CN2043363U - 微机控制继电器自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微机控制继电器自动检测装置。由微型计算机，压力传感器，位移传感器，打印机，计算机接口电路及微机控制可输出交流或直流的专用电源，触点状态检测电路，触点连接方式转换电路等组成。具有自动检测继电器触点压力，触点间隙及超程等机械特性和动作及返回值，动作及返回时间，回跳时间，触点回路及线圈电阻等电气特性，自动判别检测数据是否合格，自动显示记录检测数据的功能。

Description

本实用新型涉及一种微机控制自动检测、鉴定、记录、显示电磁式继电器各种电气特性和机械特性的装置。适用于电力系统的继电保护，铁路系统的通信信号，邮电系统的有线通讯及自动控制等领域各种继电器制造及使用单位。

传统的继电器检测方法：

1.手持指针式测力计反作用于受力接触的某一触点，当触点断开的瞬间测量该触点的压力。

2.利用厚薄规测量各组触点的间隙及触点与支持物的空隙再转换为触点超程。

3.利用可调电源逐渐升高或降低继电器的工作电源，观察继电器的动作，测量动作值及返回值。

4.将被测继电器工作电源突然接通（切断），利用电秒表测量动作及返回时间。

5.利用示波器观察触点的回跳时间。

6.利用测量电阻仪表测量触点回路电阻及线圈电阻。

上述检测手段以人工检验为主，检验报告由人工填写，所以发生漏检。错报的可能性较大。本实用新型的目的是利用微型计算机，传感器及接口电路实现自动检测继电器上述各项电气特性和机械特性，并具有自动判别测量值是否合格。自动记录测量数据的功能。

本装置是由微型计算机（单板机或单片机），压力传感器，位移传感器，模数、数模转换器，可编程计算机接口芯片，触点状态检测电路，触点连接方式转换电路，记录测量数据的打印机及由微型计算机控制的专用电源等实现的。系统结构框图（图1）触点压力检测系统（1）；触点位置检测系统（2）；电气特性检测系统（3）；电阻测量系统（4）；计算机接口电路（6）；微型计算机（7）；打印机（8）。

系统工作原理：

一.触点压力测量：

本系统采用一只压力传感器和一套检测位识别电路及计算机控制软件，实现一只压力传感器可检测多个触点压力，并自动识别被检测触点的功能。

1.压力传感器的结构，原理：（图2）

利用传统测试方法使用的指针式测力计并进行改造，由四片电气特性近似完全相同的应变片（1）粘贴在原测力簧片（2）的正反两面。在外力的作用下簧片产生变形则各应变片的阻值也相应改变，其变化趋势如图2中箭头所示。利用各应变片阻值变化的趋势不同，接成差动全桥检测电路，构成应变式压力传感器，其特点：应变电势为一片应变片的四倍；各应变片的电阻温度系数引出的误差可相互抵消。

2.压力检测系统原理：

a.检测位判别电路如图3所示，继电器各静触点（2）经发光二极管（3）限流电阻（4），接正电源，动触点（5）接地。当动静触点闭合时A点电位为“0”，当触点断开时，A点电位为“1”，将此信号经输入接口（1）输入计算机，这样既保持了传统检测方法需要的触点状态显示信号，又为计算机提供了各触点的状态信号，以供计算机利用软件查寻识别被检测位。该电路从理论上讲可将被检测触点组数任意扩展，只需增加输入接口芯片，即可用一只压力传感器同时检测多台继电器各触点的压力。

b.工作原理：手持压力传感器检测某一闭合触点的压力时，闭合触点在压力传感器施加的反作用压力下，压力逐渐减小，在触点断开的瞬间，静触点电位由“0”变为“1”，计算机接收到该信号后将该时刻压力传感器输出的应变电势Uε经模数转换输入计算机。因为应变片的机械滞后及数据采集系统的时滞特性（图4所示）触点受力断开时刻为t₀，则计算机采集的压力应变电势Uε₁＝Uε（t₀－τ）；触点受力减小而重新闭合时，计算机采集的压力应变电热Uε₂＝（t₀＋τ），导致测量数据产生误差。本系统采取如下措施消除上述原因引起的测量误差；分别采集触点断开时Uε₁，触点重新闭合时的Uε₂令：

Uε＝ (Uε₁＋Uε₂)/2 ＝ (Uε（t₀-τ)+Uε(t₀+τ))/2 ＝Uε（t₀）

C.鉴于各应变片电气参数不可能绝对相同，且采用精密恒流源及高性能的低温漂放大器成本较高，本装置采用计算机软件校正措施消除上述原因引起的系统误差。系统误差等效电路图5所示，其中：

A.理想的系统增益。

Uε：理想的应变电势。

△Ut：因温度变化系统产生的附加电势。

C：系统增益系数。

当△Ut＝0，C＝1时；

U₀＝Uε·A

当△Ut≠0，C≠1，Uε＝0时：

b₀＝△Ut·A·C

当△Ut≠0，C≠1，Uε≠0时：

U’₀＝（Uε＋△Ut）A·C

所以当△Ut≠0，C≠1时实际值U₀与测量值U’₀的关系为：

U₀＝（U’₀－b₀）／C

本装置根据上式引入了系统误差校正软件，实现自动调零校准。

二.触点间隙、超程及触点组齐度误差测量：

为了自动检测触点间隙、超程和触点组齐度误差，本系统采用人工推动继电器带动动触点的构件（拉杆）模拟继电器动作，由位移传感器测量拉杆的位移，通过计算机检测各触点闭合，断开的状态测量出上述数据。本装置是由一只位移传感器，一套触点状态检测电路和计算机检测软件实现上述功能。

1.位移传感器：（机械结构见图6）

由于本装置位移分辨率为0.01毫米即可满足要求，位移传感器是由一只在原指针轴上加装了一个圆盘（1）的机械百分表（圆盘周边均布槽口），两只红外光电开关（2）及配套的数字电路构成了简易增量式光电脉冲发生器。电气原理：由两个互差（2n＋1／2）π电气角度的光电开关作为检测元件，鉴别因位移导致圆盘旋转的角度及方向，经数字电路输出增量位移信号＋S、－S，由计算机构成绝对位移测量系统。本装置实现的绝对位移测量系统（图7）是利用可编程计数／定时器芯片组成二个减法计数器C₁、C₂，一个定时器T₀，且均设置为中断申请允许状态，中断优先级别C₁，C₂，T₀。增量位移信号＋S，－S分别输入计数器C₁，C₂，定时器T₀定时发出中断请求使计算机转向定时检测中断服务程序，将增量位移转换为绝对位移；并巡检各触点的状态，若有改变转向数据记录子程序，将该检测周期的绝对位移量存入与动作接点相对应的存贮单元内。当计数器溢出时发出中断请求，计算机转向溢出处理服务程序。

2.触点间隙超程和触点组齐度误差测量原理：

当拉杆带动动触点移动时，计算机巡检各触点的状态，分别将各触点闭合，断开相对于起始位置的位移量存贮记录（图8）其中：

C：拉杆全行程的位移量。

Ai：第i组动断触点断开时相对于起始位置的位移量。

Bi：第i组动合触点闭合时相对于起始位置的位移量。

则第i组的触点间隙：Mi＝Bi－Ai

动断触点超程：Li＝Ai

动合触点超程：Hi＝C－Bi

动断触点组齐度误差：△A＝Amax－Amin

动合触点组齐度误差：△B＝Bmax－Bmin。

三.继电器动作值、返回值的测量：

本实用新型独特的利用集成运算放大器，压控电阻和计算机及接口电路构成了由微机控制可输出交流或直流的专用电源。

工作原理（图9）：由计算机给定的数字量Ur（n）与反馈量Uf（n）比较产生偏差E（n），经数字校正环节（1）输出控制量C（n），经数模转换器（2）输出模拟量Uk控制压控电阻（3）使阻值发生变化，而该压控电阻又是放大器（4）的增益控制元件，因为放大器的增益：A＝Uo／Ui＝（r＋R）／R

当Uk＝0，R→∞，A＝1；Uk↓，R↑，A↑。

若放大器输入正弦信号，且放大器为理想比例环节，输出则为频率，波形完全和输入信号相同，幅值随控制电压Uk变化的正弦电压，经功率放大环节（5）输出一定功率的正弦电压（电流）。由于压控电阻的非线性，输入信号幅值的波动，负载的变化均可导致输出偏离给定值。本电源采用数字校正闭环控制，即输出经整流滤波环节（6），模数转换器（7）的反馈量Uf（n）输入计算机与给定值Ur（n）进行比较校正。

1.交流供电整流型继电器动作值，返回值的测量：（图10）

计算机以间隔时间为T（T大于继电器的动作或返回时间）输出递增或递减的数字给定信号Ur（n），放大器输入正弦交流信号，则输出为幅值阶梯递增或递减的交流电压（电流），并供给继电器线圈，由位移传感器测量动合触点的超程判断继电器在某一电压（电流）值时可靠闭合，该值为继电器的动作值。由触点状态检测电路，判断继电器在某一电压（电流）值时断开，该值为继电器的返回值。

2.直流供电继电器动作值，返回值的测量。

将上述放大器的输入改为直流信号，输出则为阶梯宽度为T的递增或递减的直流电压（电流），并供给继电器线圈，利用上述检测方法测量继电器的动作值及返回值。

四.继电器动作时间，返回时间，回跳时间的测量：

本装置利用计算机构成的计时器和触点状态检测电路实现自动检测继电器动作、返回及回跳时间：工作原理（图11）

计时器自被测继电器工作电源接通（关断）时刻起开始计时，计算机通过触点状态检测电路巡检各触点的状态，当被测动合（动断）触点首次闭合时，则该时刻相对于起始时刻的延时时间为该触点的动作时间Tbi（返回时间Tai）。

由于触点的回跳，触点又瞬间断开，闭合，计算机将各触点最后一次闭合相对于起始时刻的延时时间T’bi（T’ai）存贮记录，并由计算机判断已闭合触点在闭合后一段时间内状态未再发生转变，则T’bi与该触点的动作时间Tbi差值为该触点的回跳时间：△Tbi＝T’bi－Tbi

同理T’ai与该触点的返回时间Tai差值为该动断触点的回跳时间：△Tai＝T’ai－Tai

继电器的动作时间：Tb＝max〔Tb₁、Tb₂…Tbn〕

继电器的返回时间：Ta＝max〔Ta₁，Ta₂…Tan〕

继电器的回跳时间：

△T＝max〔△Ta₁…△Tan，△Tb₁…△Tbn〕

五.触点回路接触电阻及线圈电阻的测量（图12）：

本装置由一套触点连接方式转换电路，将各动合触点相互串联或（动断触点相互串联）并与恒流电源（1）构成回路；同时切断原电路中各动触点接地，各静触点经限流电阻接正电源的电路。利用两个同步的电子模拟开关（2）分别将各触点回路电压降以差动形式经模数转换器（3）输入计算机实现多触点回路电阻自动检测。线圈电阻测量与触点回路电阻测量原理相同，恒流电源（4）与线圈（5）构成回路由电子模拟开关（2）将线圈的电压降经模数转换器（3）输入计算机实现线圈电阻自动检测。

六.本装置各系统模拟量数据采集环节均采用了数字中值和算术平均值滤波法以消除干扰。本装置专门设置了若干给定值存贮单元存贮各项测量数据的上下限范围，供计算机自动判别所检测的各项参数是否合格。

系统功能的实现：本装置利用TP－801A单板机，ATD－8－2八位模数、数模转换板、TP－801P微型打印机及其它芯片实现上述全部功能。

对铁路信号使用的AX系列继电器进行电气特性及机械特性检测性能如附表。

附表

AX系列JWX－1700，JWX－H340继电器测试数据

	测量项目	测量范围	分辨率	精度
					机械特性	触点压力触点间隙触点超程齐度误差	50～500mN0～5mm0～3mm0～1mm	2mN0.01mm0.01mm0.01mm	±8mN±0.03mm±0.03mm
电气特性	触点电阻线圈电阻Ⅰ线圈电阻Ⅱ动作返回值动作时间返回时间回跳时间	0～0.5Ω0～996Ω0～250Ω0～25V0～1.0S0～1.0S0～0.25S	0.002Ω4Ω1Ω0.01V0.001S0.001S0.001S	±0.01Ω±8Ω±2Ω±0.02Ω±0.005Ω±0.005Ω

Claims (10)

1、微机控制用于自动检测记录继电器各种电气特性及机械特性的装置，它包括微型计算机(7)，压力传感器(11)，位移传感器(21)，计算机接口电路(6)，打印机(8)，微机控制的专用电源(31)，检测触点识别电路(12)，触点连接方式转换电路(42)。本实用新型的特征是在检测多触点继电器的触点压力时，由一只压力传感器(11)，分别采集各触点的压力信号，由检测触点识别电路(12)加以区别，经计算机接口电路(6)输入计算机。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征是压力传感器（11）由一只在测力簧片正反两面各粘贴了二片应变片的指针式测力计，一个恒流电源，一只放大器组成。

3、根据权利要求1所述的装置其特征是被检测继电器各静触点经发光二极管、限流电阻接正电源，动触点接地，静触点又与计算机输入接口相接，组成检测触点识别电路（12）或触点状态检测电路（22）。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征是在触点间隙、超程及触点组齐度误差测量时，由位移传感器（21），触点状态检测电路（22）分别与计算机（7）连接。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征是由一只在原指针轴上加装了一个圆盘的机械百分表（圆盘周边均布槽口），二只红外光电开关及整形鉴向电路组成简易增量光电脉冲发生器，由计算机转换为绝对位移传感器。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征是在测量继电器动作值及返回值时，由一台微机控制的专用电源（31），触点状态检测电路（22）位移传感器（21）分别与计算机（7）连接。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征是放大器（32）根据要求输入交流或直流信号，采用一个压控电阻（33）作为放大器增益控制元件，压控电阻的控制电压由计算机（7）经数模转换器（34）提供，放大器的输出经功率放大环节（35）输出一定功率的交流或直流电压（电流），又经模数转换器（36）反馈给计算机（7）与给定值比较，进行数字校正组成微机闭环控制的专用电源。

8、根据权利要求6所述的装置，其特征是由位移传感器检测继电器动合触点的超程，利用全部动合触点的超程均达到规定值作为动作值的采样检测信号。

9、根据权利要求1所述的装置，其特征是在测量多触点回路电阻时，由触点连接方式转换电路（42）利用继电器将检测触点识别电路（12）改接为各动合触点相互串联（或动断触点相互串联）并与恒流电源构成回路，同时切断原电路各动触点接地，各静触点经限流电阻接正电源的电路。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征是多触点回路电阻测量是由恒流电源（41）向触点串联电路提供一稳定的直流电流，各触点回路的电压降分别由多路选一电子模拟开关（43）以差动方式经模数转换器（44）输入计算机。

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