光纤电焊电流测量技术研究

李,毅

华亭煤业集团有限责任公司华亭煤矿  甘肃 平凉  744100

摘要：交流大电流源在供电企业、大型工厂、铁路、计量院所等单位应用广泛，用于各种开关电流互感器等设备进行电流负载试验或温升试验，也可作为校准钳形电流表、霍尔电流传感器的标准器。近年来，随着高精度交流I/V转换器的应用越来越多，选择交流I/V转换器更便于对交流大电流源进行校准。基于此，以下对光纤电焊电流测量技术进行了探讨，以供参考。

关键词：光纤电焊；电流测量技术；研究

引言

自２０世纪７０年代末光纤传感器诞生以来，由于其具有防火、防爆、精度高、损耗低、体积小、质量轻、寿命长、性价比高、复用性好、响应速度快、抗电磁干扰、频带范围宽、动态范围大、易与光纤传输系统组成遥测网络等优点，而被广泛地应用于各行各业。随着对其研究的不断深入，光纤传感器势必会对科学研究、国民生产、日常生活等诸多领域产生深远影响，光纤传感器的制作将越来越方便与简单。

1概述

1.测量依据：JJF（机械）1037-2019《大电流发生器校准规范》。2.环境条件：温度为22℃；湿度为52%RH；电源频率为50Hz。3.测量标准器：交流I/V转换器、数字多用表。4.被测仪器：交流大电流源。5.测量原理：采用间接测量法，交流大电流源输出的电流通过穿心式交流I/V转换器，I/V转换器的电压输出端连接数字多用表的电压输入端，在数字多用表读取电压值，读取到的电压值乘以I/V转换器的转换比例，即为交流大电流源输出电流的实际值。

2工频短路大电流的特点

随着电力系统的快速发展，高压设备的电压和开断电流不断增长，目前许多高压电器产品受电弧特性影响的开断性能需要在大容量试验室中进行检测，实验中流过产品的暂态电流可达上百千安。短路电流通常由冲击发电机短路产生，每次试验相当于常规发电机的出线端事故短路，大容量试验时，被测试品位于试验小室内，通过调节电抗器值(L)来满足不同的试验电流。目前国内大容量实验室已有峰值600kA，有效值200kA，持续时间2s的短路电流试验，短路电流测量的准确性直接影响到产品检测的结论，因此该量值的校准和溯源是非常重要的。

3工作原理

工作原理为:光源发出的光经三端口环行器由起偏器转换为线偏振光，后经45°光纤熔接点均分为两束正交的线偏振光并分别进入保偏光纤的快、慢轴;两束正交的线偏振光经过相位调制器后由1/4波片变为左旋、右旋的圆偏振光;在被测电流的作用下，两束圆偏振光产生了一定的相位差，再经反射镜反射后原路返回，相位差加倍;两束圆偏振光再次经过1/4波片后变回两束线偏振光，但是它们的偏振方向发生了互换(即原本沿保偏光纤快轴传输的线偏振光返回时沿慢轴传输，原本沿保偏光纤慢轴传输的线偏振光返回时沿快轴传输);这两束线偏振光经过相位调制器后在45°熔点处发生干涉，并经起偏器检偏;干涉光强由环形器进入光电探测器，经光电转换变为电信号，通过后续处理得到被测电流。

4光纤电焊电流测量技术研究

4.1电流-频率变换法

电流-频率变换法简称I-F变换法，是一种将待测直流微电流转换放大为电压，进而变换为频率信号的测量方法。该转换法根据电流电压转换方式的不同，可以分为两种形式：一类是反馈型I-F变换法，另一类是积分型I-F变换法。反馈型I-F变换法对直流微电流的测量，是把待测直流微电流通过跨阻放大器转换放大为较大的电压，进而将得到的电压变换为对应的频率，通过将测量得到频率进行数学变换，得出待测直流微电流的值。此方法与反馈型I-V变换的要求一致，对反馈电阻、运算放大器的要求大，电阻的热噪声也大。积分型I-F变换法的物理学机理与积分型I-V变换法类似，使待测直流微电流通过电容进行积分，转换放大得到电压，最终再将电压信号转换为频率，通过对频率的测量，反推得到待测直流微电流的值。

4.2标准分流器组成的测量系统

使用分流器作为标准转换装置，分流器本身是一个高精度电阻，利用欧姆定律，电阻两端的电压与阻值成正比。测量分流器端电压，即可得知回路电流值。原理简单，信息传递的链条短，具有反应灵敏、反馈时间短的特点，是不要求校准系统与被测回路之间电气隔离场合时的尚好选择。本次校准使用的标准分流器额定峰值电流为200kA，标称刻度因数为24.23kA/V，采用同轴结构，电位引线与被测载流部分不存在磁的交链，导电圆筒对外界干扰电流具有屏蔽作用，可有效的减小了分流器的集肤效应，导电筒的散热孔也可以有效的减小分流器的热效应;经测量该分流器的温度系数在0～70℃的温漂为0.1%/℃;该分流器参加了STL(国际短路试验联盟)于2005年组织的短路电流测量国际比对，比对结果显示由该分流器组成的测量系统与标准测量系统之间的最大偏差为0.3%。分流器输出电压经采集模块和传输系统后进入测量设备，通过专用测量软件读取一次侧的短路电流值。

4.3二次设备作业在电流回路终点的安全技术措施

一次设备运行的情况下，作业设备与其他运行设备共用同一电流绕组，可以在工作地点采用“先短后断”的方法设置安全技术措施，作业设备在此电流绕组的末端此类型电流回路安全技术措施执行方法：检查电流回路接地点位置，防止措施执行时运行的电流回路不会失去接地点或造成多点接地；采用短接线或是短接片短接上一级电流回路输入端靠CT侧端子，短接一相检查一相装置电流采样值是否明显变小；防止误碰运行电流回路用密封胶带密封非工作侧，在装置端子排上划开电流端子连接片，划开后检查故障录波装置电流采样为零漂值。恢复步骤：工作结束后恢复划开短接的电流端子连接片；拆除密封胶布；拆除短接线或短接片，拆除一相检查一相看装置电流是否恢复为正常电流值。

4.4光纤宽带电流测量仪

光纤宽带电流测量仪是基于法拉第磁光效应和安培环路定律设计而成，在被测电流产生的磁场的作用下，两束正交的圆偏振光之间产生相位差，该相位差与磁场沿传输路径的积分成正比。根据安培环路定律，当敏感环路首尾理想闭合时，该相位差正比于穿过敏感环路的电流。将柔性光纤传感环套在导体上，用闭合卡具使光纤闭合，导体通流时，光纤传感环感应到的光信号通过光路模块进入主控板后转换为数字量，经协议转换器后可通过显示器读取回路电流的参数计算及实时波形。本次校准使用的光纤宽带电流测量仪工频短路电流的测量扩展不确定度Urel=0.35%(k=2)，光纤电流测量仪为一体化测量仪器，不需要配备额外的采集和测量装置。

结束语

电阻焊技术广泛应用于汽车、航空航天、仪器仪表、石油化工及轻工业领域，它利用电流通过两压合工件接触面及邻近区域产生的电阻热使工件接触面熔化形成焊点。因此，焊接电流是影响焊接质量的关键因素之一，精确地测量焊接电流对于提升产品的一致性、可靠性和寿命都有重要意义。常用的电阻焊机包括:单相交流式、电容储能式、晶体管式、交流逆变式和直流逆变式等类型。

参考文献

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作者简介：李毅，1987.2--，男，汉，甘肃会宁人，2013年6月毕业于兰州城市学院，焊接技术及其自动化专业，大专学历，助理工程师职称；现在华亭煤业集团有限责任公司华亭煤矿机修队，从事技术员工作。

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