CN105675730B - 一种灭弧喷口专用超声波检测设备及灭弧喷口检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种灭弧喷口专用超声波检测设备及灭弧喷口检测方法。该灭弧喷口专用超声波检测设备，包括检测探头，还包括用于接触设置于检测探头与灭弧喷口之间的作为耦合介质使用的橡胶块。在对灭弧喷口进行测试时，不存在液体耦合介质渗入灭弧喷口内部而影响灭弧喷口电气特性和液体耦合介质难以清洗的问题，而且橡胶的声阻抗相比空气的声阻抗与灭弧喷口的声阻抗更接近，测试的灵敏度高。

Description

一种灭弧喷口专用超声波检测设备及灭弧喷口检测方法
技术领域
本发明属于灭弧喷口检测技术领域，具体涉及一种灭弧喷口专用超声波检测设备及灭弧喷口检测方法。
背景技术
灭弧喷口是断路器的灭弧装置中控制电弧、创造高速气吹条件的核心部件。灭弧喷口应该具有优良的电气性能、机械性能和化学稳定性，还应该具有优良的耐电弧烧蚀性能。在灭弧喷口的制作过程中，灭弧喷口会存在气孔和微裂纹等缺陷，这些缺陷的存在会对喷口的机械性能和电气性能产生严重的影响。因此，对灭弧喷口的气孔和微裂纹等缺陷的检测非常重要。
超声波检测技术是一种无损检测技术，超声波检测技术具有应用范围广、检测灵敏度高、对人体无害等优点。超声波对待测工件进行检测原理为：待测工件内部存在缺陷时，缺陷的存在造成待测工件的材料不连续性，待测工件存在缺陷处的声阻抗与待测工件的其他处的声阻抗不相同，超声波在两种声阻抗不同的介质界面发生反射，因此当超声波传播到待测工件的缺陷处时超声波就发生了反射，反射波的波形反映了缺陷的大小和位置等信息。超声波检测能够同时检测出试样表面和内部的缺陷。超声波检测技术在控制产品的质量，改进生产过程，保证零部件及产品的可靠性和提高劳动生产率中起着关键的作用，超声波检测技术是发展现代工业不可缺少的重要应用技术之一。
采用超声波对待测工件进行检测的设备称为超声波检测设备，超声波检测设备包括检测探头，通常需要采用耦合介质来排除检测探头与待测工件内部的空气以使超声波能进入到待测工件内部。目前，对灭弧喷口进行超声波检测时通常采用液体耦合介质(如水、甘油和机油等液体)和空气耦合介质。在对灭弧喷口试样超声波检测时，若采用液体耦合介质，液体耦合介质会渗透到灭弧喷口试样内部，对灭弧喷口的电气性能产生不利影响，另外对灭弧喷口表面残留液体耦合介质的清洗也会浪费大量的人工和时间。若采用空气作为耦合介质，空气与灭弧喷口试样的声阻抗差别较大导致大部分声能在空气和喷口表面被反射，进入灭弧喷口内部的声能较少，因而空气耦合介质检测要求被检测试样的厚度较小，检测灵敏度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灭弧喷口专用超声波检测设备以解决采用液体耦合介质会影响灭弧喷口的电气特性且不易清洗和采用空气耦合介质会造成灵敏度低的技术问题。
本发明中灭弧喷口检测方法的技术方案：一种灭弧喷口检测方法，其特征在于：将橡胶块作为耦合介质来对灭弧喷口进行超声波探测。
橡胶块的声阻抗与灭弧喷口的声阻抗的差值的绝对值小于0.85×106kg/(m2s)。
橡胶块为硅橡胶。
本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备的技术方案：一种灭弧喷口专用超声波检测设备，包括检测探头，其特征在于：还包括用于接触设置于检测探头与灭弧喷口之间的作为耦合介质使用的橡胶块。
橡胶块为硅橡胶或氯丁橡胶。
灭弧喷口专用超声波检测设备还包括安装支架，橡胶块和检测探头均安装于安装支架上。
灭弧喷口专用超声波检测设备还包括弹簧，弹簧和检测探头导向设于安装支架内，弹簧顶装于安装支架与检测探头之间以将检测探头压紧在橡胶块上。
安装支架上设有下端开口的长度沿上下方向延伸的安装孔，检测探头设于安装孔内，弹簧设于安装孔的底壁和检测探头之间，橡胶块设于安装孔的开口端。
安装支架包括分体设置的通过螺纹连接相固定的上盖和底座，安装孔包括设于上盖上的上安装孔部分和设于底座上的下安装孔部分，安装孔的开口端位于下安装孔部分上，安装孔的底壁位于上安装孔部分上，弹簧设于上盖上，橡胶块和检测探头均设于底座上，弹簧固定于安装孔的底壁上，橡胶块固定于安装孔的开口端，检测探头设于下安装孔部分内。
检测探头上设有信号线，安装支架上设有用于信号线穿出的穿孔。
本发明的有益之处：灭弧喷口专用超声波检测设备包括接触设置于检测探头与灭弧喷口之间的作为耦合介质使用的橡胶块。在对灭弧喷口进行测试时，不存在液体耦合介质渗入灭弧喷口内部而影响灭弧喷口电气特性和液体耦合介质难以清洗的问题，而且橡胶的声阻抗相比空气的声阻抗与灭弧喷口的声阻抗更接近，测试的灵敏度高。
附图说明
图1为本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备的实施例的结构示意图；
图2为超声波垂直入射到介质分界面处的透射和反射的示意图；
图3为对灭弧喷口进行检测时超声波垂直入射到橡胶块、灭弧喷口和空气等三层介质分界面处的透射和反射；
图4为分别采用本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备和采用液体耦合介质对灭弧喷口进行检测的检测结果的对比。
图5为灭弧喷口的结构示意图。
图中：1、上盖；2、弹簧；3、底座；4、检测探头；5、橡胶块；6、垫圈；7、紧固螺钉；8、信号线；9、安装孔；11、上安装孔部分；12、下安装孔部分；13、穿孔。
具体实施方式
本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备的实施例的结构如图1所示。灭弧喷口专用超声波检测设备包括检测探头4，还包括用于接触设置于检测探头4与灭弧喷口之间的作为耦合介质使用的橡胶块5，橡胶块5为硅橡胶。灭弧喷口专用超声波检测设备还包括安装支架，安装支架设有下端开口的长度沿上下方向延伸的安装孔9，检测探头4导向设于安装孔9内，安装孔9内导向设有弹簧2，弹簧2设于安装孔9的底壁和检测探头4之间，橡胶块5设于安装孔9的开口端，弹簧2顶装于安装支架与检测探头4之间以将检测探头4压紧在橡胶块5上。安装支架包括分体设置的通过螺纹连接相固定的上盖1和底座3，安装孔9包括设于上盖1上的上安装孔部分11和设于底座3上的下安装孔部分12，安装孔9的开口端位于下安装孔部分12上，安装孔9的底壁位于上安装孔部分11上，弹簧2通过焊接固定于安装孔9的底壁上，橡胶块5通过紧固螺钉7固定于底座3上，检测探头设于下安装孔部分12内。紧固螺钉7与橡胶块5之间设有垫圈6。检测探头4上设有信号线8，安装支架上设有用于信号线8穿出的穿孔13。
在灭弧喷口专用超声波检测设备的组装过程中，首先通过紧固螺钉7将垫圈6和橡胶块5连接到底座3上，然后，由上至下将检测探头4装入下安装孔部分12内，将信号线8拧到检测探头4上，实现信号线8与检测探头4的电气连接。弹簧2与上盖1之间是通过焊接实现连接的，上盖1上设有内螺纹，底座3上设有外螺纹，最后通过螺纹连接将上盖1拧到底座3上。通过弹簧2实现了检测探头4与橡胶块5之间的紧密连接，橡胶块5的下表面向下凸出，而且在弹簧2的作用下，橡胶块5的向下凸出的下表面呈弧面以便于在检测时与灭弧喷口的检测区域接触以进行检测。
超声波垂直入射到介质分界面处的透射和反射的示意图如图2所示。当超声波垂直入射到介质1和介质2的介质分界面时，声压反射率和声压透射率分别表示为：可以分别表示为：
其中Z1和Z2分别是介质1和介质2的声阻抗，它等于材料密度和声速的乘积。采用超声波对灭弧喷口进行检测时耦合介质为介质1，灭弧喷口为介质2，需要超声波透入到灭弧喷口内部的能力尽量大，反射回的能量尽可能小，也就是需要r值尽可能小，t值尽可能大。根据公式(1)和公式(2)可知，当Z1和Z2相等时，r等于零，t等于1，此时声能能够全部透射进入待检测的工件，也就是在对灭弧喷口进行检测时耦合介质与灭弧喷口的声阻抗越接近越好。
在本发明中，待检测的工件为灭弧喷口，灭弧喷口的成分为掺有三氧化二铝的聚四氟乙烯，灭弧喷口的密度为2.17×103kg/m3,声速为1520×103m/s，声阻抗为3.3×106kg/(m2s)。硅橡胶的密度为1.5×103kg/m3，声速为2100×103m/s，声阻抗为3.15×106kg/(m2s)。空气的密度为1.21×103kg/m3,声速为0.33×103m/s，声阻抗为0.4×106kg/(m2s)。图3对灭弧喷口进行检测时超声波垂直入射到橡胶块、灭弧喷口和空气等三层介质分界面处的透射和反射。根据公式(1)和公式(2)，超声波传播到橡胶块和灭弧喷口界面时的声压反射率r1＝0.02，声压透射率t1＝1.02。当声波传播到灭弧喷口和空气形成的界面时，声压反射率r2＝-0.78，声压透射率t2＝0.22，约有1/5的声压信号透射到空气中损失掉。当声波反射信号再次传播到橡胶块和灭弧喷口界面时，声压反射率r3＝-0.02，声压透射率t3＝0.98。考虑到往返透射和反射的情况，总的反射信号系数为r＝t1×r2×t3＝-0.78，负号表示反射信号和始发信号的相位相反。由上述计算结果可知，采用硅橡胶制作的橡胶块作为耦合介质时，总的反射信号幅度还是很高的，能够满足检测要求。
图4为分别采用本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备和采用液体耦合介质对灭弧喷口进行检测的检测结果的对比。由图4可知应用本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备得到的反射波信号幅度比应用液体耦合介质时稍低，反射波信号幅度的峰值大约降低0.15V。检测结果表明本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备能满足灭弧喷口的检测需要。
图5为灭弧喷口的结构示意图，在对灭弧喷口进行检测时，在图5中所示的检测区域选择多个检测位置，检测块5的向下凸出的部下表面与检测位置接触以对灭弧喷口进行检测。
本发明中灭弧喷口专用超声波检查设备的其他实施例中，橡胶块也可为平板式结构，橡胶块的下表面是在弹簧的压紧作用下向下凸出以与灭弧喷口的检测位置接触而进行超声波检测。
本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备的其他实施例中，橡胶块也可由氯丁橡胶制成，或除了硅橡胶和氯丁橡胶之外的其他与灭弧喷口声阻抗相近的橡胶制成。
本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备的其他实施例中，弹簧也可通过粘结方式固定于安装孔的底壁上。
本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备的其他实施例中，弹簧也可与安装孔的底壁之间不固定。
本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备的其他实施例中，安装支架为一体式结构，安装支架上设有下端开口的长度沿上下方向延伸的安装孔，橡胶块设于安装孔的开口端。
本发明中灭弧喷口专用超声波检测设备的其他实施例中，橡胶块的声阻抗与灭弧喷口的声阻抗的差值的绝对值小于0.85×106kg/(m2s)。
本发明中灭弧喷口检测方法的实施例中，将橡胶块作为耦合介质来对灭弧喷口进行超声波探测。橡胶块为硅橡胶或氯丁橡胶。在进行超声波检测时，橡胶块设于检测探头与灭弧喷口之间，橡胶块与检测探头、灭弧喷口均接触。
本发明中灭弧喷口检测方法的实施例中，橡胶块的声阻抗与灭弧喷口的声阻抗的差值的绝对值小于0.85×106kg/(m2s)。

Claims (4)

1.一种灭弧喷口专用超声波检测设备，包括检测探头，其特征在于：还包括用于接触设置于检测探头与灭弧喷口之间的作为耦合介质使用的橡胶块，灭弧喷口专用超声波检测设备还包括安装支架，橡胶块和检测探头均安装于安装支架上，灭弧喷口专用超声波检测设备还包括弹簧，弹簧和检测探头导向设于安装支架内，弹簧顶装于安装支架与检测探头之间以将检测探头压紧在橡胶块上，安装支架上设有下端开口的长度沿上下方向延伸的安装孔，检测探头设于安装孔内，弹簧设于安装孔的底壁和检测探头之间，橡胶块设于安装孔的开口端，安装支架包括分体设置的通过螺纹连接相固定的上盖和底座，所述橡胶块通过紧固螺钉固定于底座的下端面上，通过弹簧实现了检测探头与橡胶块之间的紧密连接，橡胶块的下表面向下凸出，且在弹簧的作用下，橡胶块的向下凸出的下表面呈弧面以便于在检测时与灭弧喷口的检测区域接触以进行检测。
2.根据权利要求1所述的灭弧喷口专用超声波检测设备，其特征在于：橡胶块为硅橡胶或氯丁橡胶。
3.根据权利要求1所述的灭弧喷口专用超声波检测设备，其特征在于：安装孔包括设于上盖上的上安装孔部分和设于底座上的下安装孔部分，安装孔的开口端位于下安装孔部分上，安装孔的底壁位于上安装孔部分上，弹簧设于上盖上，橡胶块和检测探头均设于底座上，弹簧固定于安装孔的底壁上，橡胶块固定于安装孔的开口端，检测探头设于下安装孔部分内。
4.根据权利要求1所述的灭弧喷口专用超声波检测设备，其特征在于：检测探头上设有信号线，安装支架上设有用于信号线穿出的穿孔。
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