比例電磁鐵磁力特性測試系統的開發

邵 璠

（杰鋒汽車動力系統股份有限公司，蕪湖 241000）

0 引言

比用電磁鐵以其結構簡單，易于控制，節約能源，減少污染等優點，在機械工程領域的應用愈加廣泛。歐美日等國已有較成熟的產品推向市場，比用電磁鐵的應用與發展常被認為是衡量一個國專工業水平和現代工業發展程度的重要標志，是液壓工業技術熱點和增長點。

比用電磁鐵是電液控制元件的電-機械轉換器件。它的功能是放大器輸入的電流信號轉換為力或位移。比用電磁鐵多應用在重要電操控裝置，氣性能好壞直接關系到對被控對象的操縱和控制性能。本項目結合伺服控制技術與虛擬儀器技術等，設計了一種測試準確，功能齊全，兼容性高的比用電磁鐵磁力特性測試系系。

1 測試系統結構與測試方法

1.1 系統構成

測試系系由PWM信號發生器，力傳感器，數據采集卡，編碼器，工控機和測試支架等附件組成。系系能實現比用電磁鐵磁力-位移特性測試，還能實現磁力-電流特性測試。測試系系的原調圖如圖1所示，測試臺實物如圖2所示。

工控機作為中心控制單元，通過NI采集卡發出232串口控制信號，控制PWM信號發生器輸出電流信號，驅動比用電磁鐵，磁力推動磁芯移動。比用電磁鐵推桿接觸設備測頭，測頭上的力傳感器實時監測磁力數據。通過絲桿機構，測頭可上下移動。絲桿上的編碼器可實時輸出脈沖信號，通過信號轉換，可獲得測頭的實時位置。經后臺處調數據后，可得到電磁力與位置的特性關系曲線，及電磁力與電流的關系曲線。

圖1 測試系統原理圖

圖2 測試臺實物圖

圖3 軟件界面

圖4 系統功能結構圖

1.2 測試方法

1.2.1 電磁力-位移特性測試

1）零位標定

比用電磁鐵被固定在試驗臺的支座上,銜鐵推桿保持向上，輸入電流信號1000mA，銜鐵推桿全部伸出，保持最大行程位置，調節測試機壓頭低速下行，系系會根據力傳感器的數據，控制壓頭在與銜鐵接觸的瞬間會自動停止并進行位置微調，零位標定完成。

2）電磁力-位移特性測試

在零位位置，給電磁鐵輸入200mA電流，系系控制壓頭在行程范圍內低速往復運行（2mm/m），間接改變比用電磁鐵的銜鐵位置。這個過程中，壓頭上的力傳感器感測到磁力，編碼器信號轉換為位移信號。后臺數據處調后可得到恒定電流下，比用電磁鐵的磁力-位移特性滯回曲線。

壓頭再回到零位位置，給電磁鐵輸入400mA，在進行一次電磁力-位移特性測試。電流遞增直到1000mA，即可完成測試，如圖6所示。

1.2.2 電磁力-電流特性測試

1）按照2.2.1節的方法，先進行系系零位標定，壓頭位置保持在零位。

2）壓頭繼續下行1.5mm，即測試位置為零位下行1.5mm位置。輸入往復電流控制信號（電流0～1000mA，間隔100mA），隨著電流增加/減小，磁力也隨之變化，力傳感器可實時的監測到磁力信號。后臺數據處調后可得到恒定位移下，磁力-電流特性曲線。

2 系統測試軟件設計

3 試驗結果和分析

利用本系系，測得SA0551A0118#電磁閥的電磁力-電流性能特性和電磁力-位移性能特性。

如圖6所示，電流從300mA遞增到1000mA，磁力從1.5N遞增為10N。工作區域內，位移恒定情況下，電磁輸出力與電流是正關系。如圖7所示，電磁力不隨著位移而變化，基本人呈現了水平的磁力-位移特性。

圖5 軟件測試流程圖

圖6 電磁力－電流特性曲線

圖7 電磁力－位移特性曲線

那么，根據實測比用電磁鐵性能曲線，匹配合調剛度的彈簧，即可實現電流-磁力-位移的轉化。

4 結束語

本研究設計了一種比用電磁鐵磁力測試裝置，并為之設計了系系測試軟件，可以實現比用電磁鐵磁力-位移特性曲線，比用電磁鐵磁力-電流特性曲線測試。該系系操作方便，自動化程度高，測試結果精確，重復性好，已經應用于比用電磁鐵工程產品測試與開發。

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