轴销式传感器检测装置的研制

李 政，沈 琪，卢小犇，王 军，陈 铄

(上海市质量监督检验技术研究院，上海 201412)

1 引 言

轴销式传感器结构独特紧凑，抗扭转、抗弯曲能力强[1]，与相关承力部件组装容易，使用方便，在轨道交通行业广泛应用。转辙机测试仪是轨道交通上监控电动转辙机常用的检测装置，主要检测转辙机是否能完成对地铁道岔的牵引，从而改变地铁道岔的开通方向[2]。轴销式传感器是转辙机测试仪的主要测力装置(如图1所示)，因而轴销式传感器的力值检测至关重要。轨道交通使用方对轴销式传感器精度要求越来越高，准确反映出轴销式传感器的真实力值迫在眉睫。

图1 转辙机测试仪及包含的轴销式传感器

应使用方技术要求，结合轴销式传感器结构特点，上海市质量监督检验技术研究院独立设计了一套专门用于轴销式传感器的检测装置，可检测多种轴销式传感器，准确控制电动转辙机输出力值，此装置的应用将填补该检测领域的空白。

2 设计原理

轴销式传感器是一个整体弹性元件[3]，受力原理如图2所示，可以简化为两端简支中间受一集中载荷P作用的空心截面梁。其影响受力输出的因素有：轴销中心孔的直径d，凹槽的最小直径D，副销与支撑之间的间隙，支撑的硬度和双剪型电阻应变计的尺寸等[3]。因此，在检测时，应该采用与实际安装使用相同的边界支撑。所设计的检测装置连接构件具有相同的边界支撑面，可以使被检传感器在检测过程中得到平滑加载和受力。

图2 轴销式传感器的受力原理图

该检测装置主要由机体框架、加载控制系统及标准传感器构成，采用卧式设计(传统检测装置及新检测装置如图3所示)，检测轴销式传感器时完全遵照转辙机测试仪的日常使用状态，有效检测力值范围为(500-50000)N。

图3 传统检测装置及新检测装置图

基于Labview语言的控制系统将各部分功能进行连接，鸭嘴构件前方安装量程为50000N的大力值标准传感器，鸭嘴构件后方安装量程为5000N的小力值标准传感器。由于轴销式传感器结构独特，检测装置选择采用力值叠加原理，利用力源对串联同轴安装的标准传感器和被检轴销式传感器施加负荷，根据标准传感器的标准数来确定被检轴销式传感器的力值性能指标[4]，工作原理如图4所示。

图4 工作原理

检测时，小力值标准传感器在力源作用下首先进行工作。当检测力值达到小力值标准传感器上限时，将自动受保护，大力值标准传感器随即进行工作。作为承载和测力元件的参考标准传感器受到的负荷是弹性力，所以需要保证标准传感器具有足够高的精度。两个标准传感器经检定级别为0.03级，符合标准传感器的要求。

进行检测时，由减速机丝杆推动传感器安装板组件沿两个连杆做轴向精准移动并把力施加到被测轴销式传感器上，传感器受力平滑，冲击小，检测精度可以得到保证。加载过程中，传感器受力完全按照理想加载曲线进行，如图5所示，力值由Fi加载到Fi+1的过程中，要经历3个过程：I为加载过程，该过程力值与时间呈一次曲线；II为缓冲过程，该过程是一段光滑曲线；III为保持过程，该过程用来稳定力值并记录传感器的相关数据[6]。装置加载受力稳定，同轴度高，精度可达到0.1%标准机级别。

图5 理想的加载曲线

该检测装置无需人为干预，可实现全自动检测。工作前，把标准传感器的标定值输入计算机作为设定值。工作开始后，加载系统启动，标准传感器和被检轴销式传感器同时受力，传感器输出信号分别发送给标准表和检测仪表，计算机采集并记录标准传感器的输出值，计算标准传感器的加载值与设定值的差值。如此，逐点完成检测。该检测装置轻便小巧，便于携带移动，是一套可移动的高精度检测装置。

3 试验验证

根据JJG391-2009《力传感器检定规程》，在相同的温度和湿度条件下，使用新检测仪器和传统检测仪器分别对轴销式传感器进行检测。全量程预试验两次后，按照检定规程取全量程力值的10%、20%、40%、60%、80%、100%等6个点进行检测，重复检测3次，分别对力值示值相对误差、绝对误差，力值示值重复性进行比较，试验数据如表1-表3所示。通过数据分析可知，新检测装置的检测准确度更高，重复性、稳定性更好。

表1 两种检测装置检测轴销式传感器的力值平均示值

表2 新检测装置对轴销式传感器检测示值

表3 传统检测装置对轴销式传感器检测示值

4 结 语

通过试验验证，新研发的检测装置准确度、重复性、稳定性都很高，精度可达0.1%，已达到标准机精度。该检测装置连接构件具有与轴销式传感器相同的边界支撑面，传感器受力平滑，冲击较小，可以很好地保护传感器。后挡板独特设计使两个标准传感器力值切换自如，检测范围为(500-50000)N，完全满足轨道交通使用方的要求。该检测装置可拆卸移动，不仅适用于实验室检测，也适用于野外恶劣环境现场使用，应用前景广阔。