[发明专利]一种电弧弧根电流密度分布测试装置与测试方法

权利要求书

1.一种电弧弧根电流密度分布测试装置，其特征在于，包括第一水冷铜板、第二水冷铜板、绝缘薄片、绝缘石棉底座、电源、焊枪、电阻、示波器、开环霍尔电流传感器、DAQ数据采集卡、计算机系统、摄像机；

所述第一水冷铜板和所述第二水冷铜板均在各自的两个相对壁面分别设置有出水管和入水管，用于连接冷却水循环；所述第一水冷铜板和所述第二水冷铜板作为分裂的两个阳极，两者之间间隔有一个厚度为0.05mm的绝缘薄片，所述第一水冷铜板和所述第二水冷铜板和所述绝缘薄片一同固定安装在所述绝缘石棉底座上；

所述电源的负极与所述焊枪相连，所述电源的正极分为两条支路，其中一条支路连接所述第一水冷铜板，另一条支路先连接所述电阻再与所述第二水冷铜板相连接；所述示波器的正、负极接线口连接在所述电阻的两端，且所述示波器与所述开环霍尔电流传感器串联，通过所述开环霍尔电流传感器测出流过所述第二水冷铜板的电流值；所述开环霍尔电流传感器通过所述DAQ数据采集卡连接到所述计算机系统，以将数据通过所述DAQ数据采集卡传到所述计算机系统15；

所述焊枪位于所述第一水冷铜板和所述第二水冷铜板表面正上方且所述焊枪所在直线垂直于该表面，用于从所述第一水冷铜板表面以垂直所述绝缘薄片的方向，向所述第二水冷铜板表面移动，并越过所述绝缘薄片；所述摄像机位于所述第一水冷铜板和所述第二水冷铜板表面正上方且位于所述焊枪移动方向的一侧，用于跟踪拍摄所述焊枪电弧在所述第一水冷铜板和所述第二水冷铜板表面上的圆截面，并将照片传输给所述计算机系统，经过图像处理得到圆截面面积。

2.根据权利要求1所述的一种电弧弧根电流密度分布测试装置，其特征在于，所述第一水冷铜板和所述第二水冷铜板结构相同，均为长方体的中空箱形结构。

3.一种利用如权利要求1-2中任一项所述电弧弧根电流密度分布测试装置的测试方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

(1)开启所述计算机系统、所述DAQ数据采集卡、所述示波器、所述开环霍尔电流传感器、所述电源、所述摄像机；

(2)所述第一水冷铜板和所述第二水冷铜板的出水管、入水管连接冷却水循环，保持所述第一水冷铜板和所述第二水冷铜板内部冷却水流动；

(3)所述焊枪电弧从所述第一水冷铜板表面以垂直所述绝缘薄片的方向，向所述第二水冷铜板表面移动，直至越过所述绝缘薄片；

所述示波器将所测电压值传给所述开环霍尔电流传感器，再通过所述开环霍尔电流传感器处理得到流过所述第二水冷铜板的电流值并通过所述DAQ数据采集卡传输到所述计算机系统；同时所述摄像机拍摄电弧在所述第一水冷铜板和所述第二水冷铜板表面的圆截面并传输给所述计算机系统，所述计算机系统对所述摄像机拍摄的图片进行图像处理得到电弧圆截面的半径R_m；

(4)所述计算机系统根据所述开环霍尔电流传感器所测量的流过所述第二水冷铜板的电流值I(x)，通过公式

$I_{\left(x\right)}=2{\∫}_x^{R_m}{J}_{\left(r\right)}\·{\cos }^{-1}\frac{x}{r}\·r\·dr$

计算得到电流密度分布J(r)；

其中，J(r)为电弧垂直通过所述绝缘薄片时电弧圆截面的电流密度分布；r为电弧圆截面内的点到圆心的距离；x为电弧中心到与所述绝缘薄片接触的所述第一水冷铜板侧面的距离；Rm为电弧圆截面的半径。