一种电源开关开距和超行程测量方法及其测量装置与流程

本发明涉及一种位移测量方法和装置，具体涉及一种电源开关开距和超行程测量方法及其测量装置。

背景技术：

电源开关是一种应用非常广泛的电气元件，用来控制电气装置的工作电源的通断，因此，它的可靠性是安全生产的关键。现有的电源开关通常绝大部分都是密闭式的，其结构基本上包括一个绝缘外壳，外壳中设有一个触点容腔，触点容腔中设有一对静触点和一个动触头，动触头包括一块金属安装基板和一对固定在安装基板上的、与一对静触点相对的动触点，安装基板的另一侧面上垂直设置有一条金属推杆，所述外壳上设有与触点容腔联通的管状结构形成的插管，所述金属推杆上部轴向可滑动地插设在插管中。电源开关还包括一个操作手柄，操作手柄设有一个与插管内孔间隙配合的柱状插头，插头上端连接有手柄，插头下端柱面上设有突出的销柱，插管上端开口，内壁上设有螺旋槽以及与螺旋槽联通的、并沿轴向延伸至插管上端开口出的导槽，所述螺旋槽和导槽截面与销柱间隙配合。 通过将操作手柄的插头插入至插管中，插头上的销柱配合在螺旋槽中，此时旋转操作手柄，螺旋槽与销柱得配合将使得插头下移将金属推杆下压直至动触点与静触点相接触而接通开关。为了开关能够有足够的安全性及接触可靠性，其中开距（动触点与静触点在分离状态下得间距）和超行程（动触点与静触点接触后金属推杆继续下压的距离）是开关的重要技术指标，要求同一规格的开关的开距和超行程在一定范围内要一致，因此准确快速测量开距和超行程具有现实意义。由于电源开关的动触点与静触点设置在外壳的触点容腔中，不能直接测量。现有方法是采用百分表顶在开关手柄上，手动旋转手柄，再根据百分表的数据变化算出开距和超行程。这种方式采用人工检测，效率低下，劳动强度大，对操作人员的要求高，且检测结果易受人为因素影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种适合高效、自动检测的电源开关开距和超行程测量装置。

为达到上述目的，本发明公开了一种电源开关开距和超行程测量方法，其特征在于通过测量由线圈和电源开关的金属推杆组成的可变电感在电源开关断开状态、闭合瞬间和完全闭合状态下的电感量，再通过计算获得金属推杆的位移量，从而得出开关的开距和超行程。

本发明还进一步公开了一种电源开关开距和超行程测量装置，其特征在于：包括

一个驱动装置，用于驱动电源开关操作手柄601旋转；

一个触点检测电路，检测电源开关两接线柱之间的压降；

一个内孔与金属推杆相适配的环形线圈，用于与电源开关的金属推杆组成的可变电感；

一个电感量检测电路，用于测量由线圈和电源开关的金属推杆组成的可变电感的电感量；

一个中央处理单元，用于控制所述驱动装置，以及根据电感量检测电路检测到的可变电感的电感量计算出开关的开距和超行程；所述电感量检测电路和触点检测电路的输出端分别经过A/D转换电路后与中央处理单元的数据输入端连接，中央处理单元的数据输出端与驱动装置连接。

本发明通过设计一个合适的线圈套在开关的插管部，采用电感测量技术，通过测量由线圈和电源开关的金属推杆组成的可变电感在电源开关断开状态、闭合瞬间和完全闭合状态下的电感量，将开关内部推杆的位移变化转换成线圈电感量的变化，再由专用电子线路进行计算获得金属推杆的位移量，从而进一步得到开关开距和超行程的数据。

电源开关开距和超行程测量装置通过设置中央处理单元控制驱动装置旋转电源开关操作手柄，并设置有电感量检测电路测量由线圈和电源开关的金属推杆组成的可变电感的电感量；再通过中央处理单元计算获得金属推杆的位移量，从而得出开关的开距和超行程，并作出合格与否的判断。由于测量过程是由电子线路组成仪器完成的，因此检测效率高，劳动强度小，对操作人员的要求不高，且检测结果不易受人为因素影响，数据存储方便，易于计算机统计处理。

以下结合具体实施例及附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施例结构框图；

图2为本发明电感量检测电路具体实施例电原理图；

图3为本发明触点检测电路具体实施例电原理图；

图4为电源开关外观结构示意图；

图5为电源开关局部分解结构示意图；

图6为电源开关断开状态内部结构剖视图；

图7为电源开关闭合状态内部结构剖视图。

具体实施方式

本发明电源开关开距和超行程测量方法的核心是通过设置合适的线圈套在开关的插管部构成由线圈和电源开关6的金属推杆602组成的可变电感，将开关内部推杆602的位移变化转换成线圈电感量的变化，通过采用电感测量技术测量可变电感在电源开关6断开状态、闭合瞬间和完全闭合状态下的电感量，其中可以通过在电源开关6的两端连接直流电源并检测电源开关6两端的之间的压降判断电源开关6的闭合瞬间，再通过计算获得金属推杆602的位移量，从而得出开关的开距和超行程。

如图1所示，实现上述测量方法的电源开关6位移测量装置包括一个用于驱动电源开关6操作手柄601旋转驱动装置1，所述驱动装置1可选用伺服驱动器和微型伺服电机；一个通过检测电源开关6两端的之间的压降判断电源开关6的闭合瞬间的触点检测电路2；一个环形线圈3，环形线圈3内孔与金属推杆602的直径相适配（间隙配合，可以随时取出检测另外的开关），所述环形线圈3套设在开关的插管部，电源开关6的金属推杆602就成为了环形线圈3的铁芯，环形线圈3与电源开关6的金属推杆602组成可变电感；

一个电感量检测电路4，用于测量由线圈和电源开关6的金属推杆602组成的可变电感的电感量；

一个中央处理单元5，用于控制所述驱动装置1，以及根据电感量检测电路4检测到的可变电感的电感量计算出开关的开距和超行程，中央处理单元5采用单片机（或可编程控制器、微型计算机）为核心组成的微处理系统。所述电感量检测电路4和触点检测电路2的输出端分别经过A/D转换电路7后与中央处理单元5的数据输入端连接，中央处理单元5的数据输出端与驱动装置1连接。

如图2所示，所述电感量检测电路4包括振荡脉冲发生单元、检波单元、同相放大单元及整流滤波单元，所述振荡脉冲发生单元、可变电感、检波单元、同相放大单元及整流滤波单元依次连接。

本具体实施例中，所述振荡脉冲发生单元由555集成电路U1及外围元件电阻R1、电阻R2和电容C1组成的自激振荡电路构成，其中电阻R1连接在电源正极端和DIS端（放电端）之间，电阻R2连接在高触发端THR和DIS端（放电端）之间，电容C1连接在高触发端THR和电源负极端之间，低触发端TRIG与高触发端THR短接，清零端与电源正极端连接。检波单元由电阻R3、电阻R4和检波二极管VD1组成，电阻R3、电阻R4的一端分别连接在检波二极管VD1的正极端和负极端，电阻R3、电阻R4的另一端与电源负极端连接。

所述同相放大单元以运算放大器U2A为核心及外围元件电阻R5、电阻R6组成。在本具体实施例中运算放大器选用LM358运算放大器，LM358运算放大器的同相端作为输入端，电阻R5连接在反相端和输出端之间，电阻R6连接在反相端和电源负极端之间。

整流滤波单元由整流二极管VD2、电阻R7和电容C3组成。

如图3所示，所述触点检测电路2以差分放大电路为核心构成，所述电源开关6两端分别连接在差分放大电路的两个输入端上。本具体实施例中，差分放大电路以运算放大器U3为核心及外围元件电阻R8- R15组成。由于OP07具有非常低的输入失调电压，不需要额外的调零措施，同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，因此运算放大器选用OP07运算放大器，电阻R14连接在反相端和输出端之间，电阻R13连接在正相端和电源负极端之间，电阻R9和电阻R10串联后连接在运算放大器U3的反相端和电源开关6的一端之间，电阻R15连接在该电源开关6的一端和电源负极端之间；电阻R11和电阻R12串联后连接在运算放大器U3的正相端和电源开关6的另一端之间，电阻R8连接在该电源开关6的另一端和电源正极端之间。

为了电路的工作更加可靠，所述触点检测电路2的输入端上优选还设有过压保护电路。本具体实施例中，过压保护电路由二极管VD3-二极管VD6构成，所述二极管VD5和VD6反向并联后跨接在差分放大电路的两个输入端之间，所述二极管VD3和VD4的正极端分别连接在差分放大电路的两个输入端上，所述二极管VD3和VD4的负极端连接在电源负极端上。

本电源开关6位移测量装置的工作原理如下：

所述振荡脉冲发生单元中555集成电路U1产生一定频率（选择合适的频率以保证检测的灵敏度有不致损耗过大）的交流电，输出经电容C2隔直后加到电感L1（即由线圈和电源开关6的金属推杆602组成的可变电感）上，当金属推杆602位移变化时，L1电感值就跟着变化，电阻R3分压得到的电压值也会变化，经检波二极管VD1检波后输入到由运算放大器U2A、电阻R5、电阻R6组成同相放大器中，信号被放大后经整流二极管VD2、电阻R7和电容C3组成的整流滤波单元整流滤波变成直流电压V1输出，再经过A/D转换电路后输入至中央处理单元5中进行处理。

触点检测电路2的功能是把触点状态的变化转变为电压的变化。运算放大器U3（OP07）与电阻R9~R14组成差分放大电路，当触点断开时，两端电位差很大（即为外部电源开路电压值12~24V），放大后运放输出很大电压V2（接近运放电源电压值）；当触点闭合时，两端电位差很小，放大后仍为较小值，二极管VD3、VD4对共模信号起限幅作用，二极管VD5、VD6对差模信号起限幅作用，防止信号过大损坏运放。中央处理单元5实时监测差分放大电路的输出电压V2，当检测到电压V2突然由高变为低的瞬间，即为电源开关6的闭合瞬间。

测试开始时，手柄转动前中央处理单元5控制AD转换器先读取一次整流滤波单元输出的直流电压V1值，记为X1；然后驱动装置1驱动操作手柄601旋转，同时通过触点检测电路2监视触点的状态，当触点刚刚接触时V2信号突然降到很低，中央处理单元5检测到电压V2的突变就控制伺服电机暂停第二次读取直流电压V1值，记为X2；然后继续旋转到规定的角度停止，再第三次读取直流电压V1值，记为X3。中央处理单元5自动算出开距Y1=K1（X2-X1），超行程Y2=K2（X3-X2），式中K1、K2为校正系数。第三次测量完成后驱动装置1控制伺服电机反转使操作手柄601退回原位。