多環(huán)路滑環(huán)絕緣電阻,靜動態(tài)接觸電阻等自動化檢測系統(tǒng)應用
摘 要：滑環(huán)是實現(xiàn)兩個相對旋轉(zhuǎn)機構(gòu)之間信號、功率傳送的電連接器件，基于國標試驗方法對轉(zhuǎn)臺、滑環(huán)檢測的相關規(guī)定，文章針對多環(huán)路精密電滑環(huán)絕緣電阻、靜/動態(tài)接觸電阻等檢測項目設計了自動化檢測系統(tǒng)，為電滑環(huán)在批量生產(chǎn)、出廠檢驗、交付驗收環(huán)節(jié)提高測試工作效率、及準確性提供保證。
多環(huán)路滑環(huán)又稱集電環(huán)、旋轉(zhuǎn)電氣接口等，主要實現(xiàn)兩個相對旋轉(zhuǎn)電連接構(gòu)件之間的信號和功率傳送，多環(huán)路精密滑環(huán)因環(huán)路數(shù)多，對于其各環(huán)路靜、動態(tài)接觸電阻和各環(huán)路間絕緣電阻的測試，若采用傳統(tǒng)測試儀器按環(huán)路分別檢測，測試工作量大，人工易疲勞影響檢測結(jié)果可靠性。為提高檢測準確性和效率，設計了多環(huán)路滑環(huán)自動化測試系統(tǒng)，可實現(xiàn)對多環(huán)路精密滑環(huán)在生產(chǎn)、檢驗和交付過程中的高效檢測。
多環(huán)路精密導電滑主要檢測項目及檢測方法在電滑環(huán)工作過程中其主要技術(shù)特性參數(shù)與其工作穩(wěn)定性、可靠性及壽命有很大關系，根據(jù)國軍標GJB 1801-93《慣性技術(shù)測試設備主要性能試驗方法》對轉(zhuǎn)臺、滑環(huán)等檢測的相關規(guī)定，電滑環(huán)主要檢測項目為：絕緣電阻、靜態(tài)接觸電阻、動態(tài)接觸電阻變化量、電磁噪聲及傳輸可靠性等技術(shù)參數(shù)指標。
1.1多環(huán)路電滑環(huán)絕緣電阻檢測方法多環(huán)路電滑環(huán)絕緣電阻是指滑環(huán)各環(huán)路與外殼、或滑環(huán)各環(huán)路之間的絕緣電阻值，一般采用500V直流兆歐表檢測。將兆歐表高壓輸出端、地電位接線分別連接到兩不同環(huán)路上，并加載規(guī)定測試電壓，通過對其泄漏電流的測量，得到其相應絕緣電阻值，從而判斷電滑環(huán)的絕緣性能。
1.2 電滑環(huán)動/靜態(tài)接觸電阻檢測方法滑環(huán)各環(huán)路接觸電阻的測試不僅需要進行靜態(tài)測試，還需要在滑環(huán)按設定旋轉(zhuǎn)速度使滑環(huán)運轉(zhuǎn)時，對各環(huán)路的動態(tài)接觸電阻進行檢測，檢測滑環(huán)連續(xù)轉(zhuǎn)動時同一環(huán)路電刷與環(huán)之間的動態(tài)接觸電阻值及電阻變化量。將被測滑環(huán)安裝于檢測轉(zhuǎn)臺上，控制電機帶動滑環(huán)體連續(xù)轉(zhuǎn)動，按上位機總控程序設定的時間控制驅(qū)動滑環(huán)旋轉(zhuǎn)電機運轉(zhuǎn)，完成滑環(huán)運轉(zhuǎn)時各環(huán)路動態(tài)接觸電阻的測量。
滑環(huán)集成自動化檢測系統(tǒng)設計多環(huán)路滑環(huán)產(chǎn)品測試項目包括各環(huán)路靜、動態(tài)接觸電阻測試，以及各個環(huán)路之間的絕緣電阻測試，滑環(huán)環(huán)路數(shù)量可達壹佰多路，其生產(chǎn)、交付過程中測試工作量很大。為提高滑環(huán)產(chǎn)品生產(chǎn)及交付過程中的檢測效率及準確度，在前述單項檢測方法的基礎上，改進設計多環(huán)路滑環(huán)自動化集成測試系統(tǒng)。根據(jù)滑環(huán)產(chǎn)品的測試需求，為提高測試效率與自動化程度，構(gòu)建滑環(huán)集成自動化檢測系統(tǒng)框架。此系統(tǒng)擬采用集線器與程控開關完成對各環(huán)路、各測量模塊之間的有序切換，可實現(xiàn)滑環(huán)試品各環(huán)路一次性裝夾，完成多個測試項目的檢測。使用GPIB或RS232接口完成上位PC機與測量儀器的程序控制和數(shù)據(jù)交換，選用LabVIEW測控軟件平臺可方便實現(xiàn)上位PC機自動化測試程序及系統(tǒng)人機界面的開發(fā)。
電滑環(huán)自動化集成測試系統(tǒng)，為了實現(xiàn)多環(huán)路電滑環(huán)的穩(wěn)定、可靠測試，主要有兩個問題要解決：其一，根據(jù)測試要求實現(xiàn)對各環(huán)路的穩(wěn)定切換；其二，低阻值測量模塊的實現(xiàn)及其與多通道切換的協(xié)調(diào)控制。下面分別進行簡要介紹。
2.1 采用多路模擬開關實現(xiàn)多環(huán)路測試的穩(wěn)定切換多通路切換方法通?？蛇x用手動撥檔開關、繼電器、以及集成多路模擬開關等多種方法實現(xiàn)?？紤]到導電滑環(huán)接觸電阻阻值微小及動態(tài)測試的要求，測試系統(tǒng)中選用的多路開關各通路自身寄生電阻值必須均等，且應易于實現(xiàn)對各環(huán)路的自動切換控制。此系統(tǒng)選用了多路模擬開關，多路模擬開關作為固態(tài)電子開關器件，其各通路間各部分寄生電阻分布均衡，可通過程序控制選通信號來實現(xiàn)多通道自動化切換控制。
2.2 低阻值測量模塊實現(xiàn)方法及其與多環(huán)路切換測量的協(xié)調(diào)控制滑環(huán)各環(huán)路的接觸電阻值在毫歐-微歐數(shù)量級，測試環(huán)路電流值僅為數(shù)毫安，設計中還需考慮測試線路中各部分的寄生電阻值對測量結(jié)果影響。在設計系統(tǒng)低阻值測試模塊時，選用了專業(yè)微阻測試儀來完成接觸電阻的測試，微歐計作為一種測量低值電阻的數(shù)字式儀表，采用了四端測量法，適用于對各種電纜導線電阻，開關、插頭、斷路器接觸電阻等低阻值精確測量。系統(tǒng)選用帶有RS232串行通信接口和GPIB儀器控制接口的微歐計，可與上位PC連接實現(xiàn)儀器控制。在上位PC機與測試框圖中控制單元連接中，上位計算機測試總控程序通過GPIB、RS232端口完成與各測量儀器間的通信，并通過控制單元中的譯碼控制和步進電機驅(qū)動單元實現(xiàn)對多路程控開關及試品裝夾旋轉(zhuǎn)電機的控制。上位計算機輸出測試指令到控制單元，通過多路程控開關依次選通導電滑環(huán)各環(huán)路連接，將相應時刻微阻儀所測得接觸電阻值傳送到上位PC機，由PC機界面實時顯示測試數(shù)據(jù)表格，并完成對測量試驗數(shù)據(jù)存儲歸檔，通過USB端口連接打印機可輸出打印測試證書及記錄文本。
在測試系統(tǒng)設計時，根據(jù)實際常見試品環(huán)路數(shù)，確定上述框圖中集線器端口數(shù)量，及選用的程控開關位數(shù)。集線器設計時采用絕緣性能良好的彈性連接端子，方便滑環(huán)試品引線連接，結(jié)構(gòu)上采用分層、錯位設計結(jié)構(gòu)，使用高壓絕緣引線確保絕緣/耐壓試驗要求。3 測試系統(tǒng)的標定溯源及測試結(jié)果數(shù)據(jù)分析
3.1 測量系統(tǒng)的溯源對測量系統(tǒng)的溯源，沿用了傳統(tǒng)量傳的檢定校準方式。根據(jù)生產(chǎn)檢測過程特點，采用了現(xiàn)場計量質(zhì)量保證方案，增加各種量程阻值范圍的無源標準器，實現(xiàn)對系統(tǒng)測量準確性的控制。
3.2 測量數(shù)據(jù)的處理及測量結(jié)果判定以10環(huán)路滑環(huán)測試為例，廠家要求每環(huán)路需動態(tài)測試10秒鐘，選用GOM-802微歐姆計，采用15次/秒采樣率測試，對實測接觸電阻數(shù)據(jù)進行處理測試結(jié)果的分布區(qū)間一致，測試結(jié)果標準差小，動態(tài)接觸電阻測試值的置信度高，表明測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。
結(jié)束語
文章基于GJB 1801-93《慣性技術(shù)測試設備主要性能試驗方法》對轉(zhuǎn)臺、滑環(huán)等檢測的相關規(guī)定，通過對導電滑環(huán)的主要檢測項目分析，根據(jù)試驗特點設計開發(fā)了一套環(huán)路滑環(huán)自動化測試系統(tǒng)。在系統(tǒng)開發(fā)設計過程中根據(jù)滑環(huán)試品結(jié)構(gòu)特點、參數(shù)范圍，在測量方法、器件選擇、設計工藝上進行充分考慮，采取相應保護措施，通過對系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)分析，證明該測試系統(tǒng)可行。
