【经验】解析高精度电流传感器是如何解决电阻焊电流计量问题

电阻焊作为一种以电阻热作用使两种金属相互熔结合的焊接方式，具有廉价、安全、低耗、焊接强度高、自动化程度高、便于操作等特点，特别适合汽车车身薄板覆盖零件焊接要求，在汽车工业中得以广泛应用。然而，受电网电压、焊接电极头、材质、焊接工件表面清洁度等因素影响，汽车生产中常会出现组件脱焊、虚焊等状况，影响了汽车质量。因此，必须分析影响电阻焊接质量的可能性因素，并给予解决，以提升汽车焊接质量，提升汽车品质。

电阻焊的焊接加工过程由 4 个基本环节来控制：加压、焊接、维持和休止4个程序。其原理是利用焦耳热效应来进行焊接，电流是影响电阻焊的最主要、最重要的因素。影响电流准确性的主要干扰因素有网压波动、分流、焊接回路阻抗变化、电极磨损以及板材厚度和焊接层数变化等。因此，焊接时，根据被焊金属的性能和厚度，对焊接电流的参数调整是焊接质量控制的关键。一般采用的方法是电流定期监控，随时掌握工作过程中的电流变化情况，并采用恒电流工作方式来保证焊接质量稳定。

目前针对某客户电阻焊机使用情况及电流监测情况分析，航智用高精度电流传感器以及电测仪表给出了相对应的解决方案。客户现在用的电阻焊机的控制器型号是ST21C。

设备技术要求：

• 焊接电源：单相AC 200/220/380/400/420/440V，50/60Hz（通过改变初级电压的触头进行选择）使用可能电压在设定电压的±20%以内

• 电力消耗：50VA（非通电时）

• 频率：50/60Hz（接入电源时自动判定）

• 周围温度：0~50℃

• 湿度：90%以下（但不能结露）

• 冷却水：

  进水30℃以下

  流量 6L/min

  最大水压0.3MPa以下

  电阻率 5000Ωcm以上

• 可控硅：

  MWT4A：800A/1600V （绝缘构造）

  ECL：500A/1600V （绝缘构造）
  

• 设定数据保存期：10年

• 精度

  电源电压变动率：在±10%范围内

  电阻负载变动：在±10%范围内

  设定精度：±3%（满刻度）

  可重复精度：±3%（满刻度）

目前使用状态：设备厂家给出了设备精度±3%（满刻度），需要定期进行校准，设备上有校准旋钮，可通过标准测试测的电流数据，对焊接电源精度进行校准。目前客户用焊接测试机MM-315B测试，发现有不准的电流，但未对焊接电源进行校准。生产过程常出现组件脱焊、虚焊等状况，影响了汽车质量，急需对焊接设备参数进行科学调整，提高产品质量。

客户目前用的焊接测试机：

规格如下表：

目前使用状态：未对焊接测试机MM-315B进行检测，不确定它是否在精度范围，从工业计量的标准要求来看计量设备精度要高于被检设备的精度等级 2 级，MM-315B的精度是±1%，不能做为对焊接电源计量校准的工具来使用，只能做为验证设备，其本身也需送检。急需验证焊接测试机MM-315B是否在精度范围。

通过以上设备使用状况的分析，客户诉求如下：

1. 焊接电源通过检测和校准，保证在精度±3%（满刻度）以内

2. 焊接测试机 MM-315B 通过检测和校准， 保证在精度±1%以内

对于焊接电流的定期监控最重要的品质管控手段，根据焊接电流的特点，本方案提出采用基于高精度测试仪有效值检测电阻焊焊接电流调节技术。分析了其工作原理．证明了这种方案可以解决电阻焊焊接电流波形畸变和频率变化情况下电流的精准测量。

电阻焊焊接电流的特征

在电阻焊焊接电流稳定性监控中，电流反馈信号的正确采集至关重要．电阻焊电源变压器一次侧线圈为 500 V 电压。电流可在150A～10kA内变化；二次侧线圈输出30V以下低电压，电流波形为脉动直流，电流数值很大，一般在几kA到几十kA，有的到10万A以上，并且通电时间短(一般 0.1-0.5s)．而且电流波形不规则，多有畸变。根据电阻焊电流的特点。为达到良好的控制效果，电阻焊焊接电流的检测要求响应速度快并且精确。

由于电阻焊过程相当复杂，焊接电流的变化包含了多种影响因素，如电网的电源波动、焊接时电阻的变化(焊接时，焊件一焊件和电极一电极的接触状态、焊接温度场及电场不断变换，引起焊接电阻不断变化)，均导致焊接时焊接电流的变化非常复杂。

低碳钢焊接时电阻的变化

由于各种因素的影响，使得电阻焊焊接输出电流是一脉动直流。波形复杂，多有畸变发生，对焊接电流的检测提高了难度。

对电阻焊电流信号的检测可以用有效值、平均值和峰值形式体现。这 3 种方法中，峰值检测方法速度醉快，最易于实现，但误差醉大；平均值检测方法在速度、精度方面介于有效值检测与峰值检测之间，但是由于有效值检测最精确，最能反映电流的真实情况，更加适用于波形的畸变情况的检测，本方案采用高精度测试仪实现了对复杂的电流波形精确测量。

航智提供的高精度测试仪系统的组成

本方案采用磁通门高精度电流传感器作为采集电流传感器，将电流传感器直接套在电焊机电极臂上，直接从高精度电流传感器侧提取焊接电流信号，经测试仪积分电路处理直接显示测试电流。磁通门高精度电流传感器测量范围可从数安培到数一万五仟安的电流，且无磁饱和现象，电流之间没有直接的电路联系，具有较强的瞬时跟踪能力，可用于测量形状不规则的导体电流，特别适合作为电阻焊电流测量传感器。

1、AIT15000-SG高精度电流传感器
多点零磁通技术系统应用于现有高精度直流传感器技术之上，激励磁通闭环控制技术、自激磁通门技术及多闭环控制技术相结合，实现了对激励磁通、直流磁通、交流磁通的零磁通闭环控制，并通过构建高频纹波感应通道实现了对高频纹波的检测，从而使传感器在全带宽范围内拥有比较高的增益和测量精度。

2、便携式交直流标准表

高精度交直流测试仪是我公司生产的新一代高精度交直流测试仪。该产品采用全新的软硬件设计，能同时测量单相交直流电压、电流、频率、相位、有功功率等，可广泛应用于计量研究所，电力，计量，军工，制造，科研等领域的交直流测量，政府检验机构以及其它计量领域。

产品特点
• 可测量单相交直流电压、电流、频率、相位、有功功率。
• 可进行纹波试验，检测 1kHz 以下交流纹波。
• 配备 RS232 和 RS485 通信接口，可直接与 PC 机联机通信，可选配 CAN 通信接口。
• 电压、 电流多量程自动切换，可测量到量限 110%。
• 配置 5.6 英寸液晶。
• 具有产品程序在线升级功能。

根据分析客户的具体情况，航智提出了以下两种配置方案：

一、客户现场计量配置

1、配置仪器名称：高精度交直流测试仪（型号：HIU15000）

2、数量：一套

3、说明：15000A电流传感器外置

二、 客户送检到计量院

1、配置仪器名称：高精度交直流测试仪（型号：HIU15000）、PTB ST21 焊机、焊接测试机、焊接测试机（新机型，供参考）

2、数量：每种一套

3、说明：15000A电流传感器外置。

               PTB ST21焊机含控制器、焊枪、气泵等。