磁簧開關測試儀的設計

王愛華

(1.湖北工業大學，湖北武漢，430064；2.江蘇省海安中等專業學校，江蘇南通，226600 )

關鍵字：磁簧開關；單片機；測試儀

1 測試儀的開發設計背景

磁簧開關主要應用于汽車行業，作為汽車液位傳感器、家用小家電傳感器開關、工業接近傳感器核心元件等有著廣泛的應用。通常測試有兩種方式，一種通過外加磁鐵來激勵，另外一種通過使用外加線圈來激勵，由于磁簧開關尺寸小且切換速度非常快，選用后者更加方便靈活激勵源的變化輸出。

2 測試機的總體設計思路

硬件電路的基于單片機AT89S51開發磁簧開關測試儀。測試儀自帶串口通訊可設定修改參數，采用并聯雙線圈施加測試外加磁場激勵，電源穩壓電路提供線圈的工作電壓，通過數模轉換芯片TLC5615及OPA541功放電路來調節線圈二端施加的激勵源，通過LED顯像管來顯示實際測量的值以及觸點電阻值，通過門電路74HC240來控制測試儀的實際工作狀態顯示燈，操作人員可以清楚的了解測試儀器的當前工作狀態。該測試儀控制電路具有體積小，測試結果穩定可靠，可以滿足大批量磁簧開關的生產測試需求。

由于準確測量靈敏值和回動值的其中一個困難就是確定磁簧開關閉合與打開時的線圈電流。在任何情況下，將閉合或打開時的電流乘以測試線圈的匝數即可得出靈敏值與回動值。通過反轉線圈升降方向（減或增）及監控反轉開關狀態（打開或閉合）來確定回動值。首選數字控制電路來升降線圈，使用微處理器或其它控制電路控制線圈電流的測量，使上面顯示的整個測試順序波形自動重復執行。采用了自動升降、自動讀數方法減少了測試時間，并改善了測量的可重復性與準確性。

3 測試機的技術實現

圖1 測試儀設計硬件電路圖

（1）對線圈施加相對大的脈沖以中和磁簧開關線及其中的任何磁記憶。多數開關的合適水平為100AT。脈沖寬度必須足夠寬，以使電流有足夠時間上升到該水平。上升時間將受制于磁簧開關作為鐵芯時的線圈感應系數。10ms的中和脈沖寬度適合標準小線圈。（2）施加電流脈沖后，請等候電流回落為零及磁簧開關打開。對于標準小脈沖，10ms已經足夠。（3）線性增加（斜線上升）線圈電流，直到磁簧開關閉合。磁簧開關閉合時，測量通過線圈的電流，乘以線圈匝數，計算出開關的靈敏值（安匝，AT）。斜線上升速率必須足夠緩慢。（4）以使磁簧開關有時間作出反應。另外，線圈電感可導致電流落后于施加的電壓并導致補償誤差。Hamlin的標準斜線上升率為100AT/s，但略慢或略快都可以。可手動斜線上升首選電流驅動模式的電源，但其準確性將受制于操作員對觸點閉合作出反應的精確度。（5）對線圈施加額外驅動水平以測量觸點電阻。Hamlin標準增加值為10AT。施加額外的線圈驅動后，為線圈驅動及開關留出小段處理時間，例如10ms。然后，使用4線Kelvin連接來測量觸點電阻。Hamlin使用25,4毫米（1英寸）作為標準觸點間隙。（6）如第3步一樣，線性減少（斜線下跌）線圈電流，直到磁簧開關打開。如第3步一樣，測量線圈電流，乘以匝數，以確定開關的回動值。然后，將線圈供應設置為零。

4 測試機誤差源的影響設置或補償的實現

測試儀為了獲得準確、穩定的靈敏值及回動值讀數，需要重點考慮若干偏差或誤差源。

（1）由于磁簧開關對磁場作出響應，而線圈磁場強度則直接與通過線圈的電流成比例，因此，需要謹慎控制或測量線圈的電流。由于溫度的影響，測量線圈電壓并無幫助。銅金屬有0.393%/°C的電阻溫度系數，因此，環境溫度或線圈自熱都很容易影響使用線圈電壓獲得的測量結果。（2）應控制線圈內的磁簧開關位置。標準做法是將磁簧開關的觸點間隙置于線圈中心。如果無法通過目視或測量來確定觸點中心，則可以通過測量及重新放置，直到獲得最低靈敏值，來使磁簧開關置中。（3）還需要考慮外部磁場。地球磁場可能使讀數誤差達到大約1AT。可通過補償靜態磁場以使用以下所述的技巧。附近的風扇、馬達或移動磁體可能產生動態磁場，因此，應該防止動態磁場。（4）測試線圈附近的鐵材料可能通過改變磁場來形成誤差。鐵材料物品可能包括比較近的螺絲、鐵架、連接器與桌面。（5）對磁簧開關玻璃或引線施加過大的壓力可能通過輕微改變磁簧開關的觸點間隙來影響開關的靈敏值讀數。（6）磁簧開關內的線有少量(0.5 2AT)磁記憶。這些線的磁記憶可以通過消磁或中和來清除。中和因為更簡單而作為標準方法。（7）測量CR時，應首選4線(Kelvin)連接，以使測試連接對磁簧開關的影響最小化。Hamlin觸點間隙標準為25,4毫米（1.0英寸）。鎳鐵磁簧開關線的電阻比較明顯。根據線的直徑，磁簧開關引線的電阻約為1.2 3.0莫姆/毫米（30 75莫姆/英寸）。因此，2毫米（0.1英寸）的測試觸點間隙誤差對觸點電阻的影響即可達到若干莫姆。