背景介绍

电磁阀绕组作为电磁热源,其温度往往高于其他组件,是最易发生失效的区域。由于绕组自身尺寸结构小、绕线密度高等因素,对其温度的准确测量一直是一个难题。传统的热电偶相对尺寸过大,对电磁阀绕组结构产生较大影响,同时金属传感器在电磁场中存在电磁干扰。

基于瑞利散射的光频域反射仪(OFDR)使用光纤传感技术,可实现电磁阀内部小型绕组多点温度的实时测量,所布设的光纤成活率高,排除了应变干扰。

测试实验

绕组测温系统包括与待测绕组分布式接触设置的测温光纤、光纤传感解调仪、接收显示装置,如图1所示。


图1. 测温光纤位置布设示意图

在绕组骨架外表面设置有轴向贯通的矩形凹槽,光纤轴向敷设在矩形凹槽中。敷设后的光纤表面与最内侧绕组内表面接触,用于测量与光纤接触的最内层绕组底部的温度。另外,在绕组任意两层漆包线之间紧密绕制一层轴向光纤,用于测量绕组内部的温度。

OSI-S是基于瑞利光频域反射技术的高精度分布式光纤传感系统,测温精度可达±1.0℃,空间分辨率最小可达1mm,可分布式测量温度和应变,故应用于绕组底层温度测量。


图2. OSI-S系统测量绕组内部温度试验图

如图2所示,将带有轴向测温光纤的绕组施加12V直流电源激励进行试验。OSI-S系统通过跳线与矩形槽内的光纤连接并向光纤发射光信号,同时不断接收和处理光纤反馈回来的光信号,进一步解调获得与绕组底层温度相关的信息,并发送至接收显示装置,对数据进行显示与存储。

测试结果

通过电磁阀热力学模型中单独对绕组部分进行瞬态求解,并选取与整个光纤传感长度上对应数据采样点相近的二维截点,计算得到绕组底层和内部瞬态温度变化曲线,并通过试验曲线对标,其结果如图3、4所示。


图3. 比例电磁铁绕组内部温度随时间变化曲线


图4. 比例电磁铁绕组底部温度随时间变化曲线

分布式光纤测温方法在电磁阀内部小型绕组温度测量中是可行的,并具有较高的测量精度和测量稳定性。这里分布式光纤传感的测温误差主要来源于光纤熔接损耗和设备自身电路的误差,同时实验环境的非理想状态也会对最终结果有一定影响。

实验结论

应用分布式光纤传感技术可对电磁阀最易发生热失效的绕组温度进行测量,并能实时监控和测量电磁阀温度,同时能标定电磁阀传热仿真模型所测结果,为电磁阀可靠性设计提供了强有力的数据支撑。


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题名:Temperature prediction and winding temperature measurement of a solenoid valve
来源:Int. J. Vehicle Design, Vol. 82
作者:Yanyu Liu,Junqiang Xi,Fei Meng


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