一种测量电弧电流密度分布的方法

摘要

本发明针对现有技术中存在的设备复杂，测量精度不够，测量结果不直观等不足，提供了一种测量电弧电流密度分布的方法和装置，该方法具有设备简单，测量精度高，后期数据处理简单，能直观反映电流密度分布。本发明测量时，电机带动丝杆转动，继而驱动安装在滑动槽上的滑动件和电流采集部件相对电弧运动，通过电流采集部件对电弧的电流值进行“扫描”采集，然后建立电弧电流密度值的数学模型，将电弧在阳极表面的截面的能量分布分割成面积规则可求的每个“像素”点，继而求解出电弧电流密度分布值。

主权项

一种测量电弧电流密度分布的方法，其特征在于，测量装置包括测量平台（12）、固定在测量平台（12）上的竖直滑动槽（14）、固定在竖直滑动槽（14）上的第一电机（1）、设置在竖直滑动槽（14）上的第一丝杆（13）、设置在第一丝杆（13）上的第一滑动块（15）、设置在第一滑动块（15）上的焊枪夹持件（3）、垂直设置在焊枪夹持件（3）上的TIG焊枪（4），固定在测量平台（12）上的水平滑动槽（7）、设置在水平滑动槽（7）上的第二滑动块（6）、设置在水平滑动槽（7）上的第二丝杆（8）、装配在第二丝杆（8）上的第二电机（2）、固定在第二滑动块（6）上的电流接收传感装置（5），所述的电流接收传感装置（5）垂直设置在TIG焊枪（4）下方，屏蔽线（9）将电流接收传感装置（5）、采样电阻(10)、采集卡‑计算机系统(11)连接，其中，第一滑动块（15）在第一丝杆（13）的带动下，沿着竖直滑动槽（14）做竖直方向的滑动；第二滑动块（6）在第二丝杆（8）的带动下，沿着水平滑动槽（7）做水平方向的滑动；其中，所述的电流接收传感装置（5）包括外壳（21）、上接收铜板(16)、下接收铜板(17)、凹形支撑块（19）和端盖（20），所述外壳（21）前后贯通、顶部中心设置一宽度小于上接收铜板(16)的宽缝；在外壳（21）底部四角设置调节螺丝（22）；外壳（21）内放置凹形支撑块（19），在所述凹形支撑块（19）上放置上接收铜板(16)和下接收铜板(17)，并在上接收铜板(16)和下接收铜板(17)之间设置绝缘层(18)，在所述上接收铜板(16)中间设置一采集缝；外壳（21）分别设置前后端盖（20）；所述方法包括以下步骤：第一步、第二电机（2）驱动第二丝杆（8）转动，第二丝杆（8）继而带动第二滑动块（6）进行平行测量平台(12)方向上的匀速运动，第二滑动块（6）的运动速度记为V，采集缝的宽度设为S_c；第二步、当电流接收传感装置（5）相对于TIG焊枪（4）匀速运动，透过上接收铜板（16）采集缝的电流被下接收铜板(17)接收，并将电流值通过采样电阻(10)转换成信号，每经过t时刻进行一次信号采集，即采样周期记为t，所测电流大小设为I_n；第三步、将整个电弧分为n等分，从开始接收到信号，到每经过一个时间t，采集缝的前进距离为V•t，设为等宽区域S₁、S₂ …S₇、S₈…S_n 的宽度，则区域S₁的电流值I_S1为第一个t时刻所测电流大小I₁，区域S₂的电流值I_S2为第二个t时刻所测电流值I₂减去I₁，区域S₃的电流值I_S3为第三个t时刻所测电流值I₃减去I₂，……，依次类推，其它等宽区域S_k的电流值I_Sk为第k个t时刻所测电流值I_k减去第k‑1个t时刻所测电流值I_k‑1；以上类推只适用于电弧还未完全覆盖整个采集缝，但当电弧完全覆盖整个采集缝时，即经过k个t时刻，k•V•t=S_c，在(k+1)t时刻，区域S_k+1的电流值I_S（k+1）为(k+1)t时刻所测电流值I_k+1减去kt时刻所测电流值I_k再加上I₁电流值，(k+2)t时刻区域S_k+2的电流值I_S（k+2）为(k+2)t时刻所测电流值I_k+2减去(k+1)t时刻所测电流值I_k+1再加上I₂电流值，……，依次类推，得到其它区域S_k+3 ，S_k+4，S_k+5…S_n直至整个电弧所有区域的电流值Is_(k+3) ，Is_(k+4)，Is_(k+5)…Isn；第四步、将电弧在阳极表面的截面的能量分布分割成面积规则可求的每个“像素”点，即用同心圆与等宽线将电弧分割成面积规则且可求的1A、2A、2B、3A、3B、3C…6A、6B、6C、6D、6E、6F…等“像素”点，设其面积为：S_1A、S_2A 、S_2B、 S_3A 、S_3B 、S_3C …S_6A 、S_6B、 S_6C、 S_6D、 S_6E 、S_6F…，在距圆心等距离半径上的“像素”点的电流密度是相同的，各“像素”点处的电流密度计算如下：则1A处的电流密度ρ_1A= I_S1/ S_1A=ρ_2B=ρ_3C=ρ_4D=…；2A处的电流密度ρ_2A=[I_S2‑(ρ_2B•S_2B)]/S_2A=ρ_3B=ρ_4C=…；3A处的电流密度ρ_3A=[I_S3‑( ρ_3B•S_3B+ρ_3C•S_3C）] /S_3A=ρ_4B=…；nA处的电流密度ρ_nA=[I_Sn‑(ρ_nB•S_nB+ρ_nC•S_nC+ρ_nD•S_nD+…）] /S_nA=ρ_(n+1)B=…；依次递推即可求出每个“像素”点的电流密度。