[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

说明书

技术领域

本发明属于电器电弧特性测试技术领域，具体的说，是涉及一种测试电弧电流密度分布的装置和方法。

背景技术

电弧现象是发生在各种交直流断路器、接触器、电弧加热和电弧焊接等装置中的基本现象，因而对电弧各项参数研究的深入程度决定着此类装置的开发水平高低。电弧的工艺性能很大程度取决于它的电流密度分布，电流密度能直接反应焊接电弧在工件表面的电流分布情况，进一步反映了电弧给焊件的热输入量分布，这与焊接过程中表现出来的熔池形态、熔深尺寸、熔滴过渡、焊缝成形等都有密切关系。

电弧弧根电流密度是电弧的一项重要参数，一直以来都是人们关注的焦点，同时也是电弧研究的难点之一；它决定电弧的热流密度、弧根区域的温度、以及电弧对电极的侵蚀率等参数。电弧弧根电流密度分布是指电弧弧根圆内电流承载区域电流分布情况，它决定着弧根区域能流密度分布、弧根区域的温度分布、以及电弧对电极的侵蚀率分布等分布参数，因此，弧根电流密度分布同样是电弧的一项重要参数。以往，对电弧弧根的电流密度分布边界条件是根据经验设置为轴对称的随径向距离衰减的指数分布，而不是根据实验测试结果而设置，而实验测试结果具有更高的可信度，因此通过实验测试电弧弧根电流密度分布能为为电弧仿真研究提供必要的可靠依据。对电弧弧根电流密度分布进行测试因而成为对电弧实验研究中一项重要的任务。

一般来说，测量弧根电流密度的方法有高速摄影拍摄电弧弧根瞬时形态的方法和SEM扫描电镜观察经电弧弧根烧蚀后电极表面微观形态的方法，这两种方法只能用来求解电弧弧根的平均电流密度。当用这两种方法分析弧根圆域内电流密度分布时，存在着较多难以解决的问题，因此寻找一种合理的且操作简单的测试电弧弧根电流密度分布方法具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的是技术问题是提供一种测试步骤及数值处理简单，制作过程简便的电弧弧根电流密度分布测试装置与测试方法，利用两块中空箱体结构的水冷铜板作为阳极，通过向水冷铜板内部通入冷却液体从而使其温度更快降低，以此解决了从前测试装置不能长时间工作的问题；中间用很薄的绝缘物质(如云母片)将两个阳极隔开，并配合示波器、开环霍尔电流传感器、DAQ数据采集卡和计算机进行测量，可以更便利的测出焊枪电弧电流密度分布，从而更好控制焊接效果。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种电弧弧根电流密度分布测试装置，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。

其中，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。

利用上述电弧弧根电流密度分布测试装置的测试方法，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；