CN104678181B - 钢轨电阻率测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢轨检测领域，公开了一种钢轨电阻率测量方法。该方法包括以下步骤：a、取样：分别在待测量钢轨的轨头、轨腰和轨底沿钢轨长度方向截取长条形试样，并对试样进行加工使其横截面均匀；b、对各试样进行测量并计算电阻率：在试样长度方向上依次选取4个触点A1、A2、A3、A4，在A1和A4之间通入大小为I的电流，并测量A2和A3之间的电压V，通过如下公式即可计算出各试样的电阻率该钢轨电阻率测量方法采用四点电阻测量技术进行电阻测量，克服了现有技术误差大的缺点，而且测量试样分别选取了钢轨的不同部位，使测量结果能够全面反映钢轨不同部位的电阻率分布状况，为进一步研究、检测和改进钢轨性能提供了重要技术参数。
Description
技术领域
本发明涉及钢轨检测领域，尤其是一种钢轨电阻率测量方法。
背景技术
钢轨电阻率是一项不可或缺的技术参数，是体现钢轨性能的指标之一，为钢轨在许多用途上提供了技术支持。目前，尚无专门检测钢轨电阻率的方法，相关研究人员一般通过公式推导出理论电导率值，传统电阻率的测量方法：用双臂电桥测金属材料的电阻率，因为钢轨的规格较多并且成分不同，根据上下限来计算电阻率，导致最后出现的结果误差较大，可以起到指导作用，但是由于缺乏实践验证，对于进一步的研究和应用工作有较大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够精确全面测量钢轨电阻率的钢轨电阻率测量方法。
本发明公开的钢轨电阻率测量方法，包括以下步骤：
a、取样：分别在待测量钢轨的轨头、轨腰和轨底沿钢轨长度方向截取长条形试样，并对试样进行加工使其横截面均匀；
b、对各试样进行测量并计算电阻率：在试样长度方向上依次选取4个触点A1、A2、A3、A4，在A1和A4之间通入大小为I的电流，并测量A2和A3之间的电压V，通过如下公式即可计算出各试样的电阻率ρ：
其中，S为试样横截面面积，L为A2和A3之间的间距。
优选地，在a步骤中，在待测量钢轨的轨头、轨腰(18)和轨底分别截取3份试样，其中，轨头的3份试样沿水平均匀分布于轨头上，轨腰的3份试样沿竖直方向均匀分布轨腰(18)上，轨底的3份试样沿水平方向均匀分布于轨底上。
优选地，在b步骤中，通过测量A2、A3之间的间距得出L。
优选地，在b步骤中，多次重复测量A2、A3之间的间距，通过狄克逊准则检查测量数据，若有粗大数据则重新进行测量，若无粗大数据则保留测量结果，并计算算术平均值作为L的取值。
优选地，在b步骤中，采用试样夹具进行测量，所述试样夹具有a1、a2、a3、a4四个探头，所述a2和a3之间的间距固定为L；测量时，触点A1与探头a1对应接触，触点A2与探头a2对应接触，触点A3与探头a3对应接触，触点A4与探头a4对应接触，从a1和a4通入电流I，并测量a2和a3之间的电压作为V，通过计算电阻率。
优选地，所述试样夹具包括顶板、底板、侧板、后板、绝缘支架、移动块和法兰，所述侧板设置于底板两侧，所述顶板位于底板上方，并通过后板与底板连接，所述a2和a3为刀状探头，并设置于移动块底面上，所述移动块位于顶板与底板之间，并通过弹簧与顶板连接，所述a1和a4探头中部设置有螺杆，所述法兰上开设有与a1和a4探头螺杆相适配的法兰螺孔，所述法兰通过绝缘螺栓连接于侧板上，在法兰与侧板之间设置有绝缘垫片，所述侧板上开设有侧板孔，所述绝缘垫片上开设有垫片孔，所述侧板孔和垫片孔直径均大于a1和a4的螺杆直径，所述法兰螺孔、侧板孔、垫片孔位置相对应，所述a1和a4探头分别穿过两侧侧板的侧板孔和绝缘垫片的垫片孔连接于法兰螺孔中，所述a2和a3探头的刀口均与a1和a4相垂直；
采用所述试样夹具进行b步骤的过程如下：
提起移动块，将试样放置在绝缘支架，放开移动块，在弹簧作用下，刀状探头a2和a3下压并与试样垂直接触，将试样固定于绝缘支架上，调节a1和a4探头螺杆，使a1和a4探头分别与试样两端接触，然后，从a1和a4探头连接电路，通入大小为I的电流，并测量a2和a3之间的电压，取L等于a2和a3之间的间距，通过公式计算出试样电阻率。
优选地，所述顶板上开设有导向孔，所述导向孔中设置有导向杆，所述导向杆下部贯穿移动块，导向杆下端设置有调节螺纹，所述调节螺纹上连接有旋转绝缘垫片，所述移动块与旋转绝缘垫片之间的导向杆上设置有挡块；
在b步骤中，将试样放置于绝缘支架，并下放移动块后，调节旋转绝缘垫片，使其与试样接触以稳定试样。
优选地，所述a1和a4探头内端部均设置有铜质触头；在b步骤中分别利用a1和a4探头的铜质触头与试样两端接触。
优选地，在b步骤中，测量的环境温度为20±5℃。
优选地，在a步骤中，截取的试样为圆柱形，试样长度为200mm，横截面直径为10mm。
本发明的有益效果是：该钢轨电阻率测量方法采用四点电阻测量技术进行电阻测量，克服了现有技术误差大的缺点，而且测量试样分别选取了钢轨的不同部位，使测量结果能够全面反映钢轨不同部位的电阻率分布状况，为进一步研究、检测和改进钢轨性能提供了重要技术参数。
附图说明
图1是本发明在钢轨取样位置的截面示意图；
图2是本发明的试样夹具的示意图；
图3是本发明中试样夹具侧板的剖视图。
附图标记：1-顶板，2-底板，3-侧板，4-后板，5-绝缘支架，6-移动块，7-法兰，8-绝缘垫片，9-弹簧，10-导向杆，11-旋转绝缘垫片，12-铜质触头，13-绝缘螺栓，14-侧板孔，15-垫片孔，16-试样，17-轨头，18-轨腰，19-轨底，20-挡块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明公开的钢轨电阻率测量方法，包括以下步骤：
a、取样：分别在待测量钢轨的轨头17、轨腰18和轨底19沿钢轨长度方向截取长条形试样16，并对试样16进行加工使其横截面均匀；
b、对各试样16进行测量并计算电阻率：在试样16长度方向上依次选取4个触点A1、A2、A3、A4，在A1和A4之间通入大小为I的电流，并测量A2和A3之间的电压V，通过如下公式即可计算出各试样16的电阻率ρ：
其中，S为试样横截面面积，L为A2和A3之间的间距。
在a步骤取样过程中，并非直接截取一段钢轨作为试样，而是分别在钢轨的轨头17、轨腰18和轨底19设点截取试样，因为材料的塑性形变会使材料的电阻率发生变化，钢轨某一截面各点的电阻率是不一样的，截取整体钢轨或者单纯截取钢轨某个部位作为试样，测量的结果不具有代表性，不能全面真实反映钢轨性能，采用上述分部位截取的方式，则可有效避免上述问题。具体针对钢轨断面形状的特殊性，作为优选方式，截取样品的选点在钢轨截面上分布如图1所示，也就是说，在a步骤中，在待测量钢轨的轨头17、轨腰18和轨底19分别截取3份试样，其中，轨头17的3份试样沿水平均匀分布于轨头17上，轨腰18的3份试样沿竖直方向均匀分布轨腰18上，轨底19的3份试样沿水平方向均匀分布于轨底19上。如此，试样测量结果就可全面准确的反映出钢轨各部位电阻分布状况。
截取试样16后，则需对试样16进行加工，使其横截面面积形状均匀一致，通常将试样横截面加工为规则形状，以方便加工和其截面面积的计算，而试样16的长度也要适当以便于电阻测量，对此，作为优选方式，在a步骤中，截取的试样16为圆柱形，试样16长度为200mm，横截面直径为10mm。
试样16加工完成后，应对其进行清洗，并用肉眼检查试样是否有缺陷，若符合标准则可进行b步骤，鉴于钢轨电阻率会随着温度变化而变化，所以，为精确测量电阻率，作为优选方式，在b步骤中，测量的环境温度为(20±5)℃。测量时采用四点电阻测量法，在触点A1和A4通入电流，并测量通入电流的大小I，然后测量A2和A3之间的电压V，通过公式R＝V/I就可计算出A2和A3之间的电阻值，再测得A2和A3之间的长度，试样截面面积S，就可通过ρ＝RS/L，得出电阻率从而计算出电阻率。这种四点电阻测量法相较于直接测量A1和A4之间电压的两点电阻测量方式，可以极大程度上消除因接触电阻和导线电阻产生的电压降对测量结果的影响。
可以采取不同方式获取A2和A3之间的间距，作为一种优选方式，在b步骤中，通过测量A2、A3之间的间距得出L。此方式简单直接，但在测量过程中可能会出现误差，为了克服偶然误差，作为优选方式，在b步骤中，多次重复测量A2、A3之间的间距，通过狄克逊准则检查测量数据，若有粗大数据则重新进行测量，若无粗大数据则保留测量结果，并计算算术平均值作为L的取值。狄克逊准则是通过极差比判定和剔除异常数据。与一般比较简单极差的方法不同，该准则为了提高判断效率，对不同的实验量测定数应用不同的极差比进行计算。该准则认为异常数据应该是最大数据和最小数据，因此该其基本方法是将数据按大小排队，检验最大数据和最小数据是否异常数据。具体操作时首先选取显著性水平α，再查询临界值表得出临界值，并计算出极端值统计量，最后将两者相比较，若极端值统计量均小于临界值，则判定无粗大数据，保留测量结果，计算出算术平均值作为L的取值；若有极端值统计量大于临界值，则判定有粗大数据，则需要重新进行测量并检验。
上述直接测量L的方式检验相对较为繁琐，针对每个试样都必须重复相同的工作，而且测量结果仍然无法避免系统误差，为解决这一问题，作为优选方式，在b步骤中，采用试样夹具进行测量，所述试样夹具有a1、a2、a3、a4四个探头，所述a2和a3之间的间距固定为L；测量时，触点A1与探头a1对应接触，触点A2与探头a2对应接触，触点A3与探头a3对应接触，触点A4与探头a4对应接触，从a1和a4通入电流I，并测量a2和a3之间的电压作为V，通过计算电阻率。
采用固定a2和a3间距的夹具，则无须针对每个试样都测量a2、a3之间的间距，只需要在制作夹具时最大限度的精确固定a2和a3的间距，就可直接将其作为L取用。采用此夹具和方法可以省略L的测量和检验过程，从而简化了步骤，而且还能避免L的测量误差。
具体而言，具有固定a2和a3间距的夹具可以有很多种形式，而作为一种优选方式，所述试样夹具包括顶板1、底板2、侧板3、后板4、绝缘支架5、移动块6和法兰7，所述侧板3设置于底板2两侧，所述顶板1位于底板2上方，并通过后板4与底板2连接，所述a2和a3为刀状探头，并设置于移动块6底面上，所述移动块6位于顶板1与底板2之间，并通过弹簧9与顶板1连接，所述a1和a4探头中部设置有螺杆，所述法兰7上开设有与a1和a4探头螺杆相适配的法兰螺孔，所述法兰7通过绝缘螺栓13连接于侧板3上，在法兰7与侧板3之间设置有绝缘垫片8，所述侧板3上开设有侧板孔14，所述绝缘垫片8上开设有垫片孔15，所述侧板孔14和垫片孔15直径均大于a1和a4的螺杆直径，所述法兰螺孔、侧板孔14、垫片孔15位置相对应，所述a1和a4探头分别穿过两侧侧板3的侧板孔14和绝缘垫片8的垫片孔15连接于法兰螺孔中，所述a2和a3探头的刀口均与a1和a4相垂直；
采用所述试样夹具进行b步骤的过程如下：
提起移动块6，将试样16放置在绝缘支架5，放开移动块6，在弹簧9作用下，刀状探头a2和a3下压并与试样16垂直接触，将试样16固定于绝缘支架5上，调节a1和a4探头螺杆，使a1和a4探头分别与试样16两端接触，然后，从a1和a4探头连接电路，通入大小为I的电流，并测量a2和a3之间的电压，取L等于a2和a3之间的间距，通过公式计算出试样电阻率。
其中，法兰7与侧板3之间设置绝缘垫片8，并采用绝缘螺栓13连接法兰7和侧板3，是为了防止电流通过侧板3通入试样夹具形成回路，造成电流大小测量的不准确，同样，绝缘支架5的设置也是为了防止电流通入底板2，影响测量准确性，在绝缘支架5上试样16放置位置可以设置对应的凹槽，以提高试样16放置的稳定性。a1和a4探头采用螺杆形式锁紧试样，使探头与试样16接触更加稳定。a2和a3探头的刀口均与a1和a4相垂直，是为了保证a2和a3刀口与放置的试样16相垂直，以便准确测量电压。
为保证移动块6在提升和下降过程中的稳定性，作为优选方式，所述顶板1上开设有导向孔，所述导向孔中设置有导向杆10，所述导向杆10下部贯穿移动块6，导向杆10下端设置有调节螺纹，所述调节螺纹上连接有旋转绝缘垫片11，所述移动块6与旋转绝缘垫片11之间的导向杆10上设置有挡块20；在b步骤中，将试样16放置于绝缘支架5，并下放移动块6后，调节旋转绝缘垫片11，使其与试样16接触以稳定试样16。
在导向杆10的作用下，可以保证移动块6在上升和下降过程中稳定运动，因为a2和a3探头是以刀口形式与试样接触，接触相对并不稳定，在导向杆10下端设置旋转绝缘垫片11，使其与试样16接触，则可提高试样16稳定性。而设置挡块20的目的在于，阻止导向杆10向上收缩，使旋转绝缘垫片11更好地发挥作用。
为减小a1和a4探头与试样之间的接触电阻，使接触更加良好，作为优选方式，所述a1和a4探头内端部均设置有铜质触头12；在b步骤中分别利用a1和a4探头的铜质触头12与试样16两端接触。A1和A4探头内端部即是指它们与试样16接触的一端。
Claims (6)
1.钢轨电阻率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、取样：分别在待测量钢轨的轨头(17)、轨腰(18)和轨底(19)沿钢轨长度方向截取长条形试样(16)，并对试样(16)进行加工使其横截面均匀；
b、对各试样(16)进行测量并计算电阻率：在试样(16)长度方向上依次选取4个触点A1、A2、A3、A4，在A1和A4之间通入大小为I的电流，并测量A2和A3之间的电压V，通过如下公式即可计算出各试样(16)的电阻率ρ：
<mrow>
<mi>&rho;</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>V</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
<mrow>
<mi>I</mi>
<mi>L</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，S为试样横截面面积，L为A2和A3之间的间距；
在b步骤中，采用试样夹具进行测量，所述试样夹具有a1、a2、a3、a4四个探头，所述a2和a3之间的间距固定为L；
测量时，触点A1与探头a1对应接触，触点A2与探头a2对应接触，触点A3与探头a3对应接触，触点A4与探头a4对应接触，从a1和a4通入电流I，并测量a2和a3之间的电压作为V，通过计算电阻率；
所述试样夹具包括顶板(1)、底板(2)、侧板(3)、后板(4)、绝缘支架(5)、移动块(6)和法兰(7)，所述侧板(3)设置于底板(2)两侧，所述顶板(1)位于底板(2)上方，并通过后板(4)与底板(2)连接，所述a2和a3为刀状探头，并设置于移动块(6)底面上，所述移动块(6)位于顶板(1)与底板(2)之间，并通过弹簧(9)与顶板(1)连接，所述a1和a4探头中部设置有螺杆，所述法兰(7)上开设有与a1和a4探头螺杆相适配的法兰螺孔，所述法兰(7)通过绝缘螺栓(13)连接于侧板(3)上，在法兰(7)与侧板(3)之间设置有绝缘垫片(8)，所述侧板(3)上开设有侧板孔(14)，所述绝缘垫片(8)上开设有垫片孔(15)，所述侧板孔(14)和垫片孔(15)直径均大于a1和a4的螺杆直径，所述法兰螺孔、侧板孔(14)、垫片孔(15)位置相对应，所述a1和a4探头分别穿过两侧侧板(3)的侧板孔(14)和绝缘垫片(8)的垫片孔(15)连接于法兰螺孔中，所述a2和a3探头的刀口均与a1和a4相垂直；
采用所述试样夹具进行b步骤的过程如下：
提起移动块(6)，将试样(16)放置在绝缘支架(5)，放开移动块(6)，在弹簧(9)作用下，刀状探头a2和a3下压并与试样(16)垂直接触，将试样(16)固定于绝缘支架(5)上，调节a1和a4探头螺杆，使a1和a4探头分别与试样(16)两端接触，然后，从a1和a4探头连接电路，通入大小为I的电流，并测量a2和a3之间的电压，取L等于a2和a3之间的间距，通过公式计算出试样电阻率。
2.如权利要求1所述的钢轨电阻率测量方法，其特征在于：在a步骤中，在待测量钢轨的轨头(17)、轨腰(18)和轨底(19)分别截取3份试样，其中，轨头(17)的3份试样沿水平均匀分布于轨头(17)上，轨腰(18)的3份试样沿竖直方向均匀分布轨腰(18)上，轨底(19)的3份试样沿水平方向均匀分布于轨底(19)上。
3.如权利要求1所述的钢轨电阻率测量方法，其特征在于：所述顶板(1)上开设有导向孔，所述导向孔中设置有导向杆(10)，所述导向杆(10)下部贯穿移动块(6)，导向杆(10)下端设置有调节螺纹，所述调节螺纹上连接有旋转绝缘垫片(11)，所述移动块(6)与旋转绝缘垫片(11)之间的导向杆(10)上设置有挡块(20)；
在b步骤中，将试样(16)放置于绝缘支架(5)，并下放移动块(6)后，调节旋转绝缘垫片(11)，使其与试样(16)接触以稳定试样(16)。
4.如权利要求1所述的钢轨电阻率测量方法，其特征在于：所述a1和a4探头内端部均设置有铜质触头(12)；在b步骤中分别利用a1和a4探头的铜质触头(12)与试样(16)两端接触。
5.如权利要求1所述的钢轨电阻率测量方法，其特征在于：在b步骤中，测量的环境温度为20±5℃。
6.如权利要求1所述的钢轨电阻率测量方法，其特征在于：在a步骤中，截取的试样(16)为圆柱形，试样(16)长度为200mm，横截面直径为10mm。
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