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- 傳感器在制動器試驗臺信號采集系統(tǒng)的應用
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2011/2/25
1 引 言
制動器在制動過程中的安全、平穩(wěn)和可靠關系到人身生命及設備財產(chǎn)的安全保障，對它的性能試驗和質(zhì)量檢測是各制動器生產(chǎn)廠家和使用單位都非常重視的一個重要環(huán)節(jié)。
但目前國內(nèi)各制動器生產(chǎn)廠家對制動器產(chǎn)品所采用的檢測設備和檢測方法都遠遠落后于高速發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)對該產(chǎn)品的要求，尤其對起重機制動器的檢測，由于目前在生產(chǎn)成本、制動力矩標定等方面受到較大限制，長久以來一直是困擾各生產(chǎn)廠家的一個難題。
起重機制動器試驗臺是專門用于起重機制動器性能試驗和質(zhì)量檢測的實驗裝置，可對盤式、鉗盤式等多種制動器進行測試。在制動器的性能試驗中，溫度、扭矩和轉(zhuǎn)速是所需檢測的重要參數(shù)。根據(jù)起重機制動器試驗臺的特點及檢測項目需求，設計了起重機制動器試驗臺信號采集系統(tǒng)。其中，傳感器是信號采集系統(tǒng)的基礎。本文對系統(tǒng)中用到的溫度傳感器、扭矩傳感器和測速傳感器進行了研究。
2 工作原理
起重機制動器試驗臺信號采集系統(tǒng)的工作原理主要是根據(jù)制動器的運轉(zhuǎn)時間率JC（%）、飛輪矩GD2（kg/m2）的大小和電機轉(zhuǎn)速n（rmin-1），調(diào)整試驗臺與之相匹配，然后依據(jù)制動能量相等法則模擬制動器的運行狀況。圖1為制動器試驗臺主體原理圖。由測試系統(tǒng)控制的可調(diào)速主電機，通過聯(lián)接和傳動裝置驅(qū)動加載慣性飛輪組及被測制動輪（盤）旋轉(zhuǎn)運行，當制動器在工作循環(huán)中反復制動時，通過溫度傳感器、扭矩傳感器、測速傳感器和測速發(fā)電機等對轉(zhuǎn)速、溫度、扭矩等反映制動器性能的主要參數(shù)進行測量，經(jīng)各種預處理及A/D轉(zhuǎn)換后，由通用計算機進行數(shù)據(jù)處理與分析。
3 傳感器的選用
3.1 溫度傳感器
系統(tǒng)最初采用的測量制動盤溫度的方法是利用熱電偶測溫。與其他測溫傳感器相比，這種方法有許多優(yōu)點如測溫范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、測溫點小、準確度高、動態(tài)響應快等，缺點是選用熱電偶需進行冷端補償。
要測量制動盤的溫度時，制動盤要進行不斷的旋轉(zhuǎn)，因此本系統(tǒng)選用Thermalert MID10LT型非接觸紅外溫度測量儀來測量制動盤的溫度，測量范圍為0～500 ℃，重復性為±1℃，完全可以滿足系統(tǒng)要求，同時避免了采用熱電偶測溫的缺點。
3.2 扭矩傳感器
在通過轉(zhuǎn)軸應變或應力來測量扭矩的方法中，最常采用的是應變式扭矩傳感器，在轉(zhuǎn)軸的適當部位粘貼4片應變片，做全橋連接，便成為扭矩傳感器。
系統(tǒng)測量試驗臺的制動扭矩選用的是JDN型（400 kg/m）扭矩傳感器，其測量范幽不大于5000 N?m，測量誤差不大于±0.3%，均滿足系統(tǒng)要求。由JDN型（400 kg/m）扭矩傳感器輸出的制動扭矩信號，接入YD-15型動態(tài)電阻應變儀，經(jīng)放大、濾波后輸出。
3.3 測速傳感器
轉(zhuǎn)速測量目前已從最早的機械式和直接發(fā)電式發(fā)展到數(shù)字脈沖式，常見的轉(zhuǎn)速測量方式有測速發(fā)電機、磁電式、光電式、同步閃光式、旋轉(zhuǎn)編碼盤等多種測量方式。
制動器試驗臺的主電機功率為45 kW，最高允許轉(zhuǎn)速1300 r/min-1，無級調(diào)速，轉(zhuǎn)速誤差不大于±0.3%。本系統(tǒng)采用SZMB-5型磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速范圍：6～9999，r/min-1，測量誤差不大于±0.02%，均滿足系統(tǒng)要求。
4 試驗結(jié)果及分析
為測試三種傳感器在起重機制動器試驗臺信號采集系統(tǒng)中的精度，對某電磁鐵鉗盤式制動器進行性能試驗。由測試系統(tǒng)控制可調(diào)速主電機產(chǎn)生固定轉(zhuǎn)速，分別用Thermalert MID10LT型非接觸紅外溫度測量儀、JDN型（400 kg/m）扭矩傳感器和SZMB-5型磁電式轉(zhuǎn)速傳感器對制動盤的溫度、制動力矩和制動轉(zhuǎn)速進行測量，結(jié)果如表1。
為了對測試數(shù)據(jù)進行分析處理，要計算其算術平均值和標準差。算術平均值與標準差的計算公式分別為
將表1中的溫度數(shù)據(jù)代入公式計算可得t≈26.1℃，σt≈0.0756℃，3σt≈0.227℃<1.000℃。同理，分別將表1中的制動力矩和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)代入公式汁箅得到T≈1276.2 N?m；σT≈1.7681 N/m，3σT≈5.3041，小于5000×0.3%=15.000 N?m；n≈345 r/min-1；σn≈0.488 r/min-1，3σn≈1.464，小于9999×0.02%=1.9998 r/min-1。這說明了系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)結(jié)果可信，傳感器的選用比較合理。
5 結(jié)束語
目前，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于電磁鐵鉗盤式起重機制動器的性能檢測。應用結(jié)果表明，該系統(tǒng)中的傳感器選用合理，達到了對起重機制動器主要性能參數(shù)的準確檢測，為進一步的信號分析處理工作奠定了良好的基礎。
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