多环路滑环绝缘电阻,静动态接触电阻等自动化检测系统应用
日期：2018-10-24
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属于：滑环结构原理
摘 要：滑环是实现两个相对旋转机构之间信号、功率传送的电连接器件，基于国标试验方法对转台、滑环检测的相关规定，文章针对多环路精密电滑环绝缘电阻、静/动态接触电阻等检测项目设计了自动化检测系统，为电滑环在批量生产、出厂检验、交付验收环节提高测试工作效率、及准确性提供保证。
多环路滑环又称集电环、旋转电气接口等，主要实现两个相对旋转电连接构件之间的信号和功率传送，多环路精密滑环因环路数多，对于其各环路静、动态接触电阻和各环路间绝缘电阻的测试，若采用传统测试仪器按环路分别检测，测试工作量大，人工易疲劳影响检测结果可靠性。为提高检测准确性和效率，设计了多环路滑环自动化测试系统，可实现对多环路精密滑环在生产、检验和交付过程中的高效检测。
多环路精密导电滑主要检测项目及检测方法在电滑环工作过程中其主要技术特性参数与其工作稳定性、可靠性及寿命有很大关系，根据国军标GJB 1801-93《惯性技术测试设备主要性能试验方法》对转台、滑环等检测的相关规定，电滑环主要检测项目为：绝缘电阻、静态接触电阻、动态接触电阻变化量、电磁噪声及传输可靠性等技术参数指标。
1.1多环路电滑环绝缘电阻检测方法多环路电滑环绝缘电阻是指滑环各环路与外壳、或滑环各环路之间的绝缘电阻值，一般采用500V直流兆欧表检测。将兆欧表高压输出端、地电位接线分别连接到两不同环路上，并加载规定测试电压，通过对其泄漏电流的测量，得到其相应绝缘电阻值，从而判断电滑环的绝缘性能。
1.2 电滑环动/静态接触电阻检测方法滑环各环路接触电阻的测试不仅需要进行静态测试，还需要在滑环按设定旋转速度使滑环运转时，对各环路的动态接触电阻进行检测，检测滑环连续转动时同一环路电刷与环之间的动态接触电阻值及电阻变化量。将被测滑环安装于检测转台上，控制电机带动滑环体连续转动，按上位机总控程序设定的时间控制驱动滑环旋转电机运转，完成滑环运转时各环路动态接触电阻的测量。
滑环集成自动化检测系统设计多环路滑环产品测试项目包括各环路静、动态接触电阻测试，以及各个环路之间的绝缘电阻测试，滑环环路数量可达壹佰多路，其生产、交付过程中测试工作量很大。为提高滑环产品生产及交付过程中的检测效率及准确度，在前述单项检测方法的基础上，改进设计多环路滑环自动化集成测试系统。根据滑环产品的测试需求，为提高测试效率与自动化程度，构建滑环集成自动化检测系统框架。此系统拟采用集线器与程控开关完成对各环路、各测量模块之间的有序切换，可实现滑环试品各环路一次性装夹，完成多个测试项目的检测。使用GPIB或RS232接口完成上位PC机与测量仪器的程序控制和数据交换，选用LabVIEW测控软件平台可方便实现上位PC机自动化测试程序及系统人机界面的开发。
电滑环自动化集成测试系统，为了实现多环路电滑环的稳定、可靠测试，主要有两个问题要解决：其一，根据测试要求实现对各环路的稳定切换；其二，低阻值测量模块的实现及其与多通道切换的协调控制。下面分别进行简要介绍。
2.1 采用多路模拟开关实现多环路测试的稳定切换多通路切换方法通常可选用手动拨档开关、继电器、以及集成多路模拟开关等多种方法实现。考虑到导电滑环接触电阻阻值微小及动态测试的要求，测试系统中选用的多路开关各通路自身寄生电阻值必须均等，且应易于实现对各环路的自动切换控制。此系统选用了多路模拟开关，多路模拟开关作为固态电子开关器件，其各通路间各部分寄生电阻分布均衡，可通过程序控制选通信号来实现多通道自动化切换控制。
2.2 低阻值测量模块实现方法及其与多环路切换测量的协调控制滑环各环路的接触电阻值在毫欧-微欧数量级，测试环路电流值仅为数毫安，设计中还需考虑测试线路中各部分的寄生电阻值对测量结果影响。在设计系统低阻值测试模块时，选用了专业微阻测试仪来完成接触电阻的测试，微欧计作为一种测量低值电阻的数字式仪表，采用了四端测量法，适用于对各种电缆导线电阻，开关、插头、断路器接触电阻等低阻值精确测量。系统选用带有RS232串行通信接口和GPIB仪器控制接口的微欧计，可与上位PC连接实现仪器控制。在上位PC机与测试框图中控制单元连接中，上位计算机测试总控程序通过GPIB、RS232端口完成与各测量仪器间的通信，并通过控制单元中的译码控制和步进电机驱动单元实现对多路程控开关及试品装夹旋转电机的控制。上位计算机输出测试指令到控制单元，通过多路程控开关依次选通导电滑环各环路连接，将相应时刻微阻仪所测得接触电阻值传送到上位PC机，由PC机界面实时显示测试数据表格，并完成对测量试验数据存储归档，通过USB端口连接打印机可输出打印测试证书及记录文本。
在测试系统设计时，根据实际常见试品环路数，确定上述框图中集线器端口数量，及选用的程控开关位数。集线器设计时采用绝缘性能良好的弹性连接端子，方便滑环试品引线连接，结构上采用分层、错位设计结构，使用高压绝缘引线确保绝缘/耐压试验要求。3 测试系统的标定溯源及测试结果数据分析
3.1 测量系统的溯源对测量系统的溯源，沿用了传统量传的检定校准方式。根据生产检测过程特点，采用了现场计量质量保证方案，增加各种量程阻值范围的无源标准器，实现对系统测量准确性的控制。
3.2 测量数据的处理及测量结果判定以10环路滑环测试为例，厂家要求每环路需动态测试10秒钟，选用GOM-802微欧姆计，采用15次/秒采样率测试，对实测接触电阻数据进行处理测试结果的分布区间一致，测试结果标准差小，动态接触电阻测试值的置信度高，表明测量数据稳定可靠。
结束语
文章基于GJB 1801-93《惯性技术测试设备主要性能试验方法》对转台、滑环等检测的相关规定，通过对导电滑环的主要检测项目分析，根据试验特点设计开发了一套环路滑环自动化测试系统。在系统开发设计过程中根据滑环试品结构特点、参数范围，在测量方法、器件选择、设计工艺上进行充分考虑，采取相应保护措施，通过对系统测试数据分析，证明该测试系统可行。
