一种电梯平衡系数检测仪的制作方法

本发明涉及一种检测仪器，更具体地说，本发明涉及一种测试曳引驱动式电梯的平衡系数的专用检测仪器。

背景技术：

平衡系数是曳引驱动式电梯的一个十分重要的指标，平衡系数正确与否直接关系到电梯的安全运行。GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》对平衡系数的定义为：“平衡系数，即额定载重量及轿厢质量由对重或平衡重平衡的量。”

GB/T10059-2009《电梯试验方法》与TSG T7001-2009《电梯监督检验与定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》中对电梯平衡系数的测试方法是：轿厢分别装载额定载重量30％、40％、45％、50％、60％作上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电机的电流值，绘制电流-负荷曲线，以上下运行曲线的交点确定平衡系数。这种方法通过电梯逐级加载运行、记录电机电流值、绘制电流-负荷曲线图确定平衡系数的检测方法，优点是可使用通用检测仪器设施，技术成熟；缺点是需要搬运及装置砝码，测试时间长，比较费时费力。

中国专利公开号CN102674103A，公开日2012年9月19日，名称为“电梯平衡系数的检测方法”，公开了一种通过测量电梯空载上、下运行至轿厢与对重处于同一水平位置时的轿厢速度和驱动电机功率，依据电梯运行中能量传递关系，建立数学模型，计算得到电梯平衡系数值。该方法无需加载，功率和速度现场测量较为方便，相比传统的加载-电流曲线法，测量效率显著提升。该方法近两年逐渐得到行业认可，但目前实现该方法的专用检测仪器还比较少。

中国专利公开号CN102674102A，公开日2012年9月19日，名称为“电梯平衡系数检测仪”，公开了一种实现上述检测方法的专用检测仪，该检测仪由轿厢速度测量装置、电能测量装置和检测数据处理系统组成，轿厢速度测量装置使用光电鼠标芯片组件的钢丝绳位移测量装置或转速表测速装置。该检测仪计算电梯平衡系数K的公式是：

该专利中η定义为传动效率，是轿厢空载工况驱动电机功率数值与电梯负载的运行功率数值之间的系数，η按以下两种方得到：

(1)对无齿轮曳引电梯，用下式计算：

以上公式中，Ns、Nx分别是轿厢上、下运行至与对重同一水平位置时电机的功率，Vs、Vx分别是轿厢上、下运行至与对重同一水平位置时轿厢的速度，Q为电梯额定载重量，g为重力加速度。

(2)对蜗轮蜗杆曳引电梯，通过“选择样梯检测，建立起常用品牌/规格的采用蜗轮蜗杆曳引机的电梯，上行传动效率数据库”的技术方案实施，检测时根据被测试电梯的曳引具体参数，从数据库查找对应的η数值。

此平衡系数检测仪的不足之处是：(一)该仪器的电能测量装置、速度测量装置和检测数据处理系统是彼此独立分开的三部分，现场测试时装置的安装、接线较为繁琐；(二)该仪器对无齿轮曳引电梯和蜗轮蜗杆电梯的平衡系数使用不同的计算方法，测试参数中势必需要增加测试样梯类型选项，增加操作繁琐性的同时带来测试人员误选择从而造成测试结果不准确的可能；(三)建立的常用品牌/规格蜗轮蜗杆电梯上行传动效率数据库的全面性和准确性存疑，如果数据库数据不准确，将直接导致平衡系数测试结果不准确，而对于数据库中没有的品牌/规格电梯，无法进行测量；(四)该仪器的轿厢速度测量装置使用了“先进”的光电鼠标芯片组件，但该组件主要用于测量在特定材质平面上移动物体的位移，用来对非平面、非光滑的圆形钢丝绳表面进行高精度测量在技术上存在较大困难，是非成熟的测量技术；(五)该仪器中用电梯速度计EC-2100作为轿厢运行速度测量装置，此种装置只能手持测量，在测试过程中需要测试人员全程手持速度计紧贴在钢丝绳上，既增加测试人员工作强度，也难以保证测试数据的准确性，因为测试过程中手持式速度计可能短暂脱离钢丝绳；(六)该仪器的轿厢速度测量装置与检测数据处理系统之间通过数据线连接，测量无机房电梯时接线极其困难，因为测量无机房电梯时，轿厢速度测量装置只能安装在井道内，接线需要从井道内穿到井道外，而无机房电梯井道通常不会专门预设可以穿过数据线的开口。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种操作简便、测试结果准确的电梯平衡系数检测仪。

本发明通过下述技术方案予以实现：

电梯平衡系数检测仪由主机、电梯轿厢位移传感器、钳形电流传感器、电压信号采集线和电源适配器组成，主机至少包含以下外接端口：两个电流信号外接端口、三个电压信号外接端口、一个位移信号外接端口以及一个充电端口。电梯轿厢位移传感器置于轿厢或轿厢运行的机械传动构件上，并通过无线通讯模块或数据线接到主机的位移信号外接端口；钳形电流传感器一端钳在电梯驱动主机电机电源线上，另一端接到主机的电流信号外接端口，电压信号采集线一端连接在电梯驱动主机电机电源线上，另一端接到主机的电压外接端口；电源适配器输出接到主机的充电端口。

主机主要由变频功率测量模块、位移测量模块、微机系统模块、液晶显示屏、电池和电源管理模块组成，其中，变频功率测量模块及位移测量模块分别通过数据通讯总线与微机系统模块相连；液晶显示屏与微机系统模块液晶驱动接口相连；电源管理模块放电输入端与电池相连，放电输出端与变频功率测量模块、位移测量模块和微机系统模块的电源端口相连，电源管理模块充电输入端与主机的充电端口相连，充电输出端与电池相连。

对无齿轮曳引电梯和蜗轮蜗杆曳引电梯，统一用以下公式计算电梯平衡系数：

其中：

q——被测试电梯的平衡系数；

Ps——空载轿厢上行至行程中点时电梯驱动主机电机的功率值，单位W；

Px——空载轿厢下行至行程中点时电梯驱动主机电机的功率值，单位W；

Vs——空载轿厢上行至行程中点时轿厢的速度值，m/s；

Vx——空载轿厢下行至行程中点时轿厢的速度值，m/s；

Q——额定载重量，kg，被测电梯已知参数，测试前手动输入；

g——重力加速度，取9.81m/s²；

k——修正系数，默认值1。

仪器设置有修正系数k的修改界面，以便于对钳形电流传感器和主机的配对进行校准，确保仪器检测结果的准确度。

微机系统模块读取变频功率测量模块和位移测量模块的数据，利用给数据打上“数据时刻”的方法得到轿厢在行程中点位置时电梯驱动主机电机的有功功率和轿厢运行速度。

通过测量曳引钢丝绳或限速器绳位移来检测轿厢位移的轿厢位移传感器使用增量式旋转编码器，轿厢位移传感器用万向磁力表座安装固定，万向磁力表座吸附在测量点附近的钢梁或钢架上，万向磁力表座与轿厢位移传感器之间用弹簧连接。

轿厢位移传感器与主机可以用数据线连接，也可以通过无线数据通讯模块与主机连接。

电源适配器只在给主机电池充电时使用，仪器在工作时无需接电源适配器。

本发明与现有技术相比的优点是：

(1)仪器只分为由主机、传感器和电源适配器三部分，功率检测、位移检测、数据处理、液晶显示等功能均集成在主机中，仪器整体结构简单，现场接线操作简便。

(2)仪器用统一的公式计算得到无齿轮曳引电梯和蜗轮蜗杆曳引电梯的平衡系数，检测结果更加准确。

(3)使用成熟的增量式旋转编码器技术作为钢丝绳位移检测传感器，传感器精度高、性能稳定。

(4)位移传感器使用万向磁力表座加弹簧结构固定，测试过程无需手持，测试过程轻松，避免了人员操作不当引入的测量误差，位移检测结果相比于手持设备更加准确。

(5)位移传感器与主机之间的无线通讯功能克服了采用数据线相连的不便，使本仪器更好地适应于无机房电梯的平衡系数检测。

(6)仪器软件处理过程中，通过给位移数据和功率数据同时标记“数据时刻”的方式来识别轿厢运行至行程中点的的位置，从而准确得到轿厢与对重处于同一水平位置时轿厢的速度和驱动电机的功率。

(7)仪器设置有修正系数k的修改界面，以便于对钳形电流传感器和主机的配对进行校准，确保仪器检测结果的准确度。

(8)仪器内置循环充放电电池，测试过程可无需外插电源供电，现场使用便捷。

附图说明

图1是本发明的实施例结构示意图。

图2是本发明实施例中主机的内部结构示意图。

图中：1-电梯控制柜，2-电机电源线，3-电梯驱动主机，4-电梯曳引钢丝绳，5-电梯对重，6-电梯轿厢，7-轿厢位移传感器，8-磁性滚轮，9-弹簧，10-万向磁力表座，11-无线通讯模块I，12-无线通讯模块II，13-钳形电流传感器I，14-钳形电流传感器II，15-主机，16-液晶显示屏，17-位移信号外接端口，18-电流信号外接端口A1，19-电流信号外接端口A2，20-电压信号采集线I，21-电压信号采集线II，22-电压信号采集线III，23-电压信号外接端口V1，24-电压信号外接端口V2，25-电压信号外接端口V3，26-充电端口，27-电源适配器，28-微机系统模块，29-微机系统模块电源端口，30-微机系统模块液晶驱动接口，31-微机系统模块数据通讯端口I，32-微机系统模块数据通讯端口II，33-变频功率测量模块，34-变频功率测量模块数据通讯端口，35-变频功率测量模块电源端口，36-变频功率测量模块电压信号、电流信号输入端口，37-位移测量模块，38-位移测量模块位移信号输入端口，39-位移测量模块数据通讯端口，40-位移测量模块电源端口，41-电池，42-电源管理模块，43-电源管理模块充电输出端口，44-电源管理模块放电输入端口，45-电源管理模块放电输出端口，46-电源管理模块充电输入端口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

在实施例的图1中，轿厢位移传感器7的磁性滚轮8吸附在电梯曳引钢丝绳4上，电梯曳引钢丝绳4悬挂在电梯驱动主机3的曳引轮上，两端分别连着电梯对重5和电梯轿厢6，电梯曳引钢丝绳4的位移和线速度同比于电梯轿厢6移动的位移和速度，轿厢位移传感器7通过弹簧9固定在万向磁力表座10上，万向磁力表座10吸附在测量点附近的钢梁或钢架上。轿厢位移传感器7外接无线通讯模块I 11，无线通讯模块II 12接到主机15的位移信号外接端口17，通过无线通讯模块I 11和无线通讯模块II 12实现轿厢位移传感器7与主机15之间的无线通讯。钳形电流传感器I 13和钳形电流传感器II 14钳形端钳在从电梯控制柜1输出到电梯驱动主机3的电机电源线2上，钳形电流传感器的电流方向从控制柜指向电机，另一端分别接到主机15面板上的电流信号外接端口A1 18和电流信号外接端口A2 19上；电压信号采集线I 20、电压信号采集线II 21、电压信号采集线III 22一端接在电机电源线2上，另一端分别接到主机15的电压信号外接端口V1 23、电压信号外接端口V2 24和电压信号外接端口V3 25上；液晶显示屏16固定在主机15的顶面。电源适配器27的输出到主机15的充电端口26，电源适配器只在给主机电池充电时使用，仪器在工作时可无需接电源适配器。

轿厢位移传感器7内置增量式旋转编码器，电梯曳引钢丝绳4移动时带动磁性滚轮8转动，磁性滚轮8带动增量式旋转编码器的轴转动，从而使旋转编码器输出代表钢丝绳移动位移的脉冲信号。

在实施例的图2中，变频功率测量模块33、位移测量模块37、微机系统模块28、电池41和电源管理模块42均集成在主机15内部。电源管理模块42的放电输入端44与电池41相连，放电输出端45分别与功率测量模块33的电源端口35、位移测量模块37的电源端口40以及微机系统模块28的电源端口29连接，电源管理模块充电输入端46与主机15面板上的充电端口26相连，充电输出端43与电池41相连。变频功率测量模块数据通讯端口34通过数据通讯总线与微机系统模块数据通讯端口II 32连接，变频功率测量模块电压信号、电流信号输入端口36分别与电流信号外接端口A1 18、电流信号外接端口A2 19、电压信号外接端口V1 23、电压信号外接端口V2 24以及电压信号外接端口V3 25连接。位移测量模块数据通讯端口39通过数据通讯总线与微机系统模块数据通讯端口I 31连接，位移测量模块位移信号输入端口38与位移信号外接端口17连接。液晶显示屏16通过数据通讯总线与微机系统模块液晶驱动接口30连接。

仪器软件处理过程如下：

(1)将空载轿厢停在上端站，检测人员点击液晶显示屏上的“开始”按钮，触发微机系统模块开始每隔固定时间间隔读取并记录变频功率测量模块的功率数据及位移测量模块的轿厢位移数据，检测人员使轿厢从上端站直驶至下端站，电梯停止后检测人员点击液晶屏上的“停止”按钮，微机系统模块停止读取数据，并对记录的数据进行分析计算，得到电梯下行时轿厢在行程中点位置时电梯驱动主机电机的有功功率Px和轿厢运行速度Vx；

(2)检测人员再次点击液晶显示屏上的“开始”按钮，触发微机系统模块开始每隔固定时间间隔读取并记录变频功率测量模块的功率数据及位移测量模块的轿厢位移数据，检测人员再使轿厢从下端站直驶至上端站，电梯停止后检测人员点击液晶屏上的“停止”按钮，微机系统模块停止读取数据，并对记录的数据进行分析计算，得到电梯上行时轿厢在行程中点位置时电梯驱动主机电机的有功功率Ps和轿厢运行速度Vs；

(3)微机系统模块用公式3计算得到电梯平衡系数q。

微机系统模块同步读取变频功率测量模块和位移测量模块的数据，利用给功率数据和位移数据标记“数据时刻”的方法得到轿厢在行程中点位置时电梯驱动主机电机的有功功率和轿厢运行速度，具体过程如下：

(1)仪器开机后，变频功率测量模块实时测量电梯驱动主机电机的有功功率并存储在功率数据寄存器中，功率数据寄存器只存储最新一次的有功功率，数据刷新周期为Tp；位移测量模块每间隔Ts时间采样轿厢位移传感器给出的轿厢位移值并存储在位移数据寄存器中，位移数据寄存器中的位移数据为累加数据，即最新一次的位移数据与位移数据寄存器中的原数据值相加后作为存储数据，直到位移数据寄存器中的数据被读取之后，才将位移数据寄存器的数值清零；

(2)检测人员点击液晶显示屏上的“开始”按钮后，微机系统模块将“开始”按钮激活时刻标记为功率和位移测量同步时间起点，并同时向功率测量模块和位移测量模块发送数据请求指令，功率测量模块收到微机系统模块的数据请求指令后，每间隔T1p时间向微机系统模块发送一次功率数据寄存器中的功率数据，T1p＞Tp；位移测量模块收到微机系统模块的数据请求指令后，每间隔T1s时间向微机系统模块发送一次位移数据寄存器中的位移数据，T1s＞Ts。检测人员点击液晶屏上的“停止”按钮后，微机系统模块将“停止”按钮激活时刻标记为功率和位移测量同步时间终点，并同时向功率测量模块和位移测量模块发送停止数据发送指令，功率测量模块和位移测量模块停止向微机系统模块发送数据。微机系统模块将收到的每一个功率数据和位移数据标记上“数据时刻”后存储在存储器中，即存储的每一组数据带有时间信息，具体如[(T1p，P1)，(2T1p，P2)，(3T1p，P3)，……，(nT1p，Pn))]、[(T1s，S1)，(2T1s，S2)，(3T1s，S3)，……，(mT1s，Sm))]，其中，Pn为nT1p时刻读取到的功率数据，Sm为mT1s时刻读取到的位移数据；

(3)将存储的所有位移数据S1、S2……Sm相加，得到轿厢运行总行程∑S，∑S的一半即∑S/2即为轿厢行程的中点位置，重新对位移数据S1、S2……Sm进行逐一累加，累加位移值记为∑Sk，每累加一个位移数据后将∑Sk与∑S/2进行比较，当∑Sk等于或大于∑S/2时，停止累加，此时的位移数据Sk的“数据时刻”为kT1s，kT1s时刻即为轿厢运行到行程中点的时间Tz，Sk/T1s即为轿厢行程中点位置时轿厢的速度；

(4)对存储的功率数据[(T1p，P1)，(2T1p，P2)，(3T1p，P3)，……，(nT1p，Pn))]中的“数据时刻”T1p、2T1p……nT1p逐一与Tz进行比较，当iT1p等于或大于Tz时，停止比较，此时的“数据时刻”iT1p对应的功率数据Pi即为轿厢行程中点的电机功率值。

微机系统模块通过以上步骤1至步骤4，得到轿厢在行程中点位置时电梯驱动主机电机的有功功率和轿厢运行速度。

对无齿轮曳引电梯和蜗轮蜗杆曳引电梯，统一用公式3计算电梯平衡系数，公式推导过程如下：

电梯空载上行时，对重比轿厢重，电机处于发电状态，机械能转化为电能，根据能量守恒定律，此时机械能与电能转换关系是：

|P_S|＝qQgV_S-ΔS (公式4)

电梯空载下行时，对重比轿厢重，电机处于电动状态，电能转化为机械能，根据能量守恒定律，此时电能与机械能的转换关系是：

|P_X|＝qQgV_X+ΔX (公式5)

其中：

ΔS---电梯上行时总损失功率，单位W；

ΔX---电梯下行时总损失功率，单位W；

其他符号与公式3中的符号含义相同。

公式4与公式5左右相加，求得：

电梯运行时总损失功率包括电机铁损、减速机构机械功率损失、轿厢与导轨间摩擦造成的机械功率损失、风阻造成的机械功率损失，电梯上、下运行的总损失功率不同，即ΔX≠ΔS，但上下行总损失相差应不大，势必远小于Qg(V_S+V_X)，即公式6中等式右边第二项用传统的加载-绘制电流曲线法先测试出电梯的平衡系数，将已知的平衡系数值代入公式4和公式5可以计算出ΔS和ΔX，从而可以计算得到经对无齿轮曳引电梯和蜗轮蜗杆电梯进行测试统计，当电梯平衡系数在[0.4，0.5]区间时，值在[0.002，0.01]区间内，取中值为0.006，此时公式6简化为：

为了提高平衡系数在[0.4，0.5]区间外时的测量准确性，在工程实施上可将公式7中等式右边第二项0.006转换为与平衡系数的比值。转换方法为：将0.006除以[0.4，0.5]区间的计算最不利点0.4，即0.006/0.4＝0.015，即该部分在平衡系数[0.4，0.5]区间时最不利时占比为1.5％。因此，去掉公式7等式右边的第二项0.006，并在公式7等式右边第一项中乘以(100％-1.5％)，即98.5％，则公式7的进一步变换为：

在公式8基础上，增加一个用于对钳形电流传感器和主机的配对进行校准修正系数k，即得到公式3。

以上结合附图和实施例对本发明进行了展开描述，该描述不具有限制性，附图所示也只是本发明仪器构成的一种实施例，本发明的技术方案并不局限于此。本领域的普通技术人员应该能够理解，在不脱离本发明设计思想的情况下，本发明的实际实施还会有某些细节上的变化。所以，只要符合本发明宗旨，这此变化均包括在本发明的保护范围之内。