專利名稱：一種分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬導(dǎo)體電接觸領(lǐng)域，特別是涉及電接觸熔焊力的測量裝置和方法。
背景技術(shù)：
金屬導(dǎo)體間通過機(jī)械接觸，從而可以使電流通過的狀態(tài)稱為電接觸。電接觸分為滑動(dòng)接觸、分?jǐn)嘟佑|、滑動(dòng)分?jǐn)嘟佑|、固定接觸等幾種形式。其中分?jǐn)嘟佑|使用最為廣泛，常見的開關(guān)、繼電器、接觸器、起動(dòng)器等均屬于此范圍，材料性能基本上決定了其開斷能力和接觸可靠性能。在分?jǐn)嘟佑|中，兩接觸點(diǎn)材料一般采用銀、銅、金、鉬等的單質(zhì)金屬、合金或其復(fù)合材料，負(fù)擔(dān)接通、斷開電路及負(fù)載的任務(wù)，在兩觸點(diǎn)(也稱為觸頭、鉚釘、導(dǎo)電片等，下統(tǒng)一稱為觸點(diǎn))閉合和斷開過程中會(huì)發(fā)生熔焊。熔焊分兩種情況觸頭閉合或閉合彈跳時(shí)產(chǎn)生的電弧使兩個(gè)觸頭表面一部分熔化，閉合后觸頭熔化的部分凝固，使觸頭焊接在一起， 被稱為動(dòng)熔焊；另一種熔焊發(fā)生在觸點(diǎn)閉合后，觸頭傳輸?shù)碾娏鹘?jīng)過分散的收縮狀接觸區(qū)產(chǎn)生高密度電流，從而在微小區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，使溫度升高，溫升超過一定值就會(huì)使這些微區(qū)最終熔接一起，我們稱之為靜熔焊。發(fā)生熔焊后，如果焊點(diǎn)強(qiáng)度小于分?jǐn)嗔Γ瑒t觸點(diǎn)還能分開，受熔焊力作用，觸點(diǎn)分?jǐn)鄤?dòng)作會(huì)有一定延時(shí)；如果熔焊力超過分?jǐn)嗔κ褂|頭不能斷開就發(fā)生死焊，導(dǎo)致分?jǐn)嚯娊佑|系統(tǒng)失效，我們稱之為不完全熔焊。由于熔焊使得分?jǐn)噙^程中需要額外施加的力，大于設(shè)定值(如簧片的最大拉力)判定為失效。根據(jù)觸頭動(dòng)作時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況分為動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)。 熔焊與觸點(diǎn)的材料、接觸壓力、形狀、表面膜狀況及工作電壓電流、電路負(fù)載情況 (阻性、容性、感性、燈性等)均有關(guān)。目前在應(yīng)用中對(duì)熔焊的判斷主要是通過將觸點(diǎn)安裝到簧片等機(jī)件上形成繼電器、接觸器、真空開關(guān)等器件在一定的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)觸點(diǎn)間發(fā)生熔焊不能有效分?jǐn)鄷r(shí)認(rèn)為發(fā)生熔焊，此時(shí)采用拉力計(jì)掛在器件的動(dòng)接點(diǎn)上，施力直至兩熔焊接點(diǎn)分開測得的力值為熔焊力。采用最終發(fā)生死焊時(shí)來測量熔焊力會(huì)遺漏發(fā)生熔焊但又分?jǐn)嗟那闆r，而這種情況在一些關(guān)鍵應(yīng)用中仍會(huì)引起故障。當(dāng)需要對(duì)熔焊的各個(gè)影響要素進(jìn)行考察或研究時(shí)采用拉力計(jì)的方法就明顯不能滿足要求了。目前熔焊力的檢測有幾種方法，最簡單的是上面所述的在觸點(diǎn)發(fā)生熔焊后利用拉簧應(yīng)力計(jì)將動(dòng)觸點(diǎn)拉開，應(yīng)力計(jì)最大值即為熔焊力，此方法不能檢測靜熔焊和不完全熔焊， 且不能做實(shí)時(shí)檢測。還有一種方法是通過在靜觸點(diǎn)下端安裝壓電晶片，經(jīng)過電荷放大器放大信號(hào)，通過峰值電壓保持電路指示熔焊力大小，但由于壓電基片的轉(zhuǎn)換關(guān)系是非線性關(guān)系，測量精度受影響且成本較高。此外，通過在動(dòng)觸點(diǎn)端加裝彈簧測力計(jì)，在彈簧拉斷觸點(diǎn)焊橋時(shí)，測力計(jì)獲得熔焊力的值，由于增加的彈簧易晃動(dòng)，導(dǎo)致動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)對(duì)位不準(zhǔn)確，彈簧在一定程度上也存在非線性問題。無論采取何種檢測方法在熔焊檢測過程中均存在精度(真實(shí)反應(yīng)熔焊力情況)、穩(wěn)定性(在幾萬次分?jǐn)鄤?dòng)作中保持一致)、靈敏度(能檢測微小的熔焊力)等要求，這些參數(shù)越高越好
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試裝置如圖I所示，主要由安裝基座、壓力傳感器、片式應(yīng)變簧片、外部支架、觸點(diǎn)夾具組成。片式應(yīng)變簧片固定作用力在垂直方向，觸點(diǎn)安裝在夾具中，外部支架可上下移動(dòng)調(diào)節(jié)。觸點(diǎn)夾具貫穿片式應(yīng)變簧片并與壓力傳感器相連，片式應(yīng)變簧片連接觸點(diǎn)夾具及外部支架，外部支架可上下移動(dòng)調(diào)節(jié)壓力傳感器輸出零點(diǎn)；所述施力機(jī)構(gòu)配有激振器、氣缸或線性電機(jī)，并在施力裝置末端固定有夾具，實(shí)驗(yàn)觸點(diǎn)固定在夾具上。在豎直放置的情況下，在動(dòng)觸點(diǎn)未閉合時(shí)，微調(diào)外部支持體，通過簧片作用，抵消夾具和觸點(diǎn)自重產(chǎn)生的壓力，使得力學(xué)傳感器輸出信號(hào)為零。則在分?jǐn)嚅_始時(shí)刻施力機(jī)構(gòu)施加的閉合壓力和下觸點(diǎn)的支持力存在力學(xué)平衡，與下觸點(diǎn)剛性連接的力學(xué)傳感器檢測出支持力的大小。當(dāng)分?jǐn)嚅_始后施力機(jī)構(gòu)逐步減小閉合壓力直至為零，如果沒有熔焊力的存在，則支持力降低為零后不再變化，如圖3所示。如果存在熔焊力，則施力機(jī)構(gòu)需施加一額外向上的力拉開粘接在一起的觸點(diǎn)，此時(shí)力學(xué)傳感器上會(huì)出現(xiàn)一負(fù)向變化的力，直到熔焊部分被拉開，支持力才會(huì)回到零點(diǎn)，如圖4所示。如圖3的熔焊力測試裝置配用的施力機(jī)構(gòu)，施力機(jī)構(gòu)可以是激振器、氣缸或線性電機(jī)，其下部固定有夾具，觸點(diǎn)固定在夾具上，導(dǎo)線連接在夾具上，通電后可。施力機(jī)構(gòu)和測試裝置可上置、下置或以其它方向放置。壓力傳感器引出的信號(hào)線接后端放大儀表，后端使用峰值保持電路或計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集裝置即可得到最大熔焊力值。所述施力機(jī)構(gòu)采用激振器、氣缸或直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在控制下連續(xù)施加或減小閉合接觸壓力，其下部固定有夾具，觸點(diǎn)固定在夾具上，導(dǎo)線連接在夾具上，測量時(shí)通電，本發(fā)明提出了一種全新的分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試裝置，具備高精度、高穩(wěn)定性、高靈敏度特點(diǎn)，測試裝置在軸向測量熔焊力，而與軸向垂直的X，Y軸方向無位移，可保證觸點(diǎn)在長時(shí)間實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)位準(zhǔn)確，不會(huì)引入實(shí)驗(yàn)誤差；由于觸點(diǎn)與力學(xué)傳感器間是硬連接， 沒有因加入彈簧等引起的時(shí)滯和非線性，實(shí)時(shí)反應(yīng)熔焊力情況且靈敏度高；通過調(diào)節(jié)位置可對(duì)力傳感器輸出進(jìn)行調(diào)零，可改善后端放大電路的輸出范圍和提高精度；由于熔焊力測量裝置傾斜后在力學(xué)結(jié)構(gòu)上是平衡的，不影響熔焊力的測量，因此可任意角度使用。在本發(fā)明所述的裝置和方法基礎(chǔ)上，通過固定接觸壓力、觸點(diǎn)形狀、工作電壓電流、電路負(fù)載等實(shí)驗(yàn)條件，改變觸點(diǎn)的材料類型和配對(duì)參數(shù)，配合后端的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，得到每次開啟時(shí)熔焊力的值，如圖5所示，可實(shí)現(xiàn)對(duì)熔焊特性及趨勢進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，從而篩選和尋找符合最終使用條件的觸點(diǎn)材料。


圖I為分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試裝置示意圖，為熔焊力測量裝置及片式應(yīng)變簧片示例。圖2為施力及測量裝置示意圖，為熔焊力測量裝置正置和反置使用示例。圖3和圖4為壓力傳感器輸出的信號(hào)示意圖圖3為無熔焊時(shí)輸出力學(xué)信號(hào)示意圖，圖4為當(dāng)發(fā)生熔焊時(shí)輸出力學(xué)信號(hào)示意圖。圖5為實(shí)際熔焊力檢測示例，為多次實(shí)驗(yàn)后熔焊力變化曲線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該正確理解的是本發(fā)明的實(shí)施例中的方法僅僅是用于說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例一傳感器采用500cN力傳感器，采用激振器作為驅(qū)動(dòng)源，激振器最大施力10牛，位移范圍8mm，采用方波進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，占空比50%。激振器中心軸末端固定夾具，夾持觸點(diǎn)作為動(dòng)觸點(diǎn)。采用如發(fā)明內(nèi)容中所述的熔焊力測試裝置夾持靜觸點(diǎn)。此裝置簧片及支架外徑為105mm，支架高度為90mm。熔焊力測試裝置力傳感器輸出信號(hào)接峰值保持器和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，每次分?jǐn)嗲跋葟?fù)位接峰值保持器，分?jǐn)嗪笥?jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)讀取負(fù)峰值信號(hào)計(jì)算得到熔焊力。熔焊力測量范圍+245cN至-245cN。觸點(diǎn)樣品采用AgNilO-AgNilO自配對(duì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分?jǐn)嗫偞螖?shù)20000次。動(dòng)觸點(diǎn)為平面形，直徑3mm,觸頭厚O. 65mm,足徑I. 5mm,足長O. 7mm,靜觸點(diǎn)規(guī)格為弧面形,尺寸同上。實(shí)驗(yàn)電流220V AC 10A，阻性負(fù)載，通過計(jì)算機(jī)記錄每一次的閉合/分?jǐn)嗟娜酆噶χ担瑥亩疾齑擞|點(diǎn)的熔焊傾向。注1千克力=9.8N，IcN = 1/100 N, I 克力=O. 98 cN。實(shí)施例二傳感器采用2000g力學(xué)傳感器。采用行程為15mm的氣缸作為驅(qū)動(dòng)源，配合二位五通閥電磁閥，電磁閥線圈電壓為12V，通入壓縮空氣。氣缸末端固定觸點(diǎn)夾具，夾具上夾持觸點(diǎn)作為動(dòng)觸點(diǎn)。采用如前所述的裝置夾持住觸點(diǎn)，作為靜觸點(diǎn)。調(diào)節(jié)氣缸和熔焊力測試裝置間的相對(duì)位置獲得實(shí)驗(yàn)所需的行程和閉合壓力。當(dāng)給電磁閥通12V電壓時(shí)，氣缸伸出，動(dòng)觸點(diǎn)擊打靜觸點(diǎn),觸點(diǎn)間閉合；電磁閥斷電后氣缸收回，觸點(diǎn)間分?jǐn)唷?實(shí)驗(yàn)材料動(dòng)靜觸點(diǎn)均為AgSn02/Cu復(fù)合材料觸點(diǎn)，分?jǐn)嗫偞螖?shù)20000次。動(dòng)觸點(diǎn)尺寸為平面型，直徑4. 5mm,觸頭厚O. 9mm,足徑I. 5mm,足長I. 65mm,靜觸點(diǎn)為弧面形。實(shí)驗(yàn)條件為25A 220V AC阻性負(fù)載，熔焊力測定范圍+1960cN至1960cN，通過計(jì)算機(jī)記錄每一次的閉合/分?jǐn)嗟娜酆噶χ?，從而考察此觸點(diǎn)的熔焊失效規(guī)律。
權(quán)利要求
1.一種分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試裝置，含有施力機(jī)構(gòu)與測力裝置，兩者采用垂直于水平方向豎直放置，其特征在于所述測力裝置由安裝基座、壓力傳感器、片式應(yīng)變簧片、夕卜部支架、觸點(diǎn)夾具組成，觸點(diǎn)安裝在觸點(diǎn)夾具中，觸點(diǎn)夾具貫穿片式應(yīng)變簧片并與壓力傳感器相連，片式應(yīng)變簧片連接觸點(diǎn)夾具及外部支架，外部支架可上下移動(dòng)調(diào)節(jié)壓力傳感器輸出零點(diǎn)；所述施力機(jī)構(gòu)配有激振器、氣缸或線性電機(jī)，并在施力裝置末端固定有夾具，實(shí)驗(yàn)觸點(diǎn)固定在夾具上。
2.如權(quán)利要求I所述的分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試裝置，其特征在于所述測試裝置還配有壓力傳感器，輸出信號(hào)接后端信號(hào)放大電路，通過計(jì)算機(jī)高速數(shù)據(jù)采集得到熔焊力變化波形，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行極大值分析得到熔焊力值。
3.如權(quán)利要求I所述的分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試裝置，其特征在于所述壓力傳感器輸出接后端放大儀表，儀表配用峰值保持器得到熔焊力值。
4.如權(quán)利要求I所述的分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試裝置，其特征在于所述施力機(jī)構(gòu)和測試裝置可上置也可下置或以其它方向放置。
5.一種分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試方法，其特征在于含有以下步驟 將實(shí)驗(yàn)觸點(diǎn)固定在觸點(diǎn)夾具中放入由安裝基座、壓力傳感器、片式應(yīng)變簧片、外部支架、觸點(diǎn)夾具組成的熔焊力測量裝置中， 觸點(diǎn)夾具貫穿片式應(yīng)變簧片并與壓力傳感器相連，片式應(yīng)變簧片連接觸點(diǎn)夾具及外部支架，外部支架可上下移動(dòng)調(diào)節(jié)壓力傳感器輸出零點(diǎn)， 施力裝置配有激振器、氣缸或線性電機(jī)，并在施力裝置末端固定有夾具，實(shí)驗(yàn)觸點(diǎn)固定在夾具上，測量時(shí)通電，控制施力裝置形成閉合、開啟動(dòng)作，信號(hào)輸出給后端接放大儀表的壓力傳感器，儀表配用峰值保持器得到熔焊力值，記錄并讀取熔焊力的值。
6.如權(quán)利要求5所述的分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試方法，其特征在于所述觸點(diǎn)安裝在夾具中，在動(dòng)觸點(diǎn)未閉合時(shí)，微調(diào)外部支持體，通過簧片作用，抵消夾具和點(diǎn)自重產(chǎn)生的壓力，使得力學(xué)傳感器輸出信號(hào)為零，則在分?jǐn)嚅_始時(shí)刻施力機(jī)構(gòu)施加的閉合壓力和下觸點(diǎn)的支持力存在力學(xué)平衡，與下觸點(diǎn)剛性連接的力學(xué)傳感器檢測出支持力的大??； 當(dāng)分?jǐn)嚅_始后施力機(jī)構(gòu)逐步減小閉合壓力直至為零，如果沒有熔焊力的存在，則支持力降低為零后不再變化，如果存在熔焊力，則施力機(jī)構(gòu)需施加一額外向上的力拉開粘接在一起的觸點(diǎn)，此時(shí)力學(xué)傳感器上會(huì)出現(xiàn)一負(fù)向變化的力，直到熔焊部分被拉開，支持力才會(huì)回到零點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求5所述的分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試方法，其特征在于所述施力機(jī)構(gòu)和測試裝置可上置也可下置或以其它方向放置。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種分?jǐn)嗍诫娊佑|熔焊力測試裝置，用于對(duì)繼電器、接觸器、開關(guān)等其中使用的觸點(diǎn)和觸頭進(jìn)行熔焊力測量。本裝置由熔焊力測量裝置及施力機(jī)構(gòu)(激振器、線性電機(jī)或氣缸)、夾具組成，測量裝置由力學(xué)傳感器、簧片、支撐座、外殼組成可進(jìn)行力學(xué)調(diào)零。通過此裝置結(jié)合數(shù)據(jù)采集裝置和后端儀表可完成觸點(diǎn)和觸頭熔焊力(包括靜熔焊和動(dòng)熔焊)的測量。
文檔編號(hào)G01L5/00GK102706498SQ20121015079
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者吳建昆, 王毅, 肖周, 馬駿 申請(qǐng)人:昆明貴研金峰科技有限公司