CN115343534A - 一种用于测量金属熔体电阻的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量金属熔体电阻的装置，属于电阻测量技术领域。所述装置包括输送组件、加热组件、测量组件和磁场组件。输送组件包括输送线和多个支撑架，多个支撑架间隔悬挂在输送线上，支撑架上具有坩埚，坩埚内具有两个导电头，且各导电头均与一个第一接头电连接。加热组件包括第一升降结构和加热件，第一升降结构和加热件传动连接。测量组件包括电阻测量仪和两个第二接头，电阻测量仪分别与两个第二接头电连接。磁场组件包括第二升降结构和磁场发生器，第二升降结构和磁场发生器传动连接。本发明实施例提供的一种用于测量金属熔体电阻的装置可以实现连续性测量，提高电阻测量效率。
Description
技术领域
本发明属于电阻测量技术领域，更具体地，涉及一种用于测量金属熔体电阻的装置。
背景技术
随着电子产品功能的完善和强大，电路板模块集成化发展快速，焊点也越发密集，产品在使用过程中的可靠性也越来越引起人们的重视，而电子产品的故障主要出现在连接部分。目前对电子工业产品连接可靠性的要求达到了前所未有的高度。另外，在金属熔体焊接过程中施加磁场，可提高钎料的润湿性，细化焊缝区金属微观组织并使成分均匀分布，显著增强焊点的力学性能和可靠性。
Ziman理论表明金属的电阻是结构因子的函数，通过监测金属熔体在焊接过程中电阻变化可分析金属熔体的特性，进而指导软钎焊焊接过程，得到最优焊接参数，提高焊接质量。
然而，现有技术对金属熔体进行电阻测量存在以下问题：
(1)无法连续测量，且金属熔体位于加热件内，加热件的余热使得降温速率较慢，导致测量效率较低；(2)无法在磁场条件下实现测量。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于测量金属熔体电阻的装置，其目的在于不仅可以磁场条件下测量金属熔体在焊接过程中阻值变化，还能提高样品的降温速率，且实现连续性测量，提高电阻测量效率。
本发明提供了一种用于测量金属熔体电阻的装置，所述装置包括输送组件、加热组件、测量组件和磁场组件；
所述输送组件包括输送线和多个支撑架，多个所述支撑架间隔悬挂在所述输送线上，对于任意一个所述支撑架，所述支撑架上具有用于放置金属熔体的坩埚，所述坩埚内具有两个导电头，且各所述导电头均与一个第一接头电连接；
所述加热组件包括第一升降结构和用于对所述坩埚加热的加热件，所述第一升降结构和所述加热件传动连接，以驱动所述加热件升降至所述支撑架上；
所述测量组件包括电阻测量仪和两个第二接头，所述电阻测量仪分别与两个第二接头电连接，两个所述第二接头与两个所述第一接头插接配合；
所述磁场组件包括第二升降结构和用于对坩埚施加磁场的磁场发生器，所述第二升降结构和所述磁场发生器传动连接，以升降所述磁场发生器，所述磁场发生器与所述加热件相对布置。
可选地，所述坩埚包括锅体和锅盖，所述锅体的开口朝上布置，所述锅盖可拆卸地插装在所述锅体的开口处，两个所述导电头均插装在所述锅盖中，且各所述导电头的底部位于所述锅体内。
可选地，所述坩埚还包括隔板，所述隔板的两侧边固定安装在所述锅体的内壁上，且所述隔板的底部与所述锅体的底部间隔布置，两个所述导电头位于所述隔板的两侧，所述锅盖与所述隔板相抵。
可选地，所述坩埚还包括压杆，所述锅体的顶部具有两个相对布置的通孔，所述压杆和所述锅盖相抵，且所述锅盖位于所述压杆下方，所述压杆的两端凸出所述锅盖布置，且所述压杆的两端分别可活动地插装在两个所述通孔中。
可选地，所述坩埚包括锅体和铜基板，所述锅体的开口朝下布置，所述铜基板密封插装在所述锅体的开口处，两个所述导电头分别插装在所述锅体和所述铜基板上，且插装在所述锅体的所述导电头的底端位于所述锅体内。
可选地，所述磁场组件还包括旋转盘，所述磁场发生器位于所述旋转盘上，且所述旋转盘与所述第二升降结构传动连接。
可选地，所述第一升降结构包括支架、滑块和连接杆，所述支架竖直布置，所述滑块可滑动地布置在所述支架上，所述连接杆和所述滑块固定连接，且所述连接杆水平布置，所述连接杆和所述加热件通过吊索连接。
可选地，所述装置还包括存储罐，所述存储罐内充设有惰性气体，所述存储罐和所述坩埚的内腔连通。
可选地，所述加热件上具有石英管，所述石英管位于所述加热件和所述坩埚之间，且所述石英管可活动地套设在所述坩埚的外周壁上。
可选地，所述电阻测量仪包括电源、电压表和电流表，所述电源和所述电流表串联在两个所述第一接头之间，所述电压表和两个所述第二接头并联。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
对于本发明实施例提供的一种用于测量金属熔体电阻的装置，在对金属熔体(样品)进行电阻测量时，首先，将各样品分别加入到相对应的坩埚内。然后，通过输送线依次将各支撑架及坩埚输送至加热件下方。接着，通过第二升降结构上升磁场发生器，使得磁场发生器围设支撑架的四周，从而给样品提供稳定的磁场环境。此时，通过两个第一接头和两个第二接头对接，使得电阻测量仪、两个导电头和样品形成一个闭合的回路，从而便于后续在加热、冷却或者反应过程中测量样品的电阻变化。最后，通过第一升降结构下降加热件，加热件下降至支撑架上，可以对坩埚进行加热，以模拟焊接，从而使得样品熔化或者与基板反应。另外，加热完成后，通过第一升降结构上升加热件，可以使得加热件和样品的分离，从而实现样品的快速降温冷却，提高测量效率。
另外，当一个样品测量完，解除第一接头和第二接头的对接，通过输送线继续移动支撑架，使得下一个支撑架同样正对加热件和磁场发生器，并重复上述步骤，从而可以实现多样品的连续性测量。
也就是说，本发明实施例提供的一种用于测量金属熔体电阻的装置，不仅可以磁场条件下测量金属熔体在焊接过程中阻值变化，还能提高样品的降温速率，且实现连续性测量，提高电阻测量效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于测量金属熔体电阻的装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种坩埚的装配示意图；
图3是本发明实施例提供的一种坩埚的剖视图；
图4是本发明实施例提供的另一种坩埚的装配示意图。
图中各符号表示含义如下：
1、输送组件；11、输送线；12、支撑架；13、坩埚；131、锅体；1311、通孔；132、锅盖；133、隔板；134、压杆；135、铜基板；14、导电头；15、第一接头；16、石英管；2、加热组件；21、第一升降结构；211、支架；212、滑块；213、连接杆；214、连接座；22、加热件；221、吊索；3、测量组件；31、电阻测量仪；311、电源；312、电压表；313、电流表；32、第二接头；4、磁场组件；41、第二升降结构；42、磁场发生器；43、旋转盘；5、存储罐；6、热电偶传感器；100、样品。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明实施例提供的一种用于测量金属熔体电阻的装置的结构示意图，如图1所示，装置包括输送组件1、加热组件2、测量组件3和磁场组件4。输送组件1包括输送线11和多个支撑架12，多个支撑架12间隔悬挂在输送线11上。
对于任意一个支撑架12，支撑架12上具有用于放置金属熔体的坩埚13，坩埚13内具有两个导电头14，且各导电头14均与一个第一接头15电连接。
加热组件2包括第一升降结构21和用于对坩埚13加热的加热件22，第一升降结构21和加热件22传动连接，以驱动加热件22升降至支撑架12上。
测量组件3包括电阻测量仪31和两个第二接头32，电阻测量仪31分别与两个第二接头32电连接，两个第二接头32与两个第一接头15插接配合。
磁场组件4包括第二升降结构41和用于对坩埚13施加磁场的磁场发生器42，第二升降结构41和磁场发生器42传动连接，以升降磁场发生器42，磁场发生器42与加热件22相对布置。
对于本发明实施例提供的一种用于测量金属熔体电阻的装置，在对金属熔体(样品100)进行电阻测量时，首先，将各样品100分别加入到相对应的坩埚13内。然后，通过输送线11依次将各支撑架12及坩埚13输送至加热件22下方。接着，通过第二升降结构41上升磁场发生器42，使得磁场发生器42围设支撑架12的四周，从而给样品100提供稳定的磁场环境。此时，通过两个第一接头15和两个第二接头32对接，使得电阻测量仪31、两个导电头14和样品100形成一个闭合的回路，从而便于后续在加热、冷却或者反应过程中测量样品100的电阻变化。最后，通过第一升降结构21下降加热件22，加热件22下降至支撑架12上，可以对坩埚13进行加热，以模拟焊接，从而使得样品100熔化或者与基板反应。另外，加热完成后，通过第一升降结构21上升加热件22，可以使得加热件22和样品100的分离，从而实现样品100的快速降温冷却，提高测量效率。
另外，当一个样品100测量完，解除第一接头15和第二接头32的对接，通过输送线11继续移动支撑架12，使得下一个支撑架12同样正对加热件22和磁场发生器42，并重复上述步骤，从而可以实现多样品100的连续性测量。
也就是说，本发明实施例提供的一种用于测量金属熔体电阻的装置，不仅可以磁场条件下测量金属熔体在焊接过程中阻值变化，还能提高样品100的降温速率，且实现连续性测量，提高电阻测量效率。
在本发明的一种实现方式中，图2是本发明实施例提供的一种坩埚的装配示意图，如图2所示，坩埚13包括锅体131和锅盖132，锅体131的开口朝上布置，锅盖132可拆卸地插装在锅体131的开口处，两个导电头14均插装在锅盖132中，且各导电头14的底部位于锅体131内。
在上述实施方式中，通过锅体131和锅盖132的设置不仅可以便捷取放样品100，还能提供绝缘环境，从而对研究钎焊过程中样品100自身熔化与凝固期间样品100电阻的变化，具有重要的意义。
进一步地，坩埚13还包括隔板133，隔板133的两侧边固定安装在锅体131的内壁上，且隔板133的底部与锅体131的底部间隔布置，两个导电头14位于隔板133的两侧，锅盖132与隔板133相抵。
在上述实施方式中，隔板133对两个导电头14起到一定的隔绝的作用，测量的样品100的距离为U形，使得样品100的阻值测量更加精准。
图3是本发明实施例提供的一种坩埚的剖视图，如图3所示，坩埚13还包括压杆134，锅体131的顶部具有两个相对布置的通孔1311，压杆134和锅盖132相抵，且锅盖132位于压杆134下方，压杆134的两端凸出锅盖132布置，且压杆134的两端分别可活动地插装在两个通孔1311中。
在上述实施方式中，压杆134对锅盖132在锅体131上布置起到固定的作用，且可以限制锅盖132从上方脱离锅体131。
也就是说，通过隔板133和压杆134可以实现对锅盖132的夹装限位，避免导电头14意外移动。
示例性地，锅盖132上具有两个间隔布置的通孔，起到插装导电头14的作用。
示例性地，导电头14可以为导电螺栓。
在本发明的另一种实现方式中，图4是本发明实施例提供的另一种坩埚的装配示意图，如图4所示，坩埚13包括锅体131和铜基板135，锅体131的开口朝下布置，铜基板135密封插装在锅体131的开口处，两个导电头14分别插装在锅体131和铜基板135上，且插装在锅体131的导电头14的底端位于锅体131内。
在上述实施方式中，通过底部布置的铜基板135可以模拟焊接时，样品100与铜基板135进行反应过程中的阻值变化。
容易理解的是，利用金属熔体和铜基体模拟钎焊过程中的钎料与基体，通过测量金属熔体和铜基体的电阻变化即可测试钎焊反应过程中钎料与基体电阻变化，电阻变化规律可反应出焊接界面、钎料状态等变化情况。
示例性地，利用R＝U/I计算金属熔体与铜基体的电阻值。在计算过程中注意空载时电阻值的变化，得到样品100实际阻值R＝R总-R0，其中，R总为金属熔体和铜基体的总电阻，R0为无样品100时铜基板135的电阻。
另外，下方导电头14可以与铜基板135螺纹配合，插装在铜基板135中。上方导电头14的底端与样品100接触。
再次参见图1，磁场组件4还包括旋转盘43，磁场发生器42位于旋转盘43上，且旋转盘43与第二升降结构41传动连接。
在上述实施方式中，旋转盘43可以带动磁场发生器42旋转，从而对样品100提供旋转的磁场。
示例性地，旋转盘43转速可调。另外，磁场发生器42具有冷却系统，防护磁场在高温下消磁。磁场为恒定磁场，使用过程中无需通电，具有稳定可靠，成本低廉的优点。
在本实施例中，第一升降结构21包括支架211、滑块212和连接杆213，支架211竖直布置，滑块212可滑动地布置在支架211上，连接杆213和滑块212固定连接，且连接杆213水平布置，连接杆213和加热件22通过吊索221连接。
在上述实施方式中，通过滑块212可以带动连接杆213升降，从而带动吊索221升降，进而也就可以带动加热件22升降。
示例性地，加热件22可以为加热炉或者电阻丝。
示例性地，连接杆213的左端有连接座214，吊索221布置在连接座214上。另外，支撑架12同样可以通过吊索悬挂在输送线11上。
在本实施例中，装置还包括存储罐5，存储罐5内充设有惰性气体，存储罐5和坩埚13的内腔连通。
在上述实施方式中，存储罐5内的惰性气体可以在电阻测量过程中对金属样品100进行洗气式防氧化保护。
示例性地，惰性气体可以为氦气或者氮气。
需要说明的是，加热件22下降至支撑架12上，且支撑架12位于磁场发生器42的开口内，可由第一升降结构21、第二升降结构41和输送线11调整位置，使其支撑架12处于磁场中间，保证磁场能够正常工作而不碰触支撑架12及加热件22。加热件22对样品100加热时间可由电阻率测试结果、界面反应结果以及焊接效果等判定，加热完毕后，加热件22可在第一升降结构21向上引出后，使样品100保留在磁场中，此时惰性气体继续施加，可实现样品100继续降温冷却，以期得到更好的焊接效果和参数值。
另外，加热件22上具有石英管16，石英管16位于加热件22和坩埚13之间，且石英管16可活动地套设在坩埚13的外周壁上。
在上述实施方式中，石英管16不仅起到绝缘的作用，还可以传递热量，避免加热件22中的电流对电阻回路的测量产生影响。
具体地，电阻测量仪31包括电源311、电压表312和电流表313，电源311和电流表313串联在两个第一接头15之间，电压表312和两个第二接头32并联，从而通过电压表312和电流表313的读数实时计算金属熔体的电阻，从而确定金属熔体在熔化、凝固或者反应时的电阻的变化。
示例性地，电源311为稳恒直流电压电源，稳恒直流电压电源为0-220V连续可调。电压表312为高灵敏万用表，可精确至微伏。电流表313为精密电流表313，可测回路中电流大小。电阻测量仪31还包括有外接0-200Ω可调电阻，用于调节回路中电流大小与稳定性。电阻测量仪31与各第二接头32之间刚性连接，保证电阻测量过程电路的稳定。
在本实施例中，装置还包括热电偶传感器6，以准确检测坩埚13内部的温度，从而便于调节加热件22的加热功率。
本发明的优点包括：
1、本发明采用可分离式加热组件2，加热组件2可与盛放金属熔体的坩埚13分离，实现金属熔体加热、保温与冷却过程的变温速测量。
2、可在磁场发生器42中对应的磁场/旋转磁场的狭小空间内实施。
3、可对样品100的熔化过程、凝固过程、不同温度下熔体以及液固界面反应过程等电阻变化进行测量。
4、本发明的测量过程在惰性气体下完成，避免氧化。
5、本发明设计切实有效，简单易行(只需打开坩埚13，取出样品100，然后更换样品100)，通过输送线11以及接头的连接与断开可连续输送样品100进行测试，易于实现工业化，自动化和连续生产。
6、本测试过程有通过导电螺栓固定铜导线，测量时电路更加稳定，数据更可靠。
7、根据电阻测试结果，分析得到最好的微观结构和力学性能所对应电阻值。有助于分析对材料组织与性能影响的内部机理，发明新材料。
本领域的技术人员容易理解，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 (10)
1.一种用于测量金属熔体电阻的装置，其特征在于，所述装置包括输送组件(1)、加热组件(2)、测量组件(3)和磁场组件(4)；
所述输送组件(1)包括输送线(11)和多个支撑架(12)，多个所述支撑架(12)间隔悬挂在所述输送线(11)上，对于任意一个所述支撑架(12)，所述支撑架(12)上具有用于放置金属熔体的坩埚(13)，所述坩埚(13)内具有两个导电头(14)，且各所述导电头(14)均与一个第一接头(15)电连接；
所述加热组件(2)包括第一升降结构(21)和用于对所述坩埚(13)加热的加热件(22)，所述第一升降结构(21)和所述加热件(22)传动连接，以驱动所述加热件(22)升降至所述支撑架(12)上；
所述测量组件(3)包括电阻测量仪(31)和两个第二接头(32)，所述电阻测量仪(31)分别与两个第二接头(32)电连接，两个所述第二接头(32)与两个所述第一接头(15)插接配合；
所述磁场组件(4)包括第二升降结构(41)和用于对坩埚(13)施加磁场的磁场发生器(42)，所述第二升降结构(41)和所述磁场发生器(42)传动连接，以升降所述磁场发生器(42)，所述磁场发生器(42)与所述加热件(22)相对布置。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量金属熔体电阻的装置，其特征在于，所述坩埚(13)包括锅体(131)和锅盖(132)，所述锅体(131)的开口朝上布置，所述锅盖(132)可拆卸地插装在所述锅体(131)的开口处，两个所述导电头(14)均插装在所述锅盖(132)中，且各所述导电头(14)的底部位于所述锅体(131)内。
3.根据权利要求2所述的一种用于测量金属熔体电阻的装置，其特征在于，所述坩埚(13)还包括隔板(133)，所述隔板(133)的两侧边固定安装在所述锅体(131)的内壁上，且所述隔板(133)的底部与所述锅体(131)的底部间隔布置，两个所述导电头(14)位于所述隔板(133)的两侧，所述锅盖(132)与所述隔板(133)相抵。
4.根据权利要求2所述的一种用于测量金属熔体电阻的装置，其特征在于，所述坩埚(13)还包括压杆(134)，所述锅体(131)的顶部具有两个相对布置的通孔(1311)，所述压杆(134)和所述锅盖(132)相抵，且所述锅盖(132)位于所述压杆(134)下方，所述压杆(134)的两端凸出所述锅盖(132)布置，且所述压杆(134)的两端分别可活动地插装在两个所述通孔(1311)中。
5.根据权利要求1所述的一种用于测量金属熔体电阻的装置，其特征在于，所述坩埚(13)包括锅体(131)和铜基板(135)，所述锅体(131)的开口朝下布置，所述铜基板(135)密封插装在所述锅体(131)的开口处，两个所述导电头(14)分别插装在所述锅体(131)和所述铜基板(135)上，且插装在所述锅体(131)的所述导电头(14)的底端位于所述锅体(131)内。
6.根据权利要求1所述的一种用于测量金属熔体电阻的装置，其特征在于，所述磁场组件(4)还包括旋转盘(43)，所述磁场发生器(42)位于所述旋转盘(43)上，且所述旋转盘(43)与所述第二升降结构(41)传动连接。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于测量金属熔体电阻的装置，其特征在于，所述第一升降结构(21)包括支架(211)、滑块(212)和连接杆(213)，所述支架(211)竖直布置，所述滑块(212)可滑动地布置在所述支架(211)上，所述连接杆(213)和所述滑块(212)固定连接，且所述连接杆(213)水平布置，所述连接杆(213)和所述加热件(22)通过吊索(221)连接。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于测量金属熔体电阻的装置，其特征在于，所述装置还包括存储罐(5)，所述存储罐(5)内充设有惰性气体，所述存储罐(5)和所述坩埚(13)的内腔连通。
9.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于测量金属熔体电阻的装置，其特征在于，所述加热件(22)上具有石英管(16)，所述石英管(16)位于所述加热件(22)和所述坩埚(13)之间，且所述石英管(16)可活动地套设在所述坩埚(13)的外周壁上。
10.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于测量金属熔体电阻的装置，其特征在于，所述电阻测量仪(31)包括电源(311)、电压表(312)和电流表(313)，所述电源(311)和所述电流表(313)串联在两个所述第一接头(15)之间，所述电压表(312)和两个所述第二接头(32)并联。
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