置如图1所示，主要由安装基座、压力传感器、片式应变簧片、外部支架、触点夹具组成。片式应变簧片固定作用力在垂直方向，触点安装在夹具中，外部支架可上下移动调节。触点夹具贯穿片式应变簧片并与压力传感器相连，片式应变簧片连接触点夹具及外部支架，外部支架可上下移动调节压力传感器输出零点；所述施力机构配有激振器、气缸或线性电机，并在施力装置末端固定有夹具，实验触点固定在夹具上。 

在竖直放置的情况下，在动触点未闭合时，微调外部支持体，通过簧片作用，抵消夹具和触点自重产生的压力，使得力学传感器输出信号为零。则在分断开始时刻施力机构施加的闭合压力和下触点的支持力存在力学平衡，与下触点刚性连接的力学传感器检测出支持力的大小。当分断开始后施力机构逐步减小闭合压力直至为零，如果没有熔焊力的存在，则支持力降低为零后不再变化，如图5所示。如果存在熔焊力，则施力机构需施加一额外向上的力拉开粘接在一起的触点，此时力学传感器上会出现一负向变化的力，直到熔焊部分被拉开，支持力才会回到零点，如图6所示。 

如图5的熔焊力测试装置配用的施力装置，施力装置可以是激振器、气缸或线性电机，其下部固定有夹具，触点固定在夹具上，导线连接在夹具上，通电后可。施力机构和测试装置可上置、下置或以其它方向放置。压力传感器引出的信号线接后端放大仪表，后端使用峰 值保持电路或计算机数据采集装置即可得到最大熔焊力值。所述施力机构采用激振器、气缸或直线电机驱动，在控制下连续施加或减小闭合接触压力，其下部固定有夹具，触点固定在夹具上，导线连接在夹具上，测量时通电， 

本实用新型提出了一种全新的分断式电接触熔焊力测试装置，具备高精度、高稳定性、高灵敏度特点，测试装置在轴向测量熔焊力，而与轴向垂直的X,Y轴方向无位移，可保证触点在长时间实验过程中对位准确，不会引入实验误差；由于触点与力学传感器间是硬连接，没有因加入弹簧等引起的时滞和非线性，实时反应熔焊力情况且灵敏度高；通过调节位置可对力传感器输出进行调零，可改善后端放大电路的输出范围和提高精度；由于熔焊力测量装置倾斜后在力学结构上是平衡的，不影响熔焊力的测量，因此可任意角度使用。在本发明所述的装置和方法基础上，通过固定接触压力、触点形状、工作电压电流、电路负载等实验条件，改变触点的材料类型和配对参数，配合后端的计算机数据采集设备，得到每次开启时熔焊力的值，如图7所示，可实现对熔焊特性及趋势进行实验和分析，从而筛选和寻找符合最终使用条件的触点材料。 

附图说明

图1为分断式电接触熔焊力测试装置示意图，图2为熔焊力测量装置及片式应变簧片示例。 

 图3为施力及测量装置示意图，图4为熔焊力测量装置正置和反 置使用示例。 

图5和图6为压力传感器输出的信号示意图：图5为无熔焊时输出力学信号示意图，图6为当发生熔焊时输出力学信号示意图。 

图7为实际熔焊力检测示例，为多次实验后熔焊力变化曲线。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。应该正确理解的是：本实用新型的实施例中的方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。 

实施例一     传感器采用500cN力传感器，采用激振器作为驱动源，激振器最大施力10牛，位移范围8mm，采用方波进行驱动，占空比50%。激振器中心轴末端固定夹具，夹持触点作为动触点。采用如发明内容中所述的熔焊力测试装置夹持静触点。此装置簧片及支架外径为105mm，支架高度为90mm。熔焊力测试装置力传感器输出信号接峰值保持器和计算机数据采集系统，每次分断前先复位接峰值保持器，分断后计算机通过数据采集系统读取负峰值信号计算得到熔焊力。熔焊力测量范围：+245cN 至 -245cN。 

触点样品采用AgNi10-AgNi10自配对进行实验，分断总次数20000次。动触点为平面形，直径3mm，触头厚0.65mm，足径1.5mm，足长0.7mm，静触点规格为弧面形，尺寸同上。实验电流220V AC 10A，阻性负载，通过计算机记录每一次的闭合/分断的熔焊力值，从而考察此触点的熔焊倾向。 

注：1千克力 = 9.8N， 1cN = 1/100 N， 1克力 = 0.98 cN。 

实施例二   传感器采用2000g力学传感器。采用行程为15mm的气缸作为驱动源，配合二位五通阀电磁阀，电磁阀线圈电压为12V，通入压缩空气。气缸末端固定触点夹具，夹具上夹持触点作为动触点。采用如前所述的装置夹持住触点，作为静触点。调节气缸和熔焊力测试装置间的相对位置获得实验所需的行程和闭合压力。当给电磁阀通12V电压时，气缸伸出，动触点击打静触点，触点间闭合；电磁阀断电后气缸收回，触点间分断。 

实验材料动静触点均为AgSnO2/Cu复合材料触点，分断总次数20000次。动触点尺寸为平面型，直径4.5mm，触头厚0.9mm，足径1.5mm，足长1.65mm,静触点为弧面形。 

实验条件为：25A 220V AC 阻性负载，熔焊力测定范围：+1960cN至1960cN，通过计算机记录每一次的闭合/分断的熔焊力值，从而考察此触点的熔焊失效规律。 

Claims (4)

1.一种分断式电接触熔焊力测试装置，含有施力机构与测力装置，两者采用垂直于水平方向竖直放置， 其特征在于：所述测力装置由安装基座、压力传感器、片式应变簧片、外部支架、触点夹具组成，触点安装在触点夹具中，触点夹具贯穿片式应变簧片并与压力传感器相连，片式应变簧片连接触点夹具及外部支架，外部支架可上下移动调节压力传感器输出零点；所述施力机构配有激振器、气缸或线性电机，并在施力装置末端固定有夹具，实验触点固定在夹具上。

2.如权利要求1所述的分断式电接触熔焊力测试装置，其特征在于：所述测试装置还配有压力传感器，输出信号接后端信号放大电路，通过计算机高速数据采集得到熔焊力变化波形，对采集数据进行极大值分析得到熔焊力值。

3.如权利要求1所述的分断式电接触熔焊力测试装置，其特征在于：所述压力传感器输出接后端放大仪表，仪表配用峰值保持器得到熔焊力值。

4.如权利要求1所述的分断式电接触熔焊力测试装置，其特征在于：所述施力机构和测试装置可上置也可下置或以其它方向放置。

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