CN117110968B - 一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，包括控制面板、存储模块、可编程电流源、虚负荷可编程电压源、焊接电流测量仪、误差计算处理器、显示器、变压器、标准电流表和标准电压表；所述存储模块中保存有模拟不同波形的多个编程程序包，所述控制面板用于提供校准项和波形的选择功能，将对应的编程程序包传输给可编程电流源和虚负荷可编程电压源中的至少一个进行模拟；所述可编程电流源的两端与变压器初级线圈连接，焊接电流测量仪的罗氏线圈穿过所述变压器初级线圈的中心通道并闭合；所述焊接电流测量仪通过电压钳连接虚负荷可编程电压源的两端。本发明能够模拟真实交流和脉冲焊接波形，实现焊接电流测量仪的校准。

Description

一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统

技术领域

本发明涉及焊接电流测量仪校准，特别是涉及一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统。

背景技术

电焊机是一种常用的焊接设备，它能够将金属材料熔接在一起，用以形成一个牢固的连接。在生产生活中，电焊机被普遍应用于器件的制造和维修。在各种电焊种类中，电阻焊是一种使用电阻热来实现接合金属或其他热塑性材料的焊接工艺。在电阻焊焊接过程中，焊接电流的大小与焊接通电时间的长短等参数会影响焊接工艺质量，需要对之进行测量，这就需要使用焊接电流测量仪。

焊接电流测量仪可测量电阻焊焊接过程中的电流、电压、功率、通电时间、压力和位移等参数，在相关行业中被大量配备。为确保其准确性，需要对之进行校准。但由于模拟焊接电流存在一定困难，影响了对电阻焊焊接电流等参数的校准。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，能够基于变压器模拟真实交流和脉冲焊接波形，实现对焊接电流测量仪的校准。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：包括控制面板、存储模块、可编程电流源、虚负荷可编程电压源、焊接电流测量仪、误差计算处理器、显示器、变压器、标准电流表和标准电压表；

所述存储模块中保存有模拟不同波形的多个编程程序包，

所述控制面板与存储模块连接，用于提供校准项和波形的选择功能，所述校准项包括电流校准、电压校准和功率校准；根据选择的校准项和波形，将对应的编程程序包传输给可编程电流源和虚负荷可编程电压源中的至少一个进行模拟；

所述可编程电流源的两端与变压器初级线圈连接，焊接电流测量仪的罗氏线圈穿过所述变压器初级线圈的中心通道并闭合，所述变压器的次级线圈连接负载，用于泄放电流；所述焊接电流测量仪通过电压钳连接虚负荷可编程电压源的两端；

所述标准电流表设置于可编程电流源与变压器初级线圈组成的回路上，所述标准电压表设置于虚负荷可编程电压源的两端之间，标准电流表、标准电压表和焊接电流测量仪的输出端均与所述误差计算处理器连接；

进行电流校准时，所述误差计算处理器根据模拟通电时间内标准电流表输出的实时电流信息，得到模拟通电时间内的电流波形，并确定电流有效值、峰值，结合焊接电流测量仪测得的电流有效值、峰值计算出误差，传输给显示器进行显示；

进行电压校准时，所述误差计算处理器根据模拟通电时间内标准电压表输出的实时电压信息，得到模拟通电时间内的电压波形，并确定电压有效值、峰值，结合焊接电流测量仪测得的电压有效值、峰值计算出误差，传输给显示器进行显示；

在进行功率校准时，所述误差计算处理器根据模拟通电时间内标准电压表和标准电流表输出的实时电压和电流信息，与焊接电流测量仪测得的功率，计算出功率误差，传输给显示器进行显示。

本发明的有益效果是：本发明能够模拟真实交流和脉冲焊接波形，为焊接电流测量仪的校准提供依据；本发明的装置与真实电焊机结构类似，均包括变压器，能够放大电流；且装置中的变压器为带载运行，阻抗较小，对电源的电流和功率要求较低。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为变压器初级线圈中心通道轴线所在平面示意图；

图中，1-初级线圈，2-次级线圈，3-圆弧形铁心，4-门字形铁心，5-单槽线圈，6-绝缘板，7-罗氏线圈。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，其特征在于：包括控制面板、存储模块、可编程电流源、虚负荷可编程电压源、焊接电流测量仪、误差计算处理器、显示器、变压器、标准电流表和标准电压表；

所述存储模块中保存有模拟不同波形的多个编程程序包，

所述控制面板与存储模块连接，用于提供校准项和波形的选择功能，所述校准项包括电流校准、电压校准和功率校准；根据选择的校准项和波形，将对应的编程程序包传输给可编程电流源和虚负荷可编程电压源中的至少一个进行模拟；

所述可编程电流源的两端与变压器初级线圈连接，焊接电流测量仪的罗氏线圈穿过所述变压器初级线圈的中心通道并闭合，所述变压器的次级线圈连接负载，用于泄放电流；所述焊接电流测量仪通过电压钳连接虚负荷可编程电压源的两端；

所述标准电流表设置于可编程电流源与变压器初级线圈组成的回路上，标准电流表的类型包括分流器、互感器和磁通门传感器；所述标准电压表设置于虚负荷可编程电压源的两端之间，标准电压表的类型包括分压器；标准电流表、标准电压表和焊接电流测量仪的输出端均与所述误差计算处理器连接；

进行电流校准时，所述误差计算处理器根据模拟通电时间内标准电流表输出的实时电流信息，得到模拟通电时间内的电流波形，并确定电流有效值、峰值，结合焊接电流测量仪测得的电流有效值、峰值计算出误差，传输给显示器进行显示；

进行电压校准时，所述误差计算处理器根据模拟通电时间内标准电压表输出的实时电压信息，得到模拟通电时间内的电压波形，并确定电压有效值、峰值，结合焊接电流测量仪测得的电压有效值、峰值计算出误差，传输给显示器进行显示；

在进行功率校准时，所述误差计算处理器根据模拟通电时间内标准电压表和标准电流表输出的实时电压和电流信息，与焊接电流测量仪测得的功率，计算出功率误差，传输给显示器进行显示。

如图2所示，在本申请的实施例中，所述变压器包括变压器铁心、初级线圈1和次级线圈2；

所述变压器铁心的上半部分为圆弧形，变压器铁心的下半部分为门字形；

所述初级线圈1绕制于圆弧形铁心3上，所述次级线圈2绕制于门字形铁心4的底边上。

所述初级线圈1绕制时，紧贴圆弧形铁心3的外侧，且初级线圈1与圆弧形铁心3之间保留供罗氏线圈穿过的空间，形成中心通道，使其轴线为弧线；轴线所在平面上，内侧线圈导线截面组成水滴形；初级线圈1的截面形状由铁心和中心通道的形状决定，包括矩形、圆形和椭圆形；

校准时，使焊接电流测量仪的罗氏线圈7开口的一端从初级线圈中心通道穿过，然后闭合。所述罗氏线圈围绕的形状为圆形或水滴形，其中水滴形包围面积较小。为在保证罗氏线圈在校准时不发生形变影响其测量准确度的前提下，尽可能增大初级线圈内侧导线截面包围的面积，方便扩大电流测量能力和减小分布电容，使初级线圈中心通道轴线所在平面上内侧线圈导线截面组成水滴形。并且由于实际需要，内测线圈的水滴形截面设计为无尖部的水滴形。为方便包围面积较大的圆形罗氏线圈校准，尽量减小初级线圈和铁心的体积，降低变压器的阻抗，使铁心的上半部分成为圆弧形。校准时，应保证罗氏线圈水平或竖直放置，避免由于受力影响其测量准确度。因此，也应确保变压器初级线圈水平或垂直放置。

在本申请的实施例中，所述不同波形包括交流波形、脉冲波形和储能波形；

其中，所述交流波形包括单相交流电阻焊全波波形和斩波产生的波形，逆变式电阻焊产生的方波、正弦波、梯形波和三角波，以及储能式逆变电阻焊、晶体管式电阻焊产生的极性切换波形；

所述脉冲波形包括逆变式电阻焊、储能式逆变电阻焊和晶体管式电阻焊产生的脉冲波形；

所述储能波形包括普通储能式电阻焊产生的脉冲波形。

在本申请的实施例中，所述不同波形的模拟通过加载不同的编程程序包实现，每一个波形均对应于一个电压编程程序包和一个电流编程程序包。

在本申请的实施例中，所述控制面板包括显示屏、控制处理器、校准项选择按钮、波形选择按钮和确定按钮；所述控制处理器分别与存储模块、显示屏、校准项选择按钮、波形选择按钮、确定按钮、可编程电流源和虚负荷可编程电压源连接；

所述校准项选择按钮包括电流校准按钮、电压校准按钮和功率校准按钮；

所述控制处理器将不同的波形在显示屏上进行显示；

所述波形选择按钮上下左右四个调节旋钮，用于在显示屏上选中所需的波形；

所述确定旋钮用于在选择校准项和波形后进行确定；

所述控制处理器，用于在用户按下确定按钮后，根据当前选择的校准项，确定电流校准、电压校准和功率校准模式：

当采用电流校准模式时，根据用户选中的波形，从存储模块中查找对应的电流编程程序包，传输给可编程电流源；

当采用电压校准模式时，根据用户选中的波形，从存储模块中查找对应的电压编程程序包，传输给虚负荷可编程电压源；

当采用功率校准模式时，根据用户选中的波形，从存储模块中查找对应的电压、电流编程程序包，同时传输给虚负荷可编程电压源和可编程电流源，此时需将可编程电流源的同步输出接口连接到虚负荷可编程电压源的同步输入接口，由可编程电流源的时钟控制虚负荷可编程电压源，在交流功率校准时确保电压、电流同时同相位。

电流校准包括交流和脉冲电流校准，电压校准包括交流和脉冲电压校准，功率校准包括交流功率校准。

电流或电压校准时，可在全部电流或电压编程程序包中选择一个进行模拟；功率校准时，电压、电流波形为各种频率的正弦波，因此仅限在波形为正弦波的电压、电流编程程序包中选择一组进行模拟。

所述标准电流表的输出端与可编程电流源的通信接口连接，用于将实时测得的电流值反馈给可编程电流源，供可编程电流源进行输出调整，使得可编程电流源的输出电流大小与需要输出的电流保持一致。

所述标准电压表的输出端与虚负荷可编程电压源的通信接口连接，用于将实时测得的电压值反馈给虚负荷可编程电压源，供虚负荷可编程电压源进行输出调整，使得虚负荷可编程电压源的输出电压大小与需要输出的电压保持一致。

在本申请的实施例中，当进行电流校准时，所述误差计算处理器用于根据焊接电流测量仪测得的电流有效值、峰值，以及根据标准电流表输出得到的电流有效值、峰值进行误差计算，即：

将焊接电流测量仪测得的电流有效值，减去根据标准电流表输出得到的电流有效值和初级线圈匝数的乘积，再将得到的差值除以根据标准电流表输出得到的电流有效值和初级线圈匝数的乘积，乘以100%，得到电流有效值误差计算结果；将焊接电流测量仪测得的电流峰值，减去根据标准电流表输出得到的电流峰值和初级线圈匝数的乘积，再将得到的差值除以根据标准电流表输出得到的电流峰值和初级线圈匝数的乘积，乘以100%，得到电流峰值误差计算结果；

当进行电压校准时，所述误差计算处理器用于根据焊接电流测量仪测得的电压有效值、峰值，以及根据标准电压表输出得到的电压有效值、峰值进行误差计算，即：

将焊接电流测量仪测得的电压有效值与根据标准电压表输出得到的电压有效值相减，再将得到的差值除以根据标准电压表输出得到的电压有效值，乘以100%，得到电压有效值的误差计算结果；将焊接电流测量仪测得的电压峰值与根据标准电压表输出得到的电压峰值相减，再将得到的差值除以根据标准电压表输出得到的电压峰值，乘以100%，得到电压峰值的误差计算结果；

当进行功率校准时，所述误差计算处理器用于根据焊接电流测量仪测得的功率和标准电压表测得的电压、标准电流表测得的电流进行误差计算：

将标准电压表的测得的电压与标准电流表的测得的电流实时相乘，并乘以初级线圈匝数，在模拟通电时间内积分，再除以模拟通电时间，得到标准功率；将焊接电流测量仪测得的功率与标准功率相减，再将得到的差值除以标准功率，乘以100%，得到功率误差计算结果；

功率校准时，同时产生的电压、电流波形需包括同功率的不同电压、电流组合，电流需经初级线圈放大。校准时，需按前述内容确保电压、电流相位相同。

误差计算处理器计算得到的焊接电流测量仪的电流有效值、峰值误差计算结果或电压有效值、峰值误差计算结果或功率误差计算结果，传输给显示器进行显示。

在本申请的实施例中，所述变压器为口字形，初级线圈和次级线圈分别位于变压器的两侧；所述初级线圈采用分槽堆叠结构，每槽包含若干匝线圈，各槽之间间隔绝缘板；且绕成具有开口的环状后，首槽线圈与末槽线圈的最小距离不小于5 mm；

所述初级线圈的每一匝均包含铜线和绝缘层，其中绝缘层的厚度不小于0.25 mm。

该实施例中，初级线圈的各匝之间存在分布电容，线圈通交流电时，此电容会导致部分电流直接从匝间通过形成漏电流，导致通过初级线圈的电流减小。为避免漏电流过大，需要控制线圈的分布电容。要减少匝间分布电容，采用以下措施：

1. 用分槽堆叠方式，依次绕制各槽线圈，每槽若干匝，单槽线圈5如图2所示，各槽之间间隔绝缘板6。初级线圈中心通道轴线所在平面上，在内侧线圈的水滴形截面下方，应确保首槽线圈与末槽线圈距离最近处不小于5 mm，以后依次成比例减少，直到仅间隔绝缘板的两相邻槽，形成一个三角形空间。

2. 初级线圈的铜线的绝缘层厚度不小于0.25 mm，可确保匝间距不小于0.5 mm，增加绕线松散度。若每槽只有1匝，就变成单匝绕制，宜使用扁线，这时效果最好。此时相邻匝间由于已有槽间绝缘板，可不再需要0.25mm厚的绝缘层。

间隔绝缘板中部应留孔，孔的一部分与铁心截面一致。孔的另一部分与线圈和铁心之间所留空间截面一致，使得该空间是贯通的，以便罗氏线圈穿过，进行校准。

次级线圈另接负载，泄放电流。此时变压器为带载运行，阻抗较小，与空载运行相比能降低对电源的功率要求。

可以通过改变与外部线路连接的方法把变压器的初级变为次级、次级变为初级。这时测量端仍在原来的线圈上，不过已被称为次级线圈。此时标准电流表设置于次级线圈与负载组成的回路上，标准电流表的输出端与可编程电流源的通信接口连接，用于将实时测得的电流值反馈给可编程电流源，供可编程电流源进行输出调整，使得次级电流大小与次级需要的电流保持一致。

本发明的装置校准的电流、电压包括电流、电压的有效值和峰值，校准的功率为平均值。除电流、电压和功率外，该装置还可以对通电时间、周波数、导通角等参数进行校准。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (9)

1.一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，其特征在于：包括控制面板、存储模块、可编程电流源、虚负荷可编程电压源、焊接电流测量仪、误差计算处理器、显示器、变压器、标准电流表和标准电压表；

所述变压器包括变压器铁心、初级线圈（1）和次级线圈（2）；

所述变压器铁心的上半部分为圆弧形铁心（3），变压器铁心的下半部分为门字形铁心（4）；

所述初级线圈（1）绕制于圆弧形铁心（3）上，所述次级线圈（2）绕制于门字形铁心（4）的底边上；

所述初级线圈（1）绕制时，紧贴圆弧形铁心（3）的外侧，且初级线圈（1）与圆弧形铁心（3）之间保留供罗氏线圈穿过的空间，形成中心通道；

所述存储模块中保存有模拟不同波形的多个编程程序包，

所述控制面板与存储模块连接，用于提供校准项和波形的选择功能，所述校准项包括电流校准、电压校准和功率校准；根据选择的校准项和波形，将对应的编程程序包传输给可编程电流源和虚负荷可编程电压源中的至少一个进行模拟；

所述可编程电流源的两端与变压器初级线圈连接，焊接电流测量仪的罗氏线圈穿过所述变压器初级线圈的中心通道并闭合；所述变压器的次级线圈连接负载，用于泄放电流；所述焊接电流测量仪通过电压钳连接虚负荷可编程电压源的两端；

所述标准电流表设置于可编程电流源与变压器初级线圈组成的回路上，所述标准电压表设置于虚负荷可编程电压源的两端之间，标准电流表、标准电压表和焊接电流测量仪的输出端均与所述误差计算处理器连接；

进行电流校准时，所述误差计算处理器根据模拟通电时间内标准电流表输出的实时电流信息，得到模拟通电时间内的电流波形，并确定电流有效值、峰值，结合焊接电流测量仪测得的电流有效值、峰值计算出误差，传输给显示器进行显示；

进行电压校准时，所述误差计算处理器根据模拟通电时间内标准电压表输出的实时电压信息，得到模拟通电时间内的电压波形，并确定电压有效值、峰值，结合焊接电流测量仪测得的电压有效值、峰值计算出误差，传输给显示器进行显示；

在进行功率校准时，所述误差计算处理器根据模拟通电时间内标准电压表和标准电流表输出的实时电压和电流信息，与焊接电流测量仪测得的功率，计算出功率误差，传输给显示器进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，其特征在于：所述中心通道的轴线为弧线；轴线所在平面上，内侧线圈导线截面组成水滴形；

校准时，使焊接电流测量仪的罗氏线圈（7）从初级线圈中心通道穿过，然后闭合，所述罗氏线圈围绕的形状为圆形或水滴形。

3.根据权利要求1所述的一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，其特征在于：所述不同波形包括交流波形、脉冲波形和储能波形；

其中，所述交流波形包括单相交流电阻焊全波波形和斩波产生的波形，逆变式电阻焊产生的方波、正弦波、梯形波和三角波，以及储能式逆变电阻焊、晶体管式电阻焊产生的极性切换波形；

所述脉冲波形包括逆变式电阻焊、储能式逆变电阻焊和晶体管式电阻焊产生的脉冲波形；

所述储能波形包括普通储能式电阻焊产生的脉冲波形。

4.根据权利要求1所述的一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，其特征在于：所述不同波形的模拟通过加载不同的编程程序包实现，每一个波形均对应于一个电压编程程序包和一个电流编程程序包。

5.根据权利要求1所述的一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，其特征在于：所述控制面板包括显示屏、控制处理器、校准项选择按钮、波形选择按钮和确定按钮；所述控制处理器分别与存储模块、显示屏、校准项选择按钮、波形选择按钮、确定按钮、可编程电流源和虚负荷可编程电压源连接；

所述校准项选择按钮包括电流校准按钮、电压校准按钮和功率校准按钮；

所述控制处理器将不同的波形在显示屏上进行显示；

所述波形选择按钮上下左右四个调节旋钮，用于在显示屏上选中所需的波形；

所述确定按钮用于在选择校准项和波形后进行确定；

所述控制处理器，用于在用户按下确定按钮后，根据当前选择的校准项，确定电流校准、电压校准和功率校准模式：

当采用电流校准模式时，根据用户选中的波形，从存储模块中查找对应的电流编程程序包，传输给可编程电流源；

当采用电压校准模式时，根据用户选中的波形，从存储模块中查找对应的电压编程程序包，传输给虚负荷可编程电压源；

当采用功率校准模式时，根据用户选中的波形，从存储模块中查找对应的电压、电流编程程序包，同时传输给虚负荷可编程电压源和可编程电流源，此时需将可编程电流源的同步输出接口连接到虚负荷可编程电压源的同步输入接口，由可编程电流源的时钟控制虚负荷可编程电压源，在交流功率校准时确保电压、电流同时同相位。

6.根据权利要求1所述的一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，其特征在于：所述标准电流表的输出端与可编程电流源的通信接口连接，用于将实时测得的电流值反馈给可编程电流源，供可编程电流源进行输出调整，使得可编程电流源的输出电流大小与需要输出的电流保持一致。

7.根据权利要求1所述的一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，其特征在于：所述标准电压表的输出端与虚负荷可编程电压源的通信接口连接，用于将实时测得的电压值反馈给虚负荷可编程电压源，供虚负荷可编程电压源进行输出调整，使得虚负荷可编程电压源的输出电压大小与需要输出的电压保持一致。

8.根据权利要求3所述的一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，其特征在于：当进行电流校准时，所述误差计算处理器用于根据焊接电流测量仪测得的电流有效值、峰值，以及根据标准电流表输出得到的电流有效值、峰值进行误差计算，即：

将焊接电流测量仪测得的电流有效值，减去根据标准电流表输出得到的电流有效值和初级线圈匝数的乘积，再将得到的差值除以根据标准电流表输出得到的电流有效值和初级线圈匝数的乘积，乘以100%，得到电流有效值误差计算结果；将焊接电流测量仪测得的电流峰值，减去根据标准电流表输出得到的电流峰值和初级线圈匝数的乘积，再将得到的差值除以根据标准电流表输出得到的电流峰值和初级线圈匝数的乘积，乘以100%，得到电流峰值误差计算结果；

当进行电压校准时，所述误差计算处理器用于根据焊接电流测量仪测得的电压有效值、峰值，以及根据标准电压表输出得到的电压有效值、峰值进行误差计算，即：

将焊接电流测量仪测得的电压有效值与根据标准电压表输出得到的电压有效值相减，再将得到的差值除以根据标准电压表输出得到的电压有效值，乘以100%，得到电压有效值的误差计算结果；将焊接电流测量仪测得的电压峰值与根据标准电压表输出得到的电压峰值相减，再将得到的差值除以根据标准电压表输出得到的电压峰值，乘以100%，得到电压峰值的误差计算结果；

当进行功率校准时，所述误差计算处理器用于根据焊接电流测量仪测得的功率和标准电压表测得的电压、标准电流表测得的电流进行误差计算：

将标准电压表的测得的电压与标准电流表的测得的电流实时相乘，并乘以初级线圈匝数，在模拟通电时间内积分，再除以模拟通电时间，得到标准功率；将焊接电流测量仪测得的功率与标准功率相减，再将得到的差值除以标准功率，乘以100%，得到功率误差计算结果；

误差计算处理器计算得到的焊接电流测量仪的电流有效值、峰值误差计算结果或电压有效值、峰值误差计算结果或功率误差计算结果，传输给显示器进行显示。

9.根据权利要求1所述的一种基于变压器的焊接电流测量仪校准系统，其特征在于：所述变压器为口字形，初级线圈和次级线圈分别位于变压器的两侧；所述初级线圈采用分槽堆叠结构，每槽包含若干匝线圈，各槽之间间隔绝缘板；且绕成具有开口的环状后，首槽线圈与末槽线圈的最小距离不小于5 mm；

所述初级线圈的每一匝均包含铜线和绝缘层，其中绝缘层的厚度不小于0.25 mm。