一种电磁阀动态响应性能检测装置及其工作方法

技术领域

本发明属于电磁元器件动态响应性能检测领域，特别涉及了一种电磁阀动态响应性能检测装置及其工作方法。

背景技术

电磁阀作为典型的电磁控制元件，主要用于控制各种流体介质的流量、流速和方向。它们具有结构简单、成本低、响应速度快、可靠性高等显著优点，在航空航天、油气运输、工业制冷等领域发挥着不可或缺的作用。随着工业水平的发展，生产中对电磁阀小型化、高性能的要求更加迫切。电磁阀的动态响应性能(包括响应时间、电磁力、磁感应强度)是衡量其工作性能最直接的指标，决定了电磁阀的综合性能。为了获得更好的电磁阀性能，需要对电磁阀结构进行优化，无论是采用传统的经验设计方法，还是最新的电磁仿真优化设计方法，电磁阀动态响应性能的检测是不可缺少的。但目前电磁阀动态响应性能的检测技术发展较为落后，测量精度较低、灵敏度差；检测装置集成度低，往往需要多台套的设备分别对每个性能参数进行单独测试。

中国专利CN 105334477 A提出了一种高速电磁阀电磁力静、动态测试装置，该装置电磁力测量模块包括拉压力传感器和传力杆，被测衔铁上产生的电磁力通过传力杆由拉压力传感器感知，该方法仅能面向电磁阀的电磁力进行检测，传力杆的柔性较差，接入阀芯内部会对测量结果产生影响。

中国专利CN 107515063 A提出了一种开关阀电磁力测量试验台，采用螺旋测微仪调控气隙大小，通过连接杆连接动铁芯和拉压力传感器，从而测量电磁力。该方法仅能面向电磁阀电磁力的检测，连接杆接入阀芯内部会增加动铁芯的载荷，从而对测量结果产生影响。

中国专利CN 112556910A提出了一种机车电空阀电磁力测量装置，该装置同样采用拉压力传感器的方法，是单一指标的测量方法，不具备电磁阀动态响应性能一体化测量能力。

中国专利CN 107515063 A提出了一种电磁阀延迟时间及响应时间的测试装置，通过采集电磁阀的脉宽信号和电阻两端的电压值来计算获得响应时间。该方法仅能面向电磁阀响应时间的检测，需要对电磁阀进行相应处理，具体操作难度大，难以进行推广应用。

中国专利CN 103399224 A提出了一种新型的ABS电磁阀响应时间的检测装置，但其仅适用于汽车用ABS电磁阀，通用性低，不能满足多品类电磁阀响应时间的检测要求。

中国专利CN 103399224 A提出了一种电磁阀响应时间和漏泄程度自动化测试装置，但其仅适用于汽车用ABS电磁阀，通用性低，不能满足多品类电磁阀响应时间的检测要求。

针对上述问题，本专利旨在提出一种具有测量精度高、灵敏度高、设备集成度高的技术优势，能够实现对电磁阀的磁感应强度、电磁力和响应时间一体化检测的装置。

发明内容

为了解决电磁阀动态响应性能测量精度较低、检测装置集成度低、需要多台套的设备分别对每个性能参数进行单独测试的技术难题，本发明要提出一种新的电磁阀动态响应性能检测装置及其工作方法，该装置集成磁场强度、电磁力和响应时间的检测功能，能够在电磁阀一次装夹的前提下实现动态响应性能的一体化检测。

为了实现上述目的。本发明的技术方案如下：一种电磁阀动态响应性能检测装置，包括底座平台、三轴精密位移平台、电磁力测量模块、磁场强度测量模块、响应时间测量模块和电磁阀装夹定位模块；所述三轴精密位移平台、电磁力测量模块和响应时间测量模块均安装在底座平台上，所述磁场强度测量模块和电磁阀装夹定位模块均安装在三轴精密位移平台上；定义底座平台的左右方向为X轴方向、前后方向为Y轴方向、垂直方向为Z轴方向；

所述的三轴精密位移平台包括立柱、平台X轴、平台Y轴和平台Z轴，所述立柱有两个、沿左右方向安装；所述平台X轴安装在立柱的顶端，与两个立柱形成龙门式架构；所述平台Z轴通过转接板安装于平台X轴上、并与平台X轴滑动连接；所述平台Y轴沿前后方向固定安装在底座平台上；

所述电磁力测量模块包括X轴移动平台、测力仪夹具和数字式测力仪，所述数字式测力仪通过测力仪夹具安装在X轴移动平台上，所述测力仪夹具与X轴移动平台通过齿轮齿条啮合连接、沿X轴移动平台移动，所述X轴移动平台通过2个可调节脚杯安装在底座平台上；

所述磁场强度测量模块包括高斯计、高斯计探头和探头夹具，所述高斯计安装在其中一个立柱上，所述高斯计探头通过探头夹具安装在平台Z轴上；所述探头夹具与平台Z轴滑动连接、沿平台Z轴上下移动；

所述响应时间测量模块包括激光同轴位移传感器、传感器夹具和Z轴运动台，所述激光同轴位移传感器通过传感器夹具安装在Z轴运动台上，所述传感器夹具与Z轴运动台通过齿轮齿条啮合连接、沿Z轴运动台上移动；所述Z轴运动台固定安装在底座平台上；

所述电磁阀装夹定位模块包括电磁阀夹具和转向调节机构，所述电磁阀夹具固定安装在转向调节机构上，所述转向调节机构通过转接板与平台Y轴滑动连接；所述电磁阀夹具用于夹持电磁阀；所述转向调节机构用于调整电磁阀顶部的三个朝向；

在电磁力检测中，所述数字式测力仪的传感器端通过高性能纤维连接线与电磁阀中的动铁芯末端相连。

进一步地，所述的转向调节机构包括固定部件和活动部件，所述电磁阀夹具固定安装在活动部件的上端面，所述固定部件的下端面通过转接板与平台Y轴滑动连接；

所述活动部件为T形结构，活动部件的上部为倒梯形块、下端设置X向通孔；所述固定部件包括梯形台、夹持块、挡板和定位轴，所述夹持块的左侧与梯形台固定连接、右侧与挡板固定连接，夹持块上设置Y形开口；所述定位轴为悬臂轴，定位轴的右端与挡板固定连接、左端穿过Y形开口伸出到梯形台外；所述活动部件通过X向通孔与定位轴转动连接，定位轴外端与紧固螺母连接；

进行磁场强度检测时，活动部件固定在夹持块的Y形开口内，大端朝上，紧固螺母拧紧；

进行电磁力检测时，活动部件与夹持块的梯形台左侧斜面接触，大端朝左，紧固螺母拧紧；

进行响应时间检测时，活动部件与夹持块的梯形台右侧斜面接触，大端朝右，紧固螺母拧紧。

进一步地，所述立柱的底端通过可调节脚杯安装在底座平台上。

进一步地，所述平台Z轴通过伺服电机驱动转接板在平台X轴上滑动；所述转向调节机构通过伺服电机驱动转接板在平台Y轴上滑动；所述探头夹具通过伺服电机驱动在平台Z轴上移动；所述传感器夹具通过旋转手柄驱动在Z轴运动台上移动；所述测力仪夹具通过旋转手柄驱动在X轴移动平台上移动。

一种电磁阀动态响应性能检测装置的工作方法，包括如下步骤：

A、安装电磁阀

将电磁阀安装在电磁阀夹具上，使得电磁阀轴向方向与活动部件的上端面垂直；

B、测量磁场强度

B1、调节转向调节机构，使得活动部件固定在夹持块的Y形开口内，大端朝上，紧固螺母拧紧；此时，电磁阀轴向方向与Z轴平行；

B2、开启高斯计，电磁阀通电，通过上位机控制三轴精密位移平台带动高斯计探头到达测量位置，通过PC机软件收集记录磁场强度检测数据；检测结束，关闭高斯计，电磁阀断电，完成磁场强度测量；

C、检测电磁力

C1、调节转向调节机构，使得活动部件与夹持块的梯形台左侧斜面接触，大端朝左，紧固螺母拧紧；此时，电磁阀轴向方向与X轴平行；

C2、将高性能纤维连接线未连接的一端与电磁阀的动铁芯相连，电磁阀通电，开启数字式测力计，通过X轴移动平台带动数字式测力计向远离电磁阀的方向移动，直至动铁芯脱出电磁阀，通过PC机软件收集记录电磁力检测数据；检测结束，关闭数字式测力计，电磁阀断电，完成电磁力检测；

D、检测响应时间

D1、调节转向调节机构，使得活动部件与夹持块的梯形台右侧斜面接触，大端朝右，紧固螺母拧紧；此时，电磁阀轴向方向与X轴平行；

D2、开启激光同轴位移传感器，通过Z轴运动台和平台Y轴的联合运动实现对心；电磁阀通电，动铁芯从起始位置移动到吸合位置，通过PC机软件收集记录位移随时间变化的数据；检测结束，关闭激光同轴位移传感器，电磁阀断电，完成响应时间检测；

E、拆卸电磁阀

所有检测完成后，拆下电磁阀，完成电磁阀的动态响应性能的测量。

本发明的工作原理如下：

1、本发明的磁场强度测量模块基于霍尔效应原理进行检测，由霍尔传感器经过物体磁力线穿过产生电流电压，在高斯计中转换为磁感应强度。高斯计探头可以通过上位机软件控制平台X轴、平台Y轴和平台Z轴的微米级精度的复合运动来到达检测位置。

2、本发明的电磁力测量模块是基于电阻应变式传感器来测量电磁力，具有分辨率高、误差小的优点。采用电阻应变式传感器的数字式测力仪在检测过程中需要利用高性能纤维连接线将数字式测力仪探头与电磁阀的动铁芯相连。需要通过调整可调节脚杯和平台Y轴将数字式测力仪探头与电磁阀的动铁芯调整在同一轴线上。

3、本发明的响应时间测量模块是基于光学传感的原理进行检测，具有采样频率高、测量范围宽的优势。利用激光同轴位移传感器对准动铁芯的位置，检测动铁芯吸合过程中时间和位移的关系曲线，实现响应时间的测量。测量过程中可以通过调整Z轴运动台和平台Y轴将激光同轴位移传感器与电磁阀的动铁芯调整在同一轴线上。

与现有技术相比，本发明的有益成果为：

1、本发明在响应时间的测量中，使用了高采样频率、高灵敏度的激光同轴位移计，具有极高的检测精度、并且仅使用一次装夹，即可完成磁感应强度、电磁力以及响应时间三个参数的测试工作，具备更高的效率，为电磁阀的优化设计及电磁阀仿真模型的验证提供了一种新方法。

2、本发明提出了一种具有测量精度高、灵敏度高、设备集成度高的电磁阀磁感应强度、电磁力和响应时间一体化检测装置。装置可以在一次装夹下完成电磁阀磁感应强度、电磁力以及响应时间三个参数的检测，提高了检测精度并缩短了检测时间。

附图说明

图1为本发明的总体装置示意图。

图2为本发明中的转向调节机构示意图。

图3为本发明中的磁场强度测量示意图。

图4为本发明中的电磁力测量示意图。

图5为本发明中的响应时间测量示意图。

图中：1、底座平台，2、可调节脚杯，3、X轴移动平台，4、测力仪夹具，5、数字式测力仪，6、立柱，7、高斯计，8、平台X轴，9、平台Z轴，10、探头夹具，11、高斯计探头，12、电磁阀，13、电磁阀夹具，14、转向调节机构，15、平台Y轴，16、激光同轴位移传感器，17、传感器夹具，18、Z轴运动台，19、高性能纤维连接线，20、动铁芯，21、固定部件，22、活动部件，23、数字式测力仪探头，24、紧固螺母，25、通孔，26、定位轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本申请进行完整、详尽的说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本发明的详细内容，是本发明实施例中的一部分，而非全部实施例。

如图1-5所示，一种电磁阀动态响应性能检测装置，包括底座平台1、三轴精密位移平台、电磁力测量模块、磁场强度测量模块、响应时间测量模块和电磁阀装夹定位模块；所述三轴精密位移平台、电磁力测量模块和响应时间测量模块均安装在底座平台1上，所述磁场强度测量模块和电磁阀装夹定位模块均安装在三轴精密位移平台上；定义底座平台1的左右方向为X轴方向、前后方向为Y轴方向、垂直方向为Z轴方向；

所述的三轴精密位移平台包括立柱6、平台X轴8、平台Y轴15和平台Z轴9，所述立柱6有两个、沿左右方向安装；所述平台X轴8安装在立柱6的顶端，与两个立柱6形成龙门式架构；所述平台Z轴9通过转接板安装于平台X轴8上、并与平台X轴8滑动连接；所述平台Y轴15沿前后方向固定安装在底座平台1上；

所述电磁力测量模块包括X轴移动平台3、测力仪夹具4和数字式测力仪5，所述数字式测力仪5通过测力仪夹具4安装在X轴移动平台3上，所述测力仪夹具4与X轴移动平台3通过齿轮齿条啮合连接、沿X轴移动平台3移动，所述X轴移动平台3通过2个可调节脚杯2安装在底座平台1上；

所述磁场强度测量模块包括高斯计7、高斯计探头11和探头夹具10，所述高斯计7安装在其中一个立柱6上，所述高斯计探头11通过探头夹具10安装在平台Z轴9上；所述探头夹具10与平台Z轴9滑动连接、沿平台Z轴9移动；

所述响应时间测量模块包括激光同轴位移传感器16、传感器夹具17和Z轴运动台18，所述激光同轴位移传感器16通过传感器夹具17安装在Z轴运动台18上，所述传感器夹具17与Z轴运动台18通过齿轮齿条啮合连接、沿Z轴运动台18移动；所述Z轴运动台18固定安装在底座平台1上；

所述电磁阀装夹定位模块包括电磁阀夹具13和转向调节机构14，所述电磁阀夹具13固定安装在转向调节机构14上；所述转向调节机构14通过转接板与平台Y轴15滑动连接，沿平台Y轴15移动；所述电磁阀夹具13用于夹持电磁阀12；所述转向调节机构14用于调整电磁阀12顶部的三个朝向；

在电磁力检测中，所述数字式测力仪5的传感器端通过高性能纤维连接线19与电磁阀12中的动铁芯20末端相连。

进一步地，所述的转向调节机构14包括固定部件21和活动部件22，所述电磁阀夹具13固定安装在活动部件22的上端面，所述固定部件21的下端面通过转接板与平台Y轴15滑动连接；

所述活动部件22为T形结构，活动部件22的上部为倒梯形块、下端设置X向通孔25；所述固定部件21包括梯形台、夹持块、挡板和定位轴26，所述夹持块的左侧与梯形台固定连接、右侧与挡板固定连接，夹持块上设置Y形开口；所述定位轴26为悬臂轴，定位轴26的右端与挡板固定连接、左端穿过Y形开口伸出到梯形台外；所述活动部件22通过X向通孔25与定位轴26转动连接，定位轴26外端与紧固螺母24连接；

进行磁场强度检测时，活动部件22固定在夹持块的Y形开口内，大端朝上，紧固螺母24拧紧；

进行电磁力检测时，活动部件22与夹持块的梯形台左侧斜面接触，大端朝左，紧固螺母24拧紧；

进行响应时间检测时，活动部件22与夹持块的梯形台右侧斜面接触，大端朝右，紧固螺母24拧紧。

进一步地，所述立柱6的底端通过可调节脚杯安装在底座平台1上。

进一步地，所述平台Z轴9通过伺服电机驱动转接板在平台X轴8上滑动；所述转向调节机构14通过伺服电机驱动转接板在平台Y轴15上滑动；所述探头夹具10通过伺服电机驱动在平台Z轴9上移动；所述传感器夹具17通过伺服电机驱动在Z轴运动台18上移动；所述测力仪夹具4通过旋转手柄驱动在X轴移动平台3上移动。

一种电磁阀动态响应性能检测装置的工作方法，包括如下步骤：

A、安装电磁阀12

将电磁阀12安装在电磁阀夹具13上，使得电磁阀12轴向方向与活动部件22的上端面垂直；

B、测量磁场强度

B1、调节转向调节机构14，使得活动部件22固定在夹持块的Y形开口内，大端朝上，紧固螺母24拧紧；此时，电磁阀12轴向方向与Z轴平行；

B2、开启高斯计7，电磁阀12通电，通过上位机控制三轴精密位移平台带动高斯计探头11到达测量位置，通过PC机软件收集记录磁场强度检测数据；检测结束，关闭高斯计7，电磁阀12断电，完成磁场强度测量；

C、检测电磁力

C1、调节转向调节机构14，使得活动部件22与夹持块的梯形台左侧斜面接触，大端朝左，紧固螺母24拧紧；此时，电磁阀12轴向方向与X轴平行；

C2、将高性能纤维连接线19未连接的一端与电磁阀12的动铁芯20相连，电磁阀12通电，开启数字式测力计，通过X轴移动平台3带动数字式测力计向远离电磁阀12的方向移动，直至动铁芯20脱出电磁阀12，通过PC机软件收集记录电磁力检测数据；检测结束，关闭数字式测力计，电磁阀12断电，完成电磁力检测；

D、检测响应时间

D1、调节转向调节机构14，使得活动部件22与夹持块的梯形台右侧斜面接触，大端朝右，紧固螺母24拧紧；此时，电磁阀12轴向方向与X轴平行；

D2、开启激光同轴位移传感器16，通过Z轴运动台18和平台Y轴15的联合运动实现对心；电磁阀12通电，动铁芯20从起始位置移动到吸合位置，通过PC机软件收集记录位移随时间变化的数据；检测结束，关闭激光同轴位移传感器16，电磁阀12断电，完成响应时间检测；

E、拆卸电磁阀12

所有检测完成后，拆下电磁阀12，完成电磁阀12的动态响应性能的测量。

如图3所示，本发明的高斯探针能够实现电磁阀的磁场强度的定点检测。

如图4所示，本发明的电磁力测量模块可获得移动铁芯在整个移动过程中的受力曲线，测量分辨率可达0.01N。

如图5所示，本发明的激光彩色同轴位移传感器，具有良好的精度和广泛的测量范围。位移测量范围为±10mm，分辨率不小于0.025μm。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。