Для каких целей предназначены электроизмерительные клещи: Для чего предназначены токоизмерительные клещи?

Типы тигельных ключей

Зарядные клещи

Загрузочные ключи в основном используются в промышленности, например, для помещения металлов в горячие контейнеры для плавления и рафинирования.

Как следует из названия, зажимные клещи состоят из фиксирующего механизма, в котором используются фиксирующие планки для сильного захвата тяжелых предметов и фиксации положения, чтобы объект не соскользнул или не упал.Они в основном используются в крупномасштабных отраслях промышленности и управляются с помощью машин.

Клещи без фиксации не имеют механизма автоматической фиксации; однако он состоит из регулируемого вручную зажима, который позволяет пользователю изменять захват клещей в зависимости от характера нагрузки.

Запорные клещи имеют стопорный механизм, который блокирует тигель между лезвиями клещей. Это помогает повысить безопасность и избежать неудач.

Типы тигельных ключей

Использование тигельных ключей

1. Тигельные щипцы широко используются в биологических и химических лабораториях для удержания и захвата мензурок, тиглей и колб.

2. Клещи для тиглей — это защитные приспособления, которые обычно используются для удержания горячих предметов и контейнеров, содержащих токсичные химические вещества.

3. Они широко используются в металлургической промышленности для обработки предметов, помещаемых в печи и печи.Промышленные тигельные щипцы сравнительно тяжелые и громоздкие.

4. Тигельные клещи часто используются на стекольных заводах для плавления стекла.

Меры предосторожности при использовании тигельных щипцов

1. Всегда надевайте защитные очки и перчатки при использовании тигельных щипцов и при работе в среде, подверженной воздействию тепла и химикатов.

2. Перед использованием убедитесь, что щипцы для тиглей чистые и сухие.

3. После использования промойте щипцы для тиглей чистящим раствором, смочите их сухой тканью и храните в безопасном и чистом месте.

4. Клещи для тиглей изготовлены из металла, поэтому они могут подвергаться коррозии и образовывать ржавчину. Чтобы этого избежать, необходимо регулярно принимать соответствующие меры.

5. Ключи для тиглей не должны использоваться в электротехнике, так как они в основном состоят из металлов; поэтому не устойчивы к ударам.

6. Во избежание проливания убедитесь, что емкость, которую нужно удерживать щипцами для тигля, не полностью заполнена.

7. Усилие, прикладываемое пользователем к щипцам для тиглей, должно быть адекватным, т.е.е., не слишком много или слишком мало. Это связано с тем, что слишком большая сила силы может треснуть и сломать контейнер, а слишком малая сила не позволит пользователю должным образом захватить объект.

Измерительные клещи-мультиметры. Клещи электрические

Назначение большинства электроприборов известно многим: почти каждый знает, что измеряется вольтметром, а что — амперметром. Мало у кого возникает вопрос: «Зачем нужен паяльник?» Однако не у каждого электрика есть зажим для инструмента в ящике для инструментов.Этот инструмент очень полезен и может значительно сократить время электромонтажных работ. Кроме того, это устройство можно использовать для измерения напряжения и частоты тока в цепи. С его помощью вы также можете измерить мощность в цепи, фактическую нагрузку в сети и даже проверить счетчики электроэнергии, например, сверять показания с фактическим потреблением. В этой статье описывается, как работает инструмент и как им пользоваться. клещи токовые клещи (ТК) на примере моделей DT 266 FT и Fluke. Эта инструкция будет применяться практически ко всем подобным устройствам.

Принцип действия

Как следует из названия, клещи TK или Dietze предназначены для измерения силы переменного тока в цепи, не нарушая ее. В основе токоизмерительного прибора лежит принцип простейшего трансформатора тока. В данном случае первичная обмотка представляет собой шину или кабель с измеряемым током, а роль вторичной выполняют зажимные клещи, внутри которых находится вторая многооборотная обмотка, намотанная на магнитопровод из ферромагнитного материала. материал.Переменный ток в проводе (первичной катушке) создает переменный магнитный моль, силовые линии которого проходят через вторичную обмотку, возбуждая в ней ЭДС, пропорциональную току в первой катушке. Таким образом, измерив результирующую ЭДС, можно найти ток в первой катушке (проводе).

Типовой проект

В состав токоизмерительных клещей независимо от производителя и модификации входят следующие элементы: магнитопроводы с подвижным зажимом-рычагом, переключатель диапазона измерения, экран, выходные разъемы для датчиков (в этом случае клещи могут использоваться как обычные мультиметр) и кнопку фиксации текущих измерений (фото внизу)).

Рисунок 1 — TC S-line DT 266 FT

Большинство современных измерителей тока также имеют встроенный трансформатор с диодным мостом. В этом случае выводы вторичной обмотки подключаются через шунт. В зависимости от диапазона измеряемых токов токоизмерительные клещи могут быть одноручными (для напряжений до 1000 В) и двуручными с дополнительными изолированными ручками (для напряжений от 2 до 10 кВ включительно). Токоизмерительные приборы, предназначенные для измерения напряжения более 1 кВ, имеют длину изолятора менее 38 см, а рукоятки — не менее 13 см.

Как правило, категория безопасности и максимальный измеряемый ток указываются на корпусе прибора. Например:

• CAT III 600 В — это означает, что устройство защищено от кратковременных скачков напряжения внутри оборудования при работе в стационарных сетях напряжением до 600 В.
• CATIV 300 В — это означает, что устройство защищено от скачков напряжения внутри оборудования первичного уровня электроснабжения с напряжением до 300 В.Примером такого оборудования является обыкновенный электросчетчик.

Правила безопасности при работе

Токоизмерительные клещи можно использовать только в помещении или на открытом пространстве в сухую погоду. Измерять ток можно как на кабелях, покрытых изоляцией, так и на оголенных. Перед использованием человек должен надеть защитные перчатки, подложить под ноги диэлектрическую основу и надеть специальную обувь.

Порядок обмера

Как правило, использование токоизмерительных клещей не вызывает особых затруднений.Перед тем, как использовать средство, следует обратить особое внимание на безопасность, о чем говорилось ранее.

Как использовать токоизмерительные клещи:

1. Установите на переключателе требуемый диапазон.
2. Нажмите кнопку размыкания магнитной цепи.
3. Возьмите один провод переменного или постоянного тока (если эта функция поддерживается устройством).
4. Расположите токовые клещи перпендикулярно направлению провода.
5. Снимите показания с дисплея.

Часто сложность использования токоизмерительных клещей заключается в изоляции одного проводника: когда вы пытаетесь снять показания с обычного кабеля, идущего от розетки, на экране должен появиться ноль. Это связано с тем, что токи в фазном проводнике и нулевом проводе равны по величине и противоположны по направлению. Следовательно, создаваемые ими магнитные потоки взаимно компенсируются. Если текущие показания отличны от нуля, то это свидетельствует о наличии, значение которого равно полученному значению.Поэтому для замеров нужно найти место, где провода разделены, и выбрать одну жилу. В качестве такого места можно использовать распределительный щит или точку подключения фазного провода к автоматическому выключателю. Однако это не всегда возможно, что ограничивает область применения токоизмерительных клещей.

Если в процессе измерения на экране отображается единица измерения, это означает, что ток в проводе выходит за пределы диапазона измерения. В этом случае необходимо увеличить диапазон измерения тока с помощью переключателя.При измерении в труднодоступных местах можно использовать кнопку «Удерживать». С его помощью можно зафиксировать результат последнего измерения и увидеть его, сняв галочки. Нажав «Удерживать» второй раз, вы можете сбросить значение.

Вы можете наглядно увидеть, как работать с токоизмерительными клещами, вы можете посмотреть видеоинструкцию ниже:

Использование инструмента по назначению

Полезная «фишка»

Если требуется измерить небольшое значение тока, то необходимо сделать несколько витков провода на разомкнутой магнитной цепи и установить переключатель диапазонов на минимум. После этого необходимо снять показания, а для определения фактического значения разделить полученное число на количество намотанных катушек.

Пример использования

Приведем пример, как использовать токоизмерительные клещи при замере нагрузки в сети 220 В, например, в квартире. В этом случае переключатель должен быть установлен на AC 200. Далее нужно обжать изолированный провод токовыми клещами и снять показания. После этого полученное значение тока нужно умножить на напряжение в сети 220 В.Например, если прибор показывает 5 А, то потребляемая мощность в сети будет P = U * I = 5 * 220 = 1100 Вт или 1,1 кВт. Полученное значение можно использовать для проверки работы приборов учета электроэнергии.

Напоследок предлагаем посмотреть видео, наглядно демонстрирующее, как пользоваться клещами тока DT-266 и Fluke 302+, которые сегодня довольно популярны:

Нравится (0 ) Мне не нравится (0 )

Для измерения больших токов, как правило, используется бесконтактный метод — специальные токоизмерительные клещи. Токовые клещи — измерительное устройство с скользящим кольцом, которое закрывает электрический провод, и ток отображается на индикаторе прибора.

Превосходство этого метода неоспоримо — для измерения силы тока нет необходимости обрывать провод, что особенно важно при измерении больших токов. В данной статье описаны токовые клещи dC , которые вполне можно сделать своими руками.

Описание конструкции самодельных токоизмерительных клещей

Для сборки прибора понадобится чувствительный датчик Холла, например, UGN3503.На фиг.1 изображено устройство самодельного ключа. Нужен, как уже говорилось, датчик Холла, а также ферритовое кольцо диаметром от 20 до 25 мм и большой «крокодил», например, аналогичный тому, что на проводах для запуска (зажигания) автомобиля.

Ферритовое кольцо необходимо аккуратно разрезать или разбить на 2 половины. Для этого ферритовое кольцо необходимо предварительно распилить алмазным напильником или ампульным напильником. Далее поверхность дефекта шлифуют мелкой шкуркой.

На одну сторону первой половины ферритового кольца приклейте полоску рисовальной бумаги.С другой стороны на другой половине кольца наклеить датчик Холла. Лучше всего приклеивать эпоксидным клеем, только нужно проследить, чтобы датчик Холла хорошо прилегал к зоне разрыва кольца.

Следующий шаг — соединить обе половинки кольца, обернуть «крокодилом» и приклеить. Теперь при нажатии на ручки из крокодиловой кожи ферритовое кольцо расходится.

Электронная схема токовых клещей

Принципиальная электрическая схема приставки к мультиметру приведена на рисунке 2.Когда ток течет по электрическому проводу, вокруг него возникает магнитное поле, и датчик Холла обнаруживает линии электропередач, проходящие через него, и генерирует некоторое постоянное напряжение на выходе.

Это напряжение усиливается (по мощности) ОУ А1 и поступает на выходы мультиметра. Отношение выходного напряжения к протекающему току: 1 Ампер = 1 мВ. Подстроечные резисторы R3 и R6 многооборотные. Необходим для настройки лабораторного блока питания с минимальным выходным током около 3А и встроенным амперметром.

Сначала подключите эту консоль к мультиметру и установите его на ноль, изменив сопротивление R3 и среднее положение R2. Далее, перед любым измерением необходимо будет установить ноль с помощью потенциометра R2. Установите самое низкое напряжение на блоке питания и подключите к нему большую нагрузку, например, лампочку, используемую в фарах автомобиля. Затем зацепите «плоскогубцами» один из проводов, подключенных к этой лампе (Рисунок 1).

Увеличивайте напряжение до тех пор, пока амперметр блока питания не покажет 2 ампера.Покрутите сопротивление R6 так, чтобы напряжение мультиметра (в милливольтах) соответствовало данным амперметра блока питания в амперах. Еще несколько раз проверьте показания, меняя силу тока. С помощью этой консоли можно измерять ток до 500А.

Токоизмерительные клещи — это прибор, который измеряет силу тока без разрыва цепи.

Честно говоря, надоело мультиметром измерять ток. Каждый раз, когда вам приходится порвать провод и цепляться за мультик, чтобы измерить только один единственный параметр: силу тока.

Как измерить силу тока мультиметром я писал в этой статье.

И тут я вспомнил о токоизмерительных клещах.

Почему нет? — Я подумал про себя. — Удобно, практично, а функции слева полно. И самое главное — не порвать провод. Обернул плоскогубцы плоскогубцами — и вуаля!

Для себя сразу решил взять галочки, которые могут измерять ток постоянное напряжение . Клещи, измеряющие ток переменного напряжения напряжения, выполнены по принципу трансформатора, поэтому стоят недорого.Клещи, которые могут измерять ток постоянный напряжения уже сделаны на эффекте Холла — они в несколько раз дороже.

Сначала зашел в ближайший радиомагазин. Офигел от цены! Доллар все же дал о себе знать … Но, как говорится, лучшее вложение — в образование и в хобби. Пока был в магазине, посмотрел на клещей. Приехал домой, залез на Алиэкспресс, нашел их в продаже и заказал, сэкономив, конечно, тысячу с копейками в рублях.

Но кстати и они:

Выбрать на Алиэкспресс на ваш вкус и цвет!

Как вам аппарат понравился! В руке как гипс, а переключать твистер большим пальцем очень удобно

Нажать на спусковой крючок, губы раздвигаются)

Но на этом ништяки не заканчиваются. Поставляется с полнофункциональным мультиметром с автоматической настройкой диапазона. Блин, а почему я раньше не покупал аппараты Мастек? Они умеют делать для людей.Скорее всего тогда он был еще бедным учеником и жаба душила за устройство пару тысяч :-).

Давайте проверим работоспособность этого устройства и посмотрим, сколько он врет. Пришло время испытать. Пойдем!

Собираем плату из лампочки на 12 В и блока питания. На блоке питания также выставляем 12 вольт.

А теперь сделай это.

Мы измеряем постоянное напряжение тока с помощью блока питания, затем измеряем ток китайским мультиметром, а затем измеряем ток с помощью токовых клещей и сравниваем показания всех этих трех амперметров, встроенных в наши устройства.

Итак, сначала у нас будет измеряться сила тока по самому блоку питания:

Лампочка потребляет 1,7 А

Теперь измеряем силу тока по этой схеме по китайскому мультфильму DT9202

Результат такой же, как на блоке питания. 1,7 Ампер.

Ну а теперь токоизмерительные клещи идут. Для начала выберите диапазон измерения DC:

Сейчас полный заказ, можно замерить 😉

При измерении тока клещами действует золотое правило: всегда бери только один провод!

Слева — правильное измерение, справа — неправильное.

Захватываем проводку так, чтобы она оказалась в полости губки. Расположите проводку по центру полости — так измерение будет немного точнее.

Получил 1,71 Ампер, как положено ;;).

Но почему значение с минусом, то есть «-1,71 Ампер». В чем подвох?

Если приглядеться, на одной из губок можно увидеть простую стрелку, которая показывает . .. направление электрического тока 😉

Итак, по нашему опыту, электричество течет в направлении, противоположном стрелке, так как на дисплее отображается значение с минусом.

А давайте перевернем галочки:

Прибор показывает 1,73 Ампер. Что ж, теперь значок минуса исчез. Значит, ток течет в направлении стрелки. Погрешность измерения тока клещей составила 30 мА. Думаю, это вполне нормальная ошибка для такого устройства.

Измерим ток теперь переменное напряжение. Для этого берем лампочку 220 вольт

и подключить его к сети 220 вольт вот по этой схеме измерить силу тока переменного напряжения

Ставим на анимационный фильм поворот на иконку ~ A, что означает измерение силы тока переменного напряжения, и смотрим показания мультика:

Мультик кажется на 70 миллиампер.

Ну а теперь все это измеряем с помощью галочки, ставя твистер на иконку ~ A, не разрывая цепочку:

Также 70 мА 😉

Ну вроде все сходится). Одно нажатие на спусковой крючок — и измерение готово! Не девайс, а чудо).

Есть еще одна микросхема для измерения слабого тока. Но для наглядности покажу на большой силе тока. Используем все ту же лампочку накаливания на 12 вольт и блок питания на 12 вольт.

Делаем первый замер:

Токовые клещи показали 1,75 А. Похоже, лампа все еще горячая, поэтому она выдавала немного больше, чем в прошлом опыте.

А теперь знаете что? Сложим мерный бублик в два оборота и снова измерим:

На дисплее отображается значение 3,54 ампера.

Добавьте еще один раунд. Всего стало 3 хода:

Аппарат показал нам 5,31 Ампер.

И, наконец, добавьте еще один раунд.Всего стало 4 хода:

Аппарат показал нам 7,12 Ампер.

Не заметили никакой закономерности? 😉 А это до боли просто:

Общая сила тока = количество витков, умноженное на силу тока одного витка.

То есть, если у нас есть 4 витка, показывающие 7,12 А, то 7,12 / 4 = 1,78 А

Если 3 витка показывают 5,31 А, то 5,31 / 3 = 1,77 А

И за два витка получаем 3,54 / 2 = 1,77 Ампер.

То есть по сути для более точного измерения малых токов наматываем как можно больше витков, замеряем, а затем делим значение на токовых клещах на количество витков .

В заключение хочется сказать, что тококлещи мне очень понравились не только потому, что они умеют измерять ток, но и содержат полноценный мультиметр, с автоматическим определением диапазона. Вот документация на русском языке. Ну что еще я могу сказать? Микроамперы и миллиамперы не измеряют много. Так что этот класс устройств можно отнести к промышленной электронике, где «гуляют» большие токи. Но в моей домашней лаборатории этому устройству все равно найдется достойное место.

Как я уже сказал, их легко найти на Али и выбрать на данный момент по цене и комплектации.

Сегодня я подробно расскажу про электрические клещи.

Пожалуйста, не путайте эти две фразы, потому что это не одно и то же. Однако теперь вы сами это видите.

Клещи электрические предназначены для измерения параметров электрической цепи. Параметры включают:

Клещи электрические относятся ТОЛЬКО к основным до и выше 1000 (В).

В электроустановках до 1000 (В) измерение вышеперечисленных параметров с помощью электрических клещей осуществляется без разрыва контролируемой цепи.

Конструкция электроключа

Как выглядят электросчетчики, наверное, представляет практически каждый.

В их конструкции нет ничего сложного.

Ключ электрический имеет встроенный. Магнитопровод трансформатора тока съемный.

Проводник с измеряемым током служит первичной обмоткой. В качестве вторичной обмотки используется электросчетчик.

В настоящее время существует большое количество клещей различных типов и моделей. В зависимости от вида и модели клещей электроизмерительный прибор может быть как аналоговым (выключатель), так и цифровым.

В этой статье я в качестве примера привожу электрические клещи М266 из своего списка. Мне они нравятся своей простотой и надежностью.

Клещи электрические до 1000 (В) состоят из рабочей части и корпуса. В качестве рабочей части используется:

В качестве изолирующей части клещей используется сам корпус с упором и ручкой.

Ключи электрические более 1000 (B) состоят из:

• рабочая часть
• изолирующая часть
• ручки

В качестве рабочей части ключа используются магнитопровод, обмотка и электроизмерительный прибор, который может быть съемным или встроенным в электроизоляционный корпус.

Изолирующая часть электрических ключей с напряжением выше 1000 (В) должна быть не менее 38 (см) в длину, а ручка должна быть не менее 13 (см).

Если честно, мне никогда не приходилось использовать электрические клещи под напряжением более 1000 (B).

Испытания клещей электрических

Во время работы электрические клещи нужно их переносить. Периодичность поверки электроизмерительных ключей — 1 раз в год. А продолжительность теста 5 минут.

Испытательное напряжение 40 (кВ) подается между магнитопроводом и временным электродом, который устанавливается возле ограничительного упора со стороны изолирующей части.Это касается электрических ключей до 10 (кВ).

Для тиков до 1000 (В) испытательное напряжение 2 (кВ) прикладывают между магнитопроводом и основанием ручки.

Как пользоваться?

Основное правило !!! Допускаются ТОЛЬКО электрические счетчики до 10 (кВ) c.

При проведении замеров параметров цепи электрические клещи необходимо держать на весу. Запрещается наклоняться к электроизмерителю клещей для снятия показаний.

В электроустановках до 10 (кВ) запрещается использовать выносные устройства, а также переключать пределы измерений. Для переключения предела необходимо снять клещи с токоведущей части.

Запрещается работа электроклещами на опорах ВЛ до 1000 (В), если клещи специально для этого не предназначены.

Ниже я покажу вам, как пользоваться электросчетчиком.

Приведу наглядный пример.Допустим, нам нужно измерить значение переменного тока. Для этого нужно перевести галочку в положение «ASA», развести магнитопровод и зажать проводник (провод), идущий к интересующей нагрузке. Электрометр покажет нам величину тока в этом проводнике.

В моем примере я поступил немного иначе. На испытательном стенде для проверки я с помощью источника тока вывел около 5 (А) в проводнике. Это видно по амперметру.

А теперь проверим ток в этом проводе с помощью электрических клещей.

Ток, измеренный электрическими клещами, составил 5 (А), что соответствует величине предварительно индуцированного тока.

Необходимость измерения электроэнергии возникает не только у рабочих соответствующего профиля, но и у простых людей. В этом случае незаменимыми становятся клещи электросчетчиков, которые отличаются удобством и простотой использования.

Разновидности

Этот инструмент позволяет измерять практически все электрические параметры, такие как напряжение или ток.В этом процессе работа сети не меняется, и она не ломается. В зависимости от измеряемых величин приборы делятся на несколько типов:

• ампер-вольтметр;
• ваттметр;
• амперметр;
• фазомер;
• Омметр

Самые популярные клещи, необходимые для определения переменного тока в проводнике. Они учитывают физические процессы, которые имеют две обмотки. Первая — это шина с измеряемыми параметрами, а вторая имеет связь со специальной магнитной цепью.

Для чего нужны электрические клещи?

В первую очередь они используются для расчета нагрузки на сеть. В однофазном варианте работы выполняются в следующей последовательности: измерения производятся на входящем проводе, полученные параметры умножаются на сетевое напряжение и косинус фазового угла (при отсутствии реактивной нагрузки — равно единице).

Также с помощью такого инструмента можно определить мощность электрооборудования или бытовой техники.Результат рассчитывается по формуле, в которой следует учитывать текущее значение в определенной части цепи.

Кроме того, клещи для токовых клещей подходят для проверки приборов учета электроэнергии, в частности определения правильности их работы. Так вы сможете узнать, есть ли расхождения в показаниях счетчика и фактическом потреблении энергии.

Конструкция

Основными элементами инструмента является рабочая часть, производящая измерения, намотка и магнитопровод.Последняя представляет собой ручку, между ней и рабочим элементом находится обмотка, выполняющая роль изоляции. Такую конструкцию имеют все агрегаты вне зависимости от специфики работы и измеряемого напряжения. Следует отметить, что в одноручных инструментах ручка отсутствует, ее функцию выполняет изоляционное соединение.

Электроизолирующие инструменты делятся на два типа в зависимости от того, для чего предназначен электрический зажим, то есть мощности сети. Двуручные устройства подходят для работы с напряжением до 10 кВ, а для одноручных устройств предел составляет 1 кВ.Первый вариант предусматривает измерение без отключения от сети, при этом показатели должны соответствовать установленным нормам: длина ручек должна быть более 13 см, а изолирующая часть — не менее 38 см.

Условия использования

Для начала нужно открыть инструмент и взять им один кабель, у которого может быть любая фаза. После закрытия на экране отображаются параметры определенного значения. Если вам нужно провести измерения в месте со сложным доступом, вы можете воспользоваться специальной кнопкой, предназначенной для записи показаний.То есть значения будут отображаться на экране даже после отключения от проводника. Возможно использование на любых установках, как закрытых, так и открытых. Измерения на открытом воздухе следует проводить только при подходящих погодных условиях и без осадков.

Работа с электрическими клещами осуществляется только в специальных диэлектрических перчатках. Кроме того, лицо, участвующее в измерениях, должно находиться на поверхности с изолирующими функциями.Инструмент подвергается систематическим испытаниям в случае интенсивного использования, он основан на высоком уровне напряжения и производится каждые два года. Покупая приспособление для выполнения домашних заданий, нужно обращать внимание на наличие проверки производителем, которая указывается на специальном штампе. Несмотря на то, что электрические клещи доступны каждому человеку, при использовании этого инструмента необходимо соблюдать осторожность и соблюдать правила. Желательно, чтобы измерения производили два человека — один занимается снятием параметров, а другой считывает и записывает итоговые значения.

Как выбрать

Качественные материалы, используемые для изготовления, — это главный параметр выбора. На современном рынке очень много бюджетных инструментов китайского производства, но обычно они сделаны из некачественной резины и пластика и имеют характерный резкий запах.

Стоимость такой продукции небольшая, как и срок службы. В то же время, если вам нужны цифровые клещи для домашнего использования, не стоит выбирать устройства с обширным списком функций и возможностей использования, так как большинство из них останется невостребованным, а их цена достаточно высока.Лучшим вариантом будет прибор, измеряющий напряжение, сопротивление и силу тока.

Подготовка к эксплуатации

Работы в токоведущих элементах можно проводить как с изоляцией, так и без нее. Перед использованием электрические клещи необходимо тщательно осмотреть на предмет повреждений, после чего протереть ручку и изолирующий элемент чистой сухой тканью. Также при осмотре нужно обращать внимание на стыки магнитных деталей: на них не должно быть следов коррозии и загрязнений, а изоляционная часть должна иметь равномерное покрытие без видимых повреждений.Следует отметить, что частицы ржавчины на магнитопроводе уменьшат посадку его элементов, в результате результаты измерений будут некорректными. Как упоминалось ранее, важным дополнением к прибору является

Что вам необходимо знать

В процессе измерения электрические клещи должны удерживаться на вытянутых или согнутых руках, и они не должны касаться заземленных и токоведущих кабелей. Это необходимо для обеспечения безопасности и предотвращения случайного контакта рук оператора с токоведущими частями.

Для изготовления изоляционной части и ручки используются специальные материалы. Рабочая часть может иметь металлическую основу или изготавливаться из изоляционного материала. Если для изготовления губок использовалась сталь, то к ним следует прикрепить накладки, чтобы не повредить патрон предохранителя в процессе манипуляции.

Замена предохранителя без снятия напряжения производится в защитных очках. Перед использованием клещи осматривают на предмет их исправности и целостности лакового покрытия изоляционных деталей.

Особенности

На электросчетчики цена может варьироваться в зависимости от качества изготовления, доступных функций и дизайна. В среднем такое средство будет стоить от 3000-4000 рублей.

Со стороны ручек на изоляционном элементе имеется стопор в виде упора или кольца, диаметр которого на 10-15 мм больше размера ручки. Заготовка должна иметь эргономичную форму, обеспечивающую плотное прижатие средств электрозащиты и патрона предохранителя.определяется удобством использования.

Управление усилием зажима электромеханических тормозов в зависимости от намерений водителя

Abstract

Электромеханические тормоза (EMB) — это будущее тормозных систем, особенно в грузовых автомобилях. Следовательно, важно разработать простую схему EMB и разработать стратегию управления силой зажима для удовлетворения требований тормозных систем грузовых автомобилей. В данном исследовании предлагается пневматическая система EMB на основе дисковых тормозов для электрического автобуса.Установлен принцип его работы, проанализирована модель системы. Впоследствии были построены и распознаны скрытые марковские модели (HMM) намерений водителя о замедлении и торможении на основе процесса аналитической иерархии (AHP). Учитывая трудоемкость предлагаемого EMB для устранения тормозного зазора из-за рычага воздействия рычага и ограничения производительности двигателя, была разработана стратегия управления усилием зажима, учитывающая намерения водителя, чтобы улучшить характеристики отклика без изменения конструкции или размера. EMB.Кроме того, анализ моделирования был выполнен с использованием MATLAB / Simulink. Результаты подтвердили, что под действием ступенчатого и треугольного пилообразных сигналов с частотой 5 Гц выходное усилие зажима от EMB хорошо соответствует целевому сигналу. Сила зажима постепенно увеличивается по мере приближения к цели без перерегулирования и дрожания во время процесса. Общее время отклика прижимной силы уменьшается примерно на 0,25 с при использовании аварийного тормоза водителя по сравнению с обычным методом управления.Следовательно, характеристики отклика EMB улучшаются.

Образец цитирования: Li J, Wu T, Fan T, He Y, Meng L, Han Z (2020) Управление зажимным усилием электромеханических тормозов в зависимости от намерений водителя. PLoS ONE 15 (9): e0239608. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239608

Редактор: Чен Львов, Технологический университет Наньян, СИНГАПУР

Поступила: 26 февраля 2020 г .; Дата принятия: 10 сентября 2020 г .; Опубликовано: 24 сентября 2020 г.

Авторские права: © 2020 Li et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в рукописи и ее файлах с вспомогательной информацией.

Финансирование: JL получил поддержку от Национальной программы ключевых исследований и разработок Китая (2018YFB0105900). Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи. UISEE (Шанхай) Automotive Technologies Ltd предоставила поддержку в виде заработной платы автору ZH, но не сыграла никакой дополнительной роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи. Конкретные роли этих авторов сформулированы в разделе «Авторский вклад».

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует. Автор ZH работал в UISEE (Шанхай) Automotive Technologies Ltd, UISEE (Шанхай) Automotive Technologies Ltd оказывал поддержку в виде заработной платы автору ZH, но не играл дополнительной роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, решении опубликовать или подготовить рукопись.Это не влияет на нашу приверженность политике PLOS ONE в отношении обмена данными и материалами.

1. Введение

В условиях быстрого экономического и социального развития постоянно растет потребность в энергетических ресурсах и безопасности [1, 2], особенно в транспортном секторе [3]. Обычный гидравлический или пневматический тормоз не может удовлетворить современные требования транспортных средств, такие как точное управление, быстрое реагирование и высокая степень интеграции, особенно в электрических и интеллектуальных транспортных средствах, которым требуется активная безопасность и устойчивость при движении.Таким образом, дальнейшее развитие обычных тормозных систем ограничено, и системы с проводным тормозом (BBW) привлекают повышенное внимание в отрасли. По своей структуре систему BBW можно разделить на две: электромеханические тормоза (EMB) и электрогидравлические тормоза (EHB). EMB мешает тормозным трубопроводам и полностью разъединяет механическое соединение между педалями тормоза и исполнительными механизмами. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, работа привода на каждом колесе управляется электрическим сигналом.Напротив, EHB препятствует вакуумному усилителю, отсоединяет главный цилиндр от педали тормоза и резервирует гидравлические трубопроводы, чтобы гарантировать надежность системы.

После дальнейшего развития тормозной системы EMB демонстрирует простую конструкцию, гибкое управление и удобство интеграции электронного стояночного тормоза, антиблокировочной тормозной системы, электронного контроля устойчивости, системы контроля тяги, автономного экстренного торможения и автономной системы вождения. . Цель EMB — создать интеллектуальную интегрированную платформу управления шасси, обеспечить активную безопасность и устойчивость управления, а также улучшить общие характеристики автомобиля.

Несколько предприятий, учреждений и ученых изучали структурные схемы EMB. В общем, обычная система EMB в основном состоит из источника питания, механизма усиления силы, механизма преобразования движения, тормозного диска и суппорта. В большинстве схем в качестве источника энергии используются двигатели, а в качестве механизма преобразования движения используется винтовая или коническая передача [6, 11]. В частности, существующие EMB можно разделить на две стандартные схемы, основанные на механизме усиления силы, как показано на рисунке 1. В схеме А, как показано на рис. 1а, в качестве механизма усиления силы используется шестерня [4–7] или червяк [8, 9]; Схема B, показанная на рис. 1b, использует эффект самовозрастания клиновых механизмов для увеличения прижимной силы [9–12]. Во время работы системы выходной крутящий момент от источника питания усиливается механизмом усиления силы, преобразуется в силу тяги механизмом преобразования движения и воздействует на тормозные колодки внутри суппорта для создания зажимного усилия. Напротив, схема A более прямая в передаче мощности и проста в управлении, но выходная мощность системы зависит от двигателя и передаточного числа, что требует более высоких характеристик двигателя.Хотя в схеме B используется клиновой механизм для увеличения усилия, что демонстрирует гибкость конструкции и меньшие требования к двигателю, сильные нелинейные характеристики клинового механизма увеличивают сложность управления и снижают стабильность торможения [12]. Для новой структуры Yu et ​​al . разработал EMB, основанный на магнитореологическом принципе (MR) и клиновом механизме, и проанализировал его эффекты самовозбуждения и восстановления энергии [13].

Сила зажима — это основная функция, которая помогает понять различные функции торможения системы EMB.Следовательно, контроль за усилием зажима широко изучался в течение этого десятилетия. В целом, исследования силы зажима EMB в основном сосредоточены на управлении силой на основе датчиков [4, 6, 14–21] и оценке силы без датчиков [10, 22–24]. Принимая во внимание исследования по контролю силы зажима, Hoseinnezhad et ​​al . предложил метод измерения в реальном времени и откалибровал характеристическую кривую EMB на основе метода [14]. Цяо, Джо и др. . изучили влияние момента трения на динамические характеристики EMB, построили модель трения и представили метод оценки и контроля силы зажима с учетом трения привода [4, 15].Строка и др. . улучшили архитектуру управления усилием зажима и построили стратегию управления на основе алгоритма управления с прогнозированием модели [16]. Кришнамурти, Эум и др. . предложили робастный метод управления и провели соответствующие эксперименты [6, 17]. Атия и др. . разработан регулятор скользящего режима [18]. Ким и др. . разработали стратегию управления, основанную на генетическом алгоритме лимбической системы мозга, и сравнили ее с методом каскадного управления [19]. Ахмад и др. .Создана модель ЭМБ плавающего суппорта для клинового механизма и предложен соответствующий метод управления [20]. Парк, Чой и др. . разработал новый контроллер усилия зажима, чтобы преодолеть ограничение задержки отклика существующих решений [21].

Принимая во внимание исследования по оценке силы зажима, Квон, Ли и др. . разработал новую модель EMB, в которой сила зажима разделена на линейную и нелинейную части, и использовал алгоритм фильтра Калмана для разработки средства оценки состояния для оценки состояния силы зажима [10].Park и др. . предложили бессенсорный метод оценки и управления тормозной системой с автономным питанием [22]. Ki и др. . построил модель системы EMB и предоставил метод оценки, основанный на модели гистерезиса, для обнаружения точки контакта между тормозными колодками и диском и оценки без датчиков [23, 24].

Большинство исследований по контролю усилия зажима в основном сосредоточены на улучшении отклика системы и последующих действий при типичных сигналах. Хотя метод оценки усилия зажима может исключить датчики, снизить затраты и дополнительно упростить конструкцию, точность оценки оказывает значительное влияние на эффект управления.Таким образом, необходимо проверить надежность этого метода.

Ограничения при хранении и герметизации гидравлического масла затрудняют использование EHB в коммерческих транспортных средствах, особенно в тяжелых грузовых автомобилях. В настоящее время большинство коммерческих автомобилей оснащено пневматическими тормозными системами. По сравнению с пневматическим тормозом, EMB не требует больших и сложных пневматических трубопроводов и компонентов. Кроме того, EMB может эффективно снизить вес тела и сложность тормозной системы, устранить шум выхлопа во время торможения и обеспечить более точное управление и распределение тормозного усилия.Таким образом, EMB демонстрирует более широкие перспективы, чем пневматический тормоз в приложениях коммерческого транспорта. В настоящее время, ограниченное характеристиками двигателя, максимальное усилие зажима в большинстве схем EMB не может удовлетворить потребности коммерческих автомобилей. Поэтому важно разработать простую, гибкую и универсальную схему EMB и разработать соответствующую стратегию управления усилием зажима для грузовых автомобилей.

В данном исследовании разработана схема EMB для электрических автобусов на основе пневматического дискового тормоза и предложена соответствующая стратегия управления усилием зажима.Предлагаемый EMB состоит из силовой установки и тормозного суппорта, как показано на рис. 2. В частности, для удержания суппорта пневматического тормоза тормозная камера заменяется силовой установкой, чтобы протолкнуть механизм внутри суппорта, который создает зажимное усилие. По сравнению с существующими схемами EMB, предлагаемая EMB приводится в действие напрямую от двигателя, а суппорт снабжен устройством автоматической регулировки зазора; следовательно, он имеет преимущества прямой передачи и простого управления по сравнению со схемой A (показанной на рис. 1a).Кроме того, рычаг внутри суппорта может увеличивать осевую силу тяги, создаваемую силовой установкой; таким образом, выходная мощность EMB повышается, а требования к характеристикам двигателя снижаются. Предлагаемый EMB удовлетворяет потребности коммерческих транспортных средств в тормозах и преодолевает трудности управления и высокую нелинейность схемы B (показанной на рис. 1b). Кроме того, в предлагаемом EMB сохраняется суппорт пневматического тормоза, что делает его простым, гибким и универсальным; эту схему удобно перенести с пневматического тормоза на EMB.Однако в процессе исследования мы обнаружили проблему: хотя силовой рычаг внутри суппорта может увеличивать осевое усилие, выходящее из силовой установки, и воздействовать на тормозные колодки, он увеличивает осевое смещение тормозных колодок в винт, согласно принципу кредитного плеча (изображенному на рис. 2а). Из-за максимальной производительности двигателя устранение тормозного зазора требует много времени, что отрицательно сказывается на характеристиках EMB и безопасности движения.

Рис 2.EMB электробуса.

(a) Конструкция и принцип работы: (1) статор двигателя, (2) ротор двигателя, (3) головка, (4) винт, (5) датчик силы, (6) толкатель, (7) линейный датчик, (8) рычаг, (9) поршень, (10) тормозные колодки, (11) тормозной диск, (12) суппорт. (б) 3D-модель.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239608.g002

Чтобы свести к минимуму побочные эффекты схемы, основное внимание в этом исследовании уделяется улучшению характеристик отклика прижимной силы без изменения структуры и размера EMB.В последние годы, с ростом междисциплинарной интеграции и развития компьютерных технологий, появилась возможность сочетать передовые технологии, такие как распознавание образов и машинное обучение, с управлением движением механической системы. Таким образом, это исследование направлено на объединение намерений водителя с управлением усилием зажима EMB, точное определение намерений водителя на основе существующих сигналов датчиков и заблаговременное устранение тормозного зазора. Наконец, исследование направлено на сокращение общего времени отклика прижимной силы и минимизацию неблагоприятного эффекта, вызванного эффектом рычага в предлагаемой EMB.

Эта статья организована следующим образом: предлагается схема EMB для электрического автобуса, и соответствующая модель системы выводится в разделе 2; HMM водителя замедляют и намерения тормозить, исходя из взаимосвязи между условиями вождения, намерениями водителя и поведением педалей, устанавливаются в Разделе 3; параметры HMM определены, и намерения водителя распознаются в разделе 4; Стратегия управления зажимным усилием и анализ моделирования выполняются в Разделе 5; выводы сделаны в разделе 6.

2. Системное моделирование

В этом разделе кратко описывается предлагаемая структура EMB, кратко описывается принцип ее работы и устанавливается ее системная модель.

2.1 Устройство и принцип работы EMB

EMB обычно состоит из силовой установки и тормозного суппорта. Силовая установка включает бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC), винтовой механизм и толкатель, интегрированный с винтом.

Путь передачи мощности EMB показан стрелкой на рис. 2a.Во время работы системы статор двигателя (1) зафиксирован, ротор двигателя (2) соединен с головкой (3), а винт (4) преобразует выходной крутящий момент от двигателя BLDC в осевую силу тяги при толчке. шток (6) и воздействуйте на рычаг (8) в суппорте. Нижний конец рычага оказывает усиленное усилие на поршень (9) и заставляет поршень толкать тормозные колодки (10), чтобы прижать тормозной диск (11) для создания зажимного усилия. Датчик давления (5) измеряет усилие зажима, а линейный датчик (7) измеряет расстояние, пройденное винтом в осевом направлении.

2.2 Моделирование системы EMB

EMB представляет собой сложную механическую систему, и точность ее модели влияет на характеристики управления. Поэтому по схеме модель системы EMB делится на две части: силовую установку и суппорт. Модель силовой установки состоит из двигателя BLDC и винтового механизма, изготовленных в соответствии с электрическими принципами и кинематикой. Модель штангенциркуля является сложной, описывается с использованием спецификаций производителя и используется в данном исследовании для обеспечения точности и уменьшения сложности.

2.2.1 Решающая часть: Силовая установка.

Силовая установка выдвигает винт в осевом направлении под приводом двигателя BLDC и преобразует крутящий момент двигателя в осевую силу тяги.

1. Двигатель BLDC
   В соответствии с законом Ома уравнение трехфазного напряжения на клеммах определяется уравнением (1) [25]. (1) где и — трехфазное напряжение на зажимах статора; R — сопротивление фазы; i и e — трехфазный ток и обратная ЭДС соответственно; L и M — собственная индуктивность и взаимная индуктивность трехфазных обмоток соответственно.Электромагнитный выходной крутящий момент T _e двигателя выглядит следующим образом: (2) где p — пары полюсов двигателя; ψ _м — максимальный поток намотки; f ( θ _м ) — это сигнал обратной ЭДС, как показано на рис. 3.
2. Винтовой механизм
   Винтовой механизм состоит из головки активного компонента (3) и следящего винта (4). Фиг.4 представляет собой схематическую диаграмму анализа сил после расширения винтового механизма [7] по окружности.Во время работы механизма головка вращается под входным крутящим моментом T _e и приводит в движение винт в осевом направлении.
   Согласно рис. 4, (3) где α и ρ — угол винтовой линии и эквивалентный угол трения винта соответственно, а l и d _м — диапазон шага и номинальный диаметр винта соответственно.
   Если трение между винтом и головкой не учитывать, соотношение между входным крутящим моментом T _e и осевой осевой силой Q , выходящей из винта, будет следующим [7]: (4) где η — КПД винтового механизма.Force Q можно описать как: (5)
   Таким образом, усилие зажима составляет: (6) где k — коэффициент усиления силы суппорта. Осевой ход винта следующий: (7) где θ _м — угол поворота головки (и угол поворота ротора).
3. Силовая установка модели
   Согласно второму закону Ньютона уравнение движения силовой установки может быть получено следующим образом: (8) где T _t и T _L — выходной и нагрузочный моменты силовой установки соответственно; T _f — момент трения двигателя; J — момент инерции, эквивалентный ротору; ω _м — механическая угловая скорость ротора.Дальше: (9) (10) (11) где D — коэффициент вязкого демпфирования двигателя; F _L — сила реакции между тормозными колодками и диском.
   Если в качестве переменных состояния системы выбраны i _a , i _b , i _c и ω _m , u _a , u _b , u _c и F _L в качестве системных входов, а усилие зажима F _cl и винт осевая скорость v _x в качестве выходных данных, то модель силовой установки может быть выражена следующим образом: (12) куда,

2.2.2 Важнейшая часть: суппорт.

Суппорт выполняет две основные функции:

1. Для увеличения осевой силы тяги, исходящей от силовой установки, и преобразования ее в силу зажима посредством действия между тормозными колодками и диском;
2. Одновременно штангенциркуль применяет силу реакции к силовой установке в соответствии с третьим законом Ньютона, чтобы система EMB достигла сбалансированного состояния. На этом этапе штангенциркуль эквивалентен «нагрузочному устройству».

Следовательно, модель штангенциркуля должна точно отражать «нагрузку».В этом исследовании характеристика пневматического дискового тормоза используется для модели суппорта, которая описывает взаимосвязь между x ′ и. Здесь x ′ — это осевое перемещение штока толкателя камеры и сила между тормозными колодками и диском. Согласно принципу работы пневматического тормоза, x ′ соответствует расстоянию осевого перемещения винта x _a в предлагаемой EMB и равно силе нагрузки F _L суппорта. действующий на силовую установку.На фиг.5 показана характеристика пневматического дискового тормоза. серия дискретных точек на рисунке представляет данные измерений, предоставленные производителем штангенциркуля, а синяя пунктирная линия представляет собой подобранную характеристическую кривую. Модель штангенциркуля представлена ​​на рисунке.

2.2.3 Интегрировано: Модель системы EMB.

Модель системы EMB показана на рис. 6. Можно заметить, что входы модели: u _a , u _b , u _c , и F _L , где u _a , u _b , u _c получены извне и F _L определяется кривой, как показано на рис.Выходные данные модели: сила зажима F _cl и осевая скорость винта v _x , где осевое перемещение винта x _a может быть получено путем интеграции. Основные параметры модели системы EMB приведены в таблице 1.

3. Моделирование намерений водителя снизить скорость и торможение

В этом разделе устанавливается взаимосвязь между условиями вождения, намерениями водителя, поведением педалей и HMM намерениями водителя замедлить и затормозить.Предполагается, что водитель управляет транспортным средством с помощью педали акселератора или тормоза, а не рулевого колеса.

3.1 Взаимосвязь между условиями вождения, намерениями водителя и поведением педалей

Если поведение рулевого управления игнорируется, условия движения в основном включают ускорение, замедление, скольжение и торможение. В процессе вождения поведение педалей водителя отражает намерения и соответствует условиям вождения. Намерения представляют стратегию водителя по управлению транспортным средством.В частности, когда водитель хочет замедлить движение, он сначала отпускает педаль акселератора, а затем соответствующим образом решает нажать на педаль тормоза. Если намерение водителя замедлить и затормозить разделено на три уровня, а именно умеренное, умеренное и сильное намерение, то скорость отпускания педали акселератора или нажатия на педаль тормоза отражает интенсивность намерений водителя замедлить или затормозить, соответственно.

Для электромобиля взаимосвязь между условиями вождения, намерениями водителя и поведением педалей приведена в таблице 2.

Намерения водителя ускоряться, замедляться, скользить или тормозить можно предварительно по таблице. Для условий замедления и торможения намерения водителя дополнительно оцениваются на основе моделей, установленных ниже. Условия ускорения и скольжения выходят за рамки данного исследования. Кроме того, если не указано иное, намерения водителя снизить скорость и затормозить все вместе именуются намерениями водителя в дальнейших разделах.

3.2 Создание HMM

На намерения водителя влияют такие факторы, как дорожные условия, состояние транспортного средства, погодные условия и собственная причина во время фактического вождения, которые проявляют случайность и зависят от времени. При анализе формирование намерения водителя можно рассматривать как случайный процесс. По сравнению с измеряемыми сигналами, такими как ход педали, скорость педали и усилие на педали, намерения водителя трудно определить количественно. Следовательно, цель распознавания намерений водителя — описать такие неоднозначные намерения с помощью измеримых сигналов.

Поскольку намерения водителя в каждый момент относительно независимы, и намерение S _t в момент t связано исключительно с намерением S _{t -1} предыдущего момента t -1, выставляется марковское свойство. Таким образом, намерения водителя за короткое время можно рассматривать как цепь Маркова, которая определяется выражением: (13)

Чтобы продемонстрировать математическую взаимосвязь между намерениями водителя и поведением педалей, в следующих разделах устанавливаются HMM намерений водителя снизить скорость и торможение.

3.2.1 Структура модели и гипотеза.

HMM — это вероятностная модель временных рядов, используемая для описания процесса, в котором цепь Маркова с ненаблюдаемой последовательностью случайных состояний генерирует наблюдаемую случайную последовательность, как показано на рис. 7. Полная HMM состоит из скрытых состояний S и наблюдаемых состояний. O и описывается числом скрытых состояний m , числом наблюдаемых состояний n , исходной матрицей вероятности скрытых состояний π , матрицей вероятности одношагового перехода A скрытых состояний и вероятностью излучения матрица P из скрытых состояний в наблюдаемые состояния, т.е.е., (14)

Перед установлением HMM намерений водителя были сделаны следующие допущения:

1. Гипотеза о неподвижности, т.е. предположение, что намерения водителя не зависят от конкретного момента, может быть описана как: P ( S _{m +1} = j | S _m = i ) = P ( S _{n +1} = j | S _n = i ), ∀ m , n ;
2. Гипотеза независимости выпуска, т.е.е., выходной сигнал (наблюдаемое состояние) HMM связан исключительно с текущим намерением драйвера, он задается следующим образом: P ( O ₁ , O ₂ ,…, O _T | S ₁ , S ₂ ,…, S _T ) = ∏ P ( O _т | S _т ), t = 1, 2,…, T ;
3. Гипотеза о передаточной смежности, т.е.е., прямой переход скрытого состояния между двумя несмежными скрытыми состояниями невозможен.

3.2.2 Скрытые состояния

Трудно количественно определить намерения водителя, обладающие скрытыми характеристиками, при вождении; эти намерения определяются как скрытые состояния модели. Чем больше количество скрытых состояний, тем выше точность модели.Однако HMM включает в себя множество матричных операций, а несколько скрытых состояний влияют на эффективность модели. Учитывая реальную дорожную ситуацию, количество скрытых состояний в предлагаемых моделях HMM установлено равным трем, что указывает на легкое, умеренное и сильное намерение водителя.

Намерение водителя в начальный момент описывается исходной матрицей вероятностей π : (15) где π _i ( i = 1, 2,…, m ) представляет собой вероятность того, что намерение водителя находится в состоянии i в начальный момент t = 1.

Вероятность перехода намерений водителя из одного состояния в другое описывается матрицей вероятностей одношагового перехода A = ( a _ij ) _{m × m} и a _ij = P ( S _{t +1} = j | S _t = i ) представляет собой вероятность того, что намерение водителя в момент t в состоянии i переход в состояние j в момент t +1 это a _ij .

3.2.3 Наблюдаемые состояния

Самый интуитивный индикатор поведения педалей — это сила. Однако большинство автомобилей не оснащены датчиком усилия на педали. Следовательно, скорость педали выбирается как наблюдаемое состояние HMM для описания поведения педали водителя. Согласно вышеупомянутому анализу, это исследование определяет количество наблюдаемых состояний n ₁ = 4 части намерения водителя замедлить HMM λ ₁ , т.е.е. водитель держит педаль акселератора и отпускает педаль акселератора медленно, умеренно и быстро. Точно так же количество наблюдаемых состояний n ₂ = 7 частей намерения водителя тормозить HMM λ ₂ представляет ситуацию, когда водитель нажимает педаль тормоза медленно, умеренно и быстро, удерживает педаль тормоза и отпускает педаль тормоза медленно, умеренно и быстро.

3.2.4 Матрица вероятности выбросов

Наблюдаемые состояния HMM (т.е., разные скорости вращения педалей) зависят от скрытых состояний (т. е. намерений водителя), а взаимосвязь между скрытыми состояниями и наблюдаемыми состояниями описывается матрицей вероятности выбросов P = ( p _ik ) _{m × n} , i = 1, 2,…, m , k = 1, 2,…, n .

Здесь p _ik = P ( O _t = k | S _t = i ) указывает вероятность того, что намерение водителя S _t в состоянии i в момент t и скорость педали O _t в состоянии j в тот же момент это p _ik .

3.2.5 HMM намерений водителя замедлить и затормозить.

HMM намерений водителя показаны на рис. 8. Кроме того, элементы в каждом HMM перечислены в таблице 3.

4. Определение параметров HMM и распознавание намерений водителя

В этом разделе данные скорости педали дискретизируются и сегментируются на несколько разделов, чтобы установить взаимосвязь между скоростями педали и наблюдаемыми состояниями. Затем параметры HMM определяются с помощью инструментов AHP и MATLAB HMM.Наконец, намерение водителя снизить скорость и затормозить распознается с помощью алгоритма Витерби.

4.1 Определение параметров HMM

Параметры HMM определяются следующим образом: Для данной наблюдаемой последовательности состояний { O ₁ , O ₂ ,…, O _t }, исходная матрица вероятностей π , оценочная матрица вероятности перехода и матрица вероятности эмиссии в качестве входных данных, параметры HMM с максимальной вероятностью для данной наблюдаемой последовательности состояний могут быть получены путем итерации решений с использованием алгоритма Баума – Велча.

4.1.1 Наблюдаемая последовательность состояний.

Чтобы получить наблюдаемую последовательность состояний, сигналы скорости педали дискретизируются на несколько секций, затем кодируются (число секций согласуется с числом наблюдаемых состояний n ). Наблюдаемое состояние HMM затем сопоставляется со скоростью педали для получения последовательности.

Скорости педали акселератора и тормоза были получены путем сбора фактических данных вождения. Скорость педали акселератора дискретизируется на четыре части (соответствующие четырем наблюдаемым состояниям в намерении замедления HMM), а скорость педали тормоза дискретизируется на семь частей (соответствующих семи наблюдаемым состояниям в намерении торможения HMM).Для скорости педали в момент t , расположенной на участке k ^th ( k = 1, 2,…, n ), наблюдаемое состояние HMM составляет O _t = к .

Дискретность скорости педали основана на алгоритме k-средних. Основной принцип k-means — перемещать все типы центров обработки данных и непрерывно перераспределять различные элементы данных, а также сдвигать положение разных центров к среднему значению их членов, чтобы члены одного класса были ближе всего к своим соответствующим центрам. .Результаты дискретизации скорости педали показаны на рис. 9. Когда педаль акселератора достигает своего максимального хода, ее угол составляет приблизительно 0,29 рад (приблизительно 17 °), а угол наклона педали тормоза составляет приблизительно 0,69 рад (приблизительно 40 °).

После анализа результатов, показанных на рис. 9, получается соответствующая взаимосвязь между наблюдаемыми состояниями и скоростями педали, как показано в таблице 4.

4.1.2 Исходная матрица вероятностей

Предполагая, что вероятность намерения водителя в каждом скрытом состоянии в начальный момент равна, исходная матрица вероятностей π может быть выражена как (16)

4.1.4 Матрица оценочной вероятности выбросов.

Оценочная матрица вероятности выбросов в определенной степени влияет на точность модели HMM [26], и надежность полученной на основе опыта еще предстоит проверить. В этом исследовании определяется с использованием метода аналитического иерархического процесса (AHP).Метод AHP в основном состоит из следующих шагов:

1. Шаг 1. Создание модели иерархического анализа
   В центре внимания AHP является создание модели иерархического анализа, основанной на взаимосвязи между намерениями водителя и поведением педалей, как показано на рис. 10.
   В этой модели целевая иерархия A — намерение водителя, в частности намерение водителя снизить скорость или затормозить; целевая иерархия A далее разделяется на иерархию критериев B , которая включает в себя умеренное намерение замедления или торможения B ₁ , умеренное замедление или намерение торможения B ₂ и сильное намерение замедления или торможения В ₃ ; иерархия мер C , включает в себя различные поведения педалей C ₁ — C ₇ для достижения целей, включенных в иерархию B .Среди них B ₁ — B ₃ называются элементами, а C ₁ — C ₇ называются факторами.
2. Шаг 2. Построение оценочной матрицы
   Оценочная матрица K _p используется для сравнения степени взаимного влияния различных факторов на определенный элемент. Принцип определения матрицы суждения K _p состоит в том, чтобы сравнить все факторы друг с другом и установить шкалу оценки k _ij в соответствии с их взаимным влиянием на определенный элемент для построения матрица суждения K _p = ( k _ij ) _{n × n} .
   Здесь диапазон оценочной шкалы k _ij составляет 1–9, шкала «1» означает, что множители C _i ( i = 1, 2,…, 7) и C _j ( j = 1, 2,…, 7) одинаково важны для элемента B _p , а шкала «9» означает, что коэффициент C _i чрезвычайно важен, чем C _j .Если степень влияния фактора C _i и C _j на элемент B _p составляет k _ij , то степень влияния фактора C _j и C _i на элементе B _p is k _ji = 1/ k _ij .
   Если влияние поведения педали акселератора C ₁ — C ₄ на намерение водителя мягко замедлить B ₁ рассматривается в качестве примера, матрица оценок K _{1, dec} построен следующим образом: (20)
   Из приведенного выше анализа видно, что каждая из трех оценочных матриц может быть построена в соответствии с намерениями водителя снизить скорость и торможение, как указано в Приложении S1.
3. Шаг 3.Расчет веса влияния
   В отличие от матрицы оценок K _p , вес влияния H _i используется для описания степени влияния факторов на каждый элемент. Влияние веса H _i вычисляется с использованием метода собственных значений и нормировано, то есть собственных значений λ = ( λ ₁ , λ ₂ ,…, λ _n ) каждой оценочной матрицы K _p вычисляются, а собственный вектор ω = ( ω ₁ , ω ₂ ,…, ω _n ) ^T , соответствующий максимальному собственному значению λ _max , может использоваться как коэффициент влияния h _i фактора C _i ( i = 1, 2,… , n ) на элементе B _p после нормализации, т.е.е., (21)
   Вектор-строка H = ( h ₁ , h ₂ ,…, h _n ), состоящий из всех коэффициентов влияния h _i который является весом влияния факторов C ₁ , C ₂ ,…, C _n на элементе B _p . Для модели иерархического анализа намерений водителя замедлить весовые коэффициенты влияния H _dec факторов (поведение педали акселератора) на каждый элемент (намерение водителя замедлить) следующие: (22)
   Аналогичным образом, для модели иерархического анализа намерений водителя при торможении весовые коэффициенты влияния H _brk факторов (поведения педали тормоза) на каждый элемент (намерение водителя тормозить) следующие: (23)
4. Шаг 4.Определите матрицу вероятности выбросов
   Поскольку коэффициент влияния h _i нормализован, определение коэффициента влияния h _i и вес влияния H _i можно объединить, и матрица, составленная из весов влияния H ₁ , H ₂ , H ₃ с тем же намерением, может использоваться в качестве оценочной матрицы вероятности выбросов ТММ.Следовательно, оценочная матрица вероятности излучения намерения водителя замедлить скорость HMM составляет: (24)
   Точно так же оценочная матрица вероятности выброса намерения водителя тормозить HMM: (25)
5. Шаг 5. Обучение параметрам HMM
   При обучении параметров модели используется алгоритм Баума-Велча и набор инструментов MATLAB HMM. Согласно Таблице 4, собранные данные о скорости педали с различными намерениями водителя преобразуются в наблюдаемую последовательность состояний HMM и импортируются в набор инструментов MATLAB HMM.Затем наблюдаемая последовательность состояний, исходная матрица π вероятностей скрытых состояний, оцененная матрица вероятности перехода и матрица вероятности излучения используются в качестве входных данных для обучения параметров HMM. Обучение завершено, когда ошибка вычисления меньше 10 ⁻⁶ . Обученные параметры HMM показаны в таблице 5.

4.2 Распознавание водителем замедления и торможения

Распознавание намерения водителя выглядит следующим образом: с использованием алгоритма Витерби для заданных параметров HMM определяется оптимальная последовательность скрытых состояний { S ₁ , S ₂ ,…, S _t }. вычислено, что может лучше всего объяснить наблюдаемую последовательность состояний { O ₁ , O ₂ ,…, O _t }.

4.2.1 Алгоритм Витерби.

Если относится к скрытой последовательности состояний { S ₁ , S ₂ ,…, S _t }, относится к наблюдаемой последовательности состояний { O ₁ , O ₂ ,…, O _t }, представляет значение скрытой последовательности состояний и представляет значение наблюдаемой последовательности состояний, тогда алгоритм Витерби максимизирует вероятность.В этом алгоритме создается матрица Витерби, и формула Витерби используется для поиска оптимальной скрытой последовательности состояний. Матрица Витерби определяется следующим образом: (26) где i = 1, 2,…, m , t = 2, 3,…, n . Формула Витерби выглядит следующим образом: (27) где t = n -1,…, 2, 1 и s _n — оптимальное скрытое состояние, когда наблюдаемое состояние составляет o _n .

4.2.2 Результаты распознавания намерений водителя.

Производится выборка нескольких групп сигналов педали водителя, а сигналы скорости педали акселератора и тормоза преобразуются в наблюдаемые последовательности состояний HMM и вводятся в программу алгоритма Витерби. После «декодирования» алгоритмом Витерби выводятся оптимальные последовательности скрытых состояний. Наконец, распознавание намерений водителя может быть завершено путем сопоставления скрытых состояний с соответствующими намерениями водителя.

Сигналы педали были дискретизированы с использованием dSPACE и симулятора. В процессе получения сигнала водитель управляет педалью акселератора и тормоза с разными скоростями, чтобы имитировать замедление и торможение транспортного средства под управлением водителя. Отобранные сигналы педали и распознанные намерения показаны на рис. 11; значения скрытого состояния HMM и соответствующие намерения водителя показаны на правой оси рисунка.

Из рисунка видно, что метод на основе HMM может точно распознавать намерения водителя для различных сценариев.

5. Стратегия управления зажимным усилием, основанная на намерениях водителя

Предыдущие исследования показывают, что традиционные методы управления зажимным усилием с использованием каскадных архитектур часто используют зажимное усилие в качестве единственной регулирующей переменной. В этих методах EMB устраняет тормозной зазор и выдает усилие зажима, когда водитель нажимает на педаль тормоза. Однако поведение предлагаемого EMB (как описано в разделе 1, параграф 8) делает эти методы трудоемкими и тем самым влияет на характеристики отклика прижимной силы для безопасного вождения.

Исследования показывают, что время реакции водителя от момента получения сигнала экстренного торможения до нажатия на педаль тормоза составляет примерно 0,3–1,0 с [27]. Если намерение водителя может быть предопределено, время реакции водителя может быть эффективно использовано для заблаговременного устранения тормозного зазора и сокращения времени реакции прижимного усилия, тем самым минимизируя неблагоприятные эффекты, вызванные предлагаемым EMB.

В этом разделе строится стратегия управления усилием зажима, основанная на намерениях водителя, а реакция усилия зажима и последующие характеристики моделируются и анализируются с использованием типичных сигналов.Кроме того, предлагаемая стратегия управления проверяется путем моделирования при сигналах педали водителя.

5.1 Общая архитектура управления: многоуровневая

В общем, архитектура управления усилием зажима имеет многоуровневую структуру, состоящую из верхнего, нижнего и исполнительного контроллеров. Во-первых, верхний контроллер распознает намерения водителя замедлить и затормозить в соответствии с установленными HMM и определяет управляющие переменные и цели. Нижний контроллер состоит из модулей силы зажима, регулировки осевого перемещения винта и компенсации трения.Модули регулировки усилия зажима и осевого перемещения винта подключены параллельно. Модуль компенсации трения компенсирует нелинейные характеристики трения в винтовом механизме. Наконец, контроллер исполнительного механизма состоит из контроллера гистерезиса тока и инвертора, отвечающего за управление двигателем BLDC. Общая архитектура управления усилием зажима показана на рис. 12.

5.2 Верхний контроллер: определяет управляющие переменные и цели

Основываясь на признании намерений водителя и многоуровневой архитектуре управления, этот раздел всесторонне определяет управляющие переменные и цели EMB со следующих аспектов:

• Когда водитель имеет сильное намерение замедлить:
  Верхний контроллер рассматривает осевое перемещение винта как управляющую переменную, и тормозной зазор устраняется заранее за счет использования времени реакции, необходимого для отпускания педали акселератора и перемещения правой ноги в педаль тормоза.Таким образом, когда водитель нажимает на педаль тормоза, EMB незамедлительно выдает усилие зажима.
  На основании этого заданное осевое перемещение винта устанавливается таким образом, чтобы исключить тормозной зазор без частого контакта и аномального трения между тормозными колодками и диском. Благодаря саморегулирующемуся механизму зазора в суппорте тормозной зазор можно приблизить к определенному значению (приблизительно 0,5 мм с одной стороны). В сочетании с характеристической кривой штангенциркуля (как показано на рис. 5) целевой осевой ход винта установлен на 15 мм.
• Когда водитель нажимает на педаль тормоза:
  Верхний контроллер рассматривает зажимное усилие как управляющую переменную и определяет целевое зажимное усилие в соответствии с кривой, показанной на рис. 13. Однако, когда водитель демонстрирует сильное тормозное усилие и педаль тормоза Если ход превышает 50%, верхний контроллер сразу же считает максимальную силу зажима целевой и не определяет целевую силу зажима на основании рисунка 13. Это называется стратегией увеличения усилия зажима (CE).
• Когда водитель нажимает на педаль акселератора после торможения:
  Когда водитель нажимает на педаль акселератора, это означает, что у водителя нет намерения снижать скорость или тормозить за короткое время. Чтобы обеспечить безопасное вождение и избежать ненормального контакта между тормозными колодками и диском, верхний контроллер показывает осевое перемещение винта в качестве регулирующей переменной, а исходное положение винта — в качестве цели; После этого требуется сброс винта.

5.3 Нижний контроллер: Регулирует усилие зажима и осевое перемещение винта, а также компенсирует трение

5.3.1 Регулировка усилия зажима и осевого хода винта.

Регулировка усилия зажима и осевого перемещения винта осуществляется с помощью нелинейного алгоритма PI. Входом модуля регулировки усилия зажима является ошибка между целевой силой зажима F _{cl_target} и фактической силой F _cl , а выходом этого модуля является целевой ток i _гол . Для модуля регулировки осевого хода винта входными данными является ошибка между целевым значением x _{a_target} и фактическим значением x _a осевого хода винта, а на выходе — целевым током i. _гол .

В отличие от PI, пропорциональные и интегральные параметры в нелинейном алгоритме PI являются функциями ошибки управления e ( t ), которые не являются постоянными и изменяются с ошибкой e ( t ). Следовательно, математическое выражение нелинейного алгоритма PI: (28) куда, (29) (30) где a _p , b _p , c _p , a _i , c _i являются действительными числами больше, чем нуль.Если они правильно выбраны, система управления может быстро отреагировать без перерегулирования.

5.3.2 Компенсация трения.

Компенсация трения используется для создания двигателем дополнительного крутящего момента для преодоления момента трения, создаваемого винтовым механизмом. Это реализуется путем определения тока компенсации i _comp . Расчет i _comp объединен с моделью трения и характеристиками двигателя BLDC.Модель трения ЛюГре используется для описания явления трения винтового механизма [28], как указано в (31): (31) где F _f — сила трения; σ ₀ — коэффициент жесткости; σ ₁ и σ ₂ — коэффициенты вязкого демпфирования и трения соответственно; g ( v _T ) — функция Штрибека; F _c и F _s — кулоновское трение и трение покоя соответственно; v _s — скорость Штрибека.Из-за поверхностного контакта между винтом и головкой относительная скорость v _T винта и головки вдоль наклонной поверхности определяется выражением: (32)

Кроме того, когда двигатель работает в режиме проводимости 2 π /3 и не учитывается переходный процесс коммутации, то характеристики двигателя можно упростить как [29]: (33) где i — ток двигателя в установившемся режиме. Таким образом, ток, необходимый для компенсации трения, равен: (34)

5.4 Контроллер привода: управляет двигателем BLDC

Контроллер исполнительного механизма состоит из контроллера гистерезиса тока и инвертора, который управляет двигателем BLDC посредством прямоугольной волны. В инверторе используется трехфазный мост и режим двусторонней проводимости [30]. Принцип работы регулятора гистерезиса тока заключается в том, что когда разница между опорным и фактическим токами достигает положительного фронта ширины гистерезиса, генерируется импульс для включения соответствующего компонента переключения мощности инвертора; в противном случае отключается соответствующий блок переключения мощности.Здесь фактический ток измеряется датчиком, а опорный ток i _{R_abc} рассчитывается как: (35) где f _iR ( θ _m ) — это опорная форма волны тока, как показано на рисунке 14, которая соответствует форме волны обратной ЭДС двигателя (показанной на рисунке 3). Кроме того, общий целевой ток i _target выводится из нижнего контроллера и состоит из i _target и i _comp .

5.5 Анализ моделирования

5.5.1 Реакция на силу зажима и последующие характеристики EMB.

Чтобы проанализировать реакцию и последующие характеристики, целевые зажимные силы ступенчатого и треугольного пилообразных сигналов были введены в EMB и смоделированы с помощью MATLAB / Simulink. Параметры алгоритма управления перечислены в таблице 6, а соответствующие результаты моделирования показаны на рисунках 15 и 16.

Максимальное усилие зажима ступенчатого сигнала, вводимого в EMB, и соответствующие результаты моделирования показаны на рисунке 15.

Как видно из рис. 15a, по сравнению с алгоритмом управления PI, кривая реакции зажимного усилия, основанная на нелинейном алгоритме PI, изменяется плавно, без каких-либо перерегулирований или дрожания при приближении к цели. EMB устраняет тормозной зазор примерно за 0,2 с, а сила зажима достигает максимального значения 120 кН за 0,75 с. Из рисунка 15b видно, что тенденции тока двигателя согласуются с формой волны опорного тока, показанной на рисунке 14. Из рисунков 15c и 15d можно сделать вывод, что нелинейный алгоритм PI может ослаблять колебания крутящего момента и скорости двигателя при приближении или достижении цель.

Целевая сила зажима сигналов треугольной пилы была введена в систему для имитации изменений силы зажима при срабатывании ABS. Сигнал цели колеблется от 60 до 90 кН при частоте 5 Гц. Соответствующие результаты моделирования показаны на рис. 16.

Можно заметить, что переключение между прямым и обратным вращением двигателя происходит быстрее и гибче, когда алгоритм нелинейного ПИ-регулирования применяется под действием вышеупомянутого сигнала.Последующая характеристика усилия зажима также лучше, чем алгоритм PI.

5.5.2 Стратегия управления усилием зажима с учетом намерений водителя.

Сигналы педалей, показанные на рис. 11, используются для моделирования и анализа предложенной стратегии управления в MATLAB / Simulink. Сигналы педали, изображенные на фиг. 11a, образуют исходный вход; результаты моделирования показаны на рис. 17.

Из рисунка видно, что во избежание частого торможения EMB не устраняет тормозной зазор заранее при умеренном намерении водителя замедлить движение.Когда водитель нажимает на педаль тормоза и тормозной зазор устраняется, усилие зажима становится выходным.

Кроме того, сигналы педали, показанные на рисунке 11b, вводятся в стратегию, и соответствующие результаты моделирования показаны на рисунке 18.

Из рисунка видно, что водитель начинает отпускать педаль акселератора в точке A. Затем, когда верхний контроллер распознает, что водитель имеет сильное намерение замедлить, EMB начинает заранее устранять тормозной зазор.При этом винт продвигается в осевом направлении под приводом двигателя до точки B; винт всегда находится в положении ожидания от B до C. Когда водитель нажимает на педаль тормоза в точке C, система выдает усилие зажима до тех пор, пока водитель полностью не отпустит педаль тормоза в точке D. Когда усилие зажима будет снято, винт возвращается в исходное положение. в позицию ожидания. Наконец, когда водитель нажимает педаль акселератора, винт возвращается в исходное положение, чтобы избежать ненужного торможения, вызванного ненормальным контактом между тормозными колодками и диском.

Сигналы педали, изображенные на рис. 11c, представляют собой вход в стратегию срабатывания экстренного торможения. Соответствующие результаты моделирования показаны на рис. 19. На рис. 19а показаны намерения водителя, сигналы педали и операции EMB. Замечено, что когда EMB распознает сильное намерение водителя замедлить движение, он устраняет тормозной зазор до того, как водитель нажмет на педаль тормоза. Таким образом, когда водитель с силой нажимает на педаль тормоза, зажимное усилие выводится вовремя.

Рис. 19. Результат моделирования 3 стратегии управления зажимом.

(a) Регулировка усилия зажима. (b) Сравнение управляющих эффектов: с тормозным зазором до устранения и без него, а также с CE и без него.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239608.g019

На рис. 19b показано сравнение управляющих эффектов при сильном торможении водителем, где перехватываются результаты моделирования 0,5–2,0 с. Как видно из рисунка, благодаря предварительному устранению тормозного зазора и CE, EMB выводит зажимное усилие почти без задержки, когда водитель нажимает на педаль тормоза, и быстро достигает максимального зажимного усилия в качестве контрольной цели при торможении. педаль перемещается более чем на 50% (показано коричневой пунктирной линией на рис. 19b).

При комбинированных воздействиях (показано красной сплошной линией на рис. 19b) время отклика прижимной силы сокращается примерно на 0,25 с по сравнению с традиционным методом (на основе каскадной архитектуры с использованием прижимной силы в качестве единственной регулирующей переменной, как показано на коричневая сплошная линия на рис. 19b), что улучшает характеристики отклика EMB. Негативное влияние принципа левериджа предлагаемого EMB на эффективность реагирования практически устранено. Соответствующие результаты моделирования приведены в таблице 7.

6. Заключение

В отличие от других исследований, предлагаемый EMB на основе пневматического дискового тормоза демонстрирует более длительное время реакции зажимного усилия при обычном методе управления, что не идеально для безопасного вождения. На основании этого наблюдения был проанализирован принцип работы предложенного EMB и создана его системная модель. Кроме того, была разработана стратегия управления усилием зажима, основанная на намерениях водителя. Примечательно, что были выполнены следующие работы:

Во-первых, была проанализирована взаимосвязь между условиями вождения автомобиля, намерениями водителя и поведением педалей.Были построены HMM намерений водителя о замедлении и торможении, и соответствующие параметры были обучены.

Затем была предложена стратегия управления усилием зажима, основанная на намерениях водителя, чтобы минимизировать неблагоприятные эффекты схемы без изменения структуры и размера EMB. В частности, тормозной зазор был устранен заранее в соответствии с намерением водителя замедлить, а целевое усилие зажима было скорректировано вовремя в соответствии с намерением водителя тормоза для улучшения общей характеристики реакции зажимного усилия.

Наконец, анализ моделирования выполняется с использованием MATLAB / Simulink. Результаты показывают, что:

• При использовании нелинейных алгоритмов PI кривая отклика усилия зажима постепенно увеличивается, без каких-либо перерегулирований или дрожания, при приближении к целевому сигналу шага. Для устранения тормозного зазора требуется примерно 0,2 с, а максимальное усилие зажима в 120 кН достигается за 0,75 с.
• Когда целевая сила зажима представляет собой треугольный пилообразный сигнал с частотой 5 Гц, EMB может идентифицировать целевой сигнал.Переключение между прямым и обратным вращением двигателя выполняется быстро и гибко на основе нелинейного алгоритма PI.
• Установленные HMM могут точно распознавать намерения водителя, в то время как предлагаемая стратегия управления позволяет EMB достигать предварительного устранения и восстановления тормозного зазора в подходящее время.
• За счет комбинации распознавания намерения водителя, предварительного устранения тормозного зазора и CE общее время реакции зажимного усилия было сокращено примерно на 0.25 с при аварийном торможении водителя по сравнению с обычным методом управления.

Дальнейшая работа может быть направлена ​​на изготовление прототипа EMB для полевых и дорожных испытаний с целью дальнейшей проверки предложенной стратегии контроля.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Editage за редактирование на английском языке.

Ссылки

1. 1. Ху XS, Чжэн Ю.С., Хоуи Д.А., Перес Х., Фоли А., Печт М. Методики разогрева аккумуляторных батарей при отрицательных температурах для автомобильных приложений: последние достижения и перспективы.Прог. Энергия сгорания. Sci. 2020; 77
2. 2. Ху XS, Лю WX, Линь XK, Xie Y. Сравнительное исследование ориентированных на управление тепловых моделей для цилиндрических литий-ионных батарей. IEEE Trans. Трансп. Electrif. 2019; 5 (4): 1237–1253.
3. 3. Ху XS, Zou Y, Yang YL. Более экологичные подключаемые к сети гибридные электромобили, использующие возобновляемые источники энергии и быструю оптимизацию системы. Энергия. 2016; 111: 971–980.
4. 4. Цяо Г., Лю Г., Ши Чж, Ван Ю.В., Ма С.Дж., Лим Т. Влияние момента трения на динамику электромеханической тормозной системы.SAE Int. J. Veh. Dyn., Stab. И NVH. 2017; 1 (2): 471–479.
5. 5. Frieder K; Роберт Бош ГмбХ. Электромагнитное тормозное устройство колеса. Патент США US006536561B1. 2003 25 марта.
6. 6. Eum S, Choi J, Park SS, Yoo C, Nam K. Надежное управление усилием зажима электромеханической тормозной системы для применения в коммерческих городских автобусах. Энергии. 2017; 220 (10).
7. 7. Ли Ё, Сон Ю.С., Чанг СС. Регулировка усилия зажима для системы электрического стояночного тормоза: подход с коммутационной системой.IEEE Trans. Veh. Technol. 2013; 62 (7): 2937–2948.
8. 8. Ким Дж. С., Джо К., Квон Ю. С., Чхон Дж. С., Пак С. Дж., Чон Дж. Б. и др. Электромеханический тормоз переднего колеса с торможением задним ходом. Международный журнал легковых автомобилей SAE — Механические системы. 2014; 7 (4): 1369–1373.
9. 9. Ким Дж. Г., Ким М. Дж., Ким Дж. К., Нок К. Х. Разработка электронного клинового тормоза с поперечным клином. Технические документы SAE. 2009.
10. 10. Jeon K, Hwang H, Choi S, Hwang S, Choi SB, Yi K.Разработка отказоустойчивой стратегии управления на основе сценариев оценки электронной тормозной системы FCEV. Int. J. Automot. Technol. 2012; 13 (7): 1067–1075.
11. 11. Андерс Л; Haldex Brake Products Aktiebolag. Блокировка парковки и приспособление для регулировки износа колодок для тормоза с электрическим приводом. Европейский патент EP1939484B1. 2010 г. 1.
12. 12. Семси А., Ричард Р. Моделирование в разработке электронного клинового тормоза. Технические документы SAE. 2006.
13. 13.Yu LY, Ma L, Song J, Liu X. Магнитореологическая и основанная на клиновом механизме тормозная система с автономным питанием и автономным питанием за счет сбора энергии торможения. IEEE / ASME Trans. Мехатроника. 2016; 21 (5): 2568–2580.
14. 14. Хосейннежад Р., Баб-Хадиашар А., Рокко Т. Измерение усилия зажима в суппортах электромеханических тормозов в реальном времени. IEEE Trans. Veh. Technol. 2008; 57 (2): 770–777.
15. 15. Джо К., Хван С., Ким Х. Контроль усилия зажима для электромеханического тормоза.IEEE Trans. Veh. Technol. 2010; 59 (7): 3205–3212.
16. 16. Линия C, Manzie C, Хороший MC. Моделирование и управление электромеханическим тормозом: от PI до MPC. IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2008; 16 (3): 446–457.
17. 17. Кришнамурти П., Лу В.З., Хоррами Ф., Кейхани А. Надежное управление усилием электромеханического тормоза на основе SRM и экспериментальный результат. IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2009; 17 (6): 1306–1317.
18. 18. Atia MRA, Haggag SA, Kamal AMM.Усовершенствованная электромеханическая тормозная система с использованием контроллера скользящего режима. J. Dyn. Syst. Измер. Control-Trans. Как я. 2016; 138 (4).
19. 19. Ким С., Ким И, Квон О, Со Дж., Ли Д., Йи Х. Применение управления на основе лимбической системы мозга к электромеханической тормозной системе. Adv. Мех. Англ. 2018; 10 (2).
20. 20. Ахмад Ф., Худха К., Мазлан С.А., Джамалуддин Х., Замзури Х., Абд Кадир З. и др. Моделирование и управление электронным клиновым тормозом с неподвижным суппортом.J. Mech. Англ. 2017; 63 (3): 181–190.
21. 21. Park H, Choi SB. Разработка бессенсорного метода управления автономной тормозной системой с использованием некруглых шестерен. IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2013; 21 (4): 1328–1339.
22. 22. Park G, Choi S, Hyun D. Оценка силы зажима на основе моделирования гистерезиса для электронно-механических тормозов. Int. J. Automot. Technol. 2017; 18 (5): 883–890.
23. 23. Ki YH, Lee KJ, Cheon JS, Ahn HS. Разработка и внедрение нового устройства оценки силы зажима в электромеханической тормозной системе.Int. J. Automot. Technol. 2013; 14 (5): 739–745.
24. 24. Kim S, Huh K. Отказоустойчивое управление торможением со встроенными EMB и рекуперативными колесными двигателями. Int. J. Automot. Technol. 2016; 17 (5): 923–936.
25. 25. Лонг Би, Лим ST, Рю Дж.Х., Чонг КТ. Управление рекуперативным торможением электромобилей с помощью трехфазных бесщеточных двигателей постоянного тока. Энергии. 2013; 7: 99–114.
26. 26. Вайчулите Дж., Сакалаускас Л. Рекурсивный алгоритм оценки параметров скрытой марковской модели Дирихле.J. Stat. Comput. Simul. 2019 Октябрь pmid: 32139950
27. 27. Ю. З.С. Автомобильная теория. 5-е изд. Китай: Китай машинный пресс; 2009.
28. 28. Olsson H, Astrom KJ, Wit de CC, Gafvert M, Lischinsky P. Модели трения и компенсация трения. Евро. J. Control. 1998; 4 (7): 176–195.
29. 29. Todeschini F, Corno M, Panzani G, Savaresi SM. Адаптивное управление положением и давлением тормоза с помощью проводного привода для спортивных мотоциклов. Евро. J. Control. 2014; 20 (2): 79–86.
30. 30. Оно Э., Мурагиши Ю., Койбучи К. Интегрированное управление динамикой автомобиля для четырехколесной системы рулевого управления и четырехколесной системы тяги / торможения. Veh. Syst. Дин. 2006; 44 (2): 139–151.

Изготовление кухонных щипцов

Иногда мне трудно достать вещи из тостера. Полноразмерные куски хлеба обычно подходят, но куски меньшего размера (и почти все английские кексы), кажется, не поднимаются достаточно высоко, чтобы их схватить, не обожгая пальцы о тостер.Конечно, если вы не дадите тосту остыть в течение нескольких секунд, прежде чем взять его, вы можете обжечь пальцы и о горячий тост.

Пара простых в изготовлении захватов вроде этих «щипцов для тостов» все это исправит. И нет необходимости перекладывать их строго на тосты. Представленные здесь щипцы также идеально подходят к подносу для овощей, и, изменив несколько основных размеров, вы можете использовать тот же процесс для создания щипцов любого размера для любой задачи приготовления.

Итак, имея это в виду, мы решили просто зайти в магазин и преследовать две основные цели.Первый — предложить два привлекательных, но очень разных стиля рамок для картин. Во-вторых, они не должны требовать от строителя покупать 10 дополнительных бит маршрутизатора только для их изготовления.

Как и в случае с большинством посуды, используемой для приготовления пищи или приготовления пищи, лучше держаться подальше от древесины с открытой структурой. Для самих щипцов я выбрал отличный тигровый клен, а точка опоры и задняя часть создают прекрасный контраст с темным орехом.

Клещи такой длины должны легко сгибаться, поэтому лучше начать с приклада толщиной не более 3/16 дюйма.От 1/8 дюйма до 3/16 дюйма — хороший рабочий диапазон.

Отрежьте щипцы с двух сторон до ширины 1 дюйм, затем до длины 9 дюймов. Теперь скруглите один конец каждой детали для передней части щипцов и отшлифуйте две детали до зернистости 150. Отложите их пока.

Боковые стороны клещей прикреплены к опоре на заднем конце, которая устанавливает угол наклона клещей. Точка опоры — это просто угловой клин, который скрепляет две половины вместе.Вы можете разрезать клин любой пилой, способной резать под углом, но это действительно небольшая заготовка, и я обнаружил, что легче всего сделать это на ленточной пиле, наклонив стол и используя толкатели, чтобы мои руки были свободны. Для щипцов такой длины угол клина 2–1 / 2˚ с каждой стороны сделан для отверстия на рабочем конце размером 1–1 / 2 дюйма, что позволяет удобно обрабатывать как тосты, так и нарезать овощи. (Подробнее об углах а немного позже.)

Чтобы получить угол наклона 2-1 / 2˚ на клине, наклоните стол ленточной пилы на 5˚.Вставьте заготовку в лезвие (здесь направление волокон на оси вращения вертикальное) и отрежьте небольшой участок. Вам не нужно много резать, так как эта деталь будет шириной всего 1 дюйм. Вытащите заготовку из разреза, верните стол ленточной пилы на уровень и отрежьте получившийся клин до нужного размера. Я сделал только один 5˚ обрезать, но как только вы подрежете концы при обрезке клина по ширине и длине, он выровняется до 2-1 / 2˚ с каждой стороны.

Нанесите клей на широкие поверхности шарнира, зажмите края клещей на место и дайте высохнуть. Это клеевое соединение от длинных до длинных, поэтому оно достаточно прочное. Хотя это строго не требует усиления, акцент не только отлично смотрится, но и делает шарнир опоры еще сильнее.

Отцентрируйте отверстие 5/16 «через точку опоры. При сверлении этого отверстия вручную убедитесь, что сверло наклонено так, чтобы отверстие проходило под прямым углом из стороны в сторону. На сверлильном станке поддержите клещи на одном конце, чтобы наклонить монтаж так, чтобы отверстие было вертикальным прямо через точку опоры.

Приклейте короткую длину дюбеля из орехового дерева 5/16 дюйма в отверстие, затем закрепите клещи в тисках и обрежьте дюбель заподлицо. После разреза отшлифуйте дюбель до гладкости.

Чтобы было легче вставить щипцы в тостер, давайте немного скосим концы. Вы можете сделать это с помощью рашпиля или грубой бумаги на шлифовальном блоке, но проще всего работать с дисковой шлифовальной машиной, поскольку квадратный стол помогает сделать скос ровным и выровнять из стороны в сторону.Удалите следы фаски, затем зашлифуйте шлифовальным блоком через более высокое зерно. Эти щипцы будут обработаны кипяченым льняным маслом, поэтому я отшлифовал их зернистостью 220.

Как я обычно делаю при отделке кухонной утвари маслом, я вылила масло и дала ему немного впитаться, а затем стерла излишки. На следующий день после того, как она высохла, очистка наждачной бумагой с зернистостью 400 сделала древесину настолько гладкой, насколько это возможно, прежде чем нанести еще два слоя масла и затем отполировать щипцы до мягкого блеска, когда они полностью высохнут.

Как отмечалось ранее, вы можете сделать их любого размера. Набор щипцов длиной 12 дюймов подойдет для салата или сковороды, увеличивая длину до 18-20 дюймов (с удлинением точки опоры до 2-1 / 2–3 дюймов для прочности) идеально подходит для использования с грилем. Удлиняя щипцы, также подумайте о том, чтобы сделать их шире, чем 1 дюйм, использованный здесь. Увеличив длину, вы также можете сделать стороны клещей толще.

Имейте в виду, что чем длиннее вы сделаете щипцы, тем шире будет полученное отверстие.Выполните сухую сборку ваших компонентов и решите, подходит ли отверстие для предполагаемого использования: если оно слишком велико, уменьшите угол при разрезании точки опоры, чтобы отверстие было меньше.

Раздел 7I: Лабораторное оборудование | Здоровье и безопасность окружающей среды

Холодильники и морозильники

Потенциальная опасность, создаваемая лабораторными холодильниками и морозильниками, связана с выделением паров содержимого, возможным присутствием несовместимых химикатов и утечкой.

Для хранения химикатов следует использовать только холодильники и морозильники, предназначенные для лабораторного использования. Эти холодильники были сконструированы с учетом особых конструктивных факторов, таких как усиленные шнуры и коррозионно-стойкие внутренние части, чтобы снизить риск пожара или взрывов в лаборатории.

В стандартных холодильниках есть электрические вентиляторы и двигатели, которые делают их потенциальными источниками воспламенения легковоспламеняющихся паров. Не храните легковоспламеняющиеся жидкости в холодильнике, если он не одобрен для такого хранения.Холодильники, допущенные к использованию легковоспламеняющихся жидкостей, имеют снаружи искрообразующие детали, чтобы избежать случайного возгорания. Если в помещении для хранения горючих материалов необходимо охлаждение, следует использовать взрывозащищенный холодильник.

Также следует избегать незамерзающих холодильников. Во многих из них есть слив, трубка или отверстие, по которому вода и, возможно, любые пролитые материалы попадают в зону рядом с компрессором, что может привести к искру. Электрические нагреватели, используемые для размораживания морозильных катушек, также могут искрить.

В холодильниках для хранения химикатов следует хранить только химические вещества; лабораторные холодильники не следует использовать для хранения или приготовления пищи. Холодильники должны иметь маркировку по их прямому назначению; этикетки с надписью «Запрещается хранить продукты или напитки в этом холодильнике или холодильнике только для пищевых продуктов».

Все материалы в холодильниках или морозильниках должны иметь маркировку с указанием содержимого, владельца, даты приобретения или приготовления и характера любой потенциальной опасности. Поскольку холодильники часто используются для хранения большого количества небольших пузырьков и пробирок, можно использовать ссылку на список вне холодильника.Этикетки и чернила, используемые для идентификации материалов в холодильниках, должны быть водонепроницаемыми.

Все емкости должны быть закрыты, желательно крышкой. Контейнеры следует помещать во второстепенные контейнеры или использовать уловители.

Отключение электроэнергии может привести к чрезвычайно опасным ситуациям. Воспламеняющиеся или токсичные пары могут выделяться из холодильников и морозильников при нагревании химикатов и / или некоторые химически активные вещества могут энергетически разлагаться при нагревании.Упреждающее планирование позволяет избежать потери продукта и возникновения опасных ситуаций в случае длительного отключения электроэнергии. Для предотвращения нагрева содержимого холодильника и морозильника можно использовать сухой лед или альтернативные источники питания.

Устройства для перемешивания и перемешивания

Устройства для перемешивания и смешивания, обычно используемые в лабораториях, включают двигатели для перемешивания, магнитные мешалки, шейкеры, небольшие насосы для жидкостей и роторные испарители для удаления растворителей. Эти устройства обычно используются в лабораторных операциях, которые выполняются в вытяжном шкафу, и важно, чтобы они работали таким образом, чтобы исключить образование электрических искр.

Только безыскровые асинхронные двигатели следует использовать в механических перемешивающих и смесительных устройствах или любом другом вращающемся оборудовании, используемом для лабораторных операций. Хотя двигатели в большинстве продаваемых в настоящее время устройств для перемешивания и перемешивания соответствуют этому критерию, их двухпозиционные переключатели и регуляторы скорости реостатного типа могут вызывать электрическую искру, потому что они имеют оголенные электрические проводники. Скорость асинхронного двигателя, работающего под нагрузкой, не должна регулироваться регулируемым автотрансформатором.

Поскольку перемешивающие и перемешивающие устройства, особенно перемешивающие двигатели и магнитные мешалки, часто работают в течение довольно длительного времени без постоянного внимания, следует учитывать последствия выхода из строя мешалки, электрической перегрузки или блокировки движения перемешивающего колеса.

Нагревательные приборы

В большинстве лабораторий используется по крайней мере один тип нагревательного устройства, например печи, плиты, нагревательные кожухи и ленты, масляные ванны, соляные ванны, песочные ванны, воздушные ванны, печи с горячими трубками, термофены и микроволновые печи.

При работе с нагревательными приборами в лаборатории необходимо соблюдать ряд общих мер предосторожности. При работе с отопительными приборами учитывайте следующее:

• Фактический нагревательный элемент в любом лабораторном нагревательном устройстве должен быть заключен таким образом, чтобы предотвратить случайное прикосновение лабораторного работника или любого металлического проводника к проводу, по которому проходит электрический ток.
• Нагревательное устройство изнашивается или повреждается настолько, что обнажается его нагревательный элемент, перед повторным использованием устройство следует либо выбросить, либо отремонтировать.
• Лабораторные нагревательные устройства должны использоваться с регулируемым автотрансформатором для управления входным напряжением путем подачи некоторой части общего напряжения сети, обычно 110 В.
• Внешние корпуса всех регулируемых автотрансформаторов имеют перфорацию для охлаждения посредством вентиляции и, следовательно, должны располагаться там, где на них нельзя проливать воду и другие химические вещества, и где они не будут подвергаться воздействию легковоспламеняющихся жидкостей или паров.

Отказоустойчивые устройства могут предотвратить возгорание или взрывы, которые могут возникнуть, если температура реакции значительно возрастет из-за изменения сетевого напряжения, случайной потери реакционного растворителя или потери охлаждения.Некоторые устройства отключают электроэнергию, если температура нагревательного устройства превышает некоторый заданный предел или если поток охлаждающей воды через конденсатор прекращается из-за потери давления воды или ослабления шланга подачи воды к конденсатору.

Духовки

Духовки с электрическим обогревом обычно используются в лаборатории для удаления воды или других растворителей из химических проб и для сушки лабораторной посуды. Никогда не используйте лабораторные печи для приготовления пищи для людей .

• Лабораторные печи должны быть сконструированы таким образом, чтобы их нагревательные элементы и их регуляторы температуры были физически отделены от их внутренней атмосферы.
• В лабораторных печах редко предусмотрена возможность предотвращения выброса летучих в них веществ. Подключение вентиляционного отверстия печи непосредственно к вытяжной системе может снизить вероятность утечки веществ в лабораторию или образования взрывоопасной концентрации внутри печи.
• Духовки не следует использовать для сушки любых химических образцов, которые могут представлять опасность из-за острой или хронической токсичности, если не были приняты специальные меры для обеспечения постоянного вентилирования атмосферы внутри печи.
• Во избежание взрыва стеклянную посуду, промытую органическим растворителем, следует снова промыть дистиллированной водой перед сушкой в ​​духовке.
• Биметаллические полосковые термометры предпочтительны для контроля температуры печи. Ртутные термометры не следует устанавливать через отверстия в верхней части духовки так, чтобы колба свешивалась в духовку. Если ртутный термометр разбился в духовке любого типа, духовку следует немедленно закрыть и выключить, и она должна оставаться закрытой до тех пор, пока не остынет.Вся ртуть должна быть удалена из холодной печи с использованием соответствующего оборудования и процедур для очистки, чтобы избежать воздействия ртути.

Горячие пластины

Лабораторные плиты обычно используются для нагрева растворов до 100 ° C или выше, когда невозможно использовать более безопасные паровые бани. Любые недавно приобретенные конфорки должны быть сконструированы таким образом, чтобы не допускать возникновения электрических искр. Тем не менее, многие старые нагревательные плиты представляют опасность возникновения электрической искры, возникающую либо из-за двухпозиционного переключателя, расположенного на горячей плите, либо из-за биметаллического термостата, используемого для регулирования температуры, либо из-за того и другого.Следует предупредить сотрудников лаборатории об опасности искры, связанной с более старыми горячими плитами.

Помимо опасности искры, старые и корродированные биметаллические термостаты в этих устройствах могут в конечном итоге сработать предохранителем и подать полный, непрерывный ток на горячую пластину.

• Не храните летучие легковоспламеняющиеся материалы рядом с горячей плитой
• Ограничьте использование старых нагревательных плит для легковоспламеняющихся материалов.
• Проверить термостаты на коррозию. Корродированные биметаллические термостаты можно отремонтировать или перенастроить, чтобы избежать опасности искры.

Обогреватели

Нагревательные кожухи обычно используются для нагрева круглодонных колб, реакционных котлов и связанных с ними реакционных сосудов. Эти мантии заключают нагревательный элемент в серию слоев стекловолоконной ткани. Пока покрытие из стекловолокна не изношено и не сломано, и пока вода или другие химические вещества не проливаются на мантию, нагревательные кожухи не представляют опасности поражения электрическим током.

• Всегда используйте нагревательный кожух с регулируемым автотрансформатором для управления входным напряжением.Никогда не подключайте их напрямую к сети 110 В.
• Будьте осторожны, не превышайте входное напряжение, рекомендованное производителем мантии. Более высокое напряжение вызовет перегрев, оплавление стекловолоконной изоляции и обнажение оголенного нагревательного элемента.
• Если нагревательный кожух имеет внешний металлический кожух, обеспечивающий физическую защиту от повреждения стекловолокна, рекомендуется заземлить внешний металлический кожух для защиты от поражения электрическим током, если нагревательный элемент внутри кожуха замыкается на металлическом кожухе.
• Некоторое старое оборудование может иметь изоляцию из асбеста, а не из стекловолокна. Обратитесь в EHS для замены изоляции и надлежащей утилизации асбеста.

Масляные, соляные и песчаные ванны

Масляные бани с электрическим подогревом часто используются для нагрева небольших сосудов или сосудов неправильной формы или когда требуется стабильный источник тепла, который может поддерживаться при постоянной температуре. Ванны с расплавленной солью, как и ванны с горячим маслом, обладают преимуществами хорошей теплопередачи, обычно имеют более широкий рабочий диапазон (например,g., от 200 до 425 ° C) и могут иметь высокую термическую стабильность (например, 540 ° C). При работе с этими типами нагревательных устройств необходимо соблюдать несколько мер предосторожности:

• Соблюдайте осторожность, используя горячую масляную ванну, чтобы не образовался дым или масло не загорелось из-за перегрева.
• Всегда контролируйте масляные ванны с помощью термометра или других термодатчиков, чтобы убедиться, что его температура не превышает температуру воспламенения используемого масла.
• Установите масляные ванны, оставленные без присмотра, с термодатчиками, которые отключат электричество в случае перегрева ванны.
• Хорошо перемешайте масляные ванны, чтобы убедиться, что вокруг элементов нет горячих точек, которые нагревают окружающее масло до недопустимых температур.
• Содержите нагретое масло в емкости, способной выдержать случайный удар твердым предметом.
• Осторожно установите ванны на устойчивую горизонтальную опору, например лабораторный домкрат, который можно поднимать или опускать без опасности опрокидывания ванны. Железные кольца не подходят для горячей ванны.
• Закрепите оборудование достаточно высоко над горячей ванной, чтобы, если реакция начнет перегреваться, баню можно было бы немедленно опустить и заменить охлаждающей баней без необходимости перенастраивать оборудование.
• Обеспечьте вторичную локализацию в случае разлива горячего масла.
• При работе с горячей ванной надевайте термостойкие перчатки.
• Реакционный сосуд, используемый в ванне с расплавленной солью, должен выдерживать очень быстрый нагрев до температуры выше точки плавления соли.
• Следите за тем, чтобы соляные ванны оставались сухими, так как они гигроскопичны, что может вызвать опасные лопания и брызги, если поглощенная вода испарится во время нагрева.

Ванны горячего воздуха и трубчатые печи

Ванны с горячим воздухом используются в лаборатории как нагревательные приборы. Азот предпочтительнее для реакций с легковоспламеняющимися материалами. Воздушные бани с электрическим подогревом часто используются для обогрева небольших сосудов или сосудов неправильной формы. Одним из недостатков ванн с горячим воздухом является их низкая теплоемкость. В результате эти ванны обычно необходимо нагревать до температуры на 100 ° C или более выше заданной. Трубчатые печи часто используются для высокотемпературных реакций под давлением.При работе с любым из устройств учитывайте следующее:

• Убедитесь, что нагревательный элемент полностью закрыт.
• Для воздушных ванн, сделанных из стекла, оберните сосуд термостойкой лентой, чтобы удержать стекло в случае его разрушения.
• Песочные ванны, как правило, предпочтительнее воздушных ванн.
• Для трубчатых печей тщательно выбирайте стеклянную посуду, металлические трубы и соединения, чтобы убедиться, что они выдерживают давление.
• Соблюдайте меры безопасности, указанные как для электробезопасности, так и для систем давления и вакуума.

Тепловые пушки

Лабораторные тепловые пушки сконструированы с вентилятором с приводом от двигателя, который обдувает электрически нагретую нить накала. Их часто используют для сушки стеклянной посуды или для нагрева верхних частей перегонного аппарата во время перегонки высококипящих материалов.

Микроволновые печи

Микроволновые печи, используемые в лаборатории, могут представлять несколько различных типов опасностей.

• Как и в большинстве электрических устройств, существует риск образования искр, которые могут воспламенить воспламеняющиеся пары.
• Металлы, помещенные в микроволновую печь, могут вызвать дугу, которая может воспламенить легковоспламеняющиеся материалы.
• Материалы, помещенные в духовку, могут перегреться и воспламениться.
• Герметичные контейнеры, даже если они неплотно закрыты, могут создавать давление при расширении во время нагрева, создавая риск разрыва контейнера.

Чтобы свести к минимуму риск этих опасностей,

• Никогда не включайте микроволновые печи с открытыми дверцами во избежание воздействия микроволн.
• Не кладите провода и другие предметы между уплотнительной поверхностью и дверцей на передней поверхности духового шкафа. Уплотняющие поверхности должны быть абсолютно чистыми.
• Никогда не используйте микроволновую печь как для лабораторных целей, так и для приготовления пищи.
• Заземлите микроволновую печь. Если необходимо использовать удлинитель, следует использовать только трехжильный шнур с номиналом, равным или большим, чем у духовки.
• Запрещается использовать металлические емкости и металлосодержащие предметы (напр.g., мешалки) в микроволновую печь. Они могут вызвать искрение.
• Не нагревайте закрытые емкости в микроволновой печи. Даже нагревание контейнера с ослабленной крышкой или крышкой представляет собой значительный риск, поскольку микроволновые печи могут нагревать материал так быстро, что крышка может сесть вверх, упираясь в резьбу, и контейнеры могут взорваться.
• Снимите завинчивающиеся крышки с контейнеров, нагреваемых в микроволновой печи. Если необходимо сохранить стерильность содержимого, используйте ватные или поролоновые пробки. В противном случае закройте контейнер кимвипами, чтобы уменьшить вероятность разбрызгивания.

Ультразвуковые приборы

Воздействие на человека ультразвука с частотами от 16 до 100 килогерц (кГц) можно разделить на три отдельные категории: воздушная проводимость, прямой контакт через жидкую связывающую среду и прямой контакт с вибрирующим твердым телом.

Ультразвук воздушно-капельным путем, по-видимому, не представляет значительной опасности для здоровья человека. Однако воздействие связанного с ним большого объема слышимого звука может вызвать множество эффектов, включая усталость, головные боли, тошноту и шум в ушах.Когда ультразвуковое оборудование используется в лаборатории, оно должно быть заключено в деревянный ящик толщиной 2 см или в ящик, облицованный акустически поглощающей пеной или плиткой, чтобы существенно снизить акустическое излучение (большинство из которых неслышно).

Следует избегать прямого контакта тела с жидкостями или твердыми телами, подвергающимися воздействию ультразвука высокой интенсивности, который используется для стимуляции химических реакций. В сонохимических условиях в жидкостях создается кавитация, которая может вызывать высокоэнергетическую химию в жидкостях и тканях.Гибель клеток из-за разрушения мембраны может происходить даже при относительно низкой акустической интенсивности.

Воздействие твердых тел, колеблющихся ультразвуком, таких как акустический рог, может привести к быстрому нагреву от трения и потенциально серьезным ожогам.

Центрифуги

Центрифуги должны быть правильно установлены и должны использоваться только обученным персоналом. Важно, чтобы нагрузка уравновешивалась каждый раз при использовании центрифуги и чтобы крышка была закрыта во время движения ротора.Выключатель должен работать должным образом, чтобы отключать оборудование при открытии крышки, и необходимо соблюдать инструкции производителя по безопасным рабочим скоростям.

Для легковоспламеняющихся и / или опасных материалов центрифуга должна находиться под отрицательным давлением в подходящей выхлопной системе.

Ротационные испарители

Стеклянные компоненты роторного испарителя должны быть изготовлены из стекла Pyrex или аналогичного. Стеклянные сосуды должны быть полностью закрыты экраном для защиты от летящего стекла в случае взрыва компонентов.Увеличение скорости вращения и создание вакуума в колбе, растворитель которой должен быть испарен, должны быть постепенными.

Автоклавы

Использование автоклава — очень эффективный способ обеззараживания инфекционных отходов. Автоклавы убивают микробы перегретым паром. Ниже приведены рекомендации по использованию автоклава:

• Не кладите острые или заостренные загрязненные предметы в мешок автоклава. Поместите их в подходящий жесткий контейнер для утилизации острых предметов.
• Соблюдайте осторожность при обращении с мешком для автоклава с инфекционными отходами, если в мешок случайно попали острые предметы. Никогда не поднимайте сумку снизу, чтобы загрузить ее в камеру. Возьмите сумку сверху.
• Не переполняйте мешок автоклава. Пар и тепло не могут так легко проникнуть внутрь плотно упакованного мешка автоклава. Часто обрабатывается внешнее содержимое мешка, но не затрагивается самая внутренняя часть.
• Не перегружайте автоклав.Переполненная камера автоклава не позволяет эффективно распределять пар. Если автоклав плотно упакован, для обеззараживания может потребоваться значительно большее время стерилизации.
• Регулярно проводите тестирование стерильности в автоклаве, используя соответствующие биологические индикаторы (полоски со спорами B. stearothermophilus) для контроля эффективности. Используйте индикаторную ленту с каждой загрузкой, чтобы убедиться, что она была автоклавирована.
• Не смешивайте загрязненные и чистые предметы во время одного цикла автоклава.Чистые предметы обычно требуют более короткого времени обеззараживания (15-20 минут), в то время как мешок с инфекционными отходами (24 x 36 дюймов) обычно требует от 45 минут до часа для полной дезактивации.
• При работе в автоклаве всегда используйте средства индивидуальной защиты, включая термостойкие перчатки, защитные очки и лабораторный халат. Соблюдайте осторожность при открытии дверцы автоклава. Дождитесь выхода перегретого пара, прежде чем пытаться удалить содержимое автоклава.
• Будьте внимательны при работе с емкостями под давлением.Из закрытых емкостей могут вытечь перегретые жидкости. Никогда не закрывайте емкость с жидкостью пробкой или пробкой. Это может вызвать взрыв внутри автоклава.
• Чашки с агаром плавятся, и агар станет жидким при автоклавировании. Избегайте контакта с расплавленным агаром. Используйте вторичный лоток, чтобы уловить любую потенциальную утечку из мешка автоклава, а не позволять ему вытекать на дно камеры автоклава.
• Если внутри камеры автоклава произошла утечка, дайте устройству остыть, прежде чем пытаться удалить утечку.Если стекло разбилось в автоклаве, используйте щипцы, щипцы или другие механические средства для извлечения фрагментов. Не поднимайте битую стеклянную посуду голыми руками или руками в перчатках.
• Не оставляйте работающий автоклав на длительное время без присмотра. Всегда убедитесь, что кто-то находится поблизости, пока автоклав работает на велосипеде, на случай возникновения проблемы.
Для автоклавов
• необходимо заключить контракты на профилактическое обслуживание, чтобы гарантировать их правильную работу.

Приборы для электрофореза

При проведении процедур, связанных с электрофорезом, необходимо соблюдать меры предосторожности для предотвращения поражения электрическим током.Смертельный удар электрическим током может произойти при работе под высоким напряжением, например при секвенировании ДНК, или при низком напряжении, например, при электрофорезе в агарозном геле (например, 100 В при 25 мА). Следует соблюдать следующие общие правила:

• Отключите питание перед подключением электрических проводов
• Подключайте по одному отведению, используя только одну руку
• При подключении проводов убедитесь, что руки сухие.
• Держите прибор подальше от раковин и других источников воды
• Выключите питание перед тем, как открыть крышку или добраться до камеры
• Не отключать предохранительные устройства
• Не запускайте оборудование для электрофореза без присмотра.
• При использовании акриламида по возможности покупайте предварительно приготовленные растворы или предварительно взвешенные количества.
• При использовании бромистого этидия имейте в наличии портативный источник ультрафиолетового излучения в лаборатории. Проверяйте рабочие поверхности после каждого использования.
• Смешайте все исходные растворы в химическом вытяжном шкафу.
• Обеспечьте локализацию разлива путем смешивания гелей на пластиковом поддоне
• Обработать поверхности этанолом. Утилизируйте все материалы для очистки как опасные отходы.

Посуда

Хотя стеклянные сосуды часто используются в операциях с низким вакуумом, вакуумированные стеклянные сосуды могут сильно разрушиться либо самопроизвольно из-за деформации, либо из-за случайного удара. Следовательно, операции под давлением и вакуумом в стеклянных сосудах следует проводить за адекватной защитой. Рекомендуется проверять наличие дефектов, таких как трещины в виде звездочек, царапины и следы травления, каждый раз при использовании вакуумного аппарата. Только круглодонные или толстостенные (напр.g., Pyrex) следует использовать откачанные реакционные сосуды, специально предназначенные для работы при пониженном давлении. Отремонтированная посуда подвержена термическому удару, и ее следует избегать. Ни в коем случае нельзя откачивать тонкостенные колбы, колбы Эрленмейера или круглодонные колбы объемом более 1 л.

Пылесосы

Вакуумные насосы используются в лаборатории для удаления воздуха и других паров из сосуда или коллектора. Чаще всего они используются в роторных испарителях, сушильных коллекторах, центробежных концентраторах (скоростных вакуумных камерах), сушилках для акриламидного геля, сублимационных сушилках, вакуумных печах, колбах с фильтрами для культур тканей и аспираторах, эксикаторах, фильтровальных аппаратах и ​​аппаратах для фильтрации / дегазации.

Решающими факторами при выборе вакуумного насоса являются:

• Применение насос будет использоваться на
• Тип пробы (воздух, химикат, влага)
• Размер выборки (ов)

При использовании вакуумного насоса на роторном испарителе рекомендуется использовать холодную ловушку для суспензии сухого льда и спирта или охлаждаемую ловушку. Холодную ловушку следует использовать вместе с насосом, когда будут возникать высокие паровые нагрузки от высушенных образцов. В особых случаях проконсультируйтесь с производителем.Эти рекомендации основаны на хранении испарительной колбы на роторном испарителе при 400 C. Работа при более высокой температуре позволяет системе Dry Vacuum System удалять растворители с точкой кипения с приемлемой скоростью испарения.

Вакуумные насосы могут перекачивать пары из воздуха, воды в токсичные и коррозионные материалы, такие как TFA и метиленхлорид. Насосы с масляным уплотнением чувствительны к чрезмерному количеству растворителей, коррозионных кислот и щелочей, а также к чрезмерным водяным парам. Масло насоса может довольно быстро загрязняться парами растворителя и туманом.Конденсированные растворители разжижают масло и ухудшают его смазочные свойства, возможно, заедая двигатель насоса. Коррозионные вещества могут образовывать отложения из-за разрушения масла и вызывать перегрев. Избыточная вода может коагулировать масло и вызывать коррозию внутри насоса. Правильное улавливание (холодная ловушка, кислотная ловушка) и регулярная замена масла значительно продлевают срок службы вакуумного сальника. Масло в насосе следует менять, когда оно начинает приобретать темно-коричневый цвет.

Мембранные насосы практически неуязвимы для паров лабораторных химикатов.Они подвержены физическому износу мембраны, если чрезмерные химические пары конденсируются и кристаллизуются в насосных камерах. Пятиминутная продувка воздухом, как часть процедуры, так и в конце рабочего дня, удалит пары конденсированной воды и еще больше продлит срок службы насоса.

Опасные химические вещества могут выходить из вакуумного насоса, поэтому насос следует разместить в вытяжном шкафу.