CN112903164A - 一种在线同时监测内阻负载压力和弹变形量的检测装置 - Google Patents

Abstract

一种在线同时监测内阻负载压力和弹变形量的检测装置，包括平行度自适应调整机构、压力与内阻监测系统、弹变形量测量系统、动力输出系统和数据处理系统；所述压力与内阻监测系统的一端固定在平行度自适应调整机构上，另外一端固定在动力输出系统上，弹变形量测量系统设置在压力与内阻监测系统的侧面；所述数据处理系统分别与所述压力与内阻监测系统、所述弹变形量测量系统电连接，进行数据传输；所述数据处理系统用于控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查，并处理系统数据；还包括供电电源，所述电源为其它各系统供电。本发明的装置丰富了氢燃料电池各工序质量检测装置的品类，增强了氢燃料电池生产过程的品质控制管理和安全生产系数。

Description

一种在线同时监测内阻负载压力和弹变形量的检测装置

技术领域

本发明属于氢燃料电池检测技术领域，具体是一种在线同时监测内阻负载压力和弹变形量的检测装置。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极；氢燃料电池燃料电池对环境无污染、燃料电池运行无噪音以及发电效率可以达到50％以上，氢燃料电池越来越受欢迎，使用频率越来越高，具有广阔的发展前景。然而，氢燃料电池生产条件非常苛刻，因为燃料电池内充满高纯度氢气，氢气在常温常压下极易燃易爆，要对每个工序质量进行管控，所以需要专业仪器对生产过程中进行质量检测，否则，生产过程中夹杂不合格产品，轻则造成燃料电池的整体性能，影响产品品质，重则会造成不可估量的安全生产事故发生。如在氢燃料电池在生产过程中，要对石墨碳板、膜电极等进行真实工作环境下的品质检验，通常对工作状态下的压力负载、弹变形量和内阻值进行同步全真模拟试验，检测产品在此工序生产环节中的质量优劣情况，使产品出厂前绝对安全有效。但目前试验室中对氢燃料电池的石墨碳板、膜电极等各项指标的检测是分开进行的，有的仅局限于简单的内阻测量，或单纯的变形量测试，或仅做可承载工作压力测试，此类检测功能单一、工作效率低，不能有机的把个多个测量指标实时联动起来判断产品质量，不能客观反映待测件的真实工作状况；且检测装置的平行度自适应性较差，只能纯靠加工精度和装配公差来保障，对检测装置的装配要求较高且后期设备出故障不易维护，直接影响检测装置的测量精度。

发明内容

本发明针对目前市场上还没有一种能实时同时监测氢燃料电池的石墨碳板、膜电极等的内阻、工作压力和弹变形量，及具有平行度自适应性的高精度检测装置，解决传统检测装置不能全真模拟氢燃料电池工作状态、检测指标单一、效率低下的问题。本发明提供了一种在线同时监测内阻负载压力和弹变形量的检测装置，其特征在于包括平行度自适应调整机构、压力与内阻监测系统、弹变形量测量系统、动力输出系统和数据处理系统；

所述压力与内阻监测系统的一端固定在平行度自适应调整机构上，另外一端固定在动力输出系统上，弹变形量测量系统设置在压力与内阻监测系统的侧面；

所述数据处理系统分别与所述压力与内阻监测系统、所述弹变形量测量系统电连接，进行数据传输；所述数据处理系统用于控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查，并处理系统数据；

还包括供电电源，所述电源为其它各系统供电。

进一步地，所述平行度自适应调整机构包括底板、N个弹簧、调整块、N个紧固件，所述底板固定，所述紧固件的一端固定连接在底板上，另一端先穿过弹簧与弹簧套装，然后再穿过调整块与调整块锁紧在一起，其中弹簧与紧固件之间为间隙配合，弹簧可在底板和调整块之间伸缩运动；其中，N≥3，最好为4；所述弹簧具体为矩形弹簧；所述紧固件最好为法兰螺母和内六角圆柱头螺栓；

所述压力与内阻监测系统包括绝缘垫块、第一直接触头、第二直接触头、压力传感器、高精密内阻测试仪、电能传导线，第一直接触头和第二直接触头之间为放置待测件的空间，高精密内阻测试仪通过电能传导线分别于与第一直接触头、第二直接触头连接；第一直接触头固定在绝缘垫块上，绝缘垫块固定在调整块上，第二直接触头固定于压力传感器的一端上，压力传感器另一端固定在动力输出系统上；

所述绝缘垫块为陶瓷垫块；

所述弹变形量测量系统设置在第一直接触头与第二直接触头的一侧，通过第一直接触头与第二直接触头检测待测件的弹变形量；

所述动力输出系统包括交流伺服电机、行星减速器、动力转换传动组件，所述交流伺服电机输出端与行星减速器传动连接，行星减速器与动力转换传动组件固定连接，所述交流伺服电机提供转动动力经行星减速器减速，然后通过动力转换传动组件转换为直线运动动力，驱动所述第一直接触头和第二直接触头相对直线运动；

所述数据处理系统包括工业工作站和测试软件，测试软件安装在工业计算机上用于控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查，并处理系统数据。

进一步地，所述动力转换传动组件包括支承座、同步带轮箱体、第一高扭矩同步轮、同步齿形带、第二高扭矩同步轮、法兰轴承、滚珠丝杠螺母、缸体伸出杆、滚珠丝杠、电缸缸体、直线轴承，行星减速器固定在支承座一侧且其输出端与第一高扭矩同步轮传动连接，第一高扭矩同步轮和第二高扭矩同步轮通过同步齿形带连接，第二高扭矩同步轮安装于滚珠丝杠一端，滚珠丝杠依次穿过法兰轴承、滚珠丝杠螺母、缸体伸出杆、直线轴承，滚珠丝杠螺母与缸体伸出杆为固定连接，滚珠丝杠螺母与滚珠丝杠相配合作螺旋传动，滚珠丝杠螺母带动缸体伸出杆沿滚珠丝杠移动，同步带轮箱体固定在支承座一侧，电缸缸体固定在支承座另一侧，法兰轴承固定在支承座上，直线轴承固定在电缸缸体内且位于输出端上。

进一步地，还包括支撑架，所述支撑架包括工作台面、两块L型立板、支承板、T型立板，两块L型立板一端固定在工作台面上，另一端固定在支承板上且支承板位于两块L型立板中间位置，T型立板固定在支承板左侧；

所述平行度自适应调整机构的底板固定在工作台面上；

所述压力与内阻监测系统的高精密内阻测试仪放置在工作台面上；

所述压力与内阻监测系统的第一直接触头通过内六角螺栓固定在绝缘垫块上，绝缘垫块固定在调整块上，所述绝缘垫块为陶瓷垫块；

所述压力与内阻监测系统的第二直接触头通过绝缘带肩双头螺柱固定于压力传感器一端上，压力传感器另一端通过螺纹具体连接固定在缸体伸出杆上；

所述数据处理系统的工业工作站固定在T型立板上。

进一步地，所述弹变形量测量系统为接触式位移检测装置，接触式位移检测装置分别固定在第一直接触头与第二直接触头上；

所述接触式位移检测装置包括绝缘连接块、扣套、接触式位移传感器、绝缘定位块，接触式位移传感器穿过扣套卡紧在绝缘连接块上，绝缘连接块固定在第二直接触头上，绝缘定位块固定在第一直接触头上；

进一步地，还包括PLC控制器，PLC控制器与交流伺服电机连接，用于控制开关，工业工作站分别与PLC控制器、交流伺服电机、高精密内阻测试仪、压力传感器连接，用于控制元件工作状态，且都通过电能传导线与电源连接。

进一步地，所述测试软件控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查的步骤包括：

S1、所述测试软件内写入待测件的内阻、负载压力和弹变形量的理论范围值，以便与测试数据值比较；

S2、装置初始校准阶段：测试软件触动PLC控制器，PLC控制器控制交流伺服电机开始工作，使第二直接触头下压至所设压力值位置，所设压力值位置所对应的压力大于测试待测量时所用压力，然后压力传感器和接触式位移传感器开始工作，通过测试软件把此时测量的位移设为参照的初始值，并根据相应待测件的高度采用补偿方式设置为原点O，即用位移初始值加上待测件高度置设置为原点O；；

S3、装置测量阶段：把待测件装载在检测台上，测试软件触动PLC控制器使交流伺服电机带动第二直接触头移动至待测件高度位置，此时刚与待测件接触的高度即原点O，因为刚与待测件接触所以压力为0N，到了接触点位置后，第二直接触头移动至待测量压力所对应的压力值位置，然后再上升至原点O位置，此时压力传感器、接触式位移传感器和高精密内阻测试仪分别采集从原点O下压到最低点至返回原点O过程所对应的压力值、位移量和内阻值，并把实时监测数据发送给工业工作站；所述工业工作站为计算机；

S4、装置测量数据处理阶段：工业工作站结合三者在线监测数据进行联动分析，当压力值、位移量和内阻值任何一个数据超出理论范围值，此时计算机把超出范围的实际值标红，作出不合格标识，并计数不合格产品数量，当都没超出理论范围值，此时计算机作出最终的合格标识，并计数合格产品数量；不合格产品标识为NG；合格产品标识为OK；

S5、装置检测完成阶段：从原点O位置移动至初始位置，此时压力传感器、接触式位移传感器和高精密内阻测试仪不再采集数据，检测工作完成。

进一步地，所述测试软件控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查的步骤S2中还包括步骤

S21、所述压力传感器和接触式位移传感器开始工作前，第二直接触头下压至所设压力值位置为基准锁紧平行度自适应调整机构。

进一步地，所述测试软件控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查的步骤S3中还包括步骤

S31、在测量开始之前，在测试软件内设置好交流伺服电机工作速度，设置在下压过程中，从初始位置下降至原点O时速度为快速；设置从原点O下压到最低点再至返回原点O时速度为慢速。

本发明装置可模拟待测件在特定工作环境的作业情况，对待测件工况实时监测，并对监测数据进行参数化管理，如石墨极板和膜电极依次交叉堆叠在一起称为电堆，堆叠在一起再用捆扎捆绑紧，捆扎一起时它们存在的压力也即工作压力或称为负载压力，而本发明装置模拟它们工作压力下对应的内阻、负载压力和弹变形量的测试，及时筛选出不合格产品；且装置具有平行度自适应性，检测精度更高，也便于后期维护；装置结构灵活、安全实用、检测精度高，克服了传统检测装置存在工作平行度低、检测精度低、功能单一等的弊端，填补了氢燃料电池市场上同时检测石墨极板、膜电极等仪器空白，为氢燃料电池检测提供了新思路、新方法、新途径，有助于氢燃料电池实际应用技术向成熟、高效、安全的方向发展。

总之，本发明的有益效果是：

1、本发明的装置采用了机械运动和自动控制测量技术相结合的创新设计方法，全真模拟待测件在特定的工作环境下的作业情况，并对其进行参数化管理，如对待测件的内阻、弹变形量和工作压力进行实时动态监测，真实反映待测件的实际参数水平，并将其实际检测值与相对应的理论比对，可及时发现不合格的产品，避免不合格产品流入下一工序环节；同时，本发明的装置可同时监测待测件在工作状态下的内阻、弹变形量和工作压力的三个变量，功能齐全，而不同于传统检测方式的单一变量检测，这也极大提高了装置的工作效率；再次，实现多变量同时在线监测，能真实反映产品客观存在的工作条件，使待测件的内阻、弹变形量和工作压力三者之间建立内在联系，也只有将三者结合起来判断产品的质量才有意义。

2、本发明的装置设计有一个平行度自适应调整机构，在装置测量过程中当发现内阻测试仪上、下工作台面(指第一直接触头、第二直接触头重合平面)平行度较差时，可通过此机构调整测量台面的平行度，使待测工件与测量台面保持平行，进而使待测件的两待测端面均匀贴合在内阻测试仪的工作面上，保证待测件的实际接触贴合面就是理论的测试工作面，从而提高了检测结果的准确度，从而避免了内阻测试仪在测量时出现倾斜，让待测件工作压力不均匀，最终导致测量结果错误的情况发生，因为待测件受力不均影响到待测件接触面积，接触面积影响到测出电荷量，折算到的内阻就不同，R＝U/A。

3、弹变形量测量系统采用接触式位移检测装置，不同于其它如激光类检测仪器，使检测精确度更高，更符合石墨碳板、膜电极等的微弹变形量检测。

4、本发明的装置测量结果安全可靠，通过对其的开发应用，丰富了氢燃料电池各工序质量检测装置的品类，增强了氢燃料电池生产过程的品质控制管理和安全生产系数，有助于推动氢燃料电池行业的快速发展。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为支撑架结构示意图；

图3为平行度自适应调整机构、压力与内阻监测系统结构示意图；

图4为弹变形量测量系统结构示意图；

图5为绝缘带肩双头螺柱结构示意图；

图6为动力输出系统结构示意图；

图中：1-支撑架；2-平行度自适应调整机构；3-压力与内阻监测系统；4-弹变形量测量系统；5-动力输出系统；6-数据处理系统；7-工作台面；8-L型立板；9-支承板；10-T型立板；11-底板；12-矩形弹簧；13-调整块；14-法兰螺母；15-内六角圆柱头螺栓；16-陶瓷垫块；17-第一直接触头；18-第二直接触头；19-压力传感器；20-交流伺服电机；21-行星减速器；22-绝缘带肩双头螺柱；23-电能传导线；24-绝缘连接块；25-扣套；26-接触式位移传感器；27-支承座；28-同步带轮箱体；29-第一高扭矩同步轮；30-同步齿形带；31-第二高扭矩同步轮；32-法兰轴承；33-滚珠丝杠螺母；34-缸体伸出杆；35-滚珠丝杠；36-电缸缸体；37-直线轴承；38-高精密内阻测试仪；39-绝缘定位块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：如图1-6所示，本平行度自适应性的高精度内阻测试装置，包括支撑架、平行度自适应调整机构、压力与内阻监测系统、弹变形量测量系统、动力输出系统和数据处理系统；平行度自适应调整机构、动力输出系统、数据处理系统分别固定在支撑架上，压力与内阻监测系统一端固定在平行度自适应调整机构，另外一端固定在力输出系统上，弹变形量测量系统安装在压力与内阻监测系统侧面上；

其中支撑架1包括工作台面7、两块L型立板8、支承板9、T型立板10，两块L型立板8一端固定在工作台面7上，另一端固定在支承板9上且支承板位于两块L型立板8中间位置，T型立板10固定在支承板9左侧；

平行度自适应调整机构2包括底板11、四个矩形弹簧12、调整块13、四个紧固件包括四个法兰螺母14和四个内六角圆柱头螺栓15，底板11用螺钉固定在工作台面7上，四个内六角圆柱头螺栓15一端通过螺纹连接紧固在底板11上，另一端分别穿过四个矩形弹簧12、调整块13和四个法兰螺母14依次套装在四个内六角圆柱头螺栓15上，四个法兰螺母14起到锁紧作用，其中四个矩形弹簧12位于底板11和调整块13之间，调整块13位于四个矩形弹簧12和四个法兰螺母14之间，四个矩形弹簧12与四个内六角圆柱头螺栓15为间隙配合，矩形弹簧12可随法兰螺母14旋拧的松紧沿内六角圆柱头螺栓15上下移动，即矩形弹簧12可在底板11和调整块13之间伸缩运动；

压力与内阻监测系统3包括陶瓷垫块16、第一直接触头17、第二直接触头18、压力传感器19、高精密内阻测试仪38、绝缘带肩双头螺柱22、电能传导线23，高精密内阻测试仪38放置在工作台面7上，且通过电能传导线23分别于与第一直接触头17、第二直接触头18连接，第一直接触头17通过内六角螺栓固定在陶瓷垫块16上，陶瓷垫块16固定在调整块13上，第二直接触头18通过带肩双头螺柱22固定于压力传感器19一端上，压力传感器19另一端通过螺纹连接紧固定在缸体伸出杆34上；其中，第一直接触头17和第二直接触头18之间为放置待测件的空间；

弹变形量测量系统4分别设置在第一直接触头17与第二直接触头18的一侧，通过第一直接触头17与第二直接触头18检测待测件的弹变形量；

动力输出系统5包括交流伺服电机20、行星减速器21、动力转换传动组件，所述交流伺服电机20输出端与行星减速器21传动连接，行星减速器21与动力转换传动组件固定连接，所述交流伺服电机20提供转动动力经行星减速器21减速，然后通过动力转换传动组件转换为直线运动动力，驱动所述第一直接触头17和第二直接触头相对直线运动；

具体地，动力输出系统5包括交流伺服电机20、行星减速器21、动力转换传动组件包括支承座27、同步带轮箱体28、第一高扭矩同步轮29、同步齿形带30、第二高扭矩同步轮31、法兰轴承32、滚珠丝杠螺母33、缸体伸出杆34、滚珠丝杠35、电缸缸体36、直线轴承37，交流伺服电机20输出端与行星减速器21传动连接，行星减速器21固定在支承座27一侧且其输出端与第一高扭矩同步轮29传动连接，第一高扭矩同步轮29和第二高扭矩同步轮31通过同步齿形带30连接，第二高扭矩同步轮31安装于滚珠丝杠35一端，滚珠丝杠35依次穿过法兰轴承32、滚珠丝杠螺母33、缸体伸出杆34、直线轴承37，滚珠丝杠螺母33与缸体伸出杆34为固定连接，滚珠丝杠螺母33与滚珠丝杠35相配合作螺旋传动，滚珠丝杠螺母33带动缸体伸出杆34沿滚珠丝杠35移动，同步带轮箱体28固定在支承座27一侧，电缸缸体36固定在支承座27另一侧，法兰轴承32固定在支承座27上，直线轴承37固定在电缸缸体36内且位于输出端上；

数据处理系统6的工业工作站固定在T型立板10上，包括工业工作站和测试软件，测试软件安装在工业计算机上用于控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查，并处理系统数据。

实施例2：本实施例装置结构同实施例1，不同在于弹变形量测量系统4为接触式位移检测装置，接触式位移检测装置分别固定在第一直接触头17与第二直接触头18上；接触式位移检测装置包括绝缘连接块24、扣套25、接触式位移传感器26、绝缘定位块39，接触式位移传感器26穿过扣套25卡紧在绝缘连接块24上，绝缘连接块24固定在第二直接触头18上，绝缘定位块39固定在第一直接触头17上；

本实施例的检测装置不同于实施例1之处还在于：还包括PLC控制器，PLC控制器与交流伺服电机连接，用于控制开关，工业工作站分别与PLC控制器、交流伺服电机、高精密内阻测试仪、压力传感器连接，用于控制元件工作状态，且都通过电能传导线与电源连接。

不同于实施例1之处还在于：数据处理系统6包括工业工作站和测试软件，工业计算机固定在T型立板10上，测试软件安装在工业计算机上用于控制装置和处理系统数据；

所述测试软件控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查的步骤包括：

S1、所述测试软件内写入待测件的内阻、负载压力和弹变形量的理论范围值，以便与测试数据值比较；

S11、装置启动阶段：打开电源开关，启动本发明的装置，此时工业计算机、PLC控制器、压力传感器19、接触式位移传感器26和高精密内阻测试仪21进入通电状态；

S2、装置初始校准阶段：开启工业计算机，运行测试软件，测试软件触动PLC控制器，PLC控制器控制交流伺服电机20开始工作，使第二直接触头18下压至所设压力值位置，该位置是调整好平行度自适应调整机构锁紧的位置，此时第一直接触头和第二直接触头的接触面为调整后的平行度很高的两个面，所设压力值位置所对应的压力大于测试待测量时所用压力即就是待测件测量压力，然后压力传感器19和接触式位移传感器26开始工作，通过测试软件把此时测量的位移设为参照的初始值，并根据相应待测件的高度采用补偿方式设置为原点O，即用位移初始值加上待测件高度值设置为原点O，也就是位移起始值减去待测件高度置设置为原点O，这样第二直接触头刚接触到待测件的位置即为原点0；

步骤S2中还包括步骤

S21、所述压力传感器19和接触式位移传感器26开始工作前，第二直接触头18下压至所设压力值位置为基准锁紧平行度自适应调整机构2。

S3、装置测量阶段：把待测件装载在检测台上，测试软件触动PLC控制器使交流伺服电机20带动第二直接触头18移动至待测件高度位置，此时刚与待测件接触的高度即原点O，因为刚与待测件接触所以压力为0N，到了接触点位置后，第二直接触头18移动至待测量压力所对应的压力值位置，待测量压力是明确给出的力，是将待测件施加至一定大小的压力，从0施加至给定大小的力，观察压力范围内各变量之间对应关系；然后再上升至原点O位置，此时压力传感器19、接触式位移传感器26和高精密内阻测试仪21分别采集从原点O下压到最低点至返回原点O过程所对应的压力值、位移量和内阻值，将待测件施加最大压力对应最大弹变形量位置做为最低点，并把实时监测数据发送给工业工作站即计算机；

步骤S3中还包括步骤

S31、在检测开始之前，在测试软件内设置好交流伺服电机20工作速度，设置在下压过程中，从初始位置下降至原点O时速度为快速；设置从原点O下压到最低点再至返回原点O时速度为慢速。

S4、装置测量数据处理阶段：工业工作站计算机结合三者在线监测数据进行联动分析，当压力值、位移量和内阻值任何一个数据超出理论范围值，此时计算机把超出范围的实际值标红，作出不合格NG标识，并计数不合格NG产品数量，当都没超出理论范围值，此时计算机作出最终的合格OK标识，并计数合格OK产品数量；

S5、装置检测完成阶段：从原点O位置移动至初始位置，此时压力传感器19、接触式位移传感器26和高精密内阻测试仪21不再采集数据，检测工作完成。具体的从高效角度考虑，检完每一个待测件仅需从原点O位置快速移动至一定高度H1，待所有待测件完成检测，从原点O位置快速移动至初始位置H2，H1<H2,节省距离即节约时间，提高了效率。

本发明装置的使用方法步骤如下：

在初次使用本发明装置时，先空运行装置使平行度自适应调整机构2调整至所需位置，即让检测工作台面平行度得到修正，再将待测件放置于检测装置内并启动装置进入工作模式，此时动力输出系统5开始运作并向待测件接近，当动力输出系统5与待测件开始触碰时，待测件和压力与内阻监测系统3形成闭环，并通过压力与内阻监测系统3和弹变形量测量系统4进行实时动态检测，数据处理系统6记录下检测结果并判断产品质量情况。

具体地，在初始状态下，第一直接触头17和第二直接触头18保持一定间距，启动工业工作站上的测试软件触发PLC控制器，使交流伺服电机20开始工作，交流伺服电机20带动行星减速器21使第一高扭矩同步轮29通过同步齿形带30带动第二高扭矩同步轮31旋转运动，第二高扭矩同步轮31带动滚珠丝杠35旋转使滚珠丝杠螺母33沿滚珠丝杠35移动，缸体伸出杆34随滚珠丝杠螺母33移动而移动，缸体伸出杆34带动压力传感器19、第二直接触头18和接触式位移传感器26靠近第一直接触头17运动，第二直接触头18开始接触到第一直接触头17并向其慢慢压紧。而第一直接触头17在被第二直接触头18压紧过程中第一直接触头17会分别通过陶瓷垫块16、调整块13压缩矩形弹簧12向下运动，直至预设压力值时停止继续向下运动，此时第一直接触头17和第二直接触头18接触面为平行面，用相同力大小的力锁紧法兰螺母14，使平行度自适应调整机构2得到固定，这样就完成了平面度调整过程，此时第一直接触头和第二直接触头的接触面为调整后的平行度很高的两个面；再启动复位按钮交流伺服电机20开始反转使装置恢复到初始状态。其中预设压力值是人为设置的压紧锁住力，预设压力要求大于待测时的下压力。压紧锁住力即是平行度自适应调整机构锁紧力，其最大值设置原则一是弹簧可承受，二是大于将要对待测件测量的力；待测件测量的力设置原则一是弹簧和待测件可承受，二是小于平行度自适应调整机构的锁紧力。

同理，在使用本装置测量时，将待测件放置于第一直接触头17上，待测件位于第一直接触头17和第二直接触头18之间，启动本检测装置，像空载时的运行情况一样，第二直接触头18开始接触到待测件并慢慢向其压紧至所需的压力值待测量压力值，此时数据处理系统6实时监测并记录压力传感器19、接触式位移传感器26和高精密内阻测试仪38的数据，并与参考理论值比对，当记录的实际测量值超出理论值范围时，数据处理系统6将标识出异常值并给NG界面提示。具体地将待测件夹紧在第一直接触头17和第二直接触头18之间，而第一直接触头17、第二直接触头18通电时与待测件形成回路处于放电工作状态；石墨极板和膜电极依次交叉堆叠在一起，再用捆扎捆绑紧成为电堆，捆扎一起时它们存在的压力也即工作压力，本发明的装置则模拟它们的工作压力进行检测。

当所有测试完成后，第二直接触头18开始向上升起，远离待检测件至初始位置，这样，就完成了一次检测任务。

氢燃料电池工作压力是指氢燃料电池工作时内部部件如石墨碳板、膜电极电堆等存在工作压力；检测装置工作压力是指装置模拟电堆在工作状态下承受的压力；氢燃料电池工作压力和检测装置工作压力，一个是指氢燃料电池电堆的实际工作压力，另一个是模拟待测件电堆工作压力时的量。

Claims (10)

1.一种在线同时监测内阻负载压力和弹变形量的检测装置，其特征在于包括平行度自适应调整机构、压力与内阻监测系统、弹变形量测量系统、动力输出系统和数据处理系统；

所述压力与内阻监测系统的一端固定在平行度自适应调整机构上，另外一端固定在动力输出系统上，弹变形量测量系统设置在压力与内阻监测系统的侧面；

所述数据处理系统分别与所述压力与内阻监测系统、所述弹变形量测量系统电连接，进行数据传输；所述数据处理系统用于控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查，并处理系统数据；

还包括供电电源，所述电源为其它各系统供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述平行度自适应调整机构包括底板、N个弹簧、调整块、N个紧固件，所述底板固定，所述紧固件的一端固定连接在底板上，另一端先穿过弹簧与弹簧套装，然后再穿过调整块与调整块锁紧在一起，其中弹簧与紧固件之间为间隙配合，弹簧可在底板和调整块之间伸缩运动；

所述压力与内阻监测系统包括绝缘垫块、第一直接触头、第二直接触头、压力传感器、高精密内阻测试仪、电能传导线，第一直接触头和第二直接触头之间为放置待测件的空间，高精密内阻测试仪通过电能传导线分别于与第一直接触头、第二直接触头连接；第一直接触头固定在绝缘垫块上，绝缘垫块固定在调整块上，第二直接触头固定于压力传感器的一端上，压力传感器另一端固定在动力输出系统上；

所述弹变形量测量系统设置在第一直接触头与第二直接触头的一侧，通过第一直接触头与第二直接触头检测待测件的弹变形量；

所述动力输出系统包括交流伺服电机、行星减速器、动力转换传动组件，所述交流伺服电机输出端与行星减速器传动连接，行星减速器与动力转换传动组件固定连接，所述交流伺服电机提供转动动力经行星减速器减速，然后通过动力转换传动组件转换为直线运动动力，驱动所述第一直接触头和第二直接触头相对直线运动；

所述数据处理系统包括工业工作站和测试软件，测试软件安装在工业计算机上用于控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查，并处理系统数据。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述动力转换传动组件包括支承座、同步带轮箱体、第一高扭矩同步轮、同步齿形带、第二高扭矩同步轮、法兰轴承、滚珠丝杠螺母、缸体伸出杆、滚珠丝杠、电缸缸体、直线轴承，行星减速器固定在支承座一侧且其输出端与第一高扭矩同步轮传动连接，第一高扭矩同步轮和第二高扭矩同步轮通过同步齿形带连接，第二高扭矩同步轮安装于滚珠丝杠一端，滚珠丝杠依次穿过法兰轴承、滚珠丝杠螺母、缸体伸出杆、直线轴承，滚珠丝杠螺母与缸体伸出杆为固定连接，滚珠丝杠螺母与滚珠丝杠相配合作螺旋传动，滚珠丝杠螺母带动缸体伸出杆沿滚珠丝杠移动，同步带轮箱体固定在支承座一侧，电缸缸体固定在支承座另一侧，法兰轴承固定在支承座上，直线轴承固定在电缸缸体内且位于输出端上。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于还包括支撑架，所述支撑架包括工作台面、两块L型立板、支承板、T型立板，两块L型立板一端固定在工作台面上，另一端固定在支承板上且支承板位于两块L型立板中间位置，T型立板固定在支承板左侧；

所述平行度自适应调整机构的底板固定在工作台面上；

所述压力与内阻监测系统的高精密内阻测试仪放置在工作台面上；

所述压力与内阻监测系统的第一直接触头固定在绝缘垫块上，绝缘垫块固定在调整块上，所述绝缘垫块为陶瓷垫块；

所述压力与内阻监测系统的第二直接触头通过带肩双头螺柱固定于压力传感器一端上，压力传感器另一端通过螺纹具体连接固定在缸体伸出杆上；

所述数据处理系统的工业工作站固定在T型立板上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述弹变形量测量系统为接触式位移检测装置，接触式位移检测装置分别固定在第一直接触头与第二直接触头上；

所述接触式位移检测装置包括绝缘连接块、扣套、接触式位移传感器、绝缘定位块，接触式位移传感器穿过扣套卡紧在绝缘连接块上，绝缘连接块固定在第二直接触头上，绝缘定位块固定在第一直接触头上；

6.根据权利要求2-5任一项所述的装置，其特征在于还包括PLC控制器，PLC控制器与交流伺服电机连接，用于控制开关，工业工作站分别与PLC控制器、交流伺服电机、高精密内阻测试仪、压力传感器连接，用于控制元件工作状态，且都通过电能传导线与电源连接。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述测试软件控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查的步骤包括：

S1、所述测试软件内写入待测件的内阻、负载压力和弹变形量的理论范围值，以便与测试数据值比较；

S2、装置初始校准阶段：测试软件触动PLC控制器，PLC控制器控制交流伺服电机开始工作，使第二直接触头下压至所设压力值位置，所设压力值位置(所对应的)压力大于(测试)待测量时所用压力，然后压力传感器和接触式位移传感器开始工作，通过测试软件把此时测量的位移设为参照的初始值，并根据相应待测件的高度采用补偿方式设置为原点O，即用位移初始值加上待测件高度置设置为原点O；

S3、装置测量阶段：把待测件装载在检测台上，测试软件触动PLC控制器使交流伺服电机带动第二直接触头移动至待测件高度位置，此时刚与待测件接触的高度即原点O，因为刚与待测件接触所以压力为0N，到了接触点位置后，第二直接触头移动至待测量压力(所对应的)压力值位置，然后再上升至原点O位置，此时压力传感器、接触式位移传感器和高精密内阻测试仪分别采集从原点O下压到最低点至返回原点O过程所对应的压力值、位移量和内阻值，并把实时监测数据发送给工业工作站；

S4、装置测量数据处理阶段：工业工作站结合三者在线监测数据进行联动分析，当压力值、位移量和内阻值任何一个数据超出理论范围值，此时计算机把超出范围的实际值标红，作出不合格标识，并计数不合格产品数量，当都没超出理论范围值，此时计算机作出最终的合格标识，并计数合格产品数量；

S5、装置检测完成阶段：从原点O位置移动至初始位置，此时压力传感器、接触式位移传感器和高精密内阻测试仪不再采集数据，检测工作完成。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述测试软件控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查的步骤包括：

S1、所述测试软件内写入待测件的内阻、负载压力和弹变形量的理论范围值，以便与测试数据值比较；

S2、装置初始校准阶段：测试软件触动PLC控制器，PLC控制器控制交流伺服电机开始工作，使第二直接触头下压至所设压力值位置，所设压力值位置(所对应的)压力大于待测量时所用压力，然后压力传感器和接触式位移传感器开始工作，通过测试软件把此时测量的位移设为参照的初始值，并根据相应待测件的高度采用补偿方式设置为原点O，即用位移初始值加上待测件高度置设置为原点O；；

S3、装置测量阶段：把待测件装载在检测台上，测试软件触动PLC控制器使交流伺服电机带动第二直接触头移动至待测件高度位置，此时刚与待测件接触的高度即原点O，因为刚与待测件接触所以压力为0N，到了接触点位置后，第二直接触头移动至待测量压力(所对应的)压力值位置，然后再上升至原点O位置，此时压力传感器、接触式位移传感器和高精密内阻测试仪分别采集从原点O下压到最低点至返回原点O过程所对应的压力值、位移量和内阻值，并把实时监测数据发送给工业工作站；

S4、装置测量数据处理阶段：工业工作站结合三者在线监测数据进行联动分析，当压力值、位移量和内阻值任何一个数据超出理论范围值，此时计算机把超出范围的实际值标红，作出不合格标识，并计数不合格产品数量，当都没超出理论范围值，此时计算机作出最终的合格标识，并计数合格产品数量；

S5、装置检测完成阶段：从原点O位置移动至初始位置，此时压力传感器、接触式位移传感器和高精密内阻测试仪不再采集数据，检测工作完成。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于所述测试软件控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查的步骤S2中还包括步骤

S21、所述压力传感器和接触式位移传感器开始工作前，第二直接触头下压至所设压力值位置为基准锁紧平行度自适应调整机构。

10.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于所述测试软件控制装置进行内阻负载压力和弹变形量的检查的步骤S3中还包括步骤

S31、在检测开始之前，在测试软件内设置好交流伺服电机工作速度，设置在下压过程中，从初始位置下降至原点O时速度为快速；设置从原点O下压到最低点再至返回原点O时速度为慢速。

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