CN212964727U - 金属网电导率测量系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种金属网电导率测量系统，涉及雷电防护技术领域，对金属网不同方向的电导率进行测量，操作简便、通用性强、精度高。具体技术方案为：将金属网试件通过测试夹具和/或金属电极与直流电阻仪连接，测量得到金属网在不同方向的电导率。

Description

金属网电导率测量系统

技术领域

本公开涉及雷电防护技术领域，尤其涉及金属网电导率测量系统。

背景技术

金属网是一种新型雷电防护材料，其电导率是影响其产品性能的重要参数之一，而目前还未有对金属网的电导率的测量系统。

实用新型内容

本公开实施例提供一种金属网电导率测量系统，对金属网不同方向的电导率进行测量，操作简便、通用性强、精度高。所述技术方案如下：

根据本公开实施例的第一方面，提供一种金属网电导率测量系统，包括：测试平台、直流电阻仪、测试夹具、台虎钳、C型夹、绝缘胶带、两个金属电极、第一目标试件、第二目标试件；

测试夹具的一端夹持第一目标试件的两端，测试夹具的另一端与直流电阻仪连接，直流电阻仪放置在测试平台上；

台虎钳固定在测试平台的边缘，台虎钳将C型夹固定，且台虎钳与C型夹垂直；C型夹两端均匀缠绕有绝缘胶带，将两个金属电极未与第二目标试件接触的一端使用绝缘胶带粘贴在C型夹上；将第二目标试件放置在C型夹中夹紧，将第二目标试件的两端与两个金属电极的另一端的完全接触；测试夹具夹持两个金属电极与直流电阻仪连接，并放置在测试平台上。

在一个实施例中，第一目标试件包括N个沿金属网长菱边方向的时间和 N个沿金属网短菱边方向的试件；第二目标试件包括沿金属网厚度方向的试件。

在一个实施例中，该系统还包括：绝缘纸；

在目标试件为沿碳纤维复合材料厚度方向的试件时，在目标试件和C型夹之间的两端增加预设厚度的绝缘纸。

在一个实施例中，两个金属电极的电阻值小于第二目标试件的电阻值。

在一个实施例中，第一目标试件的长宽比大于或等于10。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种金属网电导率测量方法，该方法包括：

获取金属网在目标方向的N个目标试件，目标方向包括长菱边方向和短菱边方向；

将N个目标试件中每个目标试件依次通过测试夹具与直流电阻仪连接，获取直流电阻仪测量得到的每个目标试件的电阻值；

根据每个目标试件的电阻值计算得到对应的目标试件的电导率，并将N 个目标试件的电导率的平均值确定为金属网在目标方向的电导率；

通过建模仿真获取金属网在厚度方向的电导率；

根据金属网在目标方向的电导率以及厚度方向的电导率，得到金属网的电导率。

通过对金属网不同方向的电导率采用针对性的电导率测量方法，从而得到金属网的电导率，该测量方法操作简便、通用性强、精度高。

在一个实施例中，将N个目标试件中每个目标试件依次通过测试夹具与直流电阻仪连接，获取每个目标试件的电阻值包括：

在将每个目标试件依次通过测试夹具与直流电阻仪连接后，获取直流电阻仪测量得到的电阻值；

将直流电阻仪测量得到的电阻值确定为对应的目标试件的电阻值。

在一个实施例中，通过建模仿真获取金属网在厚度方向的电导率包括：

根据金属网中菱形孔的基本参数，建立菱形孔对应的基本单元模型；

将预设电流从模型的上表面流入，下表面流出，仿真计算得到基本单元模型的电阻值；

将菱形孔等效为无孔菱形，根据基本单元模型的电阻值、菱形孔的厚度，计算得到金属网在厚度方向的电导率。

在一个实施例中，该方法还包括：

获取金属网在厚度方向的待测试件；

将待测试件通过两个金属电极与直流电阻仪连接，获取直流电阻仪的电阻值；

根据直流电阻仪的电阻值以及两个金属电极的电阻值，计算得到待测试件的电阻值；

根据待测试件的电阻值计算得到金属网在厚度方向的电导率。

在一个实施例中，两个金属电极的电阻值小于待测试件的电阻值。

在一个实施例中，第一目标试件的长宽比大于或等于10。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本公开实施例提供的一种金属网电导率测量方法的流程图；

图2是本公开实施例提供的一种金属铜网几何模型示意图；

图3是本公开实施例提供的一种金属铜网在xy方向电导率测量原理示意图；

图4是本公开实施例提供的一种金属铜网在z方向电导率测量原理示意图；

图5是本公开实施例提供的一种金属铜网基本单元几何模型示意图；

图6是本公开实施例提供的一种金属网电导率测量方案流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

首先，在介绍本公开实施例之前，对防雷金属网的基本参数进行描述。

节点：两根丝梗的连接处；

长菱边：从节点中心到节点中心的长的菱形对角线的长度；

短菱边：从节点中心到节点中心的短的菱形对角线的长度；

厚度：指金属网上下表面间的距离；

梗宽：金属网菱形孔的梗宽指制作一根丝梗所用金属板的宽度。

本公开实施例提供一种金属网电导率测量方法，如图1所示，该金属网电导率测量方法包括以下步骤：

101、获取金属网在目标方向的N个目标试件。

金属网的几何模型参考图2所示，由于金属网的长菱边、短菱边和厚度不相等，因此，具有各向异性，需要测量金属网在长菱边方向、短菱边方向和厚度方向的电导率，对于长菱边方向、短菱边方向和厚度方向，可设定为 x方向、y方向和z方向，需要测量金属网在xyz三个方向的电导率。

在本公开实施例中，目标方向包括长菱边方向和短菱边方向，因此，在目标方向为长菱边方向时，获取金属网在长菱边方向的N个试件，每个试件的长度为L、宽度为W、厚度为H；在目标方向为短菱边方向时，获取金属网在短菱边方向的N个试件，每个试件的长度为L、宽度为W、厚度为H。

102、将N个目标试件中每个目标试件依次通过测试夹具与直流电阻仪连接，获取所述直流电阻仪测量得到的每个目标试件的电阻值。

在本公开实施例中，测试夹具与直流电阻仪连接，测试夹具用于夹持目标试件的两端，保证目标试件边缘与夹具电连接，因此，将N个目标试件中每个目标试件依次通过测试夹具与直流电阻仪连接，直流电阻仪测量得到相应的电阻值，将该直流电阻仪测量得到相应的电阻值确定为对应的目标试件的电阻值。

103、根据每个目标试件的电阻值计算得到对应的目标试件的电导率，并将N个目标试件的电导率的平均值确定为金属网在目标方向的电导率。

在本公开实施例中，在获取到每个目标试件的电阻值后，根据第一公式计算得到对应的目标试件的电阻率，其中，第一公式为：

ρ表示目标试件的电阻率，R为目标试件的电阻值，S为目标试件的横截面积，L为目标试件的长度；进而，根据目标试件的电阻率和第二公式计算得到目标试件的电导率，其中，第二公式为：

σ表示目标试件的电导率；然后，计算N个目标试件的电导率的平均值，将该平均值确定为金属网在目标方向的电导率。因此，根据上述描述，依次计算得到金属网在长菱边方向的电导率和短菱边方向的电导率，即得到金属网在x方向的电导率σ_x和y方向的电导率σ_y。

104、通过建模仿真获取所述金属网在厚度方向的电导率。

在本公开实施例中，通过建模仿真获取金属网在厚度方向的电导率包括：

根据金属网中菱形孔的基本参数，建立菱形孔对应的基本单元模型；

将预设电流从模型的上表面流入，下表面流出，仿真计算得到所述菱形孔的电阻值；

将菱形孔等效为无孔菱形，根据所述菱形孔的电阻值、菱形孔的厚度，计算得到金属网在厚度方向的电导率。

具体的，菱形孔的基本参数包括长菱边、短菱边、梗宽、厚度等，根据菱形孔的基本参数，建立该金属网中菱形孔对应的基本单元模型，将预设电流(如1A)均匀的从模型的上表面流入，从下表面流出，通过仿真计算求出菱形孔的电阻值；由于金属网中菱形孔的面积很小，因此，将中间带有孔的菱形孔等效为无孔菱形，此时，根据菱形孔的电阻值、菱形孔的厚度、菱形孔的横截面积计算得到菱形孔的电阻率，进而得到菱形孔的电导率。由于金属网中的菱形孔都是相同的，因此，通过对单个菱形孔的建模仿真，即可得到金属网在厚度方向的电导率，即金属网在z方向的电导率σ_z。

105、根据金属网在目标方向的电导率以及厚度方向的电导率，得到金属网的电导率。

具体的，根据金属网在x方向的电导率σ_x、y方向的电导率σ_y以及在z 方向的电导率σ_z，得到金属网的电导率

本公开实施例提供的金属网电导率测量方法，获取金属网在目标方向的 N个目标试件，目标方向包括长菱边方向和短菱边方向；将N个目标试件中每个目标试件依次通过测试夹具与直流电阻仪连接，获取直流电阻仪测量得到的每个目标试件的电阻值；根据每个目标试件的电阻值计算得到对应的目标试件的电导率，并将N个目标试件的电导率的平均值确定为金属网在目标方向的电导率；通过建模仿真获取金属网在厚度方向的电导率；根据金属网在目标方向的电导率以及厚度方向的电导率，得到金属网的电导率。通过对金属网不同方向的电导率采用针对性的电导率测量方法，从而得到金属网的电导率，该测量方法操作简便、通用性强、精度高。

基于上述图1对应的实施例提供的金属网电导率测量方法，本公开另一实施例提供一种金属网电导率测量方法。

参考图2所示为金属网几何模型，由于金属铜网的长菱边、短菱边、厚度不相等，具有各向异性，需要测量xyz三个方向的电导率，即σ_x，σ_y，σ_z，本公开实施例针对不同方向的电导率设计针对性的测试方法。

1、对于σ_x，σ_y的测试方法

对于σ_x，σ_y的测试，试件的制作需考虑电流的均匀传播及测试误差，制作多个具有较大长宽比的矩形试件，分别进行测试。参考图2所示，横向黑色框为沿长菱边方向的试件，纵向黑色框为沿短菱边方向的试件。在对铜网 x方向和y方向测试时，电流均沿着试件长边传播，因此，测试原理相同，如图3所示，采用夹具夹持试件的两端，通过导线与直流电阻仪(即图3中的直流电阻测量仪)连接。测试步骤如下：

1)对测量装置直流电阻仪进行置零校准；

2)通过夹具夹持试件的两端，在直流电阻仪的显示屏上读出其电阻值；

3)通过下式(1)计算出相应的电阻率ρ，并求其平均值，并通过式(2) 求得其电导率σ。其中ρ为电阻率，R为电阻，S为横截面积，L为试件长度，σ为电导率。

2、σ_z的测试方法

金属铜网厚度方向的电导率σ_z的测试，可通过正负两个金属电极将电流注入材料内部，具体的，台虎钳固定在测试平台的边缘，台虎钳将C型夹固定，且台虎钳与C型夹垂直；C型夹两端均匀缠绕有绝缘胶带，将两个金属电极未与第二目标试件接触的一端使用绝缘胶带粘贴在C型夹上；将第二目标试件放置在C型夹中夹紧，将第二目标试件的两端与两个金属电极的另一端的完全接触；测试夹具夹持两个金属电极与直流电阻仪连接，直流电阻仪放置在测试平台上。如图4所示，此时这两个金属电极和金属铜网三部分电阻在电路中串联。但是，在一般情况下，金属铜网的电导率在10⁷S/m量级，其电阻率非常小。若使用的金属电极电导率没有远大于铜网的电导率，则两电极的电阻对总电阻影响较大，测量出的电阻与金属铜网的真实电阻相差较大，由此计算出的电导率误差较大。因此，采用该测量方案时，需要确保两个金属电极的电阻值远远小于金属铜网的电阻值。

因此，可使用数值方法进行计算。参考图5所示，为建立的金属铜网一个基本单元的模型，将1A的电流均匀地从模型上表面流入，从下表面流出。通过仿真计算可求出其终端电阻为rΩ，将该中间带有孔的铜网等效为无孔的铜板，截面积为s m²，l为铜网厚度。由式(1)计算出相应的电阻率ρ＝rs/lΩ·m，则σ_z＝l/rs S/m。

对于金属铜网材料，最终测量结果为：

对于金属网电导率测试流程图如图6所示。首先测量在x方向的电导率，依次测量得到在x方向的N个试件的电导率σ_1x、σ_2x、……、σ_nx，并对这N 个电导率求均值计算得到在x方向的电导率σ_x，

然后测量在y 方向的电导率，依次测量得到在y方向的N个试件的电导率σ_1y、σ_2y、……、σ_ny，并对这N个电导率求均值计算得到在y方向的电导率σ_y，

再次测量在z方向的电导率，通过建模仿真计算得到在z方向的电导率σ_x。最终得到金属网的电导率的测量结果为

示例性的，为保证电流在试件x方向均匀传播，制作10cm×1cm试件6 个，记为类型A；同理制作y方向的10cm×1cm试件6个，记为类型B；试件厚度为铜网本身厚度。根据上述所描述的对金属网材料电导率的测试方法，对类型A和类型B的金属铜网进行测试，测试步骤如下：

1)参考图3所示，将测试夹具与直流电阻仪连接，并将其放置在平整绝缘的测试平台上。

2)将直流电阻仪设置为自动量程，对直流电阻仪进行置零校准。

3)通过测试夹具夹持试件的两端，保证试件边缘与夹具电连接良好，当显示屏上示数稳定时，记录其电阻值。

4)重复步骤2)和3)，完成其余试件的测量和记录，并将测量的电阻汇总至表1，并计算得到金属网在x方向的电导率σ_x和y方向的电导率σ_y。

表1金属铜网电导率测试结果

5)通过建模仿真计算得到金属网在z方向的电导率σ_z；

6)根据计算得到金属网在x方向的电导率σ_x、y方向的电导率σ_y以及z 方向的电导率σ_z，得出金属网的电导率为

本公开实施例提供的金属网电导率测量系统，通过对金属网不同方向的电导率采用针对性的电导率测量方法，从而得到金属网的电导率，该测量方法操作简便、通用性强、精度高。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

Claims (5)

1.一种金属网电导率测量系统，其特征在于，包括：测试平台、直流电阻仪、测试夹具、台虎钳、C型夹、绝缘胶带、两个金属电极、第一目标试件、第二目标试件；

所述测试夹具的一端夹持所述第一目标试件的两端，所述测试夹具的另一端与所述直流电阻仪连接，所述直流电阻仪放置在所述测试平台上；

所述台虎钳固定在所述测试平台的边缘，所述台虎钳将所述C型夹固定，且所述台虎钳与所述C型夹垂直；所述C型夹两端均匀缠绕有绝缘胶带，将所述两个金属电极未与第二目标试件接触的一端使用所述绝缘胶带粘贴在所述C型夹上；将第二目标试件放置在C型夹中夹紧，将所述第二目标试件的两端与所述两个金属电极的另一端的完全接触；所述测试夹具夹持所述两个金属电极与所述直流电阻仪连接，并放置在所述测试平台上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一目标试件包括N个沿金属网长菱边方向的试件和N个沿金属网短菱边方向的试件；所述第二目标试件包括沿金属网厚度方向的试件。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：绝缘纸；

在所述第二目标试件和所述C型夹之间的两端增加预设厚度的绝缘纸。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述两个金属电极的电阻值小于所述第二目标试件的电阻值。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一目标试件的长宽比大于或等于10。

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