CN203630224U

CN203630224U - 导电装置动态接触电阻测试设备

Info

Publication number: CN203630224U
Application number: CN201320567397.3U
Authority: CN
Inventors: 周革平; 王英锋
Original assignee: SHAANXI AEROSPACE NAVIGATION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: SHAANXI AEROSPACE NAVIGATION EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2023-09-12

Abstract

本实用新型提供一种导电装置动态接触电阻测试设备，包括液晶显示器、工控机系统、多路微电阻测量单元、转接控制模块、键盘鼠标、系统电源、测试连接电缆、被测导电装置等部分组成。本实用新型可以满足96环、76环、60环、54环等不同种类导电装置的导电杆和电刷间的动态和静态接触电阻的精确测量，实现了对导电装置的测试环数、测量方式、测量次数等参数的设置，测量数据的自动采样、存储、处理以及报表生成、历史数据查询等功能。

Description

导电装置动态接触电阻测试设备

技术领域

本实用新型提供一种应用于航空、航天多种型号导电滑环的动态、静态接触电阻的精确测试的专用设备，属于多路电参数信号测控技术领域。

背景技术

导电装置也称输电装置，是实现两个相对旋转机构间的信号、电流传递的精密输电装置。应用在需要无限制的、连续或断续旋转、同时又需要从固定位置到旋转位置传送功率或数据的场所。动态接触电阻变化量是导电装置在测试过程中的一个关键参数指标，它是指刷和环相对转动时，接触电阻的最大变化量，以最大值和最小值的差值表示，即所谓的极差值，该极差值要求越小越好。

一般用于测试的连接导线电阻在1mΩ～100mΩ之间，而实际导电装置的静态电阻在500mΩ～800mΩ之间，其动态接触电阻的变化量要求小于50mΩ，由于低电阻的精确测量是比较困难的，加之通道数量达到100个，实现精确测试更是困难。

现有导电装置动态接触电阻测试仪存在以下缺陷：

(a).导电装置的接触电阻测量采用两线电阻测量方式，最小测量量程为100Ω，分辨率为0.1mΩ,两线电阻测量出的数值均较实际值偏大约400mΩ,这是测量结果中增加了引线电阻的原因，而且极差值的变化大，最大达到了145mΩ，引入了很大的测量误差，无法满足导电装置测量的精度要求。

(b).一次测量只能实现导电装置的38个环的测试，环数超过38的导电装置需要人工交换电缆插头，通过多次测量才能完成，例如96环导电装置则需要经过四次测量才能完成；

(c).测量通道数目不能满足导电装置所需测试环数要求，在进行声振、振动等试验项目时无法进行交换电缆插头操作，无法实现导电装置全部滑环的数据采集、监测;

(d).测量的数据需要手工进行复制和粘贴的操作并进行归算，无法进行测试参数的设置及报表的自动生成；

(e).现有动态接触电阻测试仪由几个独立部分构成，体积庞大且需要相互连线组成系统，用于外出试验携带极为不便。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能克服上述缺陷、并实现多达100个四线测量通道的导电装置动态接触电阻测试设备，满足96环、76环、60环、54环等不同型号导电装置的动态和静态接触电阻的测量，动态电阻的测量精度优于0.5mΩ；动态电阻的测量分辨率达0.001mΩ；动态电阻的测量通道数：100个通道；动态电阻的测量速度：＞60通道/秒；其技术方案为：

一种导电装置动态接触电阻测试设备，由液晶显示器、多路微电阻测量单元、工控机系统、转接控制模块、鼠标键盘、系统电源、测试连接电缆组成并安装在一个便携式机箱内；所述工控机系统与液晶显示器、鼠标键盘、系统电源通过数据线相连接，工控机系统与多路微电阻测量单元和转接控制模块通过RS232接口连接，多路微电阻测量单元和转接控制模块之间通过测试连接电缆连接；所述多路微电阻测量单元由一个具有真六位半(22比特)测量精度及包含1Ω和10Ω、100Ω测量量程、四线制电阻测量功能、1Ω量程的测量分辨率达1μΩ的数据采集器和5块7708型并且编号为A/B/C/D/E通道切换模块组成，数据采集器通过RS232接口与工控机相连接，5块7708型通道切换模块内置于数据采集器内，并分别通过导线与转接控制模块的切换输出相连接，机箱后面板的X1～X4接口插座分别通过导线与转接控制模块的切换输入相连接；转接控制模块由STC12C5410AD宏晶单片机、继电器驱动控制电路和100只四刀继电器构成并用于200个测试通道的切换，其中每两只继电器并联使用，完成两个四线测量通道的切换。

本实用新型具有如下特点：

1、导电装置动态接触电阻测试设备具有多达100个四线电阻测量通道，满足了100环导电装置的动态、静态接触电阻的精确测试。实现对导电装置的测试环数、测量方式、测量次数等参数的设置、数据自动采样、存储、处理以及报表生成、历史数据查询等功能。填补了导电装置动态接触电阻精确测试设备的空白。

2、导电装置动态接触电阻测试设备采用真六位半(22比特)精度的数据采集器，采用四线电阻测量方法，具有1Ω、10Ω低电阻测量量程，1Ω量程的分辨率为1μΩ，动态、静态接触电阻的测量精度优于0.5mΩ；

3、导电装置动态接触电阻测试设备采用一体化机箱设计的方案，它将液晶显示器、键盘、鼠标、系统电源、工业控制计算机、控制切换模块、多路低电阻数据采集器等集成在一个机箱内，采用上翻盖结构，具有测量精度高、操作简便、工作可靠、显示结果直观、便于外出试验携带的特点。

4、导电装置动态接触电阻测试设备可以通过软件对被测导电装置的环数、测试项目、测试方式、采集次数、测试量程、超限报警等测试参数进行灵活设置，可满足多种导电装置试验、测试的需要。

5、导电装置动态接触电阻测试设备具有对导线电阻和接触电阻的补偿修正功能，以满足高精度测试要求，对补偿参数实现密码保护，防止错误改写影响产品测试数据，并易于进行计量校准。

6、导电装置动态接触电阻测试设备通过补偿修正功能，可以对连接电缆长达10米的导电装置进行测量，满足一些特殊需条件下的试验要求。

附图说明

图1是本实用新型技术方案构成框图；

图2是转接切换电路连接原理图；

图3是转接控制电路连接原理图；

图4是A切换状态下的原理示意图；

图5是B切换状态下的原理示意图；

图6工控机软件流程图

图7导电装置动态电阻测试流程图

图中：1、液晶显示器 2、多路微电阻测量单元 3、工控机系统 4、转接控制模块 5、鼠标键盘 6、系统电源 7、被测导电装置 8、测试连接电缆。

具体实施方式

在图1－7所示的实施例中，机箱采用上翻盖结构设计，翻盖打开正面是17英寸工业液晶显示屏，机箱上层设置有AC220V电源开关、液晶屏设置开关、USB1、USB2接口、带笔记本滑鼠的一体化键盘（5），机箱中间层设置安装工控机主板、硬盘、液晶显示器驱动板、系统电源（6）、转接控制模块（4）等，机箱底层为多路微电阻测量单元（2）；机箱后面板设置有冷却风扇、X1～X4接口插座、USB3、USB4接口插座、RJ45网线接口插座、安全接地端子和AC220V电源插座，X1～X4接口插座通过测试连接电缆（8）与被测导电装置（7）相连接。工控机系统（3）采用EMB-3850型工控板，带有USB接口，通过RS232接口与多路微电阻测量单元（2）、转接控制模块（4）相连接，实现与工控机的数据通讯。多路微电阻测量单元（2）由一个具有真六位半(22比特)测量精度、1Ω量程的分辨率为1μΩ的数据采集器和5块7708型（编号A/B/C/D/E）通道切换模块组成，实现快速选择信号及阻值采集测量。数据采集器通过RS232接口与工控机相连接，5块7708型通道切换模块内置于数据采集器内，并分别通过导线与转接控制模块（4）的切换输出电路相连接，机箱后面板的X1～X4接口插座分别通过导线与转接控制模块（4）的切换输入电路相连接。如下所述的转接切换电路只是继电器K1部分的电路，其它的部分只是继电器编号和控制切换的通道号不同。1环和3环的导电杆端通过测试电缆、机箱后面板的X1插座分别接入转接控制模块（4），其中1环的导电杆端分别与继电器K1的14脚、13相连，3环的导电杆端分别与继电器K1的3脚、4脚相连，继电器K1的5～12脚分别与7708开关模块A的A1L、A21L、A2H、A22H、A22L、A2L、A21H、A1H相连接。转接控制模块（4）由STC12C5410AD宏晶单片机、继电器驱动控制电路和100只四刀继电器构成，用于200个测试通道的切换，其中每两只继电器并联使用，以增加通道切换的可靠性，完成两个四线测量通道的切换。其中继电器K1控制1环和3环、继电器K2控制2环和4环、继电器K3控制5环和7环………继电器K48控制94环和96环、继电器K49控制97环和99环、继电器K50控制98环和100环的切换。系统电源通过插座J2接入到控制板，J2的1、2端相连接入正12V电源，J2的3、4端相连接入电源的地，V1的1端与正12V电源相连、2端与电源的地相连、3端与输出Vcc相连，C9的正极与V1的1端相连、负极与V1的2端相连，C10的正极与V1的3端相连、负极与V1的2端相连；IC1是STC12C5410AD宏晶单片机，IC1的1脚与C7的负极、R1的一端相连，R1的另一端接地，C7的正极连接Vcc，IC1的2脚与IC2的9脚相连，IC1的3脚与IC2的10脚相连，IC1的5脚与XZ1的3脚相连，XZ1的4脚接Vcc、2脚接地，IC1的9、8、7、6脚分别与RP2的5、4、3、2脚相连，IC1的12、13、14、15脚分别与RP1的5、RP3的5、RP1的4、RP3的4脚相连，IC1的16、17、18、19脚分别与RP1的3、RP3的3、RP1 的2、RP3的2脚相连，IC1的20脚与C1的一端脚相连接Vcc，C1的另一端接地，IC1的10脚接地，IC1的11脚接D1的负极，D1的正极接R2，R2的另一端接Vcc，IC2的1、3脚与C3相连，IC2的4、5脚与C4相连，IC2的6、15脚与C5相连，同时15脚接地，IC2的2、16脚与C2相连，同时16脚接Vcc，IC2的7、8脚分别与J1的2、1脚相连；数据采集器的通道切换模块分成A/B/C/D/E五个部分，对应的转接控制模块（4）的继电器驱动控制电路也分成五部分，下述为7708开关模块A部分对应的继电器驱动控制电路，其余部分与此电路相同，IC1的17脚（CK9控制端）与R18一端相连，R18的另一端与R7和Q5的基极相连，R7的另一端与Q5的发射极接在一起后接地，K1～K5的10个继电器绕组并联后其负端与D8的正极相连并与Q5的集电极连在一起，K1～K5的10个继电器绕组并联后其正端与D8的负极相连并接正12V电源，同样IC1的16脚（CK8控制端）与R14一端相连，R14的另一端与R3和Q1的基极相连，R3的另一端与Q1的发射极接在一起后接地，K6～K10的10个继电器绕组并联后其负端与D2的正极相连并与Q1的集电极连在一起，K6～K10的10个继电器绕组并联后其正端与D2的负极相连并接正12V电源，构成切换控制电路。

导电装置动态接触电阻测试设备采用工控机控制多路微电阻测量单元和转接控制模块，实现对导电装置的测试环数、测量方式、测量次数等参数的设置，实现数据自动采样、存储、处理以及报表生成、历史数据查询等功能。由液晶显示器（1）、多路微电阻测量单元（2）、工控机系统（3）、转接控制模块（4）、鼠标键盘（5）、系统电源（6）、被测导电装置（7）、测试连接电缆（8）等部分组成。整体技术方案框图如图1所示。

所述的导电装置动态接触电阻测试设备，机箱采用上翻盖结构设计，翻盖打开正面是17英寸工业液晶显示屏；机箱上层设置有AC220V电源开关、液晶屏设置开关、USB1、USB2接口、带笔记本滑鼠的一体化键盘（5），如图3所示；机箱中间层设置安装工控机主板、硬盘、液晶显示器驱动板、系统电源（6）、转接控制模块（4）等，机箱底层为多路微电阻测量单元（2）；机箱后面板设置有冷却风扇、X1～X4接口插座、USB3、USB4接口插座、RJ45网线接口插座、安全接地端子和AC220V电源插座。X1～X4接口插座通过测试连接电缆（8）与被测导电装置（7）相连接。

所述的导电装置动态接触电阻测试设备，工控机系统采用EMB-3850型工控板，带有USB接口，通过RS232接口与多路微电阻测量单元（2）、转接控制模块（4）相连接，实现与工控机的数据通讯。

所述的导电装置动态接触电阻测试设备，多路微电阻测量单元（2）由一个具有真六位半(22比特)测量精度、1Ω量程的分辨率为1μΩ的数据采集器和5块7708型（编号A/B/C/D/E）通道切换模块组成，实现快速选择信号及阻值采集测量。数据采集器通过RS232接口与工控机相连接，5块7708型通道切换模块内置于数据采集器内，并分别通过导线与转接控制模块（4）的切换输出电路相连接，机箱后面板的X1～X4接口插座分别通过导线与转接控制模块（4）的切换输入电路相连接。

所述的导电装置动态接触电阻测试设备，转接控制模块（4）由STC12C5410AD宏晶单片机、继电器驱动控制电路和100只四刀继电器构成，用于200个测试通道的切换，其中每两只继电器并联使用，以增加通道切换的可靠性，完成两个四线测量通道的切换。其中继电器K1控制1环和3环、继电器K2控制2环和4环、继电器K3控制5环和7环………继电器K48控制94环和96环、继电器K49控制97环和99环、继电器K50控制98环和100环的切换。系统电源通过插座J2引入到控制板，J2的1、2端相连接入正12V电源，J2的3、4端相连接入电源的地端，V1的1端与正12V电源相连、2端与电源的地端相连、3端与输出Vcc相连，C9的正极与V1的1端相连、负极与V1的2端相连，C10的正极与V1的3端相连、负极与V1的2端相连；IC1是STC12C5410AD宏晶单片机，IC1的1脚与C7的负极、R1的一端相连，R1的另一端接地，C7的正极连接Vcc，IC1的2脚与IC2的9脚相连，IC1的3脚与IC2的10脚相连，IC1的5脚与XZ1的3脚相连，XZ1的4脚接Vcc、2脚接地，IC1的9、8、7、6脚分别与RP2的5、4、3、2脚相连，IC1的12、13、14、15脚分别与RP1的5、RP3的5、RP1的4、RP3的4脚相连，IC1的16、17、18、19脚分别与RP1的3、RP3的3、RP1的2、RP3的2脚相连，IC1的20脚与C1的一端相连并接Vcc，C1的另一端接地，IC1的10脚接地，IC1的11脚接D1的负极，D1的正极接R2，R2的另一端接Vcc， IC2的1、3脚与C3相连，IC2的4、5脚与C4相连，IC2的6、15脚与C5相连，同时15脚接地，IC2的2、16脚与C2相连，同时16脚接Vcc，IC2的7、8脚分别与J1的2、1脚相连；

数据采集器的通道切换模块分成A/B/C/D/E五个，对应的转接控制模块（4）的继电器驱动控制电路也分成五部分，图4中所示为7708开关模块A部分对应的继电器驱动控制电路，IC1的17脚（CK9控制端）与R18一端相连，R18的另一端与R7和Q5的基极相连，R7的另一端与Q5的发射极接在一起后接地，K1～K5的10个继电器绕组并联后其负端与D8的正极相连并与Q5的集电极连在一起，K1～K5的10个继电器绕组并联后其正端与D8的负极相连并接正12V电源，同样IC1的16脚（CK8控制端）与R14一端相连，R14的另一端与R3和Q1的基极相连，R3的另一端与Q1的发射极接在一起后接地，K6～K10的10个继电器绕组并联后其负端与D2的正极相连并与Q1的集电极连在一起，K6～K10的10个继电器绕组并联后其正端与D2的负极相连并接正12V电源，构成切换控制电路。

导电装置动态接触电阻的测试原理为：工业控制计算机通过串口通讯，控制转接控制模块的继电器进行测试通道的切换选择，整个测试过程采用两次控制切换的工作方式，以实现将被测环电刷端即公共点通过不被测的滑环导引出来进行测试，具体的切换方式如下所述：

100个导电滑环分成A、B两组：

A组的环号分为：

（1）～（2）、（5）～（6）、（9）～（10）……（93）～（94）、（97）～（98）；

B组的环号分为：

（3）～（4）、（7）～（8）、（11）～（12）……（95）～（96）、（99）～（100）。

动态电阻测试时，测控软件先置转接板为A状态，导电装置在A状态下的原理示意图如图4所示。图中左侧类似的“<”表示导电装置的电刷，类似“0”表示导电装置的导电杆，所有电刷端短接在一起，第1环的导电杆端通过电缆直接连接到采集器的第一测量通道高端（H端），第1环的电刷端通过第3环的电刷、第3环的导电杆端导出并连接到第1测量通道低端（L端），同样的原理，第2环的电刷端通过第4环导出并连接到第2测量通道低端（L端），第5环的电刷端通过第7环导出并连接到第5测量通道低端（L端），……直到98环的电刷端依靠第100环导出为止，如图4右侧的图所示，分别用R1、R2、R3……R100表示第1环、第2环、第3环……第100环的电阻，由于所有环的测量通道的低端是连接在一起的，所有环的电刷端也是短接在一起的，从图4右侧的电路图可以看出，在A状态下未被测量的滑环，即B组的测试通道号对应的50个滑环的电阻并联后的电阻R_A构成被测滑环的测试回路。

测控软件控制多路采集器依次测试A组所列测试通道号的电阻值，测试完成后，测控软件再置转接板为B状态，导电装置在B状态下的原理示意图如图5所示。在B状态下未被测量的滑环，即A组的测试通道号对应的50个滑环的电阻并联后的电阻R_B构成被测滑环的测试回路。测控软件控制多路采集器依次测试B组所列测试通道号的电阻值，至此完成100个通道的一次测试，并将测得的数据上传到工控机。导电装置动态电阻测试流程如图7所示。为了叙述简便，图中只表示了INPUT测量通道，其SENSE测量通道没有列出。

工控机主要作为人机接口，装有本系统的专用软件及相关数据库等，可以进行数据浏览、测试设置、采集控制等相关操作，需要进行的命令控制和操作。系统软件首先对多路微电阻测量单元和转接控制模块进行初始化操作，并通过两个RS232串口分别与多路微电阻测量单元和转接控制模块进行通讯，依据用户设置的各项测试参数向各执行单元发出控制命令，执行相应的测试操作，并将测试的数据显示在屏幕上，测试完成后自动进行数据的分析、管理并生成报表输出等操作。工控机软件流程图如图6所示。

导电装置动态接触电阻测试设备应用软件是在Windows XP系统下，使用Labview 2009中文版开发的，工业控制计算机的数据管理软件实现参数设置、通讯处理、数据处理功能、自动测试流程、以及开机自检等程序模块。具体功能为：

（1）设备能够对不同环数类型的导电滑环进行阻值测量，并满足其测量精度要求。

（2）进行导电滑环电阻扫描测量时，既能够逐环扫描测量，也能够按次扫描测量。

（3）进行导电滑环电阻测量过程中，测试软件能够实时记录和显示测量结果，并且能够根据用户设置的数据范围，进行超限报警判断，并将超限数据以红色背景高亮显示。

（4）测试软件能够对测试设备的线缆进行误差值的获取，在实际滑环阻值测量过程中，可以根据需求扣除该误差值。

（5）能够对测试数据进行最大值、最小值、平均值和极差值的分析和保存。

（6）能够按照滑环编号自动创建相应文件夹，以保存当前编号的产品的测量数据。

（7）可以以编号为索引，打开历史数据进行查看。

上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型实施范围，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。

Claims

1.一种导电装置动态接触电阻测试设备，由液晶显示器（1）、多路微电阻测量单元（2）、工控机系统（3）、转接控制模块（4）、鼠标键盘（5）、系统电源（6）、测试连接电缆（8）组成并安装在一个便携式机箱内；所述工控机系统（3）与液晶显示器（1）、鼠标键盘（5）、系统电源（6）通过数据线相连接，工控机系统（3）与多路微电阻测量单元（2）和转接控制模块（4）通过RS232接口连接，多路微电阻测量单元（2）和转接控制模块（4）之间通过测试连接电缆（8）连接；所述多路微电阻测量单元（2）由一个具有真六位半22比特测量精度及包含1Ω和10Ω、100Ω测量量程、四线制电阻测量功能、1Ω量程的测量分辨率达1μΩ的数据采集器和5块7708型并且编号为A/B/C/D/E通道切换模块组成，数据采集器通过RS232接口与工控机相连接，5块7708型通道切换模块内置于数据采集器内，并分别通过导线与转接控制模块（4）的切换输出相连接，机箱后面板的X1～X4接口插座分别通过导线与转接控制模块（4）的切换输入相连接；转接控制模块（4）由STC12C5410AD宏晶单片机、继电器驱动控制电路和100只四刀继电器构成并用于200个测试通道的切换，其中每两只继电器并联使用，完成两个四线测量通道的切换。

2.根据权利要求1所述的一种导电装置动态接触电阻测试设备，其特征是机箱采用上翻盖结构，翻盖正面是液晶显示屏；机箱上层设置有AC220V电源开关、液晶屏设置开关、USB1、USB2接口、带笔记本滑鼠的一体化键盘（5）；机箱后面板设置有冷却风扇、X1～ X4接口插座、USB3、USB4接口插座、RJ45网线接口插座、安全接地接线端子和AC220V电源插座；X1～X4接口插座通过测试连接电缆（8）与被测导电装置（7）相连接。

3.如权利要求1所述的导电装置动态接触电阻测试设备，其特征在于：工控机系统（3）采用EMB-3850型工控板，带有USB接口，通过RS232接口与多路微电阻测量单元（2）、转接控制模块（4）相连接。

4.如权利要求1所述的导电装置动态接触电阻测试设备，其特征在于系统电源（6）通过插座J2引入到控制板，J2的1、2端相连接入正12V电源，J2的3、4端相连接入电源的地端，V1的1端与正12V电源相连、2端与电源的地端相连、3端与输出Vcc相连，C9的正极与V1的1端相连、负极与V1的2端相连，C10的正极与V1的3端相连、负极与V1的2端相连；IC1是STC12C5410AD宏晶单片机，IC1的1脚与C7的负极、R1的一端相连，R1的另一端接地，C7的正极连接Vcc，IC1的2脚与IC2的9脚相连，IC1的3脚与IC2的10脚相连，IC1的5脚与XZ1的3脚相连，XZ1的4脚接Vcc、2脚接地，IC1的9、8、7、6脚分别与RP2的5、4、3、2脚相连，IC1的12、13、14、15脚分别与RP1的5、RP3的5、RP1的4、RP3的4脚相连，IC1的16、17、18、19脚分别与RP1的3、RP3的3、RP1的2、RP3的2脚相连，IC1的20脚与C1的一端相连，同时接Vcc，C1的另一端接地，IC1的10脚接地，IC1的11脚接D1的负极，D1的正极接R2，R2的另一端接Vcc，IC2的1、3脚与C3相连，IC2的4、5脚与 C4相连，IC2的6、15脚与C5相连，同时15脚接地，IC2的2、16脚与C2相连，同时16脚接Vcc，IC2的7、8脚分别与J1的2、1脚相连；数据采集器的通道切换模块分成A/B/C/D/E五个部分，对应的转接控制模块（4）的继电器驱动控制电路也分成五部分，7708开关模块A部分对应的继电器驱动控制电路，IC1的17脚作为CK9控制端与R18一端相连，R18的另一端与R7和Q5的基极相连，R7的另一端与Q5的发射极接在一起后接地，K1～K5的10个继电器绕组并联后其负端与D8的正极相连并与Q5的集电极连在一起，K1～K5的10个继电器绕组并联后其正端与D8的负极相连并接正12V电源，同样IC1的16脚作为CK8控制端与R14一端相连，R14的另一端与R3和Q1的基极相连，R3的另一端与Q1的发射极接在一起后接地，K6～K10的10个继电器绕组并联后其负端与D2的正极相连并与Q1的集电极连在一起，K6～K10的10个继电器绕组并联后其正端与D2的负极相连并接正12V电源，构成切换控制电路。