一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法与流程

本发明属于仪器仪表领域，是一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法。

背景技术：

大规格石墨电极是电炉炼钢行业的重要材料，国内年需求近40万吨。大规格石墨电极产品一般为圆柱形，直径从Φ250～700mm、长度从1500～2900mm等不同规格，电极电阻率是石墨电极的一项重要指标，传统的测量方法是根据炭素行业标准的大电流测量方式，测量电流密度为石墨电极横截面1A/cm²，常规石墨电极电阻率检测装置工作电流达到1000～4000安培，例如直径Φ550mm的石墨电极测量电阻率工作电流为2400A。这种测量方法技术落后，需要专用整流装置，设备复杂庞大，使用和维护成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种科学合理，测量设备简单，测量方便，成本低，效果佳的大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法。

实现本发明目的采用的技术方案是，一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法，其特征是，它包括以下内容：

1)将恒定直流源输出数值40-100A的直流电流施加到被测石墨电极的两端面；

2)电流值的读取通过分流器进行测量转换；

3)石墨电极电压的测量，电流通过石墨电极产生的电压降由作用在石墨电极圆柱表面一定距离分布的两个触针测量取得；

4)代表电流和电压的两路毫伏信号送到计算显示仪表，按照电阻率计算公式进行计算并直接显示被测石墨电极的电阻率。

电流密度区间为：0.02A/cm²～0.1A/cm²。

所述石墨电极圆柱表面一定距离分布的两个触针的距离为：400mm～3/4石墨电极长度。

所述恒定直流源采用输出为：40-100A的工业级直流恒流源。

本发明的一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法，由于将恒定直流源输出数值40-100A的直流电流施加到被测石墨电极的两端面；电流值的读取通过分流器进行测量转换；石墨电极电压的测量，电流通过石墨电极产生的电压降由作用在石墨电极圆柱表面一定距离分布的两个触针测量取得；代表电流和电压的两路毫伏信号送到计算显示仪表，按照电阻率计算公式进行计算并直接显示被测石墨电极的电阻率。使测量电流密度降低到0.02A/cm²～0.1A/cm²，具有科学合理，测量设备简单，测量方便，成本低，效果佳等优点。

附图说明

图1为现有的石墨电极电阻率测量电路原理示意图；

图2为整流后脉动直流电流波形示意图；

图3为石墨电极电阻率同电流密度关系示意图；

图4为石墨电极电阻率同电压测量段距离关系示意图；

图5为一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法所涉及的测量系统结构原理示意图。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明的一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法作进一步描述。

参照图1，现有的石墨电极电阻率的大电流测量方法，石墨电极电阻率表达式为：ρ＝V/I×S/L式中V测量电压，I输入电流，S电极截面积，L测量电压对应的长度。将电源1、电流表2串接在被测石墨电极4的两端，将电流表的两端接于被测石墨电极圆柱表面一定距离的两端。

先从原理上分析现有的石墨电极电阻率的大电流测量方法的不足：

1、三相交流电源经过变压调压、全波整流后输出的12V、0～5500A脉动直流，见图2。电源构成主要为105kW感应调压变压器、75kW整流变压器及控制装置，设备庞大，成本高，功耗大。

2、脉动直流产生交流分量带来测量偏差，原电源装置输出0-5500A脉动直流中交流分量较大。根据傅里叶级数展开式f(ωt)＝4Am/π(1/2+1/(1×3)cos2ωt+1/(3×5)cos4ωt+…)，式中Am为电流波形最大峰值，由公式可知脉动直流由直流分量和交流分量组成，其直流分量为2Am/π，主要交流分量4Am/π×1/(1×3)cos2ωt为信号峰值4Am/(3π)、频率100Hz的余弦波，其最大值同直流分量之比为2/3，可见交流分量之大。在直流电流为2800A时叠加其上的交流分量为1867cos(2×314t)A，如此大的交流分量将对测量产生影响。根据交流电在导体中的集肤效应原理，集肤效应使被测电极中通过电流时的有效截面积减小，从而使其有效电阻变大，使电阻率测量结果变大。其表现为集肤效应使流经电极表面的电流增大而流经电极中心区域的电流减少，使接触电极表面的电压触针测得的电压增大，使电阻率测量结果变大。由于石墨电极电阻率测量的电压是毫伏级弱信号，集肤效应带来的影响是不容忽视的。

3、一般直流电压测量仪表由于整个测量范围内非线性的存在，使得其在测量变化的直流量尤其在测量零点附近的小信号时精度低于测量稳定的直流量，以仪表的采样周期为T＝0.25秒(每秒采样4次)计算，一个周期内脉动直流信号有25次从零点到峰值再到零点的变化，从而影响测量精度。

本发明旨在打破传统方法的束缚，创造性的建立以较小电流密度(简称小电流)为基础的大规格石墨电极电阻率的测量方法，可以有效降低设备投入成本、减少设备能耗和运行成本，提高测量准确度，为此，经过大量科学实验和分析。

实例1：参见图3，石墨电极电阻率同电流密度的关系，通过Φ250mm～Ф500mm不同规格的石墨电极施加由小到大的电流进行电压降测量。得到的结论为：

1、电流密度的导致测量分辨力随之变低，测量难度加大，对测量仪器的要求更高。

2、当电流降低到一定程度时(0.015A/cm²)，测量值的稳定性被破坏，测量误差明显增大；其测量曲线出现拐点，拐点之后曲线斜率急剧变陡，测量值进入了不稳定区。

3、电流密度大于等于0.02安培时，测量误差在0.6％以内；电流密度大于0.04A时，测量误差在0.15％以内，之后在电流密度的改变时测量电阻率变化很小。

实例2：参见图4，在小电流模式下，石墨电极电压降同测量距离的关系，实验结论为：电压测量段距离小于100mm时为测量值不稳定区，大于此值时输出电压基本同测量段距离基本成线性比例关系，或者说所测得的电阻率基本不变。

实例3：参见图5，在石墨电极两端面施加电流，而在石墨电极圆表面一侧测量电压，同在石墨电极圆表面平行轴线的同一直线上施加电流和测量电压进行比较，结论是：在石墨电极两端面施加电流测量值稳定；而在石墨电极表面同一直线上施加电流所测量的电压在大规格电极上测量值有升高趋势，带来一定测量偏差。

实例4：参见图5，本发明的一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法，将被测石墨电极4的一端与整流电源5的一端连接，被测石墨电极4的另一端通过分流器6与整流电源5的另一端连接，分流器6与计算显示仪7连接，计算显示仪7的两个电压测量触针跨接于石墨电极圆柱表面一定距离上。整流电源5、分流器6、计算显示仪7均采用市售产品。

小电流模式下全波整流的脉动直流源同具有稳定的恒定直流源相比较，结论是：恒定直流源在小电流模式下具有稳定的测量电压，而二脉动直流在使用数字仪表测量时，显示值的末位有跳变，影响正常数据读取，其原因分析是采用双积分原理进行A/D转换的数字仪表对输入信号的稳定性要求较高，测量脉动直流是影响A/D转换精度。

通过实例1-4的实验和分析，综合确定，建立一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法的内容为：

1、电流密度要求：0.02A/cm²～0.1A/cm²，石墨电极测量电流以40～100A为宜；

2、在石墨电极两端面施加电流方式好于在电极圆表面平行轴线的同一直线上施加电流；

3、电压测量的两触针距离不易过小，合适距离为400mm～3/4石墨电极长度，被测电压一般为1～10mV；4、使用输出40～100A恒定的直流源作为小电流测量的整流电源5，通过分流器6输出最大75mV的直流信号，测量精度和稳定度优于脉动直流电源。在不考虑所用仪表的测量准确度前提下，上述小电流测量方法的测量准确度可以控制在±0.5％以内。

本发明的一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法经过在石墨电极加工线上的应用，使用效果很好。石墨电极电阻率小电流测量系统构成见图5，系统构成及原理为：整流电源5作为直流恒流源、分流器6及接触被测石墨电极两端面的极板组成电流回路，两接触被测电极圆柱表面的触针测量电压降，分流器6输出的的毫伏信号及电压触针的毫伏信号分别送到计算显示仪7，计算显示仪7主要由高精度数字毫伏表、可编程控制器PLC及触摸屏组成，分流器6输出的的毫伏信号及电压触针的毫伏信号经高精度数字毫伏表转换成RS232数字信号送至可编程控制器PLC，进行计算及显示。测量系统综合准确度能够达到±1.5％以内，完全满足工艺要求。

本发明的一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法，由于采用了结构简单的测量系统，投入成本小，运行功耗低，节省能源；由于测量系统采用了技术先进的直流恒流源、高精度数字毫伏表、可编程控制器PLC及触摸屏，使其测量方法科学、先进，实验数据充分，测量精度高，测量稳定度好，易于推广应用。

本发明的一种大规格石墨电极电阻率的小电流测量方法不局限本具体实施方式，对于本领域技术人员来说，不经过创造性劳动的简单复制和改进仍属于本发明权利要求保护的范围内。