一种基于压力传感器的电梯安全间隙测量仪器设计与实现*

王 葵

（广东省特种设备检测研究院，广州 528251）

0 引言

电梯是现代人出行的重要工具，在给人们出行带来巨大便利的同时，电梯造成的安全事故也时有发生。质检行业大力开展科研创新，通过开发新的检测仪器[1-6]，提升质检科技水平与电梯检验检测水平，确保电梯的安全，满足人们对安全出行的生活需要。

根据我国检规和标准的要求，电梯多个项目对安全间隙值提出了要求。其中，直接暴露在人们乘坐电梯过程中易对乘客产生伤害的事故主要有：（1）电梯轿门或层门的门扇之间或门扇与周围静态结构之间的间隙[7]；（2）自动扶梯与自动人行道的梯级或踏板与围裙板之间的间隙[8]。

以上两类间隙都直接暴露在乘客乘坐电梯的过程中，特别是自动扶梯与自动人行道的梯级与围裙板之间间隙，在乘客乘坐的整个过程中都可能对乘客造成伤害。确保两类间隙值满足检规的要求，对于防止伤害乘客事故的发生具有重要意义。

目前国内外检验机构对两类间隙的检测手段通常是采用塞尺或钢直尺人工测量，尚没有专业的检测仪器设备。使用塞尺或钢直尺检测主要存在几个问题：（1）读数困难，特别是自动扶梯和自动人行道梯级与围裙板的间隙，间隙位置低且被防夹装置阻挡；（2）读数误差大，特别是数据接近临界值时容易影响判定结论；（3）测量位置不是间隙夹人位置，违背了标准和检规对间隙测量的初衷。

本文设计开发一款基于压力传感器的电梯安全间隙测量仪器。该仪器弥补了传统检测手段不足，该仪器携带便捷，提高了检验精度和效率，保障乘客乘梯安全。

1 仪器的结构

仪器结构如图1所示，主要包括：尺身、2个压力传感器、2个圆柱块、软质塑料、受力片、信号处理装置和显示装置。尺身为等腰三角形片状，等腰三角形的高度为100 mm，底边长度为15 mm，尺身厚度为10 mm，整体呈现出长尖结构。尺身的材质为金属，尺身防水防尘密封，内封装有信号处理装置，表面装有显示装置。

2个压力传感器采用薄膜压力传感器，安装在尺身的其中一腰的侧面的上下两端，2个圆柱块分别安装在2个压力传感器的正中央表面。受力片为条形薄片状，架设并固定在2个圆柱块上，将侧面受到的力分配给2个压力传感器。受力片和尺身之间的间隙填充软质塑料，软质塑料可以防止受力片和尺身之间进入其它杂质，同时自身非常柔软，减少对测量结果的影响。

图1 仪器结构图

信号处理装置为IC芯片，IC芯片集成了信号处理模块。信号处理装置封装在尺身的内部。显示装置安装在尺身的等腰三角形的表面。信号处理装置接收2个压力传感器的信号，并且将信号处理结果传输到显示装置。压力传感器和显示装置分别和信号处理装置相接。

2 仪器检测原理

仪器受力原理如图2所示，X为间隙测量值，X1为第1个压力传感器处仪器的宽度，也是仪器测量的间隙最大值；X2为第2个压力传感器处仪器的宽度，也是仪器测量的间隙最小值。F1为第1个压力传感器测得的压力值，F2为第2个压力传感器测得的压力值。

图2 受力原理图

图3 计算结构简图

将图2的受力原理图简化可以得到如图3所示计算结构简图，图中L1为第1个压力传感器中心到测量点的距离，L2为第2个压力传感器中心到测量点的距离。对图3进行分析，整个结构为等腰梯形，可得：

图3中仪器的受力情况可以转化为图4所示的仪器受力等效图，通过受力分析可得：

图4 仪器受力等效图

根据F1和F作用在F2作用点处的转矩为0，可得：

根据式（6）可知，通过标定仪器X1和X2和长度，以及采集第1个压力传感器和第2个压力传感器上的压力值，就可以得到测量位置的间隙值。

3 仪器技术方案

如图5所示，检测仪器主要由信号处理装置、电池、2个压力传感器、显示装置以及相关电路组成。

图5 测量仪器技术方案

信号处理装置采用IC芯片。IC芯片也叫集成电路，是一种微型电子器件或部件，其所有的组件通过照相平版技术作为1个单位印刷。IC芯片具有成本低，组件快速开关，消耗更低能量，性能高，组件彼此靠近，体积小等诸多优点，适合封装到仪器内部。

2个压力传感器采用相同的薄膜压力传感器，如图6所示。薄膜压力传感器采用平面多层组合而成的整体密封结构，具有轻薄耐弯折、灵敏度高、寿命长、超薄，厚度小于0.3 mm、响应速度快、检测电路简单，易于集成应用等优点，非常适合应用于小型仪器上。仪器应用中，压力直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，传感器的电阻发生变化，同时通过电子线路检测这一变化，并转换输出对应于这个压力的标准信号。

电池采用纽扣锂电池，能量高、小巧、重量轻、无污染、无记忆效应。显示器采用微型显示器，应用LED技术和小型化技术，方便安装，降低功耗。

仪器工作中，纽扣锂电池为IC芯片供电，IC芯片采集2个薄膜压力传感器的信号，并且对信号进行处理运算，将最终的测量结果直接显示在微型显示器上。检测人员只需要将仪器放置在测量的位置，通过读取显示屏上的数据就可得到最终的测量结果。

图6 薄膜压力传感器

4 结束语

（1）该检测仪器体积小，携带方便，通过显示装置直接显示测量结果，提高检测人员的工作效率、降低劳动强度。

（2）该仪器测量精度高，消除人工观察等带来的测量误差。

（3）该仪器提高质监行业科技及装备水平，对保障电梯安全运行及乘客人身安全具有重要意义，对整个质监事业的发展具有积极的推动作用。