本發(fā)明屬于儀器儀表領(lǐng)域，是一種大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

大規(guī)格石墨電極是電爐煉鋼行業(yè)的重要材料，國(guó)內(nèi)年需求近40萬(wàn)噸。大規(guī)格石墨電極產(chǎn)品一般為圓柱形，直徑從Φ250～700mm、長(zhǎng)度從1500～2900mm等不同規(guī)格，電極電阻率是石墨電極的一項(xiàng)重要指標(biāo)，傳統(tǒng)的測(cè)量方法是根據(jù)炭素行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的大電流測(cè)量方式，測(cè)量電流密度為石墨電極橫截面1A/cm²，常規(guī)石墨電極電阻率檢測(cè)裝置工作電流達(dá)到1000～4000安培，例如直徑Φ550mm的石墨電極測(cè)量電阻率工作電流為2400A。這種測(cè)量方法技術(shù)落后，需要專用整流裝置，設(shè)備復(fù)雜龐大，使用和維護(hù)成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種科學(xué)合理，測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)量方便，成本低，效果佳的大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，一種大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法，其特征是，它包括以下內(nèi)容：

1)將恒定直流源輸出數(shù)值40-100A的直流電流施加到被測(cè)石墨電極的兩端面；

2)電流值的讀取通過(guò)分流器進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)換；

3)石墨電極電壓的測(cè)量，電流通過(guò)石墨電極產(chǎn)生的電壓降由作用在石墨電極圓柱表面一定距離分布的兩個(gè)觸針測(cè)量取得；

4)代表電流和電壓的兩路毫伏信號(hào)送到計(jì)算顯示儀表，按照電阻率計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算并直接顯示被測(cè)石墨電極的電阻率。

電流密度區(qū)間為：0.02A/cm²～0.1A/cm²。

所述石墨電極圓柱表面一定距離分布的兩個(gè)觸針的距離為：400mm～3/4石墨電極長(zhǎng)度。

所述恒定直流源采用輸出為：40-100A的工業(yè)級(jí)直流恒流源。

本發(fā)明的一種大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法，由于將恒定直流源輸出數(shù)值40-100A的直流電流施加到被測(cè)石墨電極的兩端面；電流值的讀取通過(guò)分流器進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)換；石墨電極電壓的測(cè)量，電流通過(guò)石墨電極產(chǎn)生的電壓降由作用在石墨電極圓柱表面一定距離分布的兩個(gè)觸針測(cè)量取得；代表電流和電壓的兩路毫伏信號(hào)送到計(jì)算顯示儀表，按照電阻率計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算并直接顯示被測(cè)石墨電極的電阻率。使測(cè)量電流密度降低到0.02A/cm²～0.1A/cm²，具有科學(xué)合理，測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)量方便，成本低，效果佳等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有的石墨電極電阻率測(cè)量電路原理示意圖；

圖2為整流后脈動(dòng)直流電流波形示意圖；

圖3為石墨電極電阻率同電流密度關(guān)系示意圖；

圖4為石墨電極電阻率同電壓測(cè)量段距離關(guān)系示意圖；

圖5為一種大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法所涉及的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面利用附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1，現(xiàn)有的石墨電極電阻率的大電流測(cè)量方法，石墨電極電阻率表達(dá)式為：ρ＝V/I×S/L式中V測(cè)量電壓，I輸入電流，S電極截面積，L測(cè)量電壓對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。將電源1、電流表2串接在被測(cè)石墨電極4的兩端，將電流表的兩端接于被測(cè)石墨電極圓柱表面一定距離的兩端。

先從原理上分析現(xiàn)有的石墨電極電阻率的大電流測(cè)量方法的不足：

1、三相交流電源經(jīng)過(guò)變壓調(diào)壓、全波整流后輸出的12V、0～5500A脈動(dòng)直流，見(jiàn)圖2。電源構(gòu)成主要為105kW感應(yīng)調(diào)壓變壓器、75kW整流變壓器及控制裝置，設(shè)備龐大，成本高，功耗大。

2、脈動(dòng)直流產(chǎn)生交流分量帶來(lái)測(cè)量偏差，原電源裝置輸出0-5500A脈動(dòng)直流中交流分量較大。根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式f(ωt)＝4Am/π(1/2+1/(1×3)cos2ωt+1/(3×5)cos4ωt+…)，式中Am為電流波形最大峰值，由公式可知脈動(dòng)直流由直流分量和交流分量組成，其直流分量為2Am/π，主要交流分量4Am/π×1/(1×3)cos2ωt為信號(hào)峰值4Am/(3π)、頻率100Hz的余弦波，其最大值同直流分量之比為2/3，可見(jiàn)交流分量之大。在直流電流為2800A時(shí)疊加其上的交流分量為1867cos(2×314t)A，如此大的交流分量將對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。根據(jù)交流電在導(dǎo)體中的集膚效應(yīng)原理，集膚效應(yīng)使被測(cè)電極中通過(guò)電流時(shí)的有效截面積減小，從而使其有效電阻變大，使電阻率測(cè)量結(jié)果變大。其表現(xiàn)為集膚效應(yīng)使流經(jīng)電極表面的電流增大而流經(jīng)電極中心區(qū)域的電流減少，使接觸電極表面的電壓觸針測(cè)得的電壓增大，使電阻率測(cè)量結(jié)果變大。由于石墨電極電阻率測(cè)量的電壓是毫伏級(jí)弱信號(hào)，集膚效應(yīng)帶來(lái)的影響是不容忽視的。

3、一般直流電壓測(cè)量?jī)x表由于整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)非線性的存在，使得其在測(cè)量變化的直流量尤其在測(cè)量零點(diǎn)附近的小信號(hào)時(shí)精度低于測(cè)量穩(wěn)定的直流量，以儀表的采樣周期為T(mén)＝0.25秒(每秒采樣4次)計(jì)算，一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)直流信號(hào)有25次從零點(diǎn)到峰值再到零點(diǎn)的變化，從而影響測(cè)量精度。

本發(fā)明旨在打破傳統(tǒng)方法的束縛，創(chuàng)造性的建立以較小電流密度(簡(jiǎn)稱小電流)為基礎(chǔ)的大規(guī)格石墨電極電阻率的測(cè)量方法，可以有效降低設(shè)備投入成本、減少設(shè)備能耗和運(yùn)行成本，提高測(cè)量準(zhǔn)確度，為此，經(jīng)過(guò)大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)和分析。

實(shí)例1：參見(jiàn)圖3，石墨電極電阻率同電流密度的關(guān)系，通過(guò)Φ250mm～Ф500mm不同規(guī)格的石墨電極施加由小到大的電流進(jìn)行電壓降測(cè)量。得到的結(jié)論為：

1、電流密度的導(dǎo)致測(cè)量分辨力隨之變低，測(cè)量難度加大，對(duì)測(cè)量?jī)x器的要求更高。

2、當(dāng)電流降低到一定程度時(shí)(0.015A/cm²)，測(cè)量值的穩(wěn)定性被破壞，測(cè)量誤差明顯增大；其測(cè)量曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，拐點(diǎn)之后曲線斜率急劇變陡，測(cè)量值進(jìn)入了不穩(wěn)定區(qū)。

3、電流密度大于等于0.02安培時(shí)，測(cè)量誤差在0.6％以內(nèi)；電流密度大于0.04A時(shí)，測(cè)量誤差在0.15％以內(nèi)，之后在電流密度的改變時(shí)測(cè)量電阻率變化很小。

實(shí)例2：參見(jiàn)圖4，在小電流模式下，石墨電極電壓降同測(cè)量距離的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：電壓測(cè)量段距離小于100mm時(shí)為測(cè)量值不穩(wěn)定區(qū)，大于此值時(shí)輸出電壓基本同測(cè)量段距離基本成線性比例關(guān)系，或者說(shuō)所測(cè)得的電阻率基本不變。

實(shí)例3：參見(jiàn)圖5，在石墨電極兩端面施加電流，而在石墨電極圓表面一側(cè)測(cè)量電壓，同在石墨電極圓表面平行軸線的同一直線上施加電流和測(cè)量電壓進(jìn)行比較，結(jié)論是：在石墨電極兩端面施加電流測(cè)量值穩(wěn)定；而在石墨電極表面同一直線上施加電流所測(cè)量的電壓在大規(guī)格電極上測(cè)量值有升高趨勢(shì)，帶來(lái)一定測(cè)量偏差。

實(shí)例4：參見(jiàn)圖5，本發(fā)明的一種大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法，將被測(cè)石墨電極4的一端與整流電源5的一端連接，被測(cè)石墨電極4的另一端通過(guò)分流器6與整流電源5的另一端連接，分流器6與計(jì)算顯示儀7連接，計(jì)算顯示儀7的兩個(gè)電壓測(cè)量觸針跨接于石墨電極圓柱表面一定距離上。整流電源5、分流器6、計(jì)算顯示儀7均采用市售產(chǎn)品。

小電流模式下全波整流的脈動(dòng)直流源同具有穩(wěn)定的恒定直流源相比較，結(jié)論是：恒定直流源在小電流模式下具有穩(wěn)定的測(cè)量電壓，而二脈動(dòng)直流在使用數(shù)字儀表測(cè)量時(shí)，顯示值的末位有跳變，影響正常數(shù)據(jù)讀取，其原因分析是采用雙積分原理進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字儀表對(duì)輸入信號(hào)的穩(wěn)定性要求較高，測(cè)量脈動(dòng)直流是影響A/D轉(zhuǎn)換精度。

通過(guò)實(shí)例1-4的實(shí)驗(yàn)和分析，綜合確定，建立一種大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法的內(nèi)容為：

1、電流密度要求：0.02A/cm²～0.1A/cm²，石墨電極測(cè)量電流以40～100A為宜；

2、在石墨電極兩端面施加電流方式好于在電極圓表面平行軸線的同一直線上施加電流；

3、電壓測(cè)量的兩觸針距離不易過(guò)小，合適距離為400mm～3/4石墨電極長(zhǎng)度，被測(cè)電壓一般為1～10mV；4、使用輸出40～100A恒定的直流源作為小電流測(cè)量的整流電源5，通過(guò)分流器6輸出最大75mV的直流信號(hào)，測(cè)量精度和穩(wěn)定度優(yōu)于脈動(dòng)直流電源。在不考慮所用儀表的測(cè)量準(zhǔn)確度前提下，上述小電流測(cè)量方法的測(cè)量準(zhǔn)確度可以控制在±0.5％以內(nèi)。

本發(fā)明的一種大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法經(jīng)過(guò)在石墨電極加工線上的應(yīng)用，使用效果很好。石墨電極電阻率小電流測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖5，系統(tǒng)構(gòu)成及原理為：整流電源5作為直流恒流源、分流器6及接觸被測(cè)石墨電極兩端面的極板組成電流回路，兩接觸被測(cè)電極圓柱表面的觸針測(cè)量電壓降，分流器6輸出的的毫伏信號(hào)及電壓觸針的毫伏信號(hào)分別送到計(jì)算顯示儀7，計(jì)算顯示儀7主要由高精度數(shù)字毫伏表、可編程控制器PLC及觸摸屏組成，分流器6輸出的的毫伏信號(hào)及電壓觸針的毫伏信號(hào)經(jīng)高精度數(shù)字毫伏表轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)字信號(hào)送至可編程控制器PLC，進(jìn)行計(jì)算及顯示。測(cè)量系統(tǒng)綜合準(zhǔn)確度能夠達(dá)到±1.5％以內(nèi)，完全滿足工藝要求。

本發(fā)明的一種大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法，由于采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的測(cè)量系統(tǒng)，投入成本小，運(yùn)行功耗低，節(jié)省能源；由于測(cè)量系統(tǒng)采用了技術(shù)先進(jìn)的直流恒流源、高精度數(shù)字毫伏表、可編程控制器PLC及觸摸屏，使其測(cè)量方法科學(xué)、先進(jìn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分，測(cè)量精度高，測(cè)量穩(wěn)定度好，易于推廣應(yīng)用。

本發(fā)明的一種大規(guī)格石墨電極電阻率的小電流測(cè)量方法不局限本具體實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)的簡(jiǎn)單復(fù)制和改進(jìn)仍屬于本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍內(nèi)。