CN101520302A - 一种超细钨丝直径的测量方法及其测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超细钨丝直径的测量方法及其测量装置。本发明通过测量分段电阻进行超细钨丝直径的测量，用于该测量方法的测量装置设置有四个测试头，与四个测试头对应位置设置有四个测试头绝缘压块，四个测试头压紧器穿过底座与四个测试头绝缘压块活动连接。将超细钨丝上固定在四个测试头上，分别测试测试头之间不同长度的电阻值，代入公式AX＝R和

中，计算出超细钨丝的直径D。本发明适用于Z箍缩丝阵负载上原料钨丝的直径测量，采用本发明能够消除测量电路中接触电阻对测量结果的影响，且在测试时使用标距取样能够满足长度测量的精确要求。本发明的测量方法操作方便，测量装置结构简单，成本低廉。

Description

一种超细钨丝直径的测量方法及其测量装置

技术领域

本发明属于以采用电或磁的方法为特征的计量设备，用于计量直径的技术领域，具体涉及一种超细钨丝直径的测量方法及其测量装置。

背景技术

在利用金属丝阵Z箍缩(Z-Pinch)产生强x射线辐射的方法中，为使X光的输出能量和效率大幅度上升，一般采用直径几微米的钨丝构成圆柱面状丝阵负载。在Z-Pinch的实验中要想获得高的X光产额，除了要采用高Z材料的丝阵负载外，更重要的是要使丝阵的初始半径和线质量达到优化，使储存于加速器中的电能最大限度地转化为负载的内爆动能。因此要求在原料钨丝的制备过程中，不断进行钨丝直径测量，以获得物理实验所需直径的超细钨丝。目前常用的测量方法有，扫描电镜法，但此法价格昂贵，操作复杂，且不适于超细钨丝制备过程中的在线测量，称重法，取样比较困难，且不适用于超细钨丝制备过程中的在线测量，而直接测量电阻法，取样长度难于控制，且会引入接触电阻，四电极测量电阻法，测量装置结构复杂，成本较高。

发明内容

为了进行直径为几个到几十个微米超细钨丝直径的精确测量，本发明提供一种超细钨丝直径的测量方法，本发明同时提供一种测量装置。

本发明的测量方法包括以下步骤：

a.假设接触电阻恒定，接触电势恒定，在超细钨丝上设置四个测试点，的电阻分别为R₁、R₂、R₃、R₄，四个测试点间的距离分别为：L₁₂、L₂₃、L₃₄、L₂₄、L₁₄、L₁₃，四个测试点间的电阻分别为：R₁₂、R₂₃、R₃₄、R₂₄、R₁₄、R₁₃，设1mm钨丝的电阻为r，得到方程：

AX＝R

其中， $A=\left[\begin{array}{c}{L}_{14},\mathrm{1,0,0,1}\\ L_{34},\mathrm{0,0,1,1}\\ L_{12},\mathrm{1,1,0,0}\\ L_{24},\mathrm{0,1,0,1}\\ L_{23},\mathrm{0,1,1,0}\end{array}\right]$ $R=\left[\begin{array}{c}{R}_{14}\\ R_{34}\\ R_{12}\\ R_{24}\\ R_{23}\end{array}\right],$ $X=\left[\begin{array}{c}r\\ R_1\\ R_2\\ R_3\\ R_4\end{array}\right]$

∵|A|≠0，∴X＝RA^-1，可求出r；

b.将超细钨丝拉直置于四个测试头与四个测试头绝缘压块之间压紧；

c.分别测出电阻R₁₄、R₁₂、R₂₄、R₂₃、R₃₄、R₁₃的电阻值；

d.在计算机上编制五阶线性方程组计算程序，将测量结果 $A=\left[\begin{array}{c}{L}_{14},\mathrm{1,0,0,1}\\ L_{34},\mathrm{0,0,1,1}\\ L_{12},\mathrm{1,1,0,0}\\ L_{24},\mathrm{0,1,0,1}\\ L_{23},\mathrm{0,1,1,0}\end{array}\right],$ $R=\left[\begin{array}{c}{R}_{14}\\ R_{34}\\ R_{12}\\ R_{24}\\ R_{23}\end{array}\right],$ 输入计算程序，计算出 $X=\left[\begin{array}{c}r\\ R_1\\ R_2\\ R_3\\ R_4\end{array}\right];$

e.将r、ρ、L＝1mm代入 $D=\sqrt{\frac{4\mathrm{\ρL}}{\mathrm{\πR}}}$ 计算出超细钨丝的直径D即可。

本发明的测量装置的底座上设置一个长方体的测量槽，沿测量槽长度方向依次设置有四个测试头，在每个测试头与测量底座之间分别设置有四个测试头绝缘垫，在测量槽内与四个测试头对应位置设置有四个测试头绝缘压块，四个测试头压紧器穿过底座与四个测试头绝缘压块活动连接。

本发明适用于Z箍缩丝阵负载上原料钨丝的直径测量，采用本发明能够消除测量电路中接触电阻对测量结果的影响，且在测试时使用标距取样能够满足长度测量的精确要求。本发明的测量方法操作方便，测量装置结构简单，成本低廉。

附图说明

图1为用于本发明的超细钨丝直径测量方法的测量装置俯视示意图

图2为用于本发明的超细钨丝直径测量方法的测量装置左视示意图

图3为用于本发明的超细钨丝直径测量方法的测量装置A-A剖视示意图

图中，8.底座9.测量槽测试头(1、2、3、4)测试头绝缘垫(11、12、13、14)测试头绝缘压块(21、22、23、24)测试头压紧器(31、32、33、34)

具体实施方式

下面结合附图对本发明作具体描述。

图1中，本发明的测量装置的底座8上设置一个长方体的测量槽9，沿测量槽9长度方向依次设置有四个测试头(1、2、3、4)，在每个测试头与测量底座之间分别设置有四个测试头绝缘垫(11、12、13、14)，在测量槽9内与四个测试头(1、2、3、4)对应位置设置有四个测试头绝缘压块(21、22、23、24)，四个测试头压紧器(31、32、33、34)穿过底座与四个测试头绝缘压块(21、22、23、24)活动连接。

图2中，在测量槽9中，可以看出测试头1与测试头绝缘压块21对应设置，测试头压紧器31与测试头绝缘压块21活动连接。

图3中，可以看出四个测试头绝缘垫(11、12、13、14)设置在四个测试头(1、2、3、4)与底座8之间。

本发明的测量方法按照下列步骤进行：

a.打开四个测试头压紧器(31、32、33、34)，保持四个测试头(1、2、3、4)与四个测试头绝缘压块(21、22、23、24)之间一定的距离；

b.将超细钨丝拉直在四个测试头(1、2、3、4)与四个测试头绝缘压块(21、22、23、24)之间；

c.压紧测试头压紧器31和测试头压紧器34，使钨丝拉直固定到测试头1和测试头4上；

d.将电阻测量表的测量端连通到测试头1与测试头4上，测出测试头1与测试头4之间的电阻R₁₄；

e.压紧测试头压紧器32，将电阻测量表的测量端连通到测试头1与测试头2上，测出测试头1与测试头2之间的电阻R₁₂、将电阻测量表的测量端连通到测试头2与测试头4上，测出测试头2与测试头4之间的电阻R₂₄；

f.压紧测试头压紧器33，将电阻测量表的测量端连通到测试头2与测试头3上，测出测试头2与测试头3之间的电阻R₂₃、将电阻测量表的测量端连通到测试头3与测试头4上，测出测试头3与测试头4之间的电阻R₃₄

g.将电阻测量表的测量端连通到测试头1与测试头3上，测出测试头1与测试头3之间的电阻R₁₃；

h.假设接触电阻恒定，接触电势恒定，设四个测试点连入电路中的电阻分别为R₁、R₂、R₃、R₄，四个测试点间的距离分别为：L₁₂、L₂₃、L₃₄、L₂₄、L₁₄、L₁₃，四个测试点间的电阻分别为：R₁₂、R₂₃、R₃₄、R₂₄、R₁₄、R₁₃，设1mm钨丝的电阻为r，则有方程，

AX＝R，

其中， $A=\left[\begin{array}{c}{L}_{14},\mathrm{1,0,0,1}\\ L_{34},\mathrm{0,0,1,1}\\ L_{12},\mathrm{1,1,0,0}\\ L_{24},\mathrm{0,1,0,1}\\ L_{23},\mathrm{0,1,1,0}\end{array}\right],$ $R=\left[\begin{array}{c}{R}_{14}\\ R_{34}\\ R_{12}\\ R_{24}\\ R_{23}\end{array}\right],$ $X=\left[\begin{array}{c}r\\ R_1\\ R_2\\ R_3\\ R_4\end{array}\right];$

∵|A|≠0，∴X＝RA^-1，可求出r。

i.在计算机上编制五阶线性方程组计算程序；

j.将测量结果 $A=\left[\begin{array}{c}{L}_{14},\mathrm{1,0,0,1}\\ L_{34},\mathrm{0,0,1,1}\\ L_{12},\mathrm{1,1,0,0}\\ L_{24},\mathrm{0,1,0,1}\\ L_{23},\mathrm{0,1,1,0}\end{array}\right],$ $R=\left[\begin{array}{c}{R}_{14}\\ R_{34}\\ R_{12}\\ R_{24}\\ R_{23}\end{array}\right],$ 输入计算程序，计算出 $X=\left[\begin{array}{c}r\\ R_1\\ R_2\\ R_3\\ R_4\end{array}\right];$

k.将r，R₁，R₃，代入L₁₃·r+R₁+R₃＝R₁₃中，等式左边为通过本测量方法的计算结果，等式右边为使用电阻测量表的测量结果，如果等式两边相等，则物理模型正确，测量结果和计算结果正确。

l.将r、ρ、L＝1mm代入 $D=\sqrt{\frac{4\mathrm{\ρL}}{\mathrm{\πR}}}$ 计算出超细钨丝的直径D即可。

实施例1

使用本发明的超细钨丝直径的测量方法及其测量装置进行超细钨丝的直径测量。按照具体实施方式所述步骤实验测得，被测超细钨丝的四个测试点间的距离：L₁₄、L₁₂、L₂₄、L₂₃、L₃₄、L₁₃的数值分别为：303mm、103mm、197mm、97mm、97mm、203mm；四个测试点间的电阻：R₁₄、R₁₂、R₂₄、R₂₃、R₃₄、R₁₃的数值分别为：181.6Ω、63.4Ω、118.2Ω、58.4Ω、60.2Ω、121.7Ω。

将测量结果代入AX＝R中，其中 $A=\left[\begin{array}{c}303,\mathrm{1,0,0,1}\\ 103,\mathrm{1,1,0,0}\\ 197,\mathrm{0,1,0,1}\\ 97,\mathrm{0,1,1,0}\\ 97,\mathrm{0,0,1,1}\end{array}\right],$ $B=\left[\begin{array}{c}181.6\\ 63.4\\ 118.2\\ 58.4\\ 60.2\end{array}\right],$ ∵|A|≠0，∴ $X=\left[\begin{array}{c}0.582\\ 2.581\\ 0.873\\ 1.073\\ 2.673\end{array}\right].$

将计算结果r，R₁，R₃，代入L₁₃·r+R₁+R₃＝R₁₃，等式左边为121.8，等式右边为121.7，∵电阻测量表的测量误差为±0.1Ω，∴等式成立。

将r、ρ、L＝1mm代入 $D=\sqrt{\frac{4\mathrm{\ρL}}{\mathrm{\πR}}}$ 计算出超细钨丝的直径D＝12.55μm。已知被测量超细钨丝使用称重法测量结果为：0.44mg/200mm，即其直径D＝12.4162μm。因此直径测量误差为Δ＝1％，满足测量要求。

本发明的实施例中，测量装置底座上设置四个固定的测试头，由四个测试头绝缘压块后活动四个连接测试头压紧器。也可以采取其它方式替代，如在测量装置底座上固定设置四个测试头绝缘压块，在每个测试头后活动连接测试头压紧器。

本发明的实施例中设置的测试头为四个，也可以设置多于四个测试头。

本发明的实施例中测试头压紧器使用的是螺杆压紧，也可以使用其它能保证被测量丝与测试头良好接触的夹紧方式。

本发明的实施例测量的是超细钨丝直径，也可以用于其它已知电阻率的导电材料制成的丝的直径测量。

本发明的实施例中的底座采用的材料为金属铝，也可以采用不锈钢、铝合金等其它金属或非金属材料。

Claims (2)

1.一种超细钨丝直径的测量方法，包括以下步骤：

a.假设接触电阻恒定，接触电势恒定，在超细钨丝上设置四个测试点，四个测试点的电阻分别为R₁、R₂、R₃、R₄，四个测试点间的距离分别为：L₁₂、L₂₃、L₃₄、L₂₄、L₁₄、L₁₃，四个测试点间的电阻分别为：R₁₂、R₂₃、R₃₄、R₂₄、R₁₄、R₁₃，设1mm钨丝的电阻为r，得到方程：AX＝R

其中， $A=\left[\begin{array}{c}{L}_{14},\mathrm{1,0,0,1}\\ L_{34},\mathrm{0,0,1,1}\\ L_{12},\mathrm{1,1,0,0}\\ L_{24},\mathrm{0,1,0,1}\\ L_{23},\mathrm{0,1,1,0}\end{array}\right],$ $R=\left[\begin{array}{c}{R}_{14}\\ R_{34}\\ R_{12}\\ R_{24}\\ R_{23}\end{array}\right],$ $X=\left[\begin{array}{c}r\\ R_1\\ R_2\\ R_3\\ R_4\end{array}\right]$

∵|A|≠0，∴X＝RA^-1，可求出r；

b.将超细钨丝拉直置于四个测试头与四个测试头绝缘压块之间压紧；

c.分别测出电阻R₁₄、R₁₂、R₂₄、R₂₃、R₃₄、R₁₃的电阻值；

d.在计算机上编制五阶线性方程组计算程序，将测量结果 $A=\left[\begin{array}{c}{L}_{14},\mathrm{1,0,0,1}\\ L_{34},\mathrm{0,0,1,1}\\ L_{12},\mathrm{1,1,0,0}\\ L_{24},\mathrm{0,1,0,1}\\ L_{23},\mathrm{0,1,1,0}\end{array}\right],$ $R=\left[\begin{array}{c}{R}_{14}\\ R_{34}\\ R_{12}\\ R_{24}\\ R_{23}\end{array}\right],$ 输入计算程序，计算出 $X=\left[\begin{array}{c}r\\ R_1\\ R_2\\ R_3\\ R_4\end{array}\right];$

e.将r、ρ、L＝1mm代入 $D=\sqrt{\frac{4\mathrm{\ρL}}{\mathrm{\πR}}}$ 计算出超细钨丝的直径D即可。

2.用于权利要求1的测量装置，其特征在于：所述的测量装置的底座(8)上设置一个长方体的测量槽(9)，沿测量槽(9)长度方向依次设置有四个测试头(1、2、3、4)，在每个测试头与测量底座之间分别设置有四个测试头绝缘垫(11、12、13、14)，在测量槽(9)内与四个测试头(1、2、3、4)对应位置设置有四个测试头绝缘压块(21、22、23、24)，四个测试头压紧器(31、32、33、34)穿过底座与四个测试头绝缘压块(21、22、23、24)活动连接。

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