CN116183722B - 基于双频检测的环氧树脂绝缘件厚度测量误差消除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于双频检测的环氧树脂绝缘件厚度测量误差消除方法，通过制备环氧树脂绝缘材料标准试样；使用2.5MHz和1.5MHz的超声探头对环氧树脂绝缘材料标准试样的声弹性系数和无应力下声速进行测量，得出两种频率下的声弹性方程；使用2.5MHz与1.5MHz的超声探头对盆式绝缘子各被测点位进行测量，获得各点的超声传播时间；最终联立两个声弹性方程，消去声程，其中声程为待测点材料厚度的两倍，代入两个不同频率下材料的声弹性系数和超声传播时间，得出各测量点位残余应力值。本发明不需测量盆式绝缘子厚度，避免厚度测量误差对残余应力计算结果的影响，所得出的残余应力值更为精确。

Description

基于双频检测的环氧树脂绝缘件厚度测量误差消除方法
技术领域
本发明属于高压电技术领域，尤其是基于双频检测的环氧树脂绝缘件厚度测量误差消除方法。
背景技术
盆式绝缘子是GIS中非常重要的绝缘部件，起到电气绝缘及气体密封作用，其可靠性直接关系到配电系统的安全稳定性。盆式绝缘子在浇注过程中易出现局部温度不均匀而导致不同部位环氧树脂与酸酐的交联反应程度出现差异性，造成环氧树脂复合材料固化度的不均匀分布，进而产生不均匀的固化收缩应变。在降温冷却阶段，绝缘子需经历100摄氏度以上的温度降低，产生极大的热应变，同时由于导体与固体绝缘界面处两侧材料自身的热膨胀系数不同，导致应力在分界面处更加集中，使得绝缘子在高温、高气压的工况下强度失效风险陡增。
相较于传统的钻孔法检测，使用基于声弹性效应的残余应力超声检测方法具有不破坏待测件结构的优点。可以用于环氧复合绝缘材料内部应力的检测。但现有的方法多应用于标准试样或几何结构简单的构件，使用声弹性效应进行计算所得的声速受厚度影响较大，而盆式绝缘子结构复杂，由于反应不均匀的影响其各处厚度可能存在差异且难以测量。同时由于声速——应力曲线斜率很小，声速的微小变化即会使计算出的应力值产生较大变化，极大的影响了检测结果的准确性，影响后续对工件残余应力状况的评估。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出基于双频检测的环氧树脂绝缘件厚度测量误差消除方法，避免厚度测量误差对残余应力计算结果的影响，得出的残余应力值更为精确。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
基于双频检测的环氧树脂绝缘件厚度测量误差消除方法，包括以下步骤：
步骤1、制备环氧树脂绝缘材料标准试样；
步骤2、使用2.5MHz和1.5MHz的超声探头对环氧树脂绝缘材料标准试样的声弹性系数和无应力下声速进行测量，得出两种频率下的声弹性方程；
步骤3、使用2.5MHz与1.5MHz的超声探头对盆式绝缘子各被测点位进行测量，获得各点的超声传播时间；
步骤4、联立步骤2中的两个声弹性方程，消去声程，其中声程为待测点材料厚度的两倍，代入两个不同频率下材料的声弹性系数和超声传播时间，得出各测量点位残余应力值。
而且，所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1、模具预处理时在其内表面喷涂适量型号为GA-9750的脱模剂；
步骤1.2、将CT-3351环氧树脂、微米氧化铝粉末、TF-1固体固化剂、预先准备的铸型模具放入工业用烤箱中，在100摄氏度的条件下预热1h；
步骤1.3、预热完成后将环氧树脂与氧化铝粉末混合搅拌，再加入固化剂，环氧树脂、固化剂、氧化铝的质量比为100:44:306，搅拌均匀后放入旋片式真空泵进行真空脱泡2次，总时长为20分钟；
步骤1.4、将混合物缓慢倒入预热好的模具中，放入烤箱中，在130摄氏度的条件下固化14小时，待其冷却至室温后脱模，得到环氧树脂绝缘材料标准试样。
而且，所述步骤4的具体实现方法为：
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其中，和/>为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的声波声速；/>为声程，声程为待测点材料厚度的两倍；/>和/>为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的声波传播时长；/>和为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的试样无应力声波声速；/>和/>为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的声弹性系数，/>为残余应力值，/>为零应力值。
本发明的优点和积极效果是：
本发明通过制备环氧树脂绝缘材料标准试样；使用2.5MHz和1.5MHz的超声探头对环氧树脂绝缘材料标准试样的声弹性系数和无应力下声速进行测量，得出两种频率下的声弹性方程；使用2.5MHz与1.5MHz的超声探头对盆式绝缘子各被测点位进行测量，获得各点的超声传播时间；最终联立两个声弹性方程，消去声程，其中声程为待测点材料厚度的两倍，代入两个不同频率下材料的声弹性系数和超声传播时间，得出各测量点位残余应力值。本发明不需测量盆式绝缘子厚度，避免厚度测量误差对残余应力计算结果的影响，所得出的残余应力值更为精确。
附图说明
图1为本发明2.5MHz超声探头下残余应力分布云图；
图2为本发明1.5MHz超声探头下残余应力分布云图；
图3为本发明消除厚度影响下残余应力分布云图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
基于双频检测的环氧树脂绝缘件厚度测量误差消除方法，包括以下步骤：
步骤1、制备环氧树脂绝缘材料标准试样。
步骤1.1、为使浇注的试样易于与模具分离，模具预处理时在其内表面喷涂适量型号为GA-9750的脱模剂。
步骤1.2、将CT-3351环氧树脂、微米氧化铝粉末、TF-1固体固化剂、预先准备的铸型模具放入工业用烤箱中，在100摄氏度的条件下预热1h。
步骤1.3、预热完成后将环氧树脂与氧化铝粉末混合搅拌，再加入固化剂，环氧树脂、固化剂、氧化铝的质量比为100:44:306，搅拌均匀后放入旋片式真空泵进行真空脱泡2次，总时长为20分钟。
步骤1.4、将混合物缓慢倒入预热好的模具中，放入烤箱中，在130摄氏度的条件下固化14小时，待其冷却至室温后脱模，得到环氧树脂绝缘材料标准试样，所得试样长4.0cm，宽4.0cm，厚1.0cm。
步骤2、使用2.5MHz和1.5MHz的超声探头对环氧树脂绝缘材料标准试样的声弹性系数和无应力下声速进行测量，得出两种频率下的声弹性方程。
步骤3、使用2.5MHz与1.5MHz的超声探头对盆式绝缘子各被测点位进行测量，获得各点的超声传播时间。
步骤4、联立步骤2中的两个声弹性方程，消去声程，其中声程为待测点材料厚度的两倍，代入两个不同频率下材料的声弹性系数和超声传播时间，得出各测量点位残余应力值。
本步骤的具体实现方法为：对环氧复合绝缘材料标准试样进行声弹性系数和无应力下声速的测量与计算，再使用上述两种超声探头对盆式绝缘子进行检测得到两种频率下超声波的传播时间，将两组声弹性系数、超声波传播时间、无应力下声速等数据代入两声弹性方程中，消去厚度以得到最终的残余应力数值：
，
，
，
，
，
其中，和/>为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的声波声速；/>为声程，声程为待测点材料厚度的两倍；/>和/>为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的声波传播时长；/>和为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的试样无应力声波声速；/>和/>为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的声弹性系数，/>为残余应力值，/>为零应力值
如图1、图2以及图3所示，本发明所得出的消除厚度后的残余应力云图与使用两种频率单独测量的残余应力云图均存在一定区别，证明人工测量厚度会对残余应力测量结果造成一定误差，采用消除厚度的残余应力测量方法可有效避免该误差。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.基于双频检测的环氧树脂绝缘件厚度测量误差消除方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、制备环氧树脂绝缘材料标准试样；
步骤2、使用2.5MHz和1.5MHz的超声探头对环氧树脂绝缘材料标准试样的声弹性系数和无应力下声速进行测量，得出两种频率下的声弹性方程；
步骤3、使用2.5MHz与1.5MHz的超声探头对盆式绝缘子各被测点位进行测量，获得各点的超声传播时间；
步骤4、联立步骤2中的两个声弹性方程，消去声程，其中声程为待测点材料厚度的两倍，代入两个不同频率下待测点材料的声弹性系数和超声传播时间，得出各测量点位残余应力值；其中，/>和/>为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的声波声速；/>为声程，声程为待测点材料厚度的两倍；/>和/>为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的声波传播时长；/>和/>为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的试样无应力声波声速；/>和/>为使用2.5MHz和1.5MHz探头测试的声弹性系数，/>为残余应力值，/>为零应力值
。
2.根据权利要求1所述的基于双频检测的环氧树脂绝缘件厚度测量误差消除方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1、模具预处理时在其内表面喷涂适量型号为GA-9750的脱模剂；
步骤1.2、将CT-3351环氧树脂、微米氧化铝粉末、TF-1固体固化剂、预先准备的铸型模具放入工业用烤箱中，在100摄氏度的条件下预热1h；
步骤1.3、预热完成后将环氧树脂与氧化铝粉末混合搅拌，再加入固化剂，环氧树脂、固化剂、氧化铝的质量比为100:44:306，搅拌均匀后放入旋片式真空泵进行真空脱泡2次，总时长为20分钟；
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