电阻率十篇

电阻率篇1

中图分类号：TM247文献标识码： A 文章编号：

我们在检验时常常会发现这样一种现象，例如对60227IEC01（BV）—450/750V1× 2.5mm2 测量电阻时,环境温度为20℃,导体直径为1.78 mm，导体直流电阻为7.35Ω/km,完全符合GB/T3956–1997的标准要求,即不大于7.41Ω/km;如果按照这些数据计算下来,该导体的电阻率应为0.018375Ω·mm2/m,这显然不符合GB/T3953 –2009标准中要求的不大于0.017241Ω·mm2/m.。这是为什么呢？下面以生产60227IEC01（BV）—450/750V的电缆用软圆铜线（TR）为例来分析一下。

电阻和电阻率

对于电线电缆来说，导体的电阻是指其对于电流通过的阻碍作用。导体的电阻与导体的材料、长度、截面、温度有关；也可以这样说：当软圆铜线温度为20℃、截面为1mm2 、长度为1m时，其电阻值为0.017241Ω；电阻值越大，阻碍电流通过的能力就越大，载流量就越小。上海电缆研究所通过试验，提出了电线电缆的载流量，可供参考。

电线电缆导体的电阻率有体积电阻率、质量电阻率、单位长度电阻率。体积电阻率为单位长度和单位截面积的导体的电阻。国际电工委员会IEC28（125）《铜电阻国际标准》中规定：“20℃温度时，国际退火铜体积电阻率是1/58=0.017241Ω·mm2/m”。

从以上描述中我们了解到电阻和电阻率并不是一回事。在实际操作中，无论是检验机构还是企业都应该加以区别。企业对电线电缆导体的原材料进厂时应按电阻率来进行验收考核，执行标准为GB3952-2008《电工用铜线坯》和GB/T3953 –2009《电工圆铜线》；对于成品电线电缆导体是考核其电阻的，执行标准为GB/T3956-2008《电缆的导体》。我国的国家标准GB/T3956-2008《电缆的导体》中规定了对成品导体电阻的要求，显然要比对原材料导体体积电阻率的要求要宽容得多，这是由于长期的历史演变所造成的结果，也是对工程上的某种特殊的考虑。

标称电阻率和实测电阻率

我国对裸电线产品的电阻率的质量分等也作出过规定。

我们在测试过程中发现，如果铜导体20℃的体积电阻率为0.01690Ω·mm2/m,则说明该铜导体的质量是相当好的了；如果测得铜导体20℃的体积电阻率低于0.01690Ω·mm2/m，甚至更低时，我们认为这是不可能的、也是不合理的。如果出现这种情况，一般在测量直径为0.3mm及以下的软圆铜导线时比较多见，这也说明该铜导体的导电能力是相当强的。

不管是质检机构的检验人员还是企业的检验人员都应该具备一定的电线电缆的基础知识，具有一定的判断能力；当铜导体的体积电阻率过低时，首先要想到这是不可能的，其次要分析是什么原因产生了误差。我们在实际工作中总结出产生误差的原因可能有以下几个方面：

1、GB/T3048.2-2007《电线电缆电性能试验方法金属导体材料电阻率试验》中第6.1.1条规定两种试验方法：基准试验方法和常规试验方法。允许测量误差如下表所示：

2．测量仪器精度不够。GB/T3048.2-2007《电线电缆电性能试验方法金属导体材料电阻率试验》中第6.2.2条规定：“电阻测量系统的总误差包括：标准电阻的校准误差、试样和标准电阻的比较误差、接触电势和热电势引起的误差、测量电流引起的试样发热误差”；还有其它计量器具选用精度不够而引起的误差。

3、未使用导体电阻夹具。未使用导体电阻夹具会造成试样的长度不能精确到1000mm，从而引起长度上的误差；标准规定长度应精确到±0.05%。

4、设备的使用不符合标准试验要求。GB/T3048.2-2007《电线电缆电性能试验方法金属导体材料电阻率试验》中第6.2.3条规定：“四点法测量时，电位接触点应由相当锋利的刀刃构成，且互相平行，均垂直于试样纵轴，接点也可以是锐利的针状接点。每个电位接点与相应的电流接点之间的距离应不小于试样断面周长的1.5倍” 。第6.2.4条规定：“使用凯尔文双臂电桥时，标准电阻和试样间的跨线电阻应明显地既小于标准电阻又小于试样电阻。否则，应采取适当方法予以补偿”。

5．试验室的温度计指示不准确。这样容易造成温度指示上的偏差，在从电阻换算到电阻率的过程中就容易造成温度系数选用上的偏差，使导体电阻率换算不准确；标准规定：温度控制精度为±0.04%,温度引起的总误差应不大于±0.06%。

6、试样温度与测量环境温度不一致。试样应在相对稳定的试验环境中放置足够长的时间，在放置和试验的过程中环境温度的变化应不大于±1℃。测量环境温度时，温度计应离地面至少1m，离试样应不超过1m，且二者应大致处于同一高度。

7、试样受损引起的误差。试样表面应光滑清洁，无裂纹和缺陷，无斑疤、灰尘和油污；如果有这些缺陷，都会容易造成电阻率的偏大。

8、人为因素引起的误差。检验人员由于操作不熟练，或对检验设备性能了解不够，对标准理解不深，对专业知识知道不多，等等，这些因素引起的误差属于人为误差，可以通过进一步学习逐步减少这些误差。

根据产生误差的原因，我们要有意识地减少这些误差，提高测量的准确度。

1、根据标准要求，选用符合标准要求精度的测量仪器，或者精度更高的测量仪器。

2、购买导体电阻夹具时，要配齐各种不同规格夹具刀口，以适应测量不同规格型号的电线电缆导体的直流电阻；此外，在测量导体电阻之前，还要注意对绞合导体的校直，方法可以采用木制的榔头轻轻敲打金属导体，尽量减少导体的弯曲程度。

3、选用符合精度要求的温度显示器，总误差要符合标准的要求。

4、在环境温度相对稳定的状态下，试样要在环境温度下放置足够长的时间，至少要保持16h以上。

5、要选用没有外伤的金属导体测量其电阻和电阻率，一般用目测和手感的方法；此外，在夹紧导体的时候，夹具的刀口与导体能充分接触为宜，但不要夹得太紧，以免损伤导体试样。

6、检验人员平时要多研究产品标准和试验方法标准，特别是试验方法标准，这是我们试验的根本依据，方法不对，其结果就不对；此外，检验人员要多动手操作试验仪器设备，如电桥、投影仪、卡尺等等；要做到“三多三勤”，多看、多想、多写，勤学、勤练、勤问，争取提高动手能力。

三、如何选择验收考核的方法

对电线电缆导体的原材料进厂时应按电阻率来进行验收考核，执行标准为GB/T3953 –2009《电工圆铜线》；原则上，体积电阻率不合格的原材料导体不能投入生产。如果检验人员发现这种情况应该及时反馈给企业的领导，要求对不合格的原材料采取严格的控制措施，如重新退火等方法。但是当原材料导体电阻率的不符合程度比较轻微时，仍能生产出合格的成品电线电缆来；当使用这种原材料时，应该根据对不合格品控制的要求，办理相关的让步接受的手续。

对于成品电线电缆导体是考核其电阻的，执行标准为GB/T3956-2007《电缆的导体》。如果企业用测量电线电缆导体的电阻来对原材料进行验收，这显然是不合理不正确的；因为导体的电阻合格了，只能表明这种导体可以使用，但并不能表明该导体的电阻率就一定能符合标准规定的要求；换句话说，其电阻率有可能是不合格的，象本文开头描述的情况一样；企业如果这样操作，可能会带来较大的经济损失。同样，如果用考核电阻率来验收成品电线电缆，好象过于“苛刻”了。

所以，无论是检测单位还是企业都要选择正确的方法，对成品电缆或原材料进行检测把关，使企业能够生产出合格的电线电缆产品。

参考书目：

1、GB/T3956-2007《电缆的导体》吴增权、朱翠珍起草，中国标准出版社2003年出版；

2、GB/T3048.2-2007《电线电缆电性能试验方法金属导体材料电阻率试验》万树德等起草，中国标准出版社2007年出版；

3、GB3952-2008《电工用铜线坯》 吴增权、朱翠珍起草，中国标准出版社2008年出版

电阻率篇2

【关键词】土壤电阻率 双层土壤 立体（复合）接地网

1 导言

目前，在石油化工行业电气专业设计工作中，设计人对土壤电阻率对接地网接地电阻的重视程度不足，一方面，在设计前收集资料时，不注意或是收集不到建设单位当地的土壤电阻率，另一方面设计人员在设计接地网时，并未计算过其所设计的接地网的接地电阻能达到一个什么样的程度，而是通过对比周边工程及以往常规的做法，凭借经验以模式化的方式来进行设计，仅是要求接地网接地电阻达到10欧姆或4欧姆。对于大部分的工程满足要求不代表对所有的工程都适用。对所设计的接地网是否能够达到此要求没有一个可以支撑其设计方案的计算，仅依靠经验判断未免有些经不起质疑。

为了能够对未来设计接地网时能够对其接地电阻有一个预估，对土壤电阻率等参数对接地电阻影响能有一个衡量数据，特搜集了一些接地电阻计算方法的素材，经过一阶段的学习，同时为了说明问题，结合实际项目中的一个接地图来做了一个模型，对计算方法及结果进行了分析，并根据此计算简单谈一谈对公式及数据的理解和认识。

2 公式的选取

首先考虑采用针对双层土壤中接地网接地电阻的计算方法。在接地电阻的计算中，土壤的类型、含水量、温度、溶解在土壤中的水中化合物的种类和浓度、土壤颗粒大小以及颗粒大小的分布、密集性和压力、电晕等均能构影响到土壤的电阻率。而在实际工程中，埋在地下的接地体并非处于一个单一均匀的土壤里，随着深度的不同，土壤也会有所差别。

其次根据实际工程的常用做法，采用立体（复合）接地网的接地电阻计算公式。平面接地网向地层深处扩散故障电流的能力有其局限性，而增加长垂直接地极形成的立体接地网，可有效地利用垂直接地极在底层深处沿水平和垂直两个方向扩散故障电流。可以有效地降低主接地电网的接地电阻，还可以有效地改善垂直接地极顶层上面平面接地网的电位分布。目前项目中大部分接地网都是水平接地体和垂直接地体相互连接，组成了立体的接地网。

3 计算模型

图1中建筑物根据其功能对接地网接地电阻的要求是4Ω。其周边接地网的长为La=52.75m，宽为Lc=18m，接地网四角设接地检查井（带接地极），接地极共n=20根，分布于接地网周边，每根长l=2.5m，其直径为d=0.02m，分布于周边接地网上，接地网埋深h=0.8m。假设为在地下H=1.2m处土壤开始改变，即水平接地体与垂直接地体的上半部分处于某一种土壤中（假设为黏土，根据参考文献[2]中的数据，其土壤电阻率按照50Ω・m来考虑）。1.2m以下是与另一种土壤类型接触的垂直接地体的下半部分，分不同的情况，其电阻率分别考虑70Ω・m（模拟土壤含沙石较少的情况），400Ω・m（模拟多石土壤的情况），1500Ω・m（模拟砂、沙砾类型土壤的情况）。

4 计算过程

以上各参数代入计算公式，得到计算结果为：

当下层土壤电阻率为70Ω・m时，接地网接地电阻0.91Ω。

当下层土壤电阻率为400Ω・m时，接地网接地电阻3.69Ω。

当下层土壤电阻率为1500Ω・m时，接地网接地电阻9.49Ω。

5 公式及结果的分析

从数据中来分析。随着下层土壤电阻率的升高，接地网接地电阻从0.91Ω，3.69Ω到9.49Ω也在升高。最低的数值为0.91Ω，已经超出本工程的要求。但是从中可以看出在某些对接地电阻要求很高（如1Ω）的工程上，只有土壤条件非常好的情况下，简单接地网才可以满足要求，地质情况较差时简单的接地网想要满足1Ω的接地电阻非常困难；其中间的数值为3.69Ω，该数值也能够满足本次工程的要求，但是需要引起注意的是计算数据的偏差，如参考文献[1]中作者所述，此计算方法与计算机的计算误差通长都小于10%，我们在实际计算过后，仍然要考虑计入误差之后接地网的接地电阻是否仍然能满足要求（按照10%考虑误差后，接地电阻值为4.06Ω），然而对于400Ω・m以下土壤电阻率的接地网来说，一般情况下石油化工行业所需要的接地网接地电阻值就都能够满足要求了，偏差也不会太大，即使出现一些偏差，现场可以通过增加几根接地极、多埋几根接地线，再或者添加一些降阻剂等简单方法来处理；本次模拟计算中，得到的最大数值为9.49Ω，该数值已经不能满足本次工程的要求，在实际中需要通过综合多种方法来解决，而我们在设计中，遇到类此情况则需要考虑多设几组接地极，接地网布的大一些、密一些，还要考虑大量的降阻剂等方式，甚至更换土壤等方法。总之，对接地电阻要求较高的情况下，简单的接地网已不适用于高电阻率的土壤。

另外，在石油化工行业，除了变配电所、机柜间等单元要求接地电阻达到4欧姆以外，其余如装置区等要求接地电阻达到10欧姆即可，所以在工程中若非遇到极恶劣的地质情况或特殊接地电阻的要求，我们所做的设计虽未经过详细算，也是能够满足的。

6 结论

从本次计算中可以看出不同类型土壤（不同土壤电阻率）对接地网接地电阻的影响，在设计中，在不同电阻率的土壤情况下，可以参考本次分析，估计出接地网的设计难度，从而避免设计结果与实际情况差距太过巨大，导致现场无法处理的情况。而且设计前收集资料时，也应该尽可能的详细了解施工现场土壤的电阻率情况，以便对所做的工程更加了解，避免模式化的设计可能导致的错误。

参考文献

[1]王洪泽.计算双层土壤中接地体和接地网电阻的16个新公式[J].广西电力工程，1998（03）.

[2]工业与民用配电设计手册（第三版）.

电阻率篇3

关键词：大地电阻率；特高压；接地极；大地电磁测深法

1概论

由于土壤的取样将破坏其结构和水份从而不能得到其真正的电阻率，因此迄今为止，几乎所有在现场测试土壤电阻率的方法都是以稳定电流场未基础，假设大地在各个方向上是均匀的。实际上在大多数区域里，土壤在各个方向上是不均匀的，因而实际测得的数据不是真正的电阻率，而是视在电阻率。[1]

测量土壤电阻率参数的一个重要目的，就是以测量所得的大地电阻率值为依据，计算或确定地电流对环境设施的影响，并确定是否采取保护措施。

因此，极址土壤电阻率参数的测试范围应和接地极设计所采用的入地电流，环境和地质情况有关。一般来讲，入地电流越大，周围环境设施越复杂，大地导电性能越差，要求测量的范围越大。

在如此之大的范围里，为了减少测试工作量，同时也能满足计算精度要求，通常对极址附近的2平方公里范围里的土壤电阻率进行详细地勘测；对于远离这个范围直至数十公里以远，采取抽样勘测，或者通过收资确定。[2]

2 测量土壤电阻率的方法

2.1电位拟合法

众所周知，在给一接地装置注入电流时，其附近地面电位将升高。显然各点电位升，除了与入地电流线性相关外，同时与试验场地土壤电阻率及其分布也密切相关。为此，这里介绍的电位拟合法，就是采用计算机，对土壤电阻率值及其分布是给定的模型，进行地面电位分析计算。通过合理地改变极址土壤电阻率值及其分布，使得各点的电位理论计算值与试验值相拟合，来确定极址土壤电阻率参数值及其分布。电位拟合法工作分两步进行。

第一步：现场模拟试验。在被试极址合适的位置安装一个小型模拟电极（建议采用半径为5m的圆环），在远离模拟电极（建议大于20Km）的地方安装一个辅助电极，租用附近的配电线路，将其中的一相或两相，串入试验电源后连接两个电极，另一相留作测量电位用。试验时，给模拟电极注入一定值（建议大于5A）的电流，同时在模拟电极至两电极中点间测量电位升。电位测点数目应足够多，

电位变化大的地方测点应密一些，反之可稀一些，总之应使测得的电位分布曲线有良好的连续性。

第二步：计算机拟合。我国第二个高压直流输电工程――天生桥至广州±500千伏直流输电工程天生桥侧接地极位于大山区，土壤导电性能差，且分布复杂。模拟试验中发现，在离开试验电极距离大于试验电极任意两点间最大距离的5倍以远外，无论是山区还是平地或稻田，等电位线基本上是同心圆。因此，无论极址土壤电阻率参数如何分布，可以将其视为水平分层等值分布。在拟合计算中，先应根据试验得到的电位分布曲线和形状，同时结合极址地区地质资料，估计出极址土壤电阻率参数分层，并给出初值，然后采用计算机计算出与模拟试验相同测点的电位，通过不断地修改初值，达到理论计算与模拟试验结果吻合。当理论计算与模拟试验的电位分布曲线是吻合或比较吻合时，此时的给定初值即可作为土壤电阻率参数的设计计算模型。这里必须指出，在进行拟合计算时，电极形状、尺寸和埋深必须与试验模拟电极完全一致。

由于电位拟合法模拟了接地极运行情况，因此所获得的参数真实可靠，特别适用于确定土壤参数分布复杂地区和数百米至数公里深处的土壤电阻率值。但此方法需租用配电线路，实验难度较大，费用较高，同时数据处理比较复杂。

2. 2 电磁探测法

已经广泛应用于矿产勘探的电磁法也适用于接地极地区电阻率测量，并且可以连续测量取得大地电阻率读数，而不必像ER法那样逐点取得读数。此方法主要用来测量极址深层（数公里至数十公里）和远离极址（数公里至数十公里）大范围大地电阻率参数。[3]

电阻率电磁测量系统主要包括一个作周期变化的电流源和一个接收器。电流源和接收器通过由大地传导的电磁而互相耦合，EM源的接收器接收来自电流源的一次（发射）电磁场信号和地下导体引起的二次（反射）电磁场信号，显然接收到的两次信号相位错开，但频率相同。所用装置对形状和导电率各不相同的物体产生响应，通过比较响应的计算值或测量值便可解释EM测量结果。该装置的测量结果足以用来确定电阻率相对高或相对低的地区。

在此类EM方法中，导电率测绘的有效深度与穿过集肤深度的频率成反比，电磁场法通常是以其所使用的电磁频谱中的频率加以描述的。几米的浅层测量使用10至25赫兹的甚低频率；测深在1公里可用1至10,000赫兹的频带（称为音频带）；测深达数十公里者可用低至0.001赫兹的频率。

EM系统通常分为空中测量和地面测量两类。空中EM系统对站址选择特别有吸引力，因为它可以迅速地粗测出地表导电率。某些更为完善的系统还可以对地表松散层的厚度和导电率作出判读。在某些情况下还可测定基岩的导电率。

电阻率篇4

关键词 接触电阻 导电条 开尔文电桥四端子法

Abstract：In the light of temperature rise for copper bus bar of the power cell with high-power， the generation mechanism of the contact resistance was described， and the its test was done and analyzed by using the Kelvin bridge four terminal method. It was showned that the contact resistance had something to do with the torque value， coating material， dimension and so on.

Key words：contact resistance bus bar Kelvin bridge four terminal method

1前言

导电条（Bus bar）是大功率动力电池组（cell pack）中不或缺的电气连接元件。当导电条通过大电流时，会产生发热（温升）现象。解决导电条温升问题对于提高其使用性能、延长使用寿命、减少损失等有着非常重要的实用价值和经济意义。为此，笔者针对大功率动力电池的温升现象，对铜导电条的接触电阻进行了分析研究。

2接触电阻产生机理及计算公式

电流在流经两金属导体的电接触区域时，从原来截面较大的导体突然转入截面很小的接触点，电流发生剧烈收缩现象，此现象所呈现的附加电阻称为收缩电阻。在电接触的接触面上，由于接触表面膜层及其他污染而覆盖着一层导电性很差的物质，这就是接触电阻的另一部分——膜电阻。综上所述，真实的接触电阻Rj由收缩电阻Rs及膜电阻Rf两部分组成。

而实际测量电连接器接触件的接触电阻时，都是在接点引出端进行的，故实际测得的接触电阻还包含接触表面以外接触件和引出导线本身的导体电阻。将实际测得包含有导体电阻的称为总接触电阻Rc。

Rj=Rs+Rf?………………1）

Rc=Rn+Rj?………………2）

………………3）

Rn=ρL/s=ρ/t………………4）

Rc=+ρ/t +Rf……………5）

式中：

ρ为电阻率；k为与材料变形情况有关的系数，一般情况为0.3～1，当接触面较平，弹性变形是主要的，则取小值，接触点全部是塑性变形时取k=1；HB为导体材料的布氏硬度；n为实际接触点数，反映接触面积的大小；F为接触面的正压力；Rn为导体固有电阻；L为导体长度；

T为铜导体的横截面厚度；s为横截面面积。

对于一个设计定型产品，其导体固有电阻是相对固定的，导体的总接触电阻因接触电阻的变化而变化，而接触电阻又因收缩电阻和膜电阻的变化而变化。由公式5可知：一旦导体材料选定，则其收缩电阻大小由加于接触面的正压力和实际接触点数 （即接触面积大小）决定。

大功率动力电池导电条则往往由于以上因素而引起接触电阻增大，从而使温升升高。

3接触电阻试验研究分析

本次铜导电条接触电阻试验从力矩大小、镀层材料、接触面积3个方面着手进行研究。

在测量接触电阻时，使用按开尔文电桥四端子法原理设计的接触电阻测试仪，其专用夹具夹在被测接触件端接部位两端，采用螺母将上下两块铜导电条进行锁紧，施加在螺母上的力矩范围为1～10Nm，试验共分16组。接触电阻测试图如图1所示。

3.1力矩对接触电阻的影响

图2为力矩与接触电阻的变化关系图。

由图2可知：随着力矩的增加，总接触电阻逐渐减小。当力矩增加到一定程度时，接触电阻趋于平稳。

原因：当力矩增加时，接触正压力增大，接触点增加，根据公式5，收缩电阻减少。在接触正压力增加到一定值时，可使触头表面气体分子层等吸附膜减少到2～3个分子层，此时超过材料屈服点强度，产生塑性形，表面膜被压碎，增大了两铜导电体的接触面，使得接触点迅速增加，从而引起接触电阻迅速下降，并能得到较稳定的值。因此，力矩的增加能增加接触点的有效接触面积以及有效地抑制了表面膜对接触电阻的影响。

3.2 镀层材料对接触电阻的影响

图3为镀层材料与接触电阻的变化关系图。

由图3可知：镀锡的导电条在3Nm时总接触电阻达到平衡，镀镍的导电条在8Nm总接触电阻才能达到平衡，镀锡的导电条接触电阻基本在10μΩ以内，而镀镍的导电条接触电阻基本都在20μΩ以外。因此，同等条件下，镀镍的导电条产生的接触电阻要大于镀锡的导电条，同时，从图3中两条曲线的斜率来看，力矩的变化对镀锡的导电条产生的接触电阻影响很小，对镀镍的导电条则很大。

原因：尽管锡的电阻率大于镍的电阻率，但锡的硬度比镍的硬度大很多，而且在一定的扭矩下镀层锡相比镀层镍更容易发生塑性变形，这样便增加了上下层铜导电条的点点接触，即增加了接触点，依据公式5，在力矩相同情况下，镀锡的收缩电阻相对较小，因此，镀锡的总接触电阻相对较小。

3.3尺寸规格对接触电阻的影响

图4为不同尺寸规格下力矩与接触电阻的变化关系图。

由图4可知：铜导电条长度尺寸为15mm的接触电阻最小，40mm的接触电阻最大。

原因：尽管铜导电体尺寸增加，接触点有所增加，根据公式3收缩电阻会减小，但因试验用的铜存放环境等因素会使表面留有污渍且表面极易氧化生成致密的氧化铜膜层，此时将铜导电条进行装配，会导致整个导电条的膜电阻变大。因此，根据公式5，表面受污染及氧化的铜导电体长度尺寸越大，总接触电阻越大。

3.4温升计算

设环境温度为25℃，通过导电条的电流大小为60A通电后达到稳态时导电条的温升ΔT

假设接触电阻产热仅依靠接触部分的导电条散热，而非依靠整个导电条散热，根据温升计算公式计算各型号铜导电条接触电阻阀值如表1。

表1 不同导电条规格下的电阻阀值

导电条规格mm2 电阻阀值（μΩ）

15

20

30

40

在环境温度下，用10Nm力矩测得16组铜导电条的接触电阻值如图5所示。

根据图5并结合表1可判断出尺寸规格大于20mm的铜导电条能满足温升ΔT

4结论

根据以上试验分析可得出如下结论：

（1）接触电阻的变化对铜导电条的温升有影响，而接触电阻又与所施加的力矩、镀层材料、铜导电条的尺寸规格等因素有关系。

（2）在同等条件下，镀锡的铜导电条大约在3Nm的时接触电阻就达到平衡，而镀镍的铜导电条大约在8Nm的时候才达到平衡。而且随着力矩的增加，接触电阻减小。

（3）若控制铜导电条的温升应小于5℃，则铜导电条的长度尺寸规格应大于20mm。

总之，在设计大功率动力电池的铜导电条时应综合考虑各种因素，建议使用锡作为镀层材料以防铜表面氧化，所施加的力矩在锁紧力矩范围内尽可能大。另外，文章没有同时考虑以上因素来试制铜导电体样件，并对其接触电阻进行试验分析，这方面还有待进一步研究。

参考文献：

[1]姚文华.电触点材料接触电阻分析[J].电工材料，2005（3），22-23.

[2]张劳、张登科.接触电阻对塑料外壳式断路器温升的影响及减小措施[J].甘肃电器技术，1995（2），27.

[3]臧春艳 何俊佳.密封继电器接触电阻与表面膜研究[J].中国电机工程学报 2008（28），125-127.

[4]郭卫凡 黄文建.力矩法控制螺栓预紧力的准确度分析[J].科技信息，2011（25），1-6.

电阻率篇5

关键词：宝昌台；地电阻率；特征变化；机理

中图分类号：P319文献标识码：A文章编号：1000-0666（2013）03-0358-06

0引言

由于气象、环境等因素影响，地电阻率观测数据通常情况下并不是一条平直的曲线，而是具有趋势变化、年变和脉冲等多种变化形态的曲线。与地震孕育、发生有关系的地震前兆异常因上述变化的存在，通常被弱化甚至被掩盖，因此分析地电阻率曲线典型变化特征，并研究其产生机理，对于识别和提取前兆异常具有非常重要的意义。宝昌台（4190°N，11527°E）位于内蒙古太仆寺旗，地貌为低山丘陵地带，覆盖层较浅（内蒙古自治区地震局，2006），该台地电阻率自1980年投入观测，对曾发生于晋冀蒙交界地区的地震，在震前有不同程度异常反映（高立新，黄根喜，1999；黄根喜，2000；戴勇等，2009）。本文主要通过小波变换、相关分析等方法研究宝昌台地电阻率存在的典型变化特征，并从气象因素、区域应力场等角度解释其产生机理。

1地电阻率变化特征

宝昌台地电阻率变化主要有非周期性变化和周期性变化。典型的非周期性变化主要为地电阻率NS测道，自1993年至今呈现长期下降变化（图1）。而处于同一测区的地电阻率EW测道观测数据却没有出现类似NS测道的显著的趋势下降，从这一角度来说，宝昌台地电阻率长期变化具有各向异性变化。

为准确获取宝昌台地电阻率存在的周期性成分，采用快速傅里叶变换方法（FFT）（万永革，2007）对2008年1月1日至2012年4月30日的地电阻率整点值数据和1993年1月1日至2012年4月30日的日均值数据分别进行振幅谱分析。结果显示，地电阻率两测道整点值数据对应振幅谱都存在一个变化幅度大的单峰值形态（图2），其峰值频率一致，都为1157×10-5 Hz（对应周期24 h），这说明宝昌台地电阻率整点值曲线存在典图1宝昌台地电阻率日均值曲线

Fig1Daily mean value curve of earth resistivity

rate recorded by Baochang Station型的日变特征；地电阻率两测道日均值数据对应振幅谱也都存在一个变化幅度大的单峰值形态，其峰值频率一致，都为3115×10-8 Hz（对应周期是372 d），这说明宝昌台地电阻率日均值曲线存在典型的年变特征。图2宝昌台地电阻率整点值振幅谱

2012年4月1～30日的地电阻率整点值资料进行分析，发现EW测道具有明显的日变形态，但NS测道该形态并不十分明显。在此采用小波方法对地电阻率数据进行去噪处理。去噪后的地电阻率NS测道整点值曲线，与去噪前相比，对随机波动的抗干扰能力强，且具有明显的日变形态，将其与去噪后的地电EW向整点值曲线进行比较，注意到两者基本重合（图3），说明宝昌地电两测道整点值曲线日变形态基本一致，同时也注意到两测道出现日变畸变时段也较为一致。

2影响因素分析

宝昌台地电阻率整点值曲线，类似于大地电场等，也存在规则的日变形态（李飞等，2011），可能是由一个或者多个具有周期特征的影响因素对地电阻率独立或者叠加施加作用产生的。

首先选取宝昌台地电场、锡林浩特地磁及宝昌台固体潮汐理论值，与同时段的宝昌地电阻率两测道整点值进行对比，结果显示：（1）宝昌台地电阻率日变形态与地电场、地磁形态相差甚远；（2）将宝昌台地电阻率整点值（去噪）与该台固体潮汐理论值以及滤除半日潮汐波之后的固体潮汐理论值进行逐日相关性分析，二者之间具有一定相关性，但关系不显著。

气象因素中，具有短周期性变化特征，且对地电阻率变化具有明显影响的物理量，仅有温度。

（1）通过相关系数方法，定量分析宝昌地电阻率与测区内气温之间的相关性特征，以寻找出制约地电阻率变化的主要因素。选取宝昌台地电阻率和温度2008年1月1日至2012年4月30日整点值数据，首先利用小波方法对地电阻率进行去噪处理，在此基础之上逐日计算地电阻率与温度之间的简单相关系数，2012年4月30日温度缺数未参与计算。地电阻率NS测道与温度的相关性结果（图5）显示，相关系数r为负数，且r≥060的天数占参与计算的总天数的4934%，显著性水平p≤005的天数占参与计算的总天数的7084%；地电阻率EW测道与温度的相关性结果显示，相关系数r为负数，且r≥060的天数占参与计算的总天数的3763%，显著性水平p≤005的天数占参与计算的总天数的6831%。统计结果表明，宝昌台地电阻率与测区温度之间的日相关主要是以负相关为主，且相关关系显著。

（2）仅从数学角度定量研究，结果显示温度是导致宝昌台地电日变的主要原因，但这是否是真实情况的反应，还需作进一步讨论：① 宝昌台地电阻率自2006年开始采用ZD8B地电仪，观测室内温度为18～22 ℃。地电外线路主要按照NS、EW两测道布线，其中两测道供电极距和测量极距均相同，分别为560、80 m；2005年9月对外线路进行了改造，外线路全部更换为铜芯屏蔽电缆，电极全部更换为新的铅电极，电极埋深35 m；改造初期由于用于固定电缆的钢绞线与电线杆之间未用瓷瓶隔开，导致下雨时地电阻率出现初期上升变化，之后才下降的现象，2007年5月采用瓷瓶隔开后，该现象不明显。②自瓷瓶安装之后，至今没有清洁过，这可能是导致地电阻率日变的主要原因：由于瓷瓶未定期清洁，外线系统在对地绝缘方面稳定性差，每天进入晚间之后随着温度的降低，空气中冷凝水附着在瓷瓶上造成钢绞线与大地连通，电阻率整体上升，进入白天之后温度升高瓷瓶绝缘性增加，地电阻率整体下降。为验证这一分析是否准确，2012年8月26、27日对NS测道的瓷瓶进行了清洁，之后地电阻率NS向日变虽仍存在，但幅度有所减小（图6）。图5宝昌台地电阻率NS测道与温度整点值

3年变特征

宝昌台地电阻率NS、EW两测道都具有明显的年变，一般情况下，3月最高、9月最低，即具有典型的“夏低冬高”的年变形态。众多学者研究表明，地电阻率年变主要是由气象因素等周期性年变引起的（徐世浙，1985；刘允秀，陈华静，1999；李 飞，姚伟中，2004；张学民，2004）。为定量研究宝昌台地电阻率年变是由气象因素中哪一个物理量主导的，在此选取宝昌台地电阻率1993年1月至2008年12月的月均值数据和宝昌台测区同期温度、降雨量数据进行了相关分析。统计结果显示，宝昌台地电阻率与测区温度、降雨量之间均存在较为显著的年相关，且以负相关为主，温度、降雨量在对地电阻率产生年变的贡献上基本相同（表1）。部分年相关系数较低，甚至出现正相关现象，这可能是由于地震前兆异常或者短期干扰等对地电阻率年变产生影响，导致年变畸变。

同处于内蒙古中部的乌加河台地电阻率曲线具有“夏高冬低”的反向年变特征，正好与宝昌台地电阻率曲线具有的年变特征相反。乌加河台、宝昌台干扰模型虽然同属a类干扰（即一层电阻率发生季节性变化的模型），但两台站地下电性结构不同，其中乌加河台地电断面为KQQ型（中间层电阻率高于表层及底层电阻率）（国家地震局预测预防司，1998），宝昌台地电断面为H型（中间层电阻率低于表层及底层电阻率）（国家地震局科技监测司，1988）。依据钱复业等（1987）的研究成果，当乌加河台供电极距在 180～2 000 m之间时，a类干扰K型地电断面出现明显反常的季节变化（夏高冬低），而当宝昌台供电极距为560 m时，a类干扰H型地电断面出现明显正常的季节变化。表1宝昌台地电阻率与温度、降雨量整点值

4长期变化特征

宝昌台地电阻率NS测道自1993年至今一直存在长期下降变化，而EW测道没有出现长期单调变化。全国地电台网中有很多地电台站存在着类似于宝昌台地电阻率NS测道的长期单调变化的现象，如天津宝坻台存在单调下降变化，山西大同台存在单调上升变化等。虽然这一变化和形变数据由于零漂造成的单调变化，在形态上类似，但机理上不一样，该现象的出现并不是仪器本身造成的。对于地电阻率长期变化，赵和云（1994）总结了26年来全国近百个台站的地电阻率观测资料，认为“斜”型趋势变化一般不对应地震。在对地电阻率存在的长期单调变化现象异常信度判定，以及是否将其纳入会商判定依据，存在着不同的意见。因此，对地电长期变化产生的机理研究，具有十分重要的意义。本文采用拟合等方法，从气象、应力等角度，结合前人提出的各向异性理论，来解释宝昌台地电阻率NS测道长期下降变化机理。

41地下水位、气象因素对地电阻率影响分析

位于宝昌台测区南端有一口水井，记录了2004年4月至2008年7月地下潜水位埋深数据，宝昌台测区潜水位埋深平均为621 m，每年因灌溉等有波动，变化幅度为14%。依据宝昌台钻孔剖面图及电测深曲线，该台地下电性结构可分3层，第一层主要是高电阻率的砂碎石层（0～85 m），第二层是由精砂、细砂和砂土组成的低电阻率层（85～625 m），第三层是由砂砾岩及石英斑岩组成的高电阻率层（625 m以下）。宝昌台水位虽逐年趋于下降，但这并不是导致地电阻率NS测道下降的主要因素，因为宝昌台水位主要在第一层内变化，对决定该台地电阻率长期变化的第二、三层电阻率影响较小。

为确定宝昌台地电长期变化是否由降雨量、温度等气象因素引起的，在此将宝昌台地电阻率NS测道1993年1月至2008年12月月均值数据ρ与同期的降雨量Y、温度W进行了线性回归，得到的回归关系为ρ=a0+a1Y+a2W，其中a0=142626 7，a1=-0001 0，a2=-0052 1，并依据拟合关系给出了仅由降雨量、温度引起的地电阻率NS测道变化曲线（图7）。结果显示，由气象因素引起的地电阻率变化没有明显的趋势下降特征。这说明宝昌地电NS测道长期变化有可能是由于区域应力作用产生的。

42应力场对宝昌地电阻率影响分析

宝昌台所在的华北地区构造复杂，断裂纵横交错，形成了一系列大的构造带。徐菊生等（1999）利用GPS观测结果，通过反复调整应力边界条件，计算得到了华北地区的应力、应变、位移数据，结果表明，华北地区现今构造应力场的基本特征是优势压应力方向为北东东。本文采用《中国震例》提供的资料（张肇诚，1990；张肇诚等，2000；陈棋福等，2003），统计了宝昌台周边区域典型地震震源机制解特征（表2），结果表明地震震源机制反映出的主压应力方位均为NEE-SWW。因此可确定宝昌台所在区域受到的主压应力是近EW向的。

在地震孕育发展阶段，直至地震发生过程中，通常可以观察到位于孕震区的地电存在各向异性变化现象，很多学者通过实验或者模型，对该现象进行了验证和解释（毛桐恩等，1999；冯志生等，2004），笔者借用杜学彬等（2001）解释强震近震中区地电变化速率的各向异性理论，来分析宝昌地电NS测道长期变化特征。宝昌台所在区域由于长期受到近EW向主压应力持续作用，造成介质内部裂隙走向逐渐沿主压应力方向优势排列，导电通道连通、导电流体（如水）进入或重新分布，造成以主压应力方向真电阻率持续下降为主的真电阻率变化各向异性，导致以垂直主压应力方向的宝昌台地电NS测道持续下降为主的视各向异性。图7宝昌台地电阻率NS测道理论值曲线

Fig7Theoretical value of earth resistivity rate

in NS direction at Baochang Station表2宝昌台周边区域典型地震应力特征

Tab2Typical seismic stress characteristic in Baochang Station and its adjacent area

华北地区主要地震事件1主压应力或主张应力轴方位1备注1976年4月6日

内蒙古和林格尔MS63地震1NEE向主压应力，NNW向主张应力场1右旋走滑为主的逆断层1989年10月19日

山西大同—阳高MS61地震1主压应力优势方向为NEE，主张应力优势方向为

NWW，两个主应力轴方向都是近水平的，与华北

现代应力场的基本特征一致1998年1月10日张北MS62

地震；1999年3月11日

张北MS55地震1主压应力轴方位NEE-SWW向、近于水平1最大主压应力轴与张北地震一致；张北地震的

序列的破裂面为NWW、NNE方向组合，恰好

是华北构造应力场最大剪切应力方向1999年1月29日

锡林浩特MS52地震1NEE向主压应力、NNW主张应力1右旋走滑兼正断错动1999年11月1日

大同MS52地震1主压应力方向为NE66°，主张应力方向为NW18°；

主压应力轴仰角近水平，主张应力轴仰角为32°1震源错动以走滑为主

5结论与讨论

宝昌台位于晋冀蒙交界地区，自投入观测以来地电阻率连续、稳定，典型变化特征明显，且对台站所在区域的地震具有较好的前兆异常反映。宝昌台地电阻率既有时间段较长的模拟数据，也有质量较为理想的整点值数据，气象要素等辅助观测较为完善。宝昌台地电阻率在全国地电台网的地电资料中具有代表性，研究该台地电阻率的典型变化特征，对于今后研究全国其它地电阻率变化特征具有重要意义。

（1）通过快速傅里叶变换方法，分别得到宝昌台地电阻率整点值、日均值对应的振幅谱。宝昌台地电阻率不仅具有早已熟知的年变特征，还具有日变特征。

（2）宝昌台地电阻率EW测道具有较为清晰的日变特征，但是NS测道由于噪声较大，日变特征不明显。通过小波方法对宝昌台地电阻率进行了去噪处理，发现两测道都具有清晰的日变形态，且基本重合。将地电阻率去噪后的结果，与同期的温度进行相关性分析，发现二者之间具有显著相关性。进一步分析认为，该现象可能是由于外线路系统对地绝缘不良造成的。

（3）宝昌台地电阻率具有明显的“夏低冬高”年变特征，这主要是由温度和降雨量等气象因素年变引起的。宝昌台和乌加河台地电阻率年变形态相反，这主要是由两台站地下电性结构差异引起的。

（4）宝昌台地电阻率长期变化存在各向异性特征，其中NS测道具有下降变化，而EW测道则没有。将宝昌台地电阻率NS测道1993～2008年月均值数据与该台所在区域温度、降雨量同期月均值数据进行定量分析，发现NS测道具有的长期变化与测区的水位、温度和降雨量的长期变化无关，主要是由于受到台站所在区域近EW向应力场长期、持续作用引起的。

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张肇诚，郑大林，徐京华2000中国震例（1989～1991）[M].北京：地震出版社

电阻率篇6

【关键词】高密度电阻率成像法；电极排列方式；电极距

1 高密度电阻率成像法简介

高密度电阻率成像法是一种勘探式阵列方法，它可以通过地下岩石的导电性差异来反映地下介质的电阻率分布状况[1]，进而通过研究介质与电阻率之间的关系获得研究介质的分布。高密度电阻率成像法具有非常多独特的优点，如：（1）可一次性布设多个电极，即可实现多次连续测量；（2）电极排列方式较多，且不同的电极排列方式有各自的优点，可以获得丰富的地电断面信息；（3）测量实现了半自动化，测量简单方便，而且大大减少了人为失误；（4）集电剖面法与电测深法于一体，既可以探测横向变化，也可以探测垂向变化等[2-4]。

2 高密度电阻率成像法国内外研究现状

高密度电法的应用范围很广，周启友等[5-6]利用高密度电法确定了三维空间中轻非水相液体的饱和度分布，并对基岩中的三维裂隙网络进行了原位识别；肖川等[7]利用高密度电法探测了煤矿采空区的范围并确定了隐伏水源的位置；刘庭发[8]等将ERT的电极插入土柱中，探究常规物理模型和超重力环境中土壤三维电阻率分布；S.Garre等[9]使用ERT监测水分的运动状态来制定植物的单作和间作系统；John Koestel等[10]将ERT与染色技术结合应用于充满砂土的蒸渗仪中，说明了两者结合的可行性；B. F. J. Kelly等[11]将ERT用于监测棉田中的水分运动，提出将ERT用于农田水分的管理；Sebastián Dietrich等[12]利用ERT监测入渗和在分布过程中水分在田间非均质土壤中的变化情况。

3 高密度电阻率成像法测量原理

高密度电阻率成像法主要是通过布设多个电极，利用多芯电缆将其连接到电极转换器，然后电极转换器通过形成不同的电极排列装置和不同的电极距，实现对地下介质的快速监测[4]。电极距与电极数量与高密度电阻率成像法的探测距离和精度息息相关，电极数量越多，电极距越大，则探测的深度越大，精度越低。

高密度电阻率成像法有多种电极排列方式，其中使用较多结果也较为准确的分别为温纳装置（又称为α装置）、偶极装置（又称为β装置）、微分装置（又称为γ装置）[13]。这些都是典型的四级装置，所有的电极既是供电电极又是测量电极，其主要差异是供电电极和测量电极的排列不同。

以温纳装置为例，假设A和B分别是供电电极， M和N分别是测量电极，电极距为a，即AM=MN=NB=a，开始测量时，四个电极依次向右测量，得到第一层电阻率分布图像。当测量第二层时，电极距增大一倍，即AM=MN=NB=2a，且电极依次向右移动，得到第二层电阻率分布图像。以此类推，当测量第n层时，AM=MN=NB=na，得到第n层电阻率分布图像，且其整个电阻率分布图像为倒梯形。所以，测量的深度越深，获得的地电信息越少，测量的精度也越小。温纳装置的电极排列方式为AMNB，偶极装置的电极排列方式为ABMN，微分装置的电极排列装置为AMBN[13]。不同的电极排列方式在横向和纵向上的探测精度不同，从而确保了可以获得较多的地电断面信息。

4 展望

随着科技的进步和研究的深入，高密度电阻率成像法的应用范围会越来越广泛，且其可以与很多先进技术联合使用，为研究地下介质的更多信息提供了新方法。

【参考文献】

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[6]王刚，周启友，吴世艳，等.基于高密度电阻率成像法的基岩裂隙网络原位识别试验研究[J].地质评论，2012，58（1）：165-173.

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电阻率篇7

关键词：DOE；体积电阻率合格率；铜杆

中图分类号：P631.3+22 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2013）07-0-01

一、现实研究背景

不断满足日益提高的市场需求和质量要求，是现代企业发展的必由之路，也是提升企业市场竞争力、品牌影响力的根本措施。本研究致力于提升铜杆产品质量，增强企业的市场竞争力。

安吉南方铜业有限公司是一家集研发、生产、销售、服务于一体的铜材加工企业，主要产品为连铸连轧工艺生产的Ф8mm低氧铜杆、Ф3mm铜线，“体积电阻率”是体现铜杆产品导电性能的主要指标，体积电阻率合格率是产品质量合格率的风向标，提高产品的体积电阻率合格率对于改进产品的质量，增强公司的核心竞争力具有重要意义。而引入应用DOE管理工具，则是对管理创新方法上的一大突破，提升了管理决策的有效性和科学性。

二、理论概述

实验设计（Design of Experiments， 缩写为DOE）是研究如何制定适当的实验方案以便对实验数据进行有效统计分析的一种数学理论与方法。自20世纪30年代英国统计学家费希尔（R.A.Fisher）在农业生产中使用DOE方法以来，DOE实验设计法已有70余年的发展历史，被广泛应用于农业、化工、电子、汽车、航空等几乎所有工业领域，在实际应用中，实验设计研究常常被用来提高产品质量、降低成本、改善工艺条件或参数。

三、实验的设计

DOE的析因设计是常用的正交试验设计，实验设计可以通过预期控制输入变量，以研究输入变量对输出变量的影响，其设计遵循随机化、局部控制和重复的原则。

（一）实验的目的

经调查，目前公司的体积电阻率合格率约为94.1%，尚有改进空间，此次实验的目的就是提高铜杆产品的体积电阻率合格率。

（二）确定试验指标

确定“体积电阻率合格率”为试验指标，该指标越大表明试验条件越好。

（三）选取因素，确定因素水平

在铜杆生产流程中，影响体积电阻率合格率的因素比较多，针对我公司的实际情况，选定关键的可控因素：“打渣温度”、“提炼温度”、“打氧时间”和“搅拌频次”作为正交因素。正交实验采用四因素三水平，正交因素及对应的水平如表1所示。

表1 正交因素水平表

（四）选用合适的正交表

在本试验中，考察四个因素，每个因素都具有三个水平，故采用L9（34）实验表，其中“L”是正交表的代号，“9”表示试验的次数，“4”表示表示最多可以安排4个因素，“3”表示每个因素选取3个不同的水平。正交表所选择的试验点在试验空间中的分布是均匀扩散的，其试验结果具有综合可比性。

（五）进行实验，记录数据及结果

选定了正交表后，将四个因素放到正交表对应的列上，将正交表中的每列数字1、2、3换成因素相应的水平，即得到实验组合表，如表2所示。

表2 正交实验组合表及结果

（六）数据分析结果

经过反复的实验和分析计算，得到表3。

表3 数据分析计算表

可以看出，当A因子取第一个水平、B因子取第二个水平、C因子取第二个水平，D因子取第二个水平时，实验结果最优。最优的实验组合，即“打渣温度”1120摄氏度、“提炼温度”1220摄氏度、“充氧时间”90分钟、“搅拌次数”20次，此时铜杆产品的体积电阻率合格率值取最大值97.8%。因此，我们选取这一最优工艺参数进行炼制。

四、结论

应用DOE方法，对影响铜杆产品的体积电阻率合格率进行参数优化设计，最终选定了“打渣温度”1120摄氏度、“提炼温度”1220摄氏度、“充氧时间”90分钟、“搅拌次数”20次的炼制工艺参数，提升了产品的体积电阻率合格率（由原来的94.1%上升至97.8%）。通过改进实施过程，增强了公司的市场影响力和产品质量，同时也为公司带来了可观的潜在效益。

参考文献：

[1]刘文卿.实验设计—应用统计学系列教材[M]，清华大学出版社，2005.

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[5]王雅静，田锋.提高某低品位难选铜钼矿铜钼粗选回收率的试验研究[J]，有色金属：选矿部分，2008（3）.

作者简介：钱 伟（1977-），男，浙江湖州南浔人，安吉南方铜业有限公司，总经理。

沈绯红（1974-），女，江苏吴江震泽人，安吉南方铜业有限公司，办公室主任。

一、现实研究背景

不断满足日益提高的市场需求和质量要求，是现代企业发展的必由之路，也是提升企业市场竞争力、品牌影响力的根本措施。本研究致力于提升铜杆产品质量，增强企业的市场竞争力。

安吉南方铜业有限公司是一家集研发、生产、销售、服务于一体的铜材加工企业，主要产品为连铸连轧工艺生产的Ф8mm低氧铜杆、Ф3mm铜线，“体积电阻率”是体现铜杆产品导电性能的主要指标，体积电阻率合格率是产品质量合格率的风向标，提高产品的体积电阻率合格率对于改进产品的质量，增强公司的核心竞争力具有重要意义。而引入应用DOE管理工具，则是对管理创新方法上的一大突破，提升了管理决策的有效性和科学性。

二、理论概述

实验设计（Design of Experiments， 缩写为DOE）是研究如何制定适当的实验方案以便对实验数据进行有效统计分析的一种数学理论与方法。自20世纪30年代英国统计学家费希尔（R.A.Fisher）在农业生产中使用DOE方法以来，DOE实验设计法已有70余年的发展历史，被广泛应用于农业、化工、电子、汽车、航空等几乎所有工业领域，在实际应用中，实验设计研究常常被用来提高产品质量、降低成本、改善工艺条件或参数。

三、实验的设计

DOE的析因设计是常用的正交试验设计，实验设计可以通过预期控制输入变量，以研究输入变量对输出变量的影响，其设计遵循随机化、局部控制和重复的原则。

（一）实验的目的

经调查，目前公司的体积电阻率合格率约为94.1%，尚有改进空间，此次实验的目的就是提高铜杆产品的体积电阻率合格率。

（二）确定试验指标

确定“体积电阻率合格率”为试验指标，该指标越大表明试验条件越好。

（三）选取因素，确定因素水平

在铜杆生产流程中，影响体积电阻率合格率的因素比较多，针对我公司的实际情况，选定关键的可控因素：“打渣温度”、“提炼温度”、“打氧时间”和“搅拌频次”作为正交因素。正交实验采用四因素三水平，正交因素及对应的水平如表1所示。

（四）选用合适的正交表

在本试验中，考察四个因素，每个因素都具有三个水平，故采用L9（34）实验表，其中“L”是正交表的代号，“9”表示试验的次数，“4”表示表示最多可以安排4个因素，“3”表示每个因素选取3个不同的水平。正交表所选择的试验点在试验空间中的分布是均匀扩散的，其试验结果具有综合可比性。

（五）进行实验，记录数据及结果

选定了正交表后，将四个因素放到正交表对应的列上，将正交表中的每列数字1、2、3换成因素相应的水平，即得到实验组合表，如表2所示。

（六）数据分析结果

经过反复的实验和分析计算，得到表3。

表3 数据分析计算表

可以看出，当A因子取第一个水平、B因子取第二个水平、C因子取第二个水平，D因子取第二个水平时，实验结果最优。最优的实验组合，即“打渣温度”1120摄氏度、“提炼温度”1220摄氏度、“充氧时间”90分钟、“搅拌次数”20次，此时铜杆产品的体积电阻率合格率值取最大值97.8%。因此，我们选取这一最优工艺参数进行炼制。

四、结论

应用DOE方法，对影响铜杆产品的体积电阻率合格率进行参数优化设计，最终选定了“打渣温度”1120摄氏度、“提炼温度”1220摄氏度、“充氧时间”90分钟、“搅拌次数”20次的炼制工艺参数，提升了产品的体积电阻率合格率（由原来的94.1%上升至97.8%）。通过改进实施过程，增强了公司的市场影响力和产品质量，同时也为公司带来了可观的潜在效益。

参考文献：

[1]刘文卿.实验设计—应用统计学系列教材[M]，清华大学出版社，2005.

[2]方开泰，马长兴.正交与均匀试验设计[M].北京：科学出版社，2001.

[3]王乃坤，江树华，曲志程.正交试验设计方法在试验设计中的应用[J].2003.

[4]邓勃.分析测试数据的统计处理方法[M].北京：清华大学出版社，1995.

[5]王雅静，田锋.提高某低品位难选铜钼矿铜钼粗选回收率的试验研究[J]，有色金属：选矿部分，2008（3）.

电阻率篇8

关键词：电阻功率； 积分； 闪光灯； 正弦波

中图分类号：

TN602-34; TM933.3+5

文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2012)05

-0173

-02

Integral solving the flash lamp resistor power

ZHANG Jun-da

(School of Information & Electrical Engineering, City College, Zhejiang University, Hangzhou 310015, China)

Abstract：

Industrial flash lamp is widely used in intelligent traffic system and driven by 220V AC power, bigger capacity is needed for wide scene and high brightness, great energy is exhausted on the resistor in charging period, proper resistor rated power is deterministic for the reliability and lifetime. Because the input power is sine wave, neither the voltage nor the current is fixed, resistor power calculation is complicated. The maximum power and current of flash lamp charge resistor is solved by integral method, and is verified by real object test, the product reliability is assured well.

Keywords： resistor power; integral; flash lamp; sine wave

收稿日期：2011-10-21

0 引 言

随着国民经济高速发展和人们生活水平的不断提高，我国汽车化进程不断加快，到2010年底，全国已建成通车的公路总里程达到398.4万公里，2011年6月底，全国机动车总保有量达2.17亿辆。在带给人们交通便利和活动空间扩展的同时，交通事故和道路拥堵也越来越严重。卡口监控和违章处罚已经成为道路交通管理的重要组成部分。工业闪光灯是抓拍系统的重要设备之一［1］，可靠性和寿命直接影响道路监控质量。而影响闪光灯可靠性的一个重要环节就是充电限流电阻功率的选取。

1 电路和公式

对于一架工业闪光灯，除了闪光指数以外［2］，两个非常重要的参数就是它的最小重复闪光间隔和平均使用频率，这两个参数与RC充电电路有很大关系［3］。根据经验数据，设定普通道路最小行车间隔2 s，高峰期平均行车间隔1.5 s，故取充电限流电阻为195 Ω，1.5 s内可以将电容电压充至峰值电压的86.4%，可以实现再次闪光。

本文着重研究电容充电时电阻上的功率和流经的最大电流，以便确定实际产品中电阻功率和保险丝的取值。研究分为理论计算和实物测量验证两部分。图1所示为闪光灯充电电路(触发控制电路忽略)，J1插座为220 V交流电压输入。F1为保险丝，R1,R2为限流电阻，通过D1、D2对电容C2,C3充电，交流正半周通过D2对C3充电，交流负半周通过D1对C1充电，C2,C3串联倍压后输出到氙气闪光管［4］。考虑到电阻散热和系统可靠性，充电限流电阻采取R1、R2并联的方式，插座J2与闪光管相连。由R3，R4和4N35光耦组成实验取样电路。C3上的电压通过R3产生光耦发光管电流Iin=(Uc-1.2)/R3，光耦输出电流Iout=CTR*Iin(其中CTR为光耦电流传输比),在R4上形成相应电压Uout=Iout*R4，相对于Uc(峰值311 V)，光耦发光管压降1.2 V造成的非线性影响可以忽略不计。因此,Uout≈CTR*Uc*R4/R3，与电容电压成线性关系，可由示波器测量出R4两端反映的C3半波充电的充电波形。

由于C2,C3是对称关系，故只分析C3充电过程，每个交流输入的正半周对C3(公式中简写为C)充电。从原理图1，分析电容充电过程：

电容充电时的零状态响应表达式为［5］：

根据电路分析知识，电容充电电路为非因果系统，电容当下时刻电压由当下时刻充电电压和电容之前时刻电压共同决定，其本质就是对du的积分［7］。

2 计算和验证

为实现计算方便、数据准确，特编写一段C语言程序对充电电路的几个参数进行积分计算［8］，程序将每个半波充电周期(10 ms)均分为1 000份(即10 μs)对电容电压进行积分运算，程序代码如下［9］:

#include

#include

#include ″conio.h″

void main()

{

float Um=311,Uc=0,t=0,dt=0.00001,du=0,R,C,E=0,dw=0,Imax=0,I=0;

float countcycle=0,w=314,s=0 ;

int cycle;

printf(″Please input Resistor(ohm),Capacitor(uF),Cycles:″);

scanf(″%f,%f,%d″,&R,&C,&cycle);

C=C*0.000001;

getchar();

while(1)

{

if(countcycle

{

if((Um*sin(w*t))>=(0.9999*Uc))

{

t+=dt;

du=(Um*sin(w*t)-Uc)/(R*C)*dt;

Uc+=du;

I=du/dt*C;

s=Uc/Um;

dw=I*I*R*dt;

E+=dw;

if(I>Imax)

Imax=I;

}

else

{

t=asin(Uc/Um)/w;

countcycle++;

}

}

else

{

printf(″Ratio=%6.5f\\nEnergy=%6.2f\\nImax=%6.2f\\n″,s,E,Imax);

break;

}

}

getchar();

}

该程序运行时，输入限流电阻阻值、充电电容容量和充电周期数(每周期20 ms)，即可得到电容终值电压百分比(相对于充电电压峰值)、并且记录电阻上消耗的能量及通过的最大电流。由于正负半周电阻上有对称电流，故软件输出计算的平均功率需要加倍。

当电阻为195 Ω,电容为680 μF时可以得到表1数据。

按照实际路通繁忙时闪光灯平均间隔2 s计算，每个电阻功率应为12.9 W，考虑到电阻功率余量，实际使用两个390 Ω/50 W电阻并联和2 A的保险丝。

电阻率篇9

高中物理新课程标准在课程目标上的基本理念之一就是:“高中物理课程应促进学生自主学习,让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式,帮助学生学习物理知识与技能,培养其科学探究能力,使其逐步形成科学态度与科学精神。”

科学探究的要素:提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作,课堂内的探究活动,受时间和空间的限制,必然不可能是完整的探究过程,即不可能包含完整的探究要素。因此,课堂内的探究活动过程,必然应该有所侧重。

高二教材有课题研究:“测定自来水的电阻率”,是很好的探究资源,本人在尽量从学生的实际知识和能力基础出发,来设计如下的探究活动的过程,在一节课里边,作定向的,有限的探究。

本课主要意图为探究,暂不要求精确测定自来水的电阻率,但重视让学生处于主体地位,呵护学生好奇心,鼓励学生充分,大胆地发挥想象力,积极思考,自己去提出问题,提出猜想,验证猜想,提高探究事物,解决问题的能力。力图使它是一次趣味盎然的科学之旅。

2.教学过程

2.1布置实验预习时,提出以下研究课题:

(1).回忆测定金属电阻率的原理是什么?需要测定哪些物理量,需要哪些器材,需要注意哪些问题。

(2).现在要测定自来水的电阻率,能否借鉴测定金属电阻率的方法?如果能,考虑可采用哪些方法,需要哪些器材;如果不能,则困难在哪里,能否想办法解决。

(3).考虑本实验过程中可能会发生哪些故障,应注意哪些问题,各实验器材、仪表的使用方法是否熟

提出研究课题后,学生相互探讨,提出测自来水电阻率的主要困难在于它不像金属丝一样有固定形状,继而讨论解决的办法。学生一致认为用水槽盛入自来水,使之成为水柱,即可解决问题。经进一步的讨论,学生提出多种实验方案,经教师适当地加以引导和归纳,得到较典型的实验方案。

学生在实验过程中出现了以下一些问题:

①选择方案一的实验组中绝大部分选择安培表作为电路中电流表使用,结果指针几乎不动,经研究讨论后,才陆续将安培表换作微安表,实验结果较好。

②算出结果后,各实验小组相互比较所测得的电阻率的数值,发现差别较大,其中最大的为84.36Ω•m,最小的为68.23Ω•m。教师提问:为什么会有如此大的差别?能否找出原因?学生仔细观察分析后,整理下列四种可能原因:一是偶然误差;二是各组所用仪表不准或不一致;三是各组所用自来水本身有差别;四是各组所采用的铜片形状大小与水柱接触面不同,电极插入水中的深度不同。进一步分析得出,最后一种原因可能是主要原因。教师建议:换用不同形状、大小的电极再做实验,并讨论采用怎样的电极最为合理。

③几乎没有人注意到温度对电阻率的影响而主动提出对自来水温度的测定,教师建议:请同学们换用热水重做几组实验,看测量结果和冷水是否相同。

2.2探究过程:

提出问题 提出猜想 验证猜想 分析论证

1,如何测定电阻率

A,用什么来装水 应用规则容器,便于测S,可用水槽或两端开口的玻璃管加

活塞 可行

B,用什么电路 自来水电阻较大,用电流表内接法;电流很小,3V电源下,

用微安表,为保证电流表安全,滑动变阻器接法用分压式 可行

2,什么因素影响电阻率

A,水槽两极直接夹上铜夹子呢还是要夹上两片铜片? 铜片存在与否应不影响一定长度和高度的槽中自来水的电阻 猜想错 液体中电场分布不同,影响离子导电

B,自来水中杂质的多少影响电阻率吗? 影响,可在水中加入食盐,由于离子较多,水应更容易导电 猜想对,加入食盐后,R减少,电阻率变小 离子浓度加大

C,温度会影响电阻率吗? 温度高,水中离子运动活跃,水应更容易导电,电阻率将降低;另部分同学认为金属温度越高,分子运动越剧烈,电子穿过阻碍作用越大,电阻率越高,水也

应如此 换成热水后,R增加,电阻率变大 水的电离程度加大,H+和OH-浓度加大,水更容易导电。温度越高,分子运动越剧烈,离子流过阻碍作用虽然越大,但作用次之。

2.3撰写实验报告

实验结束后,教师指导学生撰写实验报告,实验报告包括以下几点:

①所设计实验的原理、实验条件;

②实验所用的器材及简单电路图;

③所设计实验的详细操作步骤;

④列出实验数据记录表格,算出实验结果,得出实验结论。

2.4布置课外实验

①若用金属管或橡胶管进行装水实验,对实验结果是否有影响?

②若在自来水中分别加入食盐、酒精或洗衣粉,其电阻率有变化吗?

③瓶装矿泉水、纯净水、蒸馏水、可口可乐等饮料的电阻率又是多少?

2.5评估 ,电极的形状的影响到底有多大,值得进一步研究

2.6交流与合作,鼓励学生的团队精神。

3.反思

我感到,作为教师,要多创造一些机会,不断激励学生通过观察、比较、实验、归纳、类比等手段提出种种假设或猜想,使学生逐步学会运用假设或猜想的方法解决问题,要让学生善于模仿科学家进行科学的探究。探究的过程应当有悬念,有波澜,要让学生感受到成功的喜悦与失败的痛苦,并从中培养学生科学的、正确的情感、态度和价值观。还要在猜想的同时发动学生进行交流、讨论,培养发散性思维。中学物理的探究过程实际上再现前人是如何创造、发明的,让学生在前人走过的轨迹上,亲自体验科学探究的过程与方法,使它们真正成为善于学习的人。

电阻率篇10

关键词：高土壤电阻率 接地网 接地电阻

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）004-052-02

变电站接地网关系到电网可靠运行和人身、设备安全，但近年来电网建设中地网接地电阻不符合要求的问题日益严重。一方面电网电压等级不断提高，系统容量不断增大，接地故障电流不断增大，对地网接地电阻提出更高要求。另一方面，由于采用GIS设备，大大缩小了变电站占地面积，使高土壤电阻率区域地网的接地电阻更加难以满足要求，并且国内许多地区土壤电阻率很高，部分地区土壤电阻率甚至高达以上。

1 变电站接地要求

在高土壤电阻率地区，变电站的接地电阻应满足以下要求：

（1）大接地短路电流系统的接地电阻不大于；在小接地短路电流系统中，电力设备的接地电阻应不超过；变电站的接地电阻不大于，但应满足发生单相接地或同点两相接地时，接触电压和跨步电压的要求；

（2）独立避雷针（线）的独立接地装置的接地电阻做到有困难时，允许采用较高的接地电阻值，并可与主接地网连接，但从避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备的接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m，且避雷针到被保护设备的空气距离和地中距离还应符合避雷针对被保护设备反击得要求。

2 降低土壤电阻率的措施

在高土壤电阻率地区，建设变电站必须采取适当的措施降低接地网的接地电阻，才能达到电力系统规程要求的跨步电势及接触电势标准，保证变电站内设备的安全运行及运行人员的人身安全。工程上常用的降低接地电阻的措施主要有以下七种：

（1）采取深井接地。有条件时可以采用深井接地，用钻机钻孔，把钢管接地极打入井孔内，并向钢管和井内灌注降阻剂。

（2）对土壤添加化学物质。

（3）接地极地下深埋处理。

（4）更换土壤。用电阻率较低的土壤替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内和接地体的1/3处。

（5）使用降阻剂。一般在接地要求较高的地方进行接地设计时采用这种方法。在接地体周围敷设降阻剂后，可增大接地体外形尺寸，降低接地体与周围大地介质之间的接触电阻，可在一定程度上降低接地体的接地电阻。降阻剂用于小面积的集中接地小型接地网时，降阻效果较为显著。

（6）污水引入。为降低接地体周围土壤的电阻率，在条件允许的情况下可将无腐蚀的污水引到埋设接地体处。接地体采用钢管，在钢管上每隔20cm钻一个5mm的小孔，使水渗入土壤中增加接地体周围含水量，以增强导电性及降低接地电阻。

（7）外延水平接地体。如果接地体附近有导电良好土壤、河流、湖泊等可采用此法。但在设计、施工时，必须考虑到连接地极干线的自身电阻所带来的影响，因此外引长度不宜超过100m。

3 工程实例

3.1 工程概况

某220kV变电站工程处于高土壤电阻率地区。场地200m深度范围内地层大致可分为2个电性层。第1电性层为层杂填土、层粉质粘土和层粉质粘土混角砾，平均厚度2.0m，土壤电阻率建议值220（ ・m）；第2电性层为强风化角砾凝灰岩和层中风化角砾凝灰岩，厚度大于150m，土壤电阻率建议值1000（ ・m）。

3.2 接地网初步设计

所内采用12m见方的水平接地体为主垂直接地极为辅的复合接地网设计，变电所接地电阻约为2.25 ，入地电流25.3kA，地电位56916V，接触电势6761V，跨步电压2235V。接触电势与跨步电压均超过允许值。该进所道路拟新建100m，考虑在进所道路施工时埋设引外接地体。进所道路采用水泥配筋路面，铺设至离规划道路边缘1m距离。引外接地扁钢端部需敷设垂直接地极，并在水泥配筋道路与普通水泥道路交接处道路下铺设“帽檐式”均压带。变电所接地电阻可降至约为1.98 ，入地电流25.3kA，地电位50011V，接触电势6263V，跨步电压2189V。接触电势与跨步电压均超过允许值。

由于所址深层土壤电阻率大，所以本工程不考虑在所内实施深井。根据计算，接触电势、跨步电压均不能满足要求。为满足跨步电压、接触电势要求，全所铺设碎石及均压环，碎石铺设厚度不小于20cm，所内道路及操作小道采用水泥配筋路面（钢筋混凝土路面）。

3.3 降阻方案比较

为了确保接触电势与跨步电压在允许范围内，经计算接地电阻需降低至0.8 以下内。本工程提出如下四种降阻方案：

方案一：利用短井方法降阻。

主地网周围埋设24口12米深的短井方法降阻，每口深井中敷设1根CRE-JD纳米离子接地极及-70勘飧肿槌傻淖楹辖拥丶猜裆4套，埋深暂定为12米。纳米离子接地极与扁钢采用120mm2铜缆连接，扁钢与铜缆采用分子热熔焊，扁钢之间采用电焊。经以上处理可将接地电阻降至0.8 以下。

方案二：在变电站内使用降阻剂降阻为主。

（1）变电站接地网采用方孔网格状布局，网格间距12米左右，埋设深度0.8米，在最外圈水平接地极交叉点直接打入垂直接地极，每根长2.5米。

（2）对地网的所有水平接地极，施加GPF-94高效膨润土降阻防腐剂进行降阻防腐、稳定地网参数。

（3）设置外引接地极：根据该变电所现场条件，推荐在变电所外沿简易公路两侧做两条外引水平接地体，每隔30米左右将二者连接一次。

方案三：使用寿命长的ALG防腐离子接地体。

要达到接地电阻0.8 ，采用62套3米ALG防腐离子接地极与以水平接地极（扁钢）为主，垂直接地极（角钢）为辅复合地网并联后达到设计小于0.8 的要求。

方案四：采用综合降阻方案，即降阻剂、长效离子接地极和深井处理。

（1）降阻剂的敷设：地网闭合外环主干接地体：长度约有534米，这部分接地体对地网的接地电阻起到决定性作用；采用70*8mm热镀锌扁钢时，建议降阻剂用量必须达到0.2m的厚度。所以，外环地网需使用降阻剂约45吨。地网内部方孔网格接地体共98个：水平接地体长度约有2393米（依据12mm的规格网格计算）。这部分接地体对地网的安全及防雷保护等起着重要的保护作用；建议降阻剂用量必须达到0.1m的厚度要求。地网内部需使用降阻剂约89吨。

（2）在地网外环的主干地网上，埋设电解离子长效接地极，与水平接地极焊接，垂直接地体每隔5米一支，水平接地体的驳接处长度大于0.2米。共需使用长效电离子接地极的用量为107根。

（3）在地网外环及内部网共钻20～25米深井25口，深井接地极在土壤内部形成约40～50米的网格，深井的距离应该为井深的2倍，减少屏蔽，加大地网等势面积，突破地网面积限制，深井垂直极的顶端应该用水平接地体连接起来，形成一个立体地网，深井接地极总长度约550米。

接地网降阻剂总用量需在150吨；使用长效电离子接地极的用量为107根，以达到设计要求的接地网接地电阻在0.8欧姆以下。

表1 降阻方案比较

四种方案均能使接地电阻降到0.8欧姆以下，而方案二采用的降阻剂方法在经济上更胜一筹。因此，经过对方案的综合比较，采用方案二。

4 结语

通过方案比较，高土壤电阻率地区采用降阻剂法通常具有较高经济性。同时，还应注意多种降阻方法综合应用，比如变电所场地表层需铺碎石，道路需表面配筋，在屋外高压设备本体、支架，操作机构，端子箱或就地控制柜等周围敷设均压环等等。

参考文献：

[1] 弋东方.电力工程电气设计手册[M].北京：中国电力出版社，1994.