基于压力测量的电磁铁缓冲器设计

引言

缓冲器一般运用在电梯井道底坑内,是电梯出现蹲底或冲顶时能对轿厢(或对重）起到缓冲减震作用的必不可少的终端行程安全保护装置。

在中国,随着制造业的不断发展,对缓冲器的需求日益增大,但国内缓冲器的专门制造厂商及可提供的产品还较少,对于缓冲器的设计大多数仍停留在传统设计阶段。本研究课题利用压力传感器受力产生电信号的特性,使得电磁铁产生磁场力,从而起到缓冲作用,降低因冲击带来的损失。文献对本课题的研究内容进行了简要分析及方案设计,文献对压敏电阻与压力传感器连接电路进行了初步分析,文献对缓冲器的外部结构、压力传感器及其信号处理电路进行了优化选择,为该类型课题的研究提供了一定的技术参考。

本文通过对影响电磁铁缓冲器工作性能的结构参数进行初步分析并建立分析模型,为电磁铁缓冲器结构及缓冲特性的改进和优化提供了研究基础。

1缓冲器设计的整体方案及原理

1.1压力检测的基本原理

力学传感器种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器等传感器等,其中应用最广泛的是压阻式压力传感器,它价格较低,精度较高,并具有良好的线性特性。

1.2传感器信号放大原理

通过传感器连接放大电路,输入端连接压敏电阻,将压阻式压力传感器连接入电路,并用放大电路放大信号,使信号更加明显,便于电磁铁接收,产生感应。

1.3电磁磁力转换原理

对电磁铁接收的信号进行分析,通过改变电磁铁的通入电流,来改变电磁铁产生的磁力,通过磁通电路壳体线圈匝数的增加和磁力放大电路来增大电磁铁磁力的大小。

2压力传感测量

2.1传感器器件选择

考虑到经济效益的问题,选用压阻式压力传感器。因为本设计需要高精度的传感器,故选用了硅压阻式压力传感器和不锈钢压力传感器。硅压阻式压力传感器制作工艺兼容,成本较低,并且线性好,工艺成熟。传感芯片贴于基座,并通过电阻焊方式焊接到不锈钢外壳上。两种基本传感器的优点结合,才能满足本系统设计中对压力传感器线性好、精度高、稳定性高的要求。

2.2压力传感原理分析

压力传感器的原理如图1所示。

根据压力传感的输出原理,经过压力传感输入信号,输出电信号,使电磁铁导通,缓冲器开始作用。

传感器的内部结构采用了桥式测量电路,不仅能使测量更加精准,还能增加测量的稳定性,使温度变化对测量的影响降低。压力传感器外围接口电路如图2所示,该压力传感器外部有6根引线,1～4依次为输出＋、供电-、供电＋、输出-,5和6都是增益设置电阻。同时,图2中使用恒流源供电,使该电路运行更加精准稳定。

3电磁铁缓冲器结构模型

参考有关文献,本设计电磁铁缓冲器的结构模型如图3所示。

4总结与讨论

(1）本文建立了缓冲器分析模型,给出了压力传感的信号处理电路,有助于缓冲器的设计者提高设计效率和对现有产品进一步进行优化改进。

(2）电磁铁缓冲器的电压是影响其缓冲效果的主要结构参数,电压大小将决定在相同撞击载荷情况下,缓冲器吸收撞击能量的能力强弱:如电磁铁缓冲器的电压过小,则无法起到缓冲和保护的效果。因此,对电磁铁缓冲器相关参数的设计研究是提高缓冲器缓冲性能的关键所在。