一种基于威布尔分布的电触头材料静熔焊力数据处理方法

一种基于威布尔分布的电触头材料静熔焊力数据处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于威布尔分布的电触头材料静熔焊力数据处理方法，电触头静熔焊力测试装置可通过对动静触点施加压力闭合后加载规定的电流，再通过一定拉力将动静触点分离测量出电触头材料静熔焊力数值。本发明包括五步骤：步骤一：电触头材料静熔焊力数据采集；步骤二：确定数据特征；步骤三：确定数据统计方式，即没有失效数据采用威布尔完整统计方式，有失效数据采用威布尔不完整统计方式；步骤四：数据拟合处理；步骤五：确定置信度得到最佳取值，根据拟合结果得到电触头材料静熔焊力数据最佳取值。本发明以威布尔概率统计为基础，在保证实验能够得到有效数据的前提下，极大地缩短试验时间，节约试验成本，同时也能对电触头材料静熔焊力数据进行归纳总结，给低压电器行业发展提供技术支持。
【专利说明】一种基于威布尔分布的电触头材料静熔焊力数据处理方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于材料性能测试领域，具体是指一种基于威布尔分布的电触头材料静熔 焊力数据处理方法。

【背景技术】
[0002] 电触头材料是影响开关电器触头系统工作可靠性的重要因素。在电触头材料的选 择与研制中必须综合考虑材料自身的热、电、机械等性质对其工作过程中的接触电阻，热 熔焊、侵蚀及电寿命等面的影响，并根据各种开关电器对电触头材料的不同要求合理地选 用或研制材料。用作开关的电触头材料，由于接通电源时产生涌流，电路故障时产生短路电 流的作用，常常使闭合触头瞬时过热熔化，以致发生热熔焊，缩短了触头的寿命。随着电器 开关走向小型化、大容量，电触头材料热熔焊问题将愈来愈突出，因此有必要对电触头材料 的抗熔焊性能作更深入的探讨和研究。
[0003] 热熔焊分为静、动熔焊两种，其中静熔焊是指触头闭合期间由于接触焦耳热的作 用，使触头熔化、焊接在一起的现象。静熔焊是电触头在闭合期间由于电流热效应造成的。 电触头闭合状态类似于固定电接触，此时电触头的主要作用是承载电流，起电能传递和信 号传输的作用。由于电触头接触产生接触电阻，当电流通过电触头时会产生接触焦耳热，使 材料表面温度升高。如果电触头的温升过高，接触表面便迅速生长较厚的氧化膜，使导电斑 点的数目减少，尺寸缩小，接触电阻变大；接触电阻一旦变大，温升进一步增高，接触电阻更 加变大，如此恶性循环，最后导致接触面熔焊，或者接触电阻变大使导电失效。当静熔焊力 超过开关的机械分断力时，电触头无法分开，引起分断电路失效或者延缓开关电器的分断 动作。因此，研究电触头材料静熔焊力对低压电器行业发展具有重要的现实意义。
[0004] 目前，电触头材料静熔焊力数据一般都是通过电触头材料静熔焊力测试装置进行 试验获得，该电触头材料静熔焊力测试装置参见本 申请人:在先申请的ZL201310212917. 3 的电触头材料的静熔焊力测试装置及其测试方法。
[0005] 但是截止到目前这些数据没有一种合理的处理方式。通常数据处理方式采用二种 方法，一是使用标准的数据统计，二是使用正态分布。标准数据统计方式只处理静熔焊概率 (有效数据占总数据的概率），最大熔焊力数值及最大熔焊力加数平均值，这种处理方式过 于简单，用简单的数学平均值来描述电触头静熔焊力数值是很片面的，不完整的；正态分布 处理方式只能提供单一方式来处理有效数据，而数据中若存在失效数据则没有办法。


【发明内容】

[0006] 本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种基于威布尔分 布的电触头材料静熔焊力数据处理方法，可以根据测试得到的有效数据和失效数据同时进 行处理，克服了正态分布处理数据单一性的缺陷，在保证实验能够得到足够有效数据的前 提下，极大地缩短实验时间，节约了实验成本。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案是包括以下步骤： (1) 电触头材料静熔焊力数据采集，电触头材料静熔焊力数据是基于电触头材料静熔 焊力测试装置所进行实验获得，每实验一次获得一个电触头静熔焊力数据，数据采集量为η 次，η取值范围是30-100 ; 该电触头材料静熔焊力测试装置包括有支架、施力机构和测试机构，所述的支架上设 置有水平的安装板，该安装板下垂直固定连接有支撑轴，所述的支撑轴上铰接连接有杠杆， 所述的施力机构与杠杆的一端联动配合，所述的杠杆的另一端下方铰接设置有连杆，该连 杆的下端固定设置有动触点导电上夹具，所述的测试机构包括有静触点导电下夹具、压力 传感器、以及数据采集器，所述的静触点导电下夹具置于压力传感器上，且静触点导电下夹 具位于动触点导电上夹具的下方，二者构成相对接触和相向分离配合，所述的静触点导电 上下夹具与压力传感器之间设置有第一绝缘片，所述的动触点导电上夹具与连杆之间设置 有第二绝缘片，所述的施力机构包括有固定于安装板上的电机，该电机联动设置有丝杆，所 述的杠杆的一端铰接设置有丝杆螺母，该丝杆螺母与丝杆联动配合设置，所述的支架包括 有与安装板平行设置的上固定板和下固定板，该上固定板下固定板之间纵向固定设置有多 根纵向固定轴，所述的安装板与纵向固定轴成纵向滑移导向配合，且该上固定板上设置有 向下的平衡轴，该平衡轴的下端与安装板固定连接设置； (2) 确定数据特征，筛除掉电触头静熔焊力数据中数值为0的失效数据，剩余的电 触头静熔焊力数据位有效数据，有效数据个数占数据采集量η的百分率为m，m取值为 20%-100% ； (3) 数据统计，定义自变量X和因变量Y为符合威布尔统计关系， 当m为100%时，采用威布尔完整数据统计方式进行数据统计：自变量X取值为1/ (n+l),2/(n+l),3/(n+l),……rV(n+l)，因变量Y取值为将静熔焊力数据升序排列； 当m< 100%，采用威布尔不完整统计方式，自变量X取值为1/n，l/n+V(n-l)，1/n+l/ (n-l)+l/(n-2),……l/n+V(n_l) +V(n_2) +……+1，因变量Y取值为将静熔焊力数据升序 排列； (4) 数据拟合处理，采用origin软件对数据进行拟合处理；将自变量X和因变量Y数 据导入origin软件中，用origin软件威布尔数据拟合功能得到静熔焊力数据拟合曲线； (5) 确定置信度得到最佳取值，即确定数据威布尔分布置信度，根据拟合结果得到电触 头材料静熔焊力数据最佳取值；置信度采用95%，数据最佳取值为拟合曲线自变量X=O. 95 时对应因变量Y数值。
[0008] 本发明针对目前没有一种合理的电触头材料静熔焊力数据统计方式，提出一种基于威 布尔分布的电触头材料静熔焊力数据处理方法。该方法以概率统计为基础，在保证实验能 够得到足够有效数据的前提下，极大地缩短试验时间，节约试验成本，同时也能对电触头材 料静熔焊力数据进行归纳总结，给低压电器行业发展提供技术支持。
[0009] 与现有技术相比，由于本发明基于威布尔分布建立两套电触头材料静熔焊力数据 处理机制，在对数据使用origin软件进行拟合处理，最后根据拟合曲线确定最佳取值，使 得该方法具备以下优点： (1)由于电触头材料静熔焊力数据分布比较广泛，历史经验表明这些数据分布类型 中指数分布、正态分布和威布尔分布所占比例为80%以上，而指数分布和正态分布是威布 尔分布的特例，因此本发明以威布尔分布建立数学模型，最终确定数据最佳取值具有普适 性； (2) 相对于传统的在威布尔概率纸上进行绘制而言，本方面采用origin软件进行拟合 处理，拟合精度更高，更能反应电触头材料静熔焊力的真实情况； (3) 本发明能够提供一个相对准确的电触头材料静熔焊力数据的最佳取值，从而为电 触头材料的生产提供了科学、定量的标准，充分发挥了威布尔分布处理数据的优势，减少了 触点材料浪费和经济损失。
[0010] 下面结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明做进一步介绍。

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 图1为本发明所述方法的工艺流程图； 图2为AgNi电触头材料威布尔完整数据统计方式； 图3为AgCdO电触头材料威布尔不完整统计方式； 图4为电触头材料静熔焊力测试装置图。
[0012]

【具体实施方式】
[0013] 下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不 能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明 作出一些非本质的改进和调整。
[0014] 实施例一：图2为AgNi电触头材料威布尔完整数据统计方式，获得图2步骤如下： 步骤一 =AgNi电触头材料静熔焊力实验次数n=30,所获得数据如下表所示：

【权利要求】
1. 一种基于威布尔分布的电触头材料静熔焊力数据处理方法，其特在于包括以下步 骤： (1) 电触头材料静熔焊力数据采集，电触头材料静熔焊力数据是基于电触头材料静熔 焊力测试装置所进行实验获得，每实验一次获得一个电触头静熔焊力数据，数据采集量为n 次，n取值范围是30-100 ; 该电触头材料静熔焊力测试装置包括有支架、施力机构和测试机构，所述的支架上设 置有水平的安装板，该安装板下垂直固定连接有支撑轴，所述的支撑轴上铰接连接有杠杆， 所述的施力机构与杠杆的一端联动配合，所述的杠杆的另一端下方铰接设置有连杆，该连 杆的下端固定设置有动触点导电上夹具，所述的测试机构包括有静触点导电下夹具、压力 传感器、以及数据采集器，所述的静触点导电下夹具置于压力传感器上，且静触点导电下夹 具位于动触点导电上夹具的下方，二者构成相对接触和相向分离配合，所述的静触点导电 上下夹具与压力传感器之间设置有第一绝缘片，所述的动触点导电上夹具与连杆之间设置 有第二绝缘片，所述的施力机构包括有固定于安装板上的电机，该电机联动设置有丝杆，所 述的杠杆的一端铰接设置有丝杆螺母，该丝杆螺母与丝杆联动配合设置，所述的支架包括 有与安装板平行设置的上固定板和下固定板，该上固定板下固定板之间纵向固定设置有多 根纵向固定轴，所述的安装板与纵向固定轴成纵向滑移导向配合，且该上固定板上设置有 向下的平衡轴，该平衡轴的下端与安装板固定连接设置； (2) 确定数据特征，筛除掉电触头静熔焊力数据中数值为0的失效数据，剩余的电 触头静熔焊力数据位有效数据，有效数据个数占数据采集量n的百分率为m，m取值为 20%-100% ； (3) 数据统计，定义自变量X和因变量Y为符合威布尔统计关系， 当m为100%时，采用威布尔完整数据统计方式进行数据统计：自变量X取值为1/ (n+l),2/(n+l),3/(n+l),……rV(n+l)，因变量Y取值为将静熔焊力数据升序排列； 当m < 100%，采用威布尔不完整统计方式，自变量X取值为1/n，l/n+lAn-l)，1/n+l/ (n-l)+l/(n-2),……l/n+lAn-l) +lAn-2) +……+1，因变量Y取值为将静熔焊力数据升序 排列； (4) 数据拟合处理，采用origin软件对数据进行拟合处理；将自变量X和因变量Y数 据导入origin软件中，用origin软件威布尔数据拟合功能得到静熔焊力数据拟合曲线； (5) 确定置信度得到最佳取值，即确定数据威布尔分布置信度，根据拟合结果得到电触 头材料静熔焊力数据最佳取值；置信度采用95%，数据最佳取值为拟合曲线自变量X=0. 95 时对应因变量Y数值。
【文档编号】G01N3/08GK104483192SQ201410706716
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】王珩, 李素华, 刘立强, 翁桅, 柏小平, 林万焕 申请人:福达合金材料股份有限公司