论文部分内容阅读
摘要：从实际生产及合理应用的角度出发，着重对氧弹头充氧电极接口连接转换器的设计进行了阐述。其中包括：接触电阻等对连接转换器性能的影响。连接转换器中内螺纹结构、连接口结构、导角结构、导入口结构以及滚花等的设计和各自所具有的功能，同时还介绍了具体实施方案和实施过程。还对传统的电气连接方式的特点进行了必要的分析。
关键词：氧弹头；连接转换器；接触电阻
Design of connecting converter at the connector of oxygenated electrode on oxygen warhead
Zhou Gang, Yang Kun, Wu Lei, Lan Yeqing, Zhu Hao, Chen Yuheng
Nanjing agricultural university, Nanjing, 210095, China
Abstract: This paper puts its emphasis on describing the designing of the connecting converter used in the oxygenated electrode on oxygen warhead, which is meaningful for practical production and reasonable application. The main contents are: the affection of contact resistance on the performance of connecting converter; the respective structure design and function of inside screw, connector, lead angle, import object and knurling; the introduction of the detailed implementation plan and implement process. Furthermore, the characteristic of the traditional electrical connection is analyzed.
Key words: Oxygen warhead; connecting converter; contact resistance
氧弹式量热计是测定物质恒容燃烧热的常用仪器, 广泛用于煤炭、冶金、建筑材料等工业领域中煤的发热量测定以及其他可燃物质燃烧热的测定。燃烧热的测定是高等学校物理化学实验热力学部分的一个经典实验。燃烧热测定实验装置即氧弹式量热计,本文统称燃烧热测定实验装置。
燃烧热测定实验装置由氧弹头、水套、水筒、搅拌器、温控器以及点火装置等构成。氧弹头则由圆筒式弹体和弹体密封盖以及用于转移氧弹头的提取环3部分组成。在弹体密封盖上设置有氧弹头充氧口电极,用于氧弹头充氧及氧弹头和点火装置的连接。
氧弹头充氧电极接口连接转换器是用来连接氧弹头充氧电极接口与点火装置的关键零部件。
燃烧热测定实验装置只有在所有元器件性能可靠,各电路连接牢固的状况下方能正常有效地工作。电气连接是保证电路及电器元件连接或断开的主要手段,因此电气连接是电子电工设备设计和制造的重要内容之一。
连接转换器是用于电气连接的主要元器件,通过连接转换器可有效地将两导体接通。传统的电气连接方式多数是以螺钉、螺母与导线压接,但由于螺钉、螺母及导线冷压端头体积大,不利于安装使用,而且接触电阻较大,所以目前已经很少采用。
对于焊接方式而言,焊接过程中发生虚焊现象是难以避免的。虚焊连接会导致导线与接触元器件之间处于似连非连的临界状态,抗振动能力差。即使通电测试合格,一旦虚焊点遭受冲击或振动时,连接点将有可能形成开路。因此,焊接连接方式可靠性及寿命都比较低。
之前氧弹头充氧电极接口与点火装置的连接是通过点火帽加连接导线的方式实现。由于在实施过程中点火帽上的铜簧片容易松动,造成连接不稳定,直接影响到点火的效果与实验的成败。
由此可见,为了使燃烧热测定实验装置中的氧弹头充氧电极接口与点火装置连接得更加牢固,设计一种新型的氧弹头充氧电极接口连接转换器(以下简称连接转换器)是非常有必要的。
1连接转换器设计的基本要求
连接转换器品质的优劣直接影响到氧弹头充氧电极接口与点火装置连接的功效,所以在设计过程中必须注意下列几个方面的问题：
(1)连接转换器与接插件之间的接触电阻要尽可能小,以减少功率损耗和热量的产生。理想状态下接触电阻为零。
(2)连接转换器必须有足够的机械连接强度,以保证连接的可靠性。
(3)连接转换器必须有足够的耐腐蚀性,能适应相应的气候条件和环境条件。
(4)产品加工简捷、成本低廉、装配及使用方便。
连接转换器与两个接触体(氧弹头充氧电极接口、香蕉插头)的表面接触区域存在着接触电阻,该电阻的数学表达式为：
Rｉ=Rｃ＋Rｆ(1)
式(1)中：Rｉ为接触电阻；Rｃ为收缩电阻；Rｆ为薄膜电阻。
一般情况下,在使用过程中,接触电阻主要来源于收缩电阻。收缩电阻是电流在流经电接触区域时,从原来截面较大的导体突然转入截面很小的接触点,使电流发生剧烈收缩现象所呈现的附加电阻。两个接触体之间的收缩电阻为：
(2)
式(2)中：ρ1和ρ2为两种接触材料的电阻系数(当接触材料相同时电阻系数相同)；f为接触材料弹性极限(当不同材料组合时,取弹性极限小的值)；n为接插件的两个接触体表面真正接触点的数目,Pk为接触压力。
由(2)式可知：接触电阻与两种接触材料的电阻系数ρ1、ρ2成正比,与接触材料弹性极限f的均方根成正比；与接插件的两个接触体表面真正接触点的数目的均方根n成反比,与接触压力的均方根Pk成反比。
由此可见：连接转换器的制造,应选择电阻系数小、弹性极限较低的材料；当增加接触压力时,真正接触点数目将会增多。注意了上述几点,便可有效降低接插件的接触电阻。在实际生产中,接插件的接触电阻值是难以精确计算的,但对接触电阻的最大值是有严格要求的。
2技术方案
(1)连接转换器顶端设置有带有内螺纹结构的接口,在安装时可与氧弹头充氧电极接口的外螺纹紧密相连形成紧配合,同时也起到了增加接触面减小接触电阻的作用,从而确保了良好的导电效果。
(2)连接转换器四周设置有4个带有导入口结构的连接口,以满足从不同方位插入香蕉插头的要求。导入口为八字形结构,便于香蕉插头的接插。
(3)连接转换器两端设置有导角,导角的设置是为了安装时操作人员的安全。
(4)连接转换器周身滚花,目的是为了防止安装时打滑。
3具体实施方式
转换器包括接口1、连接口2、内螺纹3、导角4、滚花5、导入口6。连接转换器剖面图如图1所示,连接转换器外形如图2所示。
图1 连接转换器剖面示意图 图2 连接转换器外形示意图
接口1对准充氧电极头8并顺时针旋紧,此时内螺纹3与外螺纹7形成紧配合。将香蕉插头9沿导入口6插入连接口2形成紧配合。导角4的设置是为了确保操作人员的安全,滚花5的设置是为了防止安装时打滑。香蕉插头9是连接转换器与点火装置之间的连接体。氧弹头充氧口电极外形如图3所示,香蕉插头外形如图4所示。
连接转换器选用导电能力较好的黄铜材料精加工而成,充氧电极接口与连接转换器之间采用螺纹紧配合的方式连接。此连接方式优点在于：增加了连接转换器与充氧电极接口之间的接触压力和接触面积,减小了两者之间的接触电阻,同时增加了连接的稳定性。该连接转换器结构合理、体积小、成本低、安装便捷。
连接转换器的可靠性和接触电阻的问题,是设计制造过程中要考虑的关键问题。接触压力与连接转换器材料的弹性息息相关,连接转换器材料的稳定程度直接影响到连接的可靠性和接触电阻的大小。连接转换器在制作过程中,局部塑性变形所产生的内应力,可以用时效处理的方法消除。否则在连接转换器使用过程中随着内应力的逐步释放,会导致连接转换寿命的同步衰减。
连接转换器的应用,有效地解决了原连接方式中点火帽上的铜簧片容易松动,造成连接不稳定及接触电阻较大的弊病,从而保证了实验的正常有效进行。
参考文献
[1] 侯德顺，钟红梅.氧弹式量热计测定燃烧焓实验操作条件的改进[J].广东化工，2008，10：127～129
[2] 于水军，毕文彦，白钰.氧弹式量热计的改造[J].河南理工大学学报，2005，8：326～328
[3] 路道庆，邓斌，于兰英，等.深海水密接插件结构设计[J].机械工程师，2008，7：53～55
[4] 蔡永华，李鹏，翟鹏程，等.接触热阻和接触电阻对热电器件效率的影响[J].武汉理工大学学报，2009，12：28～30
[5] 张昆.双电桥测收缩电阻[J].物理实验，2003，6：33～34
[6] 杜太行，陆俭国，张露，等.低压电器触点间收缩电阻检测技术的研究[J].电工技术学报，2003，2：42～44
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：氧弹头；连接转换器；接触电阻
Design of connecting converter at the connector of oxygenated electrode on oxygen warhead
Zhou Gang, Yang Kun, Wu Lei, Lan Yeqing, Zhu Hao, Chen Yuheng
Nanjing agricultural university, Nanjing, 210095, China
Abstract: This paper puts its emphasis on describing the designing of the connecting converter used in the oxygenated electrode on oxygen warhead, which is meaningful for practical production and reasonable application. The main contents are: the affection of contact resistance on the performance of connecting converter; the respective structure design and function of inside screw, connector, lead angle, import object and knurling; the introduction of the detailed implementation plan and implement process. Furthermore, the characteristic of the traditional electrical connection is analyzed.
Key words: Oxygen warhead; connecting converter; contact resistance
氧弹式量热计是测定物质恒容燃烧热的常用仪器, 广泛用于煤炭、冶金、建筑材料等工业领域中煤的发热量测定以及其他可燃物质燃烧热的测定。燃烧热的测定是高等学校物理化学实验热力学部分的一个经典实验。燃烧热测定实验装置即氧弹式量热计,本文统称燃烧热测定实验装置。
燃烧热测定实验装置由氧弹头、水套、水筒、搅拌器、温控器以及点火装置等构成。氧弹头则由圆筒式弹体和弹体密封盖以及用于转移氧弹头的提取环3部分组成。在弹体密封盖上设置有氧弹头充氧口电极,用于氧弹头充氧及氧弹头和点火装置的连接。
氧弹头充氧电极接口连接转换器是用来连接氧弹头充氧电极接口与点火装置的关键零部件。
燃烧热测定实验装置只有在所有元器件性能可靠,各电路连接牢固的状况下方能正常有效地工作。电气连接是保证电路及电器元件连接或断开的主要手段,因此电气连接是电子电工设备设计和制造的重要内容之一。
连接转换器是用于电气连接的主要元器件,通过连接转换器可有效地将两导体接通。传统的电气连接方式多数是以螺钉、螺母与导线压接,但由于螺钉、螺母及导线冷压端头体积大,不利于安装使用,而且接触电阻较大,所以目前已经很少采用。
对于焊接方式而言,焊接过程中发生虚焊现象是难以避免的。虚焊连接会导致导线与接触元器件之间处于似连非连的临界状态,抗振动能力差。即使通电测试合格,一旦虚焊点遭受冲击或振动时,连接点将有可能形成开路。因此,焊接连接方式可靠性及寿命都比较低。
之前氧弹头充氧电极接口与点火装置的连接是通过点火帽加连接导线的方式实现。由于在实施过程中点火帽上的铜簧片容易松动,造成连接不稳定,直接影响到点火的效果与实验的成败。
由此可见,为了使燃烧热测定实验装置中的氧弹头充氧电极接口与点火装置连接得更加牢固,设计一种新型的氧弹头充氧电极接口连接转换器(以下简称连接转换器)是非常有必要的。
1连接转换器设计的基本要求
连接转换器品质的优劣直接影响到氧弹头充氧电极接口与点火装置连接的功效,所以在设计过程中必须注意下列几个方面的问题：
(1)连接转换器与接插件之间的接触电阻要尽可能小,以减少功率损耗和热量的产生。理想状态下接触电阻为零。
(2)连接转换器必须有足够的机械连接强度,以保证连接的可靠性。
(3)连接转换器必须有足够的耐腐蚀性,能适应相应的气候条件和环境条件。
(4)产品加工简捷、成本低廉、装配及使用方便。
连接转换器与两个接触体(氧弹头充氧电极接口、香蕉插头)的表面接触区域存在着接触电阻,该电阻的数学表达式为：
Rｉ=Rｃ＋Rｆ(1)
式(1)中：Rｉ为接触电阻；Rｃ为收缩电阻；Rｆ为薄膜电阻。
一般情况下,在使用过程中,接触电阻主要来源于收缩电阻。收缩电阻是电流在流经电接触区域时,从原来截面较大的导体突然转入截面很小的接触点,使电流发生剧烈收缩现象所呈现的附加电阻。两个接触体之间的收缩电阻为：
(2)
式(2)中：ρ1和ρ2为两种接触材料的电阻系数(当接触材料相同时电阻系数相同)；f为接触材料弹性极限(当不同材料组合时,取弹性极限小的值)；n为接插件的两个接触体表面真正接触点的数目,Pk为接触压力。
由(2)式可知：接触电阻与两种接触材料的电阻系数ρ1、ρ2成正比,与接触材料弹性极限f的均方根成正比；与接插件的两个接触体表面真正接触点的数目的均方根n成反比,与接触压力的均方根Pk成反比。
由此可见：连接转换器的制造,应选择电阻系数小、弹性极限较低的材料；当增加接触压力时,真正接触点数目将会增多。注意了上述几点,便可有效降低接插件的接触电阻。在实际生产中,接插件的接触电阻值是难以精确计算的,但对接触电阻的最大值是有严格要求的。
2技术方案
(1)连接转换器顶端设置有带有内螺纹结构的接口,在安装时可与氧弹头充氧电极接口的外螺纹紧密相连形成紧配合,同时也起到了增加接触面减小接触电阻的作用,从而确保了良好的导电效果。
(2)连接转换器四周设置有4个带有导入口结构的连接口,以满足从不同方位插入香蕉插头的要求。导入口为八字形结构,便于香蕉插头的接插。
(3)连接转换器两端设置有导角,导角的设置是为了安装时操作人员的安全。
(4)连接转换器周身滚花,目的是为了防止安装时打滑。
3具体实施方式
转换器包括接口1、连接口2、内螺纹3、导角4、滚花5、导入口6。连接转换器剖面图如图1所示,连接转换器外形如图2所示。
图1 连接转换器剖面示意图 图2 连接转换器外形示意图
接口1对准充氧电极头8并顺时针旋紧,此时内螺纹3与外螺纹7形成紧配合。将香蕉插头9沿导入口6插入连接口2形成紧配合。导角4的设置是为了确保操作人员的安全,滚花5的设置是为了防止安装时打滑。香蕉插头9是连接转换器与点火装置之间的连接体。氧弹头充氧口电极外形如图3所示,香蕉插头外形如图4所示。
连接转换器选用导电能力较好的黄铜材料精加工而成,充氧电极接口与连接转换器之间采用螺纹紧配合的方式连接。此连接方式优点在于：增加了连接转换器与充氧电极接口之间的接触压力和接触面积,减小了两者之间的接触电阻,同时增加了连接的稳定性。该连接转换器结构合理、体积小、成本低、安装便捷。
连接转换器的可靠性和接触电阻的问题,是设计制造过程中要考虑的关键问题。接触压力与连接转换器材料的弹性息息相关,连接转换器材料的稳定程度直接影响到连接的可靠性和接触电阻的大小。连接转换器在制作过程中,局部塑性变形所产生的内应力,可以用时效处理的方法消除。否则在连接转换器使用过程中随着内应力的逐步释放,会导致连接转换寿命的同步衰减。
连接转换器的应用,有效地解决了原连接方式中点火帽上的铜簧片容易松动,造成连接不稳定及接触电阻较大的弊病,从而保证了实验的正常有效进行。
参考文献
[1] 侯德顺，钟红梅.氧弹式量热计测定燃烧焓实验操作条件的改进[J].广东化工，2008，10：127～129
[2] 于水军，毕文彦，白钰.氧弹式量热计的改造[J].河南理工大学学报，2005，8：326～328
[3] 路道庆，邓斌，于兰英，等.深海水密接插件结构设计[J].机械工程师，2008，7：53～55
[4] 蔡永华，李鹏，翟鹏程，等.接触热阻和接触电阻对热电器件效率的影响[J].武汉理工大学学报，2009，12：28～30
[5] 张昆.双电桥测收缩电阻[J].物理实验，2003，6：33～34
[6] 杜太行，陆俭国，张露，等.低压电器触点间收缩电阻检测技术的研究[J].电工技术学报，2003，2：42～44
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文