传感器在制动器试验台信号采集系统的应用

1 引 言 
        
　　制动器在制动过程中的安全、平稳和可靠关系到人身生命及设备财产的安全保障，对它的性能试验和质量检测是各制动器生产厂家和使用单位都非常重视的一个重要环节。
       
　　但目前国内各制动器生产厂家对制动器产品所采用的检测设备和检测方法都远远落后于高速发展的现代工业对该产品的要求，尤其对起重机制动器的检测，由于目前在生产成本、制动力矩标定等方面受到较大限制，长久以来一直是困扰各生产厂家的一个难题。
        
　　起重机制动器试验台是专门用于起重机制动器性能试验和质量检测的实验装置，可对盘式、钳盘式等多种制动器进行测试。在制动器的性能试验中，温度、扭矩和转速是所需检测的重要参数。根据起重机制动器试验台的特点及检测项目需求，设计了起重机制动器试验台信号采集系统。其中，传感器是信号采集系统的基础。本文对系统中用到的温度传感器、扭矩传感器和测速传感器进行了研究。
       
2 工作原理
        
　　起重机制动器试验台信号采集系统的工作原理主要是根据制动器的运转时间率JC（%）、飞轮矩GD2（kg/m2）的大小和电机转速n（rmin-1），调整试验台与之相匹配，然后依据制动能量相等法则模拟制动器的运行状况。图1为制动器试验台主体原理图。由测试系统控制的可调速主电机，通过联接和传动装置驱动加载惯性飞轮组及被测制动轮（盘）旋转运行，当制动器在工作循环中反复制动时，通过温度传感器、扭矩传感器、测速传感器和测速发电机等对转速、温度、扭矩等反映制动器性能的主要参数进行测量，经各种预处理及A/D转换后，由通用计算机进行数据处理与分析。


3 传感器的选用
            
    3.1 温度传感器
       
　　系统最初采用的测量制动盘温度的方法是利用热电偶测温。与其他测温传感器相比，这种方法有许多优点如测温范围广、结构简单、测温点小、准确度高、动态响应快等，缺点是选用热电偶需进行冷端补偿。
       
　　要测量制动盘的温度时，制动盘要进行不断的旋转，因此本系统选用Thermalert MID10LT型非接触红外温度测量仪来测量制动盘的温度，测量范围为0～500 ℃，重复性为±1℃，完全可以满足系统要求，同时避免了采用热电偶测温的缺点。
       
    3.2 扭矩传感器
       
　　在通过转轴应变或应力来测量扭矩的方法中，最常采用的是应变式扭矩传感器，在转轴的适当部位粘贴4片应变片，做全桥连接，便成为扭矩传感器。
       
　　系统测量试验台的制动扭矩选用的是JDN型（400 kg/m）扭矩传感器，其测量范幽不大于5000 N?m，测量误差不大于±0.3%，均满足系统要求。由JDN型（400 kg/m）扭矩传感器输出的制动扭矩信号，接入YD-15型动态电阻应变仪，经放大、滤波后输出。
       
    3.3 测速传感器
       
　　转速测量目前已从最早的机械式和直接发电式发展到数字脉冲式，常见的转速测量方式有测速发电机、磁电式、光电式、同步闪光式、旋转编码盘等多种测量方式。
        
　　制动器试验台的主电机功率为45 kW，最高允许转速1300 r/min-1，无级调速，转速误差不大于±0.3%。本系统采用SZMB-5型磁电式转速传感器，转速范围：6～9999，r/min-1，测量误差不大于±0.02%，均满足系统要求。
        
4 试验结果及分析
       
　　为测试三种传感器在起重机制动器试验台信号采集系统中的精度，对某电磁铁钳盘式制动器进行性能试验。由测试系统控制可调速主电机产生固定转速，分别用Thermalert MID10LT型非接触红外温度测量仪、JDN型（400 kg/m）扭矩传感器和SZMB-5型磁电式转速传感器对制动盘的温度、制动力矩和制动转速进行测量，结果如表1。
    
　　为了对测试数据进行分析处理，要计算其算术平均值和标准差。算术平均值与标准差的计算公式分别为
    
　　将表1中的温度数据代入公式计算可得t≈26.1℃，σt≈0.0756℃，3σt≈0.227℃<1.000℃。同理，分别将表1中的制动力矩和转速数据代入公式汁箅得到T≈1276.2 N?m；σT≈1.7681 N/m，3σT≈5.3041，小于5000×0.3%=15.000 N?m；n≈345 r/min-1；σn≈0.488 r/min-1，3σn≈1.464，小于9999×0.02%=1.9998 r/min-1。这说明了系统测得的数据结果可信，传感器的选用比较合理。
       
5 结束语
       
　　目前，该系统已经成功应用于电磁铁钳盘式起重机制动器的性能检测。应用结果表明，该系统中的传感器选用合理，达到了对起重机制动器主要性能参数的准确检测，为进一步的信号分析处理工作奠定了良好的基础。