CN103513111A - 一种金属导线的导电率测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种对金属导线的导电率测试系统及测试方法。包括直流电源、导线装夹系统及测试系统三个部分。直流电源的输出端通过夹具与被测金属导线串联；被测金属导线通过夹具连接在光学平台上；第一摄像机和第二摄像机分别与计算机电相连接；多通路数字万用表V与被测金属导线相连，多通路数字万用表V还与计算机电相连接；多通路数字万用表A通过直流电源与被测金属导线串联。本发明可以测量任意长度和截面形状的金属导线的导电率，无需考虑温度对被测导线电阻的影响，实验操作简单、快捷。大大的提高了工作效率，使测量的准确性得到了显著的提高，适宜于各种新型节能金属导线。

Description

一种金属导线的导电率测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种对金属导线的导电率测试系统及测试方法，具体是采用多通道数字万用表测量、摄像机记录和计算机采集与分析，并通过计算获得被测金属导线的导电率。本发明提供整套测试装置和具体实施测试的方法。

背景技术

金属导线在电力行业有着重要的应用，特别是近些年来，各种新型节能导线诸如钢芯高导电率硬铝绞线、铝合金芯铝绞线以及中强度全铝合金绞线等受到人们的广泛关注，这些导线在实际使用过程中在实现其输送电力功能的同时，人们更关心其导电能力，即金属导线的导电率。准确、快速地测量金属导线的导电率对高性能节能导线的选材、加工、设计以及应用具有重要的实际应用价值。

目前，人们对金属导线的导电率测量多采用电桥法测量电阻后经过计算换算成导电率，该方法在实际测量过程中需要考虑温度对电阻的影响，因此需要对所测电阻值进行校正；另外，电桥法测电阻只能针对一米长的标准金属导线进行测试，同时对被测导线的平直度也有要求。而各种导线在实际服役和测试工况下并不能保证完全平直，同时有些被测导线由于不足一米长而无法进行测量。

发明内容

本发明提供一种金属导线的导电率测试系统及测试方法，目的在于提供一种与其它测试系统完全不同的金属导线的导电率测试系统及测试方法，可以精确、快速地测量任意长度、任意截面尺寸（全长截面积一致）的金属导线的导电率，且无需对测量值进行温度修正。

为了实现本发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种金属导线的导电率测试系统，包括以下三个部分：直流电源、导线装夹系统及测试系统；

（1）直流电源：包括直流电源，直流电源的输出端通过夹具与被测金属导线串联；

（2）导线夹持系统：包括一个光学平台、两对夹具和被测金属导线；被测金属导线通过夹具连接在光学平台上；

（3）测试系统：包括第一摄像机、第二摄像机、多通路数字万用表V、多通路数字万用表A及计算机；第一摄像机和第二摄像机分别与计算机电相连接；多通路数字万用表V与被测金属导线相连，多通路数字万用表V还与计算机电相连接；多通路数字万用表A通过直流电源与被测金属导线串联；所述的光学平台上带有精确的刻度尺。

所述的夹具为可动式夹具；夹具是由上夹具和下夹具通过紧固螺栓相连接而构成的。

所述的夹具的夹持处设有绝缘橡胶垫。

所述的被测金属导线为任意长度、任意截面形状、任意尺寸、平直度不好及弯曲的导线。

一种金属导线的导电率测试系统的测试方法，具体测试方法如下：

（1）用夹具将被测金属导线水平固定在光学平台上；开启计算机，同时开启直流电源，给被测金属导线施加直流电流，

（2）将一个多通路数字万用表的表笔通过夹具固定在被测导线的任意两个端点上，此两端点之间的导线长度可以通过摄像机进行图像采集，然后把图像传输给与摄像机相连的计算机，此时计算机实时记录各组电流值和与之对应的电压值，同时记录被测金属导线的图像，数据采集结束后关闭直流电源；计算机通过IPP图像处理功能获得被测金属导线精确长度；此时多通路数字万用表用于测量金属导线被测段的两端电压，并将测量值反馈给与之相连的计算机；

（3）将另一个多通路数字万用表与直流电源的输出端串联后再与被测金属导线串联，用此万用表测量被测金属导线的电流，并将测量值反馈给与之相连的计算机；

（4）两台摄像机与计算机相连，将摄像头采集的被测金属导线横截面图形传送给计算机，计算机通过IPP图像处理功能对记录的横截面图像进行处理，获得导线精确的横截面积和被测金属导线精确长度，该精确长度为L和截面积S，利用公式：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{RS}}{L}$

计算出被测金属导线的电阻率；

（5）将计算出的被测金属导线的电阻率值按照“中华人民共和国有色金属行业标准YS/T478-2005”换算成国际退火铜标准规定的电阻率值即为被测导线的导电率。

所述的计算机通过IPP图像处理功能获得被测金属导线精确长度，具体是把计算机记录的电流值和与之对应的电压值，将记录的多组I-V值通过计算机绘图功能，得到被测金属导线的I-V数据点，将多组点拟合成一条直线，该直线的斜率即为被测金属导线的电阻值R。

所述的多通路数字万用表对被测导线进行电流、电压实时测量，可过滤掉测量温度对电子测量值的影响，无需对测量结果进行温度修正。

本发明的基本原理是：通过测量施加在被测导线上的电压和与之对应的电流值，将多组测量结果反馈给计算机，计算机将这些结果进行记录、处理，获得被测导线的电流-电压（I-V）关系，采用计算机软件对所获得的I-V关系进行曲线拟合处理，从而获得被测导线的电阻值；同时，将摄像机采集的被测导线的图像通过IPP计算机图像处理软件进行分析，获得被测导线的精确尺寸，通过计算获得导线的电阻率，再将电阻率换算成国际退火铜标准规定的导电率值，即为被测导线的导电率。

本发明的特点如下：

1、本发明对被测导线的长度没有要求，可以测量任意长度的导线，只要夹具能够加持住（通常为超过3cm长的导线）即可；

2、本发明对被测导线截面形状和尺寸没有要求，只要导线被测两个端点之内的各处横截面积是一致的即可，特制的可动夹具保证了任意截面形状、尺寸的导线的准确测量；

3、本发明采用的图像采集与分析系统可以精准测量被测导线的长度和横截面积，减少了实验误差；

4、本发明无需对测量导线的导电率进行温度修正，所采用的多通路数字万用表可以将温度对被测导线电阻以及导电率的影响过滤掉；

5、本发明金属导线的导电率测试系统中，所指的金属导线可以是通过各种目前已知的方法制备的各种金属导线和金属板、金属箔裁切的等截面尺寸的杆、棒、条状材料等。

本发明涉及对任意长度和截面尺寸的金属导线导电率测试系统的搭建和测试方法的建立。该测试系统是由直流电源、导线装夹系统和测试系统三部分组成。该系统提供对任意长度、任意横截面积金属导线的导电率快速、准确测量的功能。系统独特的可变夹持装置可满足不同长度和截面尺寸的导线导电率测量的需要；摄像机可以采集导线图像，并可获得精确的导线尺寸；高精密直流输出源可以对导线施加不同大小的电流，通过计算机处理可获得被测导线电阻，并由此计算出相对于国际退火铜标准导电率的相对导电率值。与传统测量系统相比，该系统可以测量任意长度和截面形状的金属导线的导电率，无需考虑温度对被测导线电阻的影响，实验操作简单、快捷。不但可以大大的提高工作效率，同时还使测量的准确性得到了显著的提高，适宜于各种新型节能金属导线。

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细的描述。

附图说明

图1为本发明金属导线导电率测试系统的示意图；

图2为本发明被测金属圆棒导线与夹具装配图；

图3为本发明被测金属板与夹具装配图；

图4为图2中被测金属导线电流-电压关系曲线图；

图5为图3中被测金属板与夹具电流-电压关系曲线图。

图中：第一摄像机1，光学平台2，夹具3，被测金属导线4，多通路数字万用表V5，直流电源6，多通路数字万用表A7，计算机8，第二摄像机9，上夹具10，下夹具11，紧固螺栓A12，紧固螺栓B13，连接螺栓14。

具体实施方式

本发明是一种金属导线的导电率测试系统，它包括以下三个部分：直流电源、导线装夹系统及测试系统。

（1）直流电源：用于给被测导线施加电流。包括一台高精密直流输出电源——直流电源6，其输出端通过夹具与被测金属导线4串联，给金属被测导线4施加不同的电流；

（2）导线夹持系统：包括一个二维光学平台2、两对夹具3和被测金属导线4。二维光学平台2上带有精确的刻度尺，以便摄像机在采集记录导线尺寸的同时可以获得刻度标尺；可动式夹具用于电流回路夹持部分和电压测量夹持部分。被测金属导线4通过夹具3被水平固定在二维精密光学平台2上，同时，夹具3将万用表表笔与被测金属导线4装卡在一起。两对夹具3在夹持处加设橡胶垫做绝缘处理。

（3）测试系统：包括采集被测导线图像的两台摄像机——第一摄像机1和第二摄像机9，还有两个多通路数字万用表——多通路数字万用表V5及多通路数字万用表A7，还包括一台与之相连的计算机8。

第一摄像机1和第二摄像机9用于采集固定在二维光学平台上被测导线的图像，并将采集到的图像传输给与之相连的计算机8，计算机8通过IPP图像处理软件对摄像头采集的图像进行精确处理并分析，获得被测导线的精细尺寸（包括导线的实际长度和横截面积）。可以测量平直度不好的弯曲导线的导电率，保证了导线尺寸测量精度，减少实验误差。

多通路数字万用表V5用于实时测量被测金属导线4表笔所夹持部位两端的电流和与之相对应的电压，并将电流-电压信号反馈给与之相连的计算机进行数据处理；多通路数字万用表A7通过直流电源6与被测金属导线4串联，用于测量被测导线4的电流和与之相对应的电压，将各组电流-电压信号反馈给与之相连的计算机进行数据处理。多通路数字万用表V5和多通路数字万用表A7可以过滤掉测量温度对电子测量值的影响，无需对测量结果进行温度修正。所测多组I-V值可以直接反馈给计算机，并经过计算机软件自动拟合获得导线电阻(R)，并由此计算电阻率和相对于国际退火铜标准导电率的相对导电率值。

本发明中所述的特制的可动夹具3夹持可以测量任意长度和任意截面形状、尺寸的金属导线的导电率。

一种对金属导线的导电率测试系统的测试方法，具体如下：

（1）用夹具将被测金属导线水平固定在带有精密刻度尺的二维光学平台上；

（2）将一个多通路数字万用表的表笔通过带有绝缘胶垫的夹具固定在被测导线的任意两个端点上，此两端点之间的导线长度可以通过摄像机进行图像采集，然后把图像传输给与摄像机相连的计算机，通过IPP图像处理软件可以获得其精确长度；此时多通路数字万用表用于测量金属导线被测段的两端电压，并将测量值反馈给与之相连的计算机；

（3）将另一个多通路数字万用表与直流电源的输出端串联后再与被测金属导线串联，用此万用表测量被测金属导线的电流，并将测量值反馈给与之相连的计算机；

（4）两台摄像机与计算机相连，将摄像头采集的被测金属导线横截面图形传送给计算机，通过IPP图像处理功能对记录的横截面图像进行处理，获得导线精确的横截面积；

（5）实际测量时，首先开启计算机，并打开控制软件，同时开启直流电源，给被测金属导线施加直流电流，此时计算机实时记录各组电流值和与之对应的电压值，同时记录被测金属导线的图像，数据采集结束后关闭直流电源；

（6）把计算机记录的多组I-V值通过计算机绘图，得到被测金属导线的I-V数据点，将多组点拟合成一条直线，该直线的斜率即为被测金属导线的电阻值R；

（7）把摄像机采集并记录下的被测金属导线图像用IPP计算机图像处理功能进行图像处理，获得被测金属导线的长度L和截面积S，利用公式：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{RS}}{L}$

可以计算出被测金属导线的电阻率；

（8）将该电导率值按照中华人民共和国有色金属行业标准YS/T478-2005换算成国际退火铜标准规定的电阻率值即为被测导线的导电率。

实施例1：

如图2所示的，图2为本发明中被测金属圆棒导线与夹具装配图。

本发明中特制夹具3是由上夹具和下夹具通过紧固螺栓相连接而构成的。被测金属圆棒导线与特制夹具的装配图如图2所示，上夹具10与下夹具11通过紧固螺栓A12将金属圆棒式被测金属导线4装夹在特制夹具3上，紧固螺栓B13将全套特制夹具3固定在下面的二维光学平台2上，连接螺栓14将多通路数字万用表A7连接在特制夹具3上连成测试回路。

当被测金属导线4选用金属圆棒式导线，即测一根未知长度、圆形截面的LHA1铝合金导线的导电率。将该金属圆棒式被测金属导线4通过夹具3的夹头水平固定在具有刻度尺的二维光学平台2上；将多通路数字万用表V5的表笔通过带有绝缘胶垫的夹头与被测铝合金导线的两个端点相连，用来测定导线两个端点间所施加的电压值；另外一个多通路数字万用表A7与直流电源6串联并与被测金属导线4串联，用来测定被测金属导线4的电流，直流电源6分别给该铝合金导线施加电流为：0.2A、0.4A、0.6A和0.8A的直流电流，同时测得与之一一对应的导线被测两端的电压值分别为1.72×10^-4V、3.41×10^-4V、5.13×10^-4V、6.83×10^-4V。得出如图4的I-V关系曲线，通过计算机软件拟合出一条直线，该直线的斜率即为被测导线夹持两端点间的电阻为8.5207×10^-4Ω。开启第一摄像机1和第二摄像机9，采集被测金属导线4的图像，并将图像传送给与两个摄像机相连的计算机8，采用IPP图像处理软件分析得到该金属导线的精确几何尺寸，分别得到被测段长度为0.3m，横截面积为1.12×10^-5m²。带入公式：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{RS}}{L}$

得到该段导线的电阻率。所测得的四点具有很好的线性关系也证实了本发明所述测试方法的准确性。由上述电阻率值按照中华人民共和国有色金属行业标准YS/T478-2005计算出相对于国际退火铜标准导电率的相对导电率值为54.12%。

实施例2：

如图3所示，图3为本发明被测金属板与夹具装配图。

与之相同，如图3所示，图3是具有矩形横截面的板状金属导线与特制夹具的装配图，上夹具10与下夹具11通过紧固螺栓A12将板状式被测金属导线4装夹在特制夹具3上，紧固螺栓B13将全套特制夹具3固定在下面的二维光学平台2上，连接螺栓14将多通路数字万用表A7连接在特制夹具3上连成测试回路。

当被测金属导线4选用一个未知长度的6201铝合金、横截面为矩形的金属板导线，测量其导电率的具体过程如下：

将被测金属导线4通过如图3金属板与夹具装配图所示，夹头水平固定在具有刻度尺的二维光学平台2上；将多通路数字万用表V5的表笔通过带有绝缘胶垫的夹头与被测铝合金导线的两个端点相连，用来测定导线两个端点间所施加的电压值；另外一个多通路数字万用表A7与直流电源6串联并与被测金属导线4串联，用来测定被测金属导线4的电流，直流电源6给该铝合金导线施加直流电流分别为：0.30A、0.35A、0.40A和0.45A，测得的对应电压值分别为2.6×10^-5V、3.0×10^-5V、3.4×10^-5V、3.8×10^-5V。得出如图5的I-V曲线。拟合出导线电阻为7.99×10^-5Ω。并由此计算出相对于国际退火铜标准导电率的相对导电率值为47.39%。

Claims (8)

1.一种金属导线的导电率测试系统，其特征是，包括以下三个部分：直流电源、导线装夹系统及测试系统；

（1）直流电源：包括直流电源（6），直流电源（6）的输出端通过夹具（3）与被测金属导线（4）串联；

（2）导线夹持系统：包括一个光学平台（2）、两对夹具（3）和被测金属导线（4）；被测金属导线（4）通过夹具（3）连接在光学平台（2）上；

（3）测试系统：包括第一摄像机（1）、第二摄像机（9）、多通路数字万用表V（5）、多通路数字万用表A（7）及计算机（8）；第一摄像机（1）和第二摄像机（9）分别与计算机电相连接；多通路数字万用表V（5）与被测金属导线（4）相连，多通路数字万用表V（5）还与计算机电相连接；多通路数字万用表A（7）通过直流电源（6）与被测金属导线（4）串联。

2.根据权利要求1所述的一种金属导线的导电率测试系统，其特征是：所述的光学平台（2）上带有精确的刻度尺。

3.根据权利要求1所述的一种金属导线的导电率测试系统，其特征是：所述的夹具（3）为可动式夹具；夹具（3）是由上夹具（10）和下夹具（11）通过紧固螺栓相连接而构成的。

4.根据权利要求1所述的一种金属导线的导电率测试系统，其特征是：所述的夹具（3）的夹持处设有绝缘橡胶垫。

5.根据权利要求1所述的一种金属导线的导电率测试系统，其特征是：所述的被测金属导线（4）为任意长度、任意截面形状、任意尺寸、平直度不好及弯曲的导线。

6.一种金属导线的导电率测试系统的测试方法，其特征是：具体测试方法如下：

（1）用夹具将被测金属导线水平固定在光学平台上；开启计算机，同时开启直流电源，给被测金属导线施加直流电流，

（2）将一个多通路数字万用表的表笔通过夹具固定在被测导线的任意两个端点上，此两端点之间的导线长度可以通过摄像机进行图像采集，然后把图像传输给与摄像机相连的计算机，此时计算机实时记录各组电流值和与之对应的电压值，同时记录被测金属导线的图像，数据采集结束后关闭直流电源；计算机通过IPP图像处理功能获得被测金属导线精确长度；此时多通路数字万用表用于测量金属导线被测段的两端电压，并将测量值反馈给与之相连的计算机；

（3）将另一个多通路数字万用表与直流电源的输出端串联后再与被测金属导线串联，用此万用表测量被测金属导线的电流，并将测量值反馈给与之相连的计算机；

（4）两台摄像机与计算机相连，将摄像头采集的被测金属导线横截面图形传送给计算机，计算机通过IPP图像处理功能对记录的横截面图像进行处理，获得导线精确的横截面积和被测金属导线精确长度，该精确长度为L和截面积S，利用公式：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{RS}}{L}$

计算出被测金属导线的电阻率；

（5）将计算出的被测金属导线的电阻率值按照“中华人民共和国有色金属行业标准YS/T478-2005”换算成国际退火铜标准规定的电阻率值即为被测导线的导电率。

7.根据权利要求6所述的一种金属导线的导电率测试系统的测试方法，其特征是：所述的计算机通过IPP图像处理功能获得被测金属导线精确长度，具体是把计算机记录的电流值和与之对应的电压值，将记录的多组I-V值通过计算机绘图功能，得到被测金属导线的I-V数据点，将多组点拟合成一条直线，该直线的斜率即为被测金属导线的电阻值R。

8.根据权利要求6所述的一种金属导线的导电率测试系统的测试方法，其特征是：所述的多通路数字万用表对被测导线进行电流、电压实时测量，可过滤掉测量温度对电子测量值的影响，无需对测量结果进行温度修正。

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