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通过测量电阻检测焊接质量

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前言

如今汽车电动化飞速发展,电池、电机、逆变器已成为不可或缺的核心部件。这些设备工作时会承受大电流,即便微小的连接不良也会导致发热,严重影响产品性能与安全性。其中,电池发热问题尤为突出。在PHEV和BEV的超快速充电过程中,大电流可能因焊接不良导致异常发热,这不仅会缩短电池寿命, 甚至可能引发火灾,因此制造工序中的焊接质量检测至关重要。

大型储能系统(ESS)也存在同样的问题。随着可再生能源的普及,ESS的需求持续增长,这类设备的连接 质量与系统的效率及安全性直接挂钩,因此必须具备可长期使用的高耐久性。

针对这些课题,HIOKI6686体育的电阻计RM3546凭 借 “1 nΩ分辨率”与“强大的温度补偿功能(A-TC功能)”,实现了高精度电阻值测量。不仅能检测电动汽车电池的汇流排焊接及电芯内部连接质量,还可应用于电机、逆变器制造时的连接质量检测,有助于提升产品安全性、改善能源效率。


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焊接电阻测量的温度影响

测量焊接电阻时,刚焊接完的被测物处于高温状态。

由于温度上升会加剧金属原子的热振动,阻碍自由电子移动,因此金属的电阻值会随温度升高而增大。受电阻值温度依赖性影响,在焊接后等不同温度状态下测量将无法获得准确结果。

前代产品RM3545搭载了“温度补偿(TC,Temperature Correction)功能”,通过连接温度传感器获取温度信息,将电阻值补偿为标准温度下的值。

但该方法存在以下两个缺点,不适用于焊接后处于高温状态的被测物:

? 难以实现高速且精准的温度测量

? 焊接后温度变化极大,会引发热电动势,加大误差

为解决这些课题,RM3546新增了 “高级温度补偿(A-TC,Advanced Temperature Correction)功能”,可克服传统方法的缺点,实现更精准的测量。 

A-TC功能

A-TC功能是一种无需连接外部温度传感器的新型TC功能。

通过电阻测量实现温度传感*1,并以独特算法补偿*2随时间变化的热电动势,无论被测物处于何种温度状态,都能快速将电阻值换算为标准温度下的数值。

下文将基于实际实验数据,详细说明测量步骤。


*1:与RM系列搭载的ΔT功能原理相同,是一种基于 “某一温度下的电阻值” 和 “温度系数” 信息,将被测物电阻值换算为目标温度下数值的功能。

*2:RM3546搭载的A-OVC(Advanced-Offset Voltage Compensation)功能,相比前代RM系列的OVC功能,优化了对热电动势变化的跟踪能力。

装置构成示例

使用 A-TC功能时,除焊接测量部位外,还需测量DUT未焊接区域的电阻值以获取温度信息。因此需按图1所示,对两个位置进行测量。由于两处电阻测量均要求高精度,需分别采用4端子连接方式布线;具体可按图2所示,从RM3546背面的多路转换器单元Z3003 进行接线。


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对金属焊位进行电阻测量时,测量值大多会达到μΩ级别。

在测量μΩ级别的超低电阻时,除温度变化影响外,探头接触位置的偏差也会对测量精度造成极大影响。因此,需自行制作与被测物形状相匹配的治具。

相关注意事项,请参考《实现高精度低电阻测量的探针技术》。

测量步骤

以下是测量步骤(详细步骤请参考使用说明书):


1. 测量温度测量部位的标准电阻值

2. 调查温度测量部位的温度系数*3

3. 用合格样品测量焊接测量部位的温度系数*4

4. 在生产线等中,焊接后立即进行A-TC测量*4


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*3:温度系数调查,请使用恒温箱或热敏电阻进行试验,或采用理科年表中的数值。(合金材料误差较大,不推荐此方法) 

*4:可通过RM3546的PC应用程序进行测量。

测量示例

下面介绍一则测量图4焊接样品的结果。


? 被测物:点焊样品(焊接电流:10 kA)

? 测量方法:使用热风枪将被测物加热至200°C以上,通过A-TC功能以22℃为标准温度测量冷却过程

? 探针测量范围:详见图4


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测量结果


在样品从215°C冷却至33°C的过程中,使用A-TC功能获取了测量值。结果显示,以22°C为标准温度,经A-TC补偿后的测量值稳定在85.7μΩ~86.2μΩ范围内。

实际在22°C环境下测量结果为86.1μΩ,补偿值的误差控制在0.5%以内,稳定性良好。

本次实验中,215°C的样品自然冷却至室温(22°C)并保持稳定需要15分钟以上;而通过A-TC功能进行实时温度补偿,即便在温度变化大的高温状态下,也能获得高精度的测量值。

借助A-TC功能,可缩短生产流程中的等待时间,有望提升生产效率。


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结语

使用电阻计测量焊接电阻是焊接检测中可靠性极高的方法。由于焊接电阻测量属于μΩ级别的高精度测量,因此需要专业的测量知识。而A-TC方法具备快速、无损的优势,可为焊接质量提供定量的数据支持。 

HIOKI6686体育的电阻计RM3546,凭借1nΩ的分辨率与温度补偿功能(A-TC功能),实现了高精度的电阻测量。

我们已公开一款便于使用A-TC功能的应用程序,可从官网免费下载。

展示A-TC功能实际运行效果的演示视频也已上线,欢迎查看。

如需了解相关产品的更多信息,请访问产品页面,或致电400-920-6010,预约产品演示或咨询相关应用。

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