CN109828155B - 一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置，测试箱体上安装X向、Y向、Z向加载组件，测试箱体上设置温度传感器、真空泵接头和三通管，三通管的两通口通过两个电磁阀分别连接液氮罐和热惰性气体加热装置，加载组件包括伺服电机、压杆和力传感器，压杆外端固定力传感器，伺服电机控制压杆移动，力传感器作用于测试箱体中上部试样的三个表面，两叠放试样连接测试导线，测试导线与电压表和电流表连接；力传感器通过信号传输线与控制系统连接；温度传感器、电磁阀及伺服电机均与控制系统连接。本发明在X、Y、Z三个方向对试样加载压力，通过低温液氮或热惰性气体调节测试环境的温度，实现不同温度和三向压力下材料接触电阻的测试。
Description
技术领域
本发明属于金属材料接触电阻测试技术领域，尤其涉及一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置。
背景技术
应用于在航空航天、轨道交通、海洋工程等领域的电连接材料及金属材料的电阻焊，因使用环境极端恶劣，导致材料表面接触的力-电性能受到极端环境温度的严重影响，因此对这些领域应用的材料性能要求也较为严苛。由于金属材料会受到温度、压力等的耦合作用，材料的接触电阻发生相应的变化，而当作用于材料的温度、压力等载荷超过材料的强度极限时，材料将遭受破坏。为了筛选出可用于极端环境下的电连接材料，确保所选择的电连接材料能在超高温-超低温的宽温度范围、磨损、压力以及腐蚀等极端环境中正常使用，同时保证金属材料电阻焊的焊接质量，进行温度影响下材料接触面间力-电性能的研究具有极为重要的意义。目前，只在常温或液氮温区对材料施加单一方向的压力来测试材料表面间的接触电阻，而对于温度变化和多向压力下材料表面间的接触电阻，并没有相应的测试装置。因此，测试材料在不同温度及多向压力下的接触电阻对于材料的应用具有重要的指导作用。
综上所述，现有的实验仪器和设备中，仅可以实现在常温或液氮温区环境中对材料加载单一方向的压力，而无法同时实现不同温度环境中多向压力下材料接触电阻的测试，不能确定材料是否能够应用于极端环境中，限制了电连接材料及金属材料的电阻焊在某些领域的应用。
发明内容
针对上述背景技术中存在的不足，本发明提供了一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置。
本发明是这样实现的，一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置，包括测试箱体、加载组件、温度传感器，所述加载组件包括X向加载组件、Y向加载组件、Z向加载组件，所述加载组件包括伺服电机、压杆、力传感器，所述压杆的外端固定力传感器，所述伺服电机控制压杆的移动，所述X向加载组件、Y向加载组件、Z向加载组件分别安装于测试箱体的X轴向、Y轴向、Z轴向，所述压杆和力传感器置于测试箱体中，所述测试箱体中底部固定试样台，试样台上由下至上叠放第一试样和第二试样，所述X向加载组件、Y向加载组件和Z向加载组件的力传感器分别作用于第二试样的三个表面，所述第一试样和第二试样上分别连接测试导线，所述测试导线通过测试箱体上的第一导线孔穿出并与电压表和电流表连接；所述力传感器连接有信号传输线，信号传输线通过测试箱体上的第二导线孔穿出后与控制系统连接；所述测试箱体上设置三通管，所述三通管的一端置于测试箱体中，三通管的另外两端置于测试箱体外分别为电磁阀接口一和电磁阀接口二，所述电磁阀接口一通过电磁阀与液氮罐连接，所述电磁阀接口二通过电磁阀与热惰性气体加热装置的出气孔连接；所述温度传感器的探测头插入测试箱体中，所述测试箱体上设有连接真空泵的真空泵接头，所述温度传感器、电磁阀、伺服电机及真空泵均与控制系统连接。
优选地，所述加载组件还包括第一箱体和第二箱体，所述伺服电机安装于第一箱体上，所述第一箱体和第二箱体通过轴承盖连接，所述压杆的外端固定力传感器，所述压杆的内端伸入第二箱体中并通过螺纹联接螺旋板，所述螺旋板与第二箱体中设置的螺纹轴联接，所述螺纹轴的输入端伸入第一箱体中通过平键和连接套与伺服电机的输出轴联接，所述第二箱体固定安装于测试箱体上。
优选地，所述螺旋板与螺纹轴通过梯形螺纹联接。
优选地，所述第二箱体与测试箱体之间设置绝热垫。
优选地，所述试样台上设有限制第一试样水平移动的凸块。
优选地，所述测试箱体的内壁上设置保温层。
优选地，所述测试箱体由上板、底板和侧板组成，所述上板、底板和侧板的对接处设置密封垫。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明在X、Y、Z三个方向设置压力加载组件，分别对试样的三个不同方向进行加载压力；通过三通管为测试箱体提供低温液氮或热惰性气体，液氮或热惰性气体的流量通过与之分别连接的电磁阀控制，热惰性气体的温度通过热惰性气体加热装置控制，测试箱体中的温度及加载组件施加于试样的压力通过控制系统控制调节，为金属试样提供热-力多场耦合环境，从而实现不同温度和三向压力下材料接触电阻的测试。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置的主视图。
图2是本发明实施例提供的一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置的俯视图。
图3是本发明实施例提供的一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置的左视图。
图4是本发明实施例提供的加载组件的外端侧视图。
图5是本发明实施例提供的加载组件的内端侧视图。
图6是图5中A-A处的部分剖面图。
图7是图5中B-B处的部分剖面图。
图8是本发明实施例提供的一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置主视方向的内部结构图。
图9是本发明实施例提供的一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置俯视方向的内部结构图。
图中：1-测试箱体；2-X向加载组件；3-Y向加载组件；4-Z向加载组件；5-真空泵接头；6-温度传感器；7-三通管；7-1-电磁阀接口一；7-2-电磁阀接口二；8-伺服电机；9-第一箱体；10-第二箱体；11-轴承盖；12-螺纹轴；13-梯形螺纹；14-螺旋板；15-压杆；16-力传感器；17-绝热垫；18-连接套；19-平键；20-轴套；21-螺钉；22-垫片；23-第一导线孔；24-第二导线孔；25-试样台；26-凸块；27-第一试样；28-第二试样；29-保温层；30-密封垫。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-图3，一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置，包括测试箱体1、X向加载组件2、Y向加载组件3、Z向加载组件4、温度传感器6、三通管7，X向加载组件2、Y向加载组件3、Z向加载组件4分别安装于测试箱体1的X轴向、Y轴向、Z轴向，温度传感器6的探测头插入测试箱体1中，三通管7的一端置于测试箱体1中，三通管7的另外两端置于测试箱体1外分别为电磁阀接口一7-1和电磁阀接口二7-2，电磁阀接口一7-1通过电磁阀与液氮罐连接，电磁阀接口二7-2通过电磁阀与热惰性气体加热装置的出气孔连接，液氮或热惰性气体的流量通过与之分别连接的电磁阀控制，热惰性气体的温度通过热惰性气体加热装置控制。测试箱体1上设置连接真空泵的真空泵接头5、第一导线孔23和第二导线孔24。
X向加载组件2、Y向加载组件3和Z向加载组件4的结构相同，其外端侧视图如图4所示，其内端侧视图如图5所示，结构图如图6-7所示，均包括伺服电机8、压杆15、力传感器16，压杆15的外端固定力传感器16，可采用螺钉21和垫片22进行固定，为了使伺服电机8更好的控制压杆15的移动，加载组件的结构具体可设计如下：加载组件还设置第一箱体9和第二箱体10，伺服电机8安装于第一箱体9上，第一箱体9和第二箱体10通过轴承盖11连接，伺服电机8、第一箱体9和第二箱体10之间可通过螺钉21和垫片22进行固定安装；压杆15的内端伸入第二箱体10中并通过螺纹联接螺旋板14，螺旋板14与第二箱体10中设置的螺纹轴12联接，螺旋板14与螺纹轴12通过梯形螺纹13联接，螺纹轴12的一端通过轴承安装于第二箱体10的侧壁上，螺纹轴12的另一端伸入第一箱体9中通过平键19和连接套18与伺服电机8的输出轴联接，螺纹轴12与轴承盖11连接处设有轴套20并通过轴承安装于轴承盖11，第二箱体10固定安装于测试箱体1上，安装方式也可采用螺钉21和垫片22实现，为确保加载组件和测试箱体1的连接处的绝热性，在第二箱体10与测试箱体1之间设置绝热垫17。
加载组件安装于测试箱体1上后，压杆15和力传感器16置于测试箱体1中，测试箱体1中底部固定试样台25，试样台25的固定可采用螺钉21和垫片22的方式，试样台25上由下至上叠放第一试样27和第二试样28，X向加载组件、Y向加载组件和Z向加载组件的力传感器分别作用于第二试样28的X轴向、Y轴向和Z轴向的三个表面，对第二试样28施加三个不同方向的压力，由于第二试样28和第一试样27接触，当第二试样28受到水平压力后，为防止第一试样27发生水平位移，在试样台25上设置限制第一试样27水平移动的凸块26。
第一试样27和第二试样28上分别连接测试导线，该测试导线再通过测试箱体1上的第一导线孔23穿出测试箱体1并与电压表和电流表连接，接触电阻的测试采用四线法测量；力传感器16连接信号传输线，信号传输线通过测试箱体1上的第二导线孔24穿出测试箱体1后与控制系统连接；控制系统还与温度传感器6、伺服电机8、真空泵、连接电磁阀接口一7-1和电磁阀接口二7-2的电磁阀连接。
为进一步减少外界对测试箱体1中温度的影响，在测试箱体1的内壁上设置保温层29。
为了方便X向加载组件、Y向加载组件和Z向加载组件的安装和其各部件的更换，测试箱体1设计为可拆卸的结构，测试箱体1由上板、底板和4个侧板组成，各板之间通过螺钉固定连接，上板、底板和侧板的对接处设置密封垫30。
本发明的工作原理如下：
通过控制系统设定温度和压力，温度传感器6探测测试箱体1中的实际温度并将该数据传输给控制系统，对于设定温度高于室温的情况，装置运行开始时，真空泵启动，对测试箱体1进行抽气，同时控制系统控制与热惰性气体加热装置出气孔连接的电磁阀工作，通过该电磁阀控制热惰性气体流入测试箱体1的流量，使测试箱体1中的温度逐渐升高，当温度传感器6测量的测试箱体1中的温度高于设定温度时，控制系统控制与电磁阀接口二7-2连接的电磁阀关闭，热惰性气体停止流入测试箱体1，真空泵继续排气，使测试箱体1中的温度降低至设定温度值，然后真空泵关闭，测试箱体1处于保温状态。保温过程中，若温度传感器6测量的温度低于设定温度时，则与电磁阀接口二7-2连接的电磁阀再次开启，对测试箱体1补充热惰性气体，使温度升高，以达到设定温度。对于设定温度低于室温的情况，装置运行开始时，控制系统控制与液氮罐连接的电磁阀打开，该电磁阀控制液氮流入测试箱体1的流量，使测试箱体1内温度下降，当温度传感器6测量的测试箱体1中的温度低于设定温度时，控制系统控制与电磁阀接口一7-1连接的电磁阀关闭，同时开启真空泵，对测试箱体1中的低温气体进行抽气，使测试箱体1中的温度升高至设定温度，然后真空泵关闭，测试箱体1处于保温状态。保温过程中，若温度传感器6测量的温度高于设定温度时，则与电磁阀接口一7-1连接的电磁阀再次开启，对测试箱体1继续导入液氮，进一步降低温度测试箱体1的温度，使其达到设定温度。液氮或热惰性气体进入测试箱体1的速度和流量可通过控制相应的电磁阀开口的大小进行控制，热惰性气体的温度可通过热惰性气体加热装置进行调节。测试箱体1中的温度达到设定温度而进行保温时，按照设定的压力，控制系统驱动X、Y和Z向加载组件的伺服电动机8运动，使三个方向的力传感器16分别和第一试样28的三个表面接触并达到设定压力后，伺服电动机8停止运动，试样上的压力保持不变，开始测试试样之间的接触电阻，通过与测试导线连接的电压表和电流表测量设定温度和压力下两个试样之间的接触电阻。通过设定不同的温度和压力，可得到在不同温度和压力下试样的接触电阻的变化情况，据此筛选出可应用于极端环境中的电连接材料，保证金属材料电阻焊的焊接质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可控温度下三向加载接触电阻测试装置，其特征在于，包括测试箱体、加载组件、温度传感器，所述加载组件包括X向加载组件、Y向加载组件、Z向加载组件，所述加载组件包括伺服电机、压杆、力传感器，所述压杆的外端固定力传感器，所述伺服电机控制压杆的移动，所述X向加载组件、Y向加载组件、Z向加载组件分别安装于测试箱体的X轴向、Y轴向、Z轴向，所述压杆和力传感器置于测试箱体中，所述测试箱体中底部固定试样台，试样台上由下至上叠放第一试样和第二试样，所述试样台上设有限制第一试样水平移动的凸块，所述X向加载组件、Y向加载组件和Z向加载组件的力传感器分别作用于第二试样的三个表面，所述第一试样和第二试样上分别连接测试导线，所述测试导线通过测试箱体上的第一导线孔穿出并与电压表和电流表连接；所述力传感器连接有信号传输线，信号传输线通过测试箱体上的第二导线孔穿出后与控制系统连接；所述测试箱体上设置三通管，所述三通管的一端置于测试箱体中，三通管的另外两端置于测试箱体外分别为电磁阀接口一和电磁阀接口二，所述电磁阀接口一通过电磁阀与液氮罐连接，所述电磁阀接口二通过电磁阀与热惰性气体加热装置的出气孔连接；所述温度传感器的探测头插入测试箱体中，所述测试箱体上设有连接真空泵的真空泵接头，所述温度传感器、电磁阀、伺服电机及真空泵均与控制系统连接；
所述加载组件还包括第一箱体和第二箱体，所述伺服电机安装于第一箱体上，所述第一箱体和第二箱体通过轴承盖连接，所述压杆的外端固定力传感器，所述压杆的内端伸入第二箱体中并通过螺纹联接螺旋板，所述螺旋板与第二箱体中设置的螺纹轴联接，所述螺纹轴的输入端伸入第一箱体中通过平键和连接套与伺服电机的输出轴联接，所述第二箱体固定安装于测试箱体上。
2.如权利要求1所述的可控温度下三向加载接触电阻测试装置，其特征在于，所述螺旋板与螺纹轴通过梯形螺纹联接。
3.如权利要求1所述的可控温度下三向加载接触电阻测试装置，其特征在于，所述第二箱体与测试箱体之间设置绝热垫。
4.如权利要求1所述的可控温度下三向加载接触电阻测试装置，其特征在于，所述测试箱体的内壁上设置保温层。
5.如权利要求4所述的可控温度下三向加载接触电阻测试装置，其特征在于，所述测试箱体由上板、底板和侧板组成，所述上板、底板和侧板的对接处设置密封垫。
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| 新型触点材料接触电阻自动测量系统的研究;任万滨 等;电工材料(第4期);39-42 * |
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