第一篇：聲速測定儀的改進及聲速測量方法的研究(精)

聲速測定儀的改進及聲速測量方法的研究 摘要:改進聲速測定儀,聲速測量方法的研究與思考, 關鍵詞:聲速測量;測量方法分析;縱所周知 ,振動頻率在(20--200O0Hz的聲波可以被人耳聽到,被稱為可聞波,頻 率在 20kHz 以 _h的聲波稱為超聲波。聲波的波長、強度、傳播速度、頻率、聲壓衰 減、相位等是聲波的重要特性。對聲波特性的測量是聲學在應用技術的一個重要內(nèi) 容,特別是聲波波速(簡稱聲速 的測量,在聲波定位、探傷、測距等應用中具有重 要意義。

共振干涉法、相位比較法、時差法這三種方法的偶然誤差主要來源是讀數(shù)誤 差.在實驗過程中,雖然測試的距離值由數(shù)顯標尺來讀數(shù),而且數(shù)顯標尺可自動讀 數(shù).但是位置的確定要從示波器的波形位置來確定.而示波器的波形位置直接決定 了數(shù)顯標尺觚的值.波形最大或最穩(wěn)定則是人為認定的.從這個角度來看,它們的 偶然誤差也是一樣的.以上四個方面比較表明,共振干涉法和相位比較法無論是原 理、儀器、操作,還是誤差分析,有更多的共同之處.而時差法則和前兩個方法的 不同則更多一些.共振干涉法和相位比較法一直是實驗室研究中經(jīng)常用到的,而時 差法則比較經(jīng)常出現(xiàn)在工業(yè)測量上.【 1】

聲速的測量方法有多種,實驗室常用方法是利用聲速與聲波頻率,及波長的關 系進行測量.諧振頻率,由頻率計直接讀出,關鍵是測出聲波的波長.由于超聲波 波長短、容易測量、不可聞等優(yōu)點,多數(shù)實驗室選用超聲聲速測定儀,調(diào)節(jié)兩換能 器互相平行進行測

量.但在該實驗教 學實踐中發(fā)現(xiàn),聲 速測定儀兩換能器 互成某一角度時，接收換能器也能夠 接收到交變信號, 是否能夠利用這一 交變信號測量聲速 呢 ? 1.聲速測定儀 的改進 為了實現(xiàn)兩換 能器的法向夾角能

成任意角度,從而使接收換能器能在發(fā)射換能器的不同方位上測量聲波,必須在聲

速測定儀的基礎上進行簡單的改進.聲速測定議的結構如圖 l 所示, 一換能器固定在 邊沿上,另一換能器固定在可移動底座上,但換能器的方向不能自由轉(zhuǎn)動.據(jù)此, 用鋁合金制成如圖 2所示的延長臂 A 和換能器套圈 B.將原聲速測定儀的套圈固定螺 絲卸下, 裝上延長臂, 并用套圈固定螺絲套緊;延長臂 A 的另一端用螺絲跟 B 套緊后, 在套圈 B 裝 J 二壓電陶瓷換能器,并旋緊邊沿上的三根螺絲.改進后的聲速測定儀如 圖 3所示.接收換能器與發(fā)射換能器的端面可以調(diào)節(jié)平行或者成任意角度.改裝后 的聲速測定儀還可以測量聲波在液體中的速度,在聲測定儀的前側放置一液體槽, 延伸臂可以很方便地伸入液體內(nèi), 測量超聲波在液體中的傳播速度如圖 4所示.聲速 測定儀的改進,擴大了儀器的使用范圍.【 2】

根據(jù)諧振、共振和波的反射、迭加性質(zhì),測量波的傳播速度的方法,是一種重 要的思想方法,但在測量超聲波波速的方法和裝置中,存在三個影響測量結果的問 題 :一是振動源的穩(wěn)定性, 二是觀察振動情況的示波器靈敏度, 三是發(fā)射器和接收器 的固有頻率不相等。

2.信號發(fā)生器的輸出頻率對測量結果的影響

用于產(chǎn)生超聲波信號的信號發(fā)生器,輸出正弦波信號,送至發(fā)射器,將電信號 轉(zhuǎn)換為機械振動,發(fā)射出超聲波,如圖 1所示。當信號發(fā)生器輸出的正弦波頻率等 于發(fā)生器的固有頻率,則產(chǎn)生諧振,發(fā)生器的振動最強,產(chǎn)生的超聲波能量最大。但當信號發(fā)生器輸出的正弦波頻率不穩(wěn)定,出現(xiàn)漂移時,必然使發(fā)射器的振動頻率 和強度也發(fā)生變化, 從而使產(chǎn)生的波能量強度也隨之減少。因為諧振時, 振動最強, 信號發(fā)生器輸出信號頻率漂移時,使發(fā)射器工作在非諧振狀態(tài),所以產(chǎn)生的超聲波 強度就變小,同時因頻率變化而導致波長發(fā)生變化,共振干涉點的位置,也發(fā)生變 化,接收器就難以找到確切的共振干涉點,測量結果就有更大的誤差。

一般的信號發(fā)生器輸出頻率的相對誤差為 1%【 3】,發(fā)射器的固有頻率在 40K 左右,所以絕對誤差為 400赫茲左右,可見,產(chǎn)生的影響是較大的。用共振干涉法 或相位比較法測量超聲波的速度,均與頻率或波長有關,所以要提高測量結果的精 確度,須用性能較好的輸出頻率穩(wěn)定的信號發(fā)生器。

3.示波器的靈敏度 對測量結果的影響

接收 器接收到的超 聲波,轉(zhuǎn)換為電信號后, 送往示波器加在 y 偏轉(zhuǎn)板 上, 從而顯示超聲波的波 形和幅度,如圖 1所示。當接收器接收到超聲波

強度的大小發(fā)生微小變化時, 示波器能否反映出來, 就取決于示波器 y 偏轉(zhuǎn)的靈敏度 和幅度線性。示波器的靈敏度越高,幅度線性越好,就越能反映超聲波強度大小的 微小變化,測量結果也就越精確。但由于波形幅度受示波器顯示屏大小及幾何尺寸 的制約, 不能超過屏幕的最大尺寸, 否則就無法觀察和比較波形和幅度, 所以 Y 偏轉(zhuǎn) 增益不能過大。一般示波器的最高靈敏度為 lmvldiv ,誤差為 10%。解決的辦法是將

幅度調(diào)到剛好在熒光屏的最大值范圍內(nèi), 可使誤差減少到儀器所能達到的最小程度。4.發(fā)生器和接收器的固有頻率不一致對測量結果的影響

發(fā)射器探頭與接收器的探頭由于都有各自的固有頻率,并且很難做到相等,一 般相差幾十至幾百赫茲。對利用共振干涉法測量波長影響較大,因為共振干涉法比 較的是能量的大小,找的是能量最大值的位置,即共振點,不同的固有頻率使得出 現(xiàn)能量最大值的位置增多,范圍變寬,能量幅度最大值不再是一個位置,而是一個 區(qū)間,從而使測量誤差增大。對利用相位比較法測量的結果影響不大,因為相位比 較法,比較的是發(fā)射波與人射波的相位差,而不是能量的幅值,只要找到相位相等 的相鄰點的位置,即可測量出波長的大小。【 4】可見相位比較法只與頻率有關,與 能量無關,而共振干涉法與頻率和能量均有關,測量結果沒有相位比較法的準確。因此,當發(fā)射器與接收器的固有頻率相差較大時,宜采用相位比較法,不宜用共振 干涉法。

參考文獻

【 1】黃賢群.SW-1型聲速測定儀的改進及聲速測量方法的研究.韓山師范學院學 報, 2008, 29(06 :49-52 【 2】 毛杰健, 楊建榮.超聲波波速測量裝置中存在的三個問題.上饒師范學院學報, 2002, 22(06 :38-39 【 3]江蘇洪澤瑞特電子設備有限公司.豁 1麟 5型功率函數(shù)信號發(fā)生器技術說明書 〔 21.江蘇洪澤

【 4】鄧麗娟.SV4型聲速組合測定儀測聲速三種方法的比較.寧德師專學報(自 然科學版, 2008, 20(04 :411-413

第二篇：聲速的測定教案

大學物理實驗教案

實驗名稱：空氣中聲速的測定

1、實驗目的

（1）學會用駐波法和相位法測量聲波在空氣中傳播速度。（2）進一步掌握示波器、低頻信號發(fā)生器的使用方法。（3）學會用逐差法處理數(shù)據(jù)。

2、實驗儀器

超聲聲速測定儀、低頻信號發(fā)生器DF1027B、示波器ST16B。

3、實驗原理

3．1 實驗原理

聲速V、頻率f和波長λ之間的關系式為V?f?。如果能用實驗方法測量聲波的頻率f和波長λ，即可求得聲速V。常用的測量聲速的方法有以下兩種。

3．2 實驗方法

3．2．1 駐波共振法（簡稱駐波法）

S1發(fā)出的超聲波和S2反射的超聲波在它們之間的區(qū)域內(nèi)相干涉而形成駐波。當波源的頻率和駐波系統(tǒng)的固有頻率相等時，此駐波的振幅才達到最大值，此時的頻率為共振頻率。

駐波系統(tǒng)的固有頻率不僅與系統(tǒng)的固有性質(zhì)有關，還取決于邊界條件，在聲速實驗中，S1、S2即為兩邊界，且必定是波節(jié)，其間可以有任意個波節(jié)，所以駐波的共振條件為：

L?n,n?1,2,3??2（1）

即當S1和S2之間的距離L等于聲波半波長的整數(shù)倍時，駐波系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，駐波振幅最大。在示波器上得到的信號幅度最大。當L不滿足（1）式時，駐波系統(tǒng)偏離共振狀態(tài)，駐波振幅隨之減小。

移動S2，可以連續(xù)地改變L的大小。由式（1）可知，任意兩個相鄰共振狀態(tài)之間，即

?S2所移過的距離為：

?L?Ln?1?Ln??n?1??2?n??2??2（2）

??可見，示波器上信號幅度每一次周期性變化，相當于L改變了2。此距離2可由超聲聲速測定儀上的游標卡尺測得，頻率可由低頻信號發(fā)生器上的頻率計讀得，根據(jù)V???f，就可求出聲速。

3．2．2 兩個相互垂直諧振動的合成法（簡稱相位法）

在示波器熒光屏上就出現(xiàn)兩個相互垂直的同頻率的諧振動的合成圖形——稱為李沙如圖形。其軌跡方程為：

?X??Y?2XY?Cos??2??1??Sin2??2??1??????????A1A2 ?A1??A2?（5）

在一般情況下，此李沙如圖形為橢圓。當相位差22????2??1?0時，由（5）式，得y?A2xA1，即軌跡為一條處在于第一和第三象限的直線[參見圖16—2(a)]。

2yx??1????2??1?222時，得A1A2當，軌跡為以坐標軸為主軸的橢圓 ?2當????2??1??時，得

y??A2xA1，軌跡為處于第二和第四象限的一條直線。

改變S1和S2之間的距離L，相當于改變了發(fā)射波和接受波之間的相位差（????2??1），熒光屏上的圖形也隨之變化。顯然，L每變化半個波長（即?L?Ln?1?Ln?)2，位相差??就變化?。隨著振動相位差從0→?的變化，李沙如圖形就按圖16——2(a)→（b）→(c)變化。因此，每移動半個波長，就會重復出現(xiàn)斜率符號相反的直線。測得波長和頻率f，根據(jù)V?f?，就可計算出聲速。?

4、教學內(nèi)容

（1）熟悉聲速測定儀

該儀器由支架、游標卡尺和兩只超聲壓電換能器組成。兩只超聲壓電換能器的位置分別與游標卡尺的主尺和游標相對定位，所以兩只換能器相對位置距離的變化量可由游標卡尺直接讀出。

兩只超聲壓電換能器，一只為發(fā)射聲波用（電聲轉(zhuǎn)換），一只為接收聲波（聲電轉(zhuǎn)換），其結構完全相同。發(fā)射器的平面端面用以產(chǎn)生平面聲波；接收器的平面端面則為聲波的接收面和反射面。壓電換能器產(chǎn)生的波具有平面性、單色性好以及方向性強的特點。同時可以控制頻率在超聲波范圍內(nèi)，使一般的音頻對它沒有干擾。

（2）駐波法測量聲速

1）按圖接好線路，把換能器S1引線插在低頻信號發(fā)生器的“功率輸出孔”，把換能器S2接到示波器的“Y input”。

2）打開電源開關，把頻率倍乘按鈕×10K壓入，調(diào)節(jié)幅度電位器，使數(shù)碼顯示屏讀數(shù)5--8V電壓,電壓衰減按鈕為20dB；波形選擇為正弦波（彈出狀態(tài)）。

3）壓入示波器電源開關，把示波器Y衰減開關VOLTS/DIV置0.5v檔，Y輸入方式置AC位。掃描檔TIME/DIV為20us，觸發(fā)源（觸發(fā)TRIG）選擇“內(nèi)同步INT”；觸發(fā)方式為“自動”。

4）移動S2位置，目測S1與S2的距離為3cm左右，調(diào)整低頻信號發(fā)生器的“頻率調(diào)節(jié)”波段開關，調(diào)節(jié)頻率微調(diào)電位器，使數(shù)碼顯示屏的頻率讀數(shù)為34.000—36.000KHz范圍。觀察示波器，當屏幕的波形幅度最大時，說明換能器S1處于共振狀態(tài)。記下頻率f值（實驗過程中，頻率f不許改變，否則影響實驗數(shù)據(jù)）。

5）示波器熒幕的波形若不在中央，可調(diào)節(jié)垂直或水平位移電位器；波形太小（可能不穩(wěn)定）或太大，可調(diào)節(jié)Y增益電位器VARIABLE，使波形幅度適中。

6）注意：實驗過程中不要用手觸摸兩個換能器，以免影響測量精確性。

7）向右稍移S2，并調(diào)整游標卡尺的微調(diào)螺絲，同時觀察示波器上波形，使波形幅度最大，幅度如果超過屏幕，可調(diào)整Y增益VARIABLE，使波形滿屏。記下S2的初始位置L0。8 由近至遠慢慢移動接收器S2，逐個記下九個幅度最大的位置（即Li值）。（3）相位法測聲速 1）把示波器觸發(fā)方式選擇“外接”。

2）把示波器的“Y input”接超聲波測速儀的接收器S2,示波器“X輸入”聯(lián)接到低頻信號發(fā)生器的電壓輸出（不能接同步輸出）。

3）把S2調(diào)回距S1大約3cm，移動接收換能器S2，調(diào)節(jié)游標卡尺微調(diào)螺絲，同時觀察示波器的圖形變化，使圖形為“/”，記下S2初始位置LO。

4）由近至遠，慢慢移動S2,并注意觀察圖形變化，逐下記下每發(fā)生一次半周期變化（即圖形由“/”直線變到“”直線）接收換能器S2的位置讀數(shù)Li值，共測十個數(shù)據(jù)。

5）實驗完畢，關掉電源，整理好儀器。

5、實驗教學組織及教學要求

（1）教學組織

1）檢查學生的預習實驗報告，同時給學生5-10分鐘時間熟悉儀器，對本實驗有一定的感性認識。

2）講解實驗要點及注意事項，同時以提問的方式檢查學生的預習情況，加深學生對實驗原理的理解。

3）隨時注意學生的實驗操作過程，及時指導解決學生實驗中出現(xiàn)的突發(fā)情況。4）檢查每個學生的實驗數(shù)據(jù)，記錄實驗情況。（2）教學要求

1）能夠利用以前學過的示波器使用方法設計本實驗有關示波器的調(diào)節(jié)步驟； 2）能夠理解駐波法和相位法測量聲波在空氣中傳播速度的原理； 3）要求能夠理解影響聲波傳播速度的幾個因素；準備報道實驗結果。

6、實驗教學重點及難點

1）重點：掌握用駐波法和相位法測量聲波在空氣中傳播速度。進一步熟練掌握示波器、低頻信號發(fā)生器的使用方法。

2）難點：獨立設計本實驗有關示波器的調(diào)節(jié)步驟；準確判斷是否形成駐波。

7、實驗中容易出現(xiàn)的問題

1）換能器未達到共振狀態(tài)就記錄聲波頻率；

2）待測聲波在兩個換能器之間并未形成駐波，就開始進行測量； 3）記錄實驗數(shù)據(jù)時漏掉室溫。

8、實驗參考數(shù)據(jù)

1）駐波法測量聲速

共振頻率f=34.583KHz

表1 駐波法測量波長的測量數(shù)據(jù)

次序 Li10?3mm

93.72 98.84 104.02 109.22 114.38 次序

Li10?3mm

119.54 124.70 129.90 135.02 140.18

Li?5?Li10?3mm vLI?5?Li10?3mm

25.82 25.86 25.88 25.80 25.80

0.012 0.028 0.048 0.032 0.032 1 2 3 4 5 7 8 9 10 逐差法處理表1數(shù)據(jù) 標準偏差SLI?5?Li?152vLi?5?Li?n?1i?1=0.036mm

CnSLi?5?Li?1.65?0.036?0.06?vLI?5?LiuB??m3?0.023?0.012mm

合成不確定度為

222222uLI?5?LI?uA?uB?SL?u?0.036?0.012?0.038(mm)?LBi?5i

3頻率f不確定度聲速V的相對不確定度

EV?(uff)?(2uf??mf?0.3463?0.2(HZ)

uLI?5?LiLi?5?Li)2?(0.220.0382)?()?0.006?0.6%34.58325.832

聲速的計算

V? 22f(Li?5?Li)?34.583?25.832?357.34(m/s)55

聲速V不確定度為

uV?VEV?357.34?0.006?3(m/s)

室溫時聲速結果表達式：

?V?V?uV?357.34?0.006(m/s)(p?0.683)??EV?0.6%

2）相位法測量聲速

參考駐波法。

9、實驗結果檢查方法

1）聲波的頻率值是否與實驗中所用換能器的共振頻率值相符； 2）形成相鄰兩個駐波時的接收換能器位置合理；

3）相位法中，圖形由“/”直線變到“”直線，或由“”直線變到“/”直線，接收換能器S2的位置讀數(shù)合理。

10、課堂實驗預習檢查相關題目

1）如何調(diào)節(jié)示波器使其能用來觀察某電信號的波形？ 2）如何判斷換能器是否共振？ 3）如何正確讀取換能器的位置？

4）如何利用示波器觀察兩個相互垂直的電信號的合成圖形？

11思考題

1）為什么需要在駐波系統(tǒng)共振狀態(tài)下進行聲速的測量？

2）是否可以用上述方法測量聲波在液體或固體中的傳播速度？如何進行？

3）用駐波法測量聲速時，改變S1和S2之間的距離時，示波器上的波形振幅有時極大有時極小。說明極大或極小時，接收器S2是處于波腹還是波節(jié)位置？

第三篇：X-51及高超聲速飛行器簡介

美國X-51A飛行器及總體設計及其關鍵技術簡介

Xxx

摘要：從計劃的背景、飛行器的構造、熱防護材料研發(fā)測試以及實際飛行試驗等方面對X-51A的發(fā)展計劃作了較為詳細的介紹,并據(jù)此對美國發(fā)展高超聲速飛行技術的研究流程和理念有個一定的了解與認識。

關鍵詞：X-51A 高超聲速導彈 熱防護系統(tǒng)

結構材料 飛行器

引言：美國自二十世紀九十年代啟動“全球敏捷打擊”計劃以來，一直處于低速發(fā)展過程中，該計劃近期開始迅速升級，從改造“三叉戟”導彈開始，美國正推出一系列先進攻擊武器概念，包括飛機、無人機和導彈。其中，X-51高超聲速巡航導彈是美國武器庫目前速度最快的全球打擊武器，可以在一小時內(nèi)攻擊地球上任一目標。項目概況

巡航導彈在美國武器系統(tǒng)中具有特殊的地位，在未來信息化戰(zhàn)爭中，巡航導彈不要要成為首選的打擊武器，也是美軍實行遠程軍事打擊的必備武器。

美國于20世紀90年代啟動的“全球敏捷打擊”計劃自推出以來一直處于低速發(fā)展過程中,直至近年該計劃開始迅速發(fā)展。美國從改造三叉戟導彈開始,陸續(xù)推出一系列的先進攻擊武器概念,包括新一代的飛機、無人機和導彈。

X-51A計劃是由美國空軍研究試驗室(AFRL)、國防高級研究計劃局(DARPA)、NASA、波音公司和普惠公司聯(lián)合實施的旨在驗證高超聲速飛行能力的計劃。終極目標是發(fā)展一種馬赫數(shù)達到5~7的可以在1 h內(nèi)進行全球打擊的武器,包括快速響應的空間飛行器和高超聲速巡航導彈。X-51A于2010年2月中旬進行了首次高超聲速飛行試驗。

X-51A的首飛創(chuàng)造了又一個人類歷史記錄 — — —超燃沖壓發(fā)動機推進的歷時最長的高超聲速飛行,刷新了 X2 43創(chuàng)造的 12 s的記錄。X2 51A首飛的成功意味著 , 超燃沖壓發(fā)動機將提供一種全新的快速全球打擊能力。據(jù)稱,該高超聲速導彈將能夠在 60 min內(nèi)實施全球打擊。美國國防部 /NASA的 X2 51A項目則是這一新型武器系統(tǒng)方案的關鍵部分。X2 51A的飛行試驗對于空間進入、偵察、打擊、全球到達以及商業(yè)運輸?shù)榷加兄匾饬x。X-51A計劃的背景

美國空軍認為,高超聲速推進技術是美國亟須發(fā)展的關鍵領域之一,為了達到這一目的,必須走“階梯式發(fā)展”的道路。1979年首次發(fā)射的先進戰(zhàn)略空射導彈(ASLAM)是早期的高超聲速導彈,它使用高速沖壓發(fā)動機實現(xiàn)了馬赫數(shù)為5.5的飛行,雖然達到了高超聲速,但由于沖壓發(fā)動機的燃燒是在亞聲速狀態(tài)下進行,效率非常低。解決這一問題的方法是使用超燃沖壓動機,于是X-51A計劃應運而生。

20世紀90年代中期,國家空天飛機(NASP,NationalAerospace Plane)計劃終止后,美國空軍轉(zhuǎn)而投資HyTech(Hypersonic Technology)計劃以延續(xù)其對高超聲速技術的研究。2004年1月, AFRL選擇波音公司與普惠公司共同制造SED-WR的驗證機,由波音公司制造機身,普惠公司生產(chǎn)發(fā)動機。2005年9月,美國空軍正式將該計劃編號為X-51A。X-51A計劃的主要目的之一是對美國空軍的HyTech超燃沖壓發(fā)動機進行飛行試驗。這種發(fā)動機使用吸熱型碳氫燃料,能將飛行器的飛行馬赫數(shù)從4.5提升到6.5。

但是，高超聲速技術有幾大難點：新動力裝置的制造及新燃料的選擇；動力裝置和飛行器機體的連接；新型耐高溫材料的研制；飛行器各子系統(tǒng)和整體控制系統(tǒng)的研究。X-51A飛行器的整體構造

X-51A飛行器的整體構造如圖1所示,它是由巡航體、級間以及助推器三部分組成,整個飛行器長7.62 m,質(zhì)量1 780 kg,最大寬度為584.2 mm,其中巡航體長4.27 m,質(zhì)量為671 kg。X-51A的主體部分是在金屬材料的基本結構外覆蓋著輕質(zhì)TPS泡沫與陶瓷材料。機體部分的框架板壁等由鋁制成。前鼻端內(nèi)部是金屬鎢,外部則是二氧化硅隔熱層,其作用是承受飛行器頭部高強度的氣動熱載荷,并實現(xiàn)縱向配平,以保證飛行器的縱向穩(wěn)定性。巡航體與機體的過渡部分采用了鉻鎳鐵合金,目的是阻止熱量傳導到飛行器的其余部分。巡航體與級間部分的蒙皮,包括助推器的四個全動尾翼均為鋁制。此外,為了在推進段保持穩(wěn)定,助推器上還另外安裝了兩個鋁制的水平尾翼。超燃沖壓發(fā)動機的艙壁則是用由燃料冷卻的薄壁鉻鎳鐵合金板制成,巡航體的四個可動小翼除在前緣采用了碳-碳復合熱結構材料外,也均使用鉻鎳鐵合金制成。整個飛行器僅在級間部分的某些結構以及助推器的尾錐上使用了鈦合金。助推器的外表面仍由鋼制成,不過鋼質(zhì)的尾噴管被加長了以獲得更大的膨脹率,從而提高性能。

X-51A SED的主要設計工作是運用經(jīng)風洞試驗數(shù)據(jù)驗證的計算工具來完成的。它用CART3D軟件計算所得的歐拉解以及OVERFLOW軟件計算得到的Navier-Stokes解建立起了全面的空氣動力學數(shù)據(jù)庫,在約80多套網(wǎng)格上運行了近2 000個算例,用以對安全分離、氣動加熱、飛行器性能、邊界層轉(zhuǎn)捩以及尾翼偏轉(zhuǎn)等各個方面進行研究。同時,對整個飛行器及巡航體進行了超過1 700 h、3 200余次風洞試驗,利用試驗結果驗證并完善了數(shù)據(jù)庫。

4超燃沖壓發(fā)動機

高超聲速武器引起速度極大，必然需要有強大動力性能的發(fā)動機，美國空軍一直致力于超然發(fā)動機的研究。X-51驗證機的一個重要任務就是對超然發(fā)動機的性能參數(shù)進行驗證。超燃(超聲速燃燒)沖壓發(fā)動機是沖壓發(fā)動機的一種,它的特征是吸入發(fā)動機燃燒室內(nèi)的空氣流的速度為超聲速,而普通沖壓發(fā)動機內(nèi)氣流速度為亞聲速。超燃沖壓發(fā)動機的基本組成包括:進氣壓縮管(由于飛行器的高速飛行,吸入的空氣受到壓縮),燃燒室(燃料與壓縮空氣混合,燃燒),噴嘴(通過它以高于進氣口空氣流的速度排出燃燒產(chǎn)物,產(chǎn)生推力)。沖壓發(fā)動機是靠吸入的空氣流作為助燃劑工作。進入超燃沖壓噴氣發(fā)動機的空氣流的速度是超聲速,因而會產(chǎn)生一定的沖擊波,如何實現(xiàn)不打亂、不中斷吸入的空氣流,并保持發(fā)動機不熄火連續(xù)有序地工作,這正是超燃沖壓發(fā)動機要解決的難題。在超聲速環(huán)境下把空氣流的速度降低后再進入沖壓噴氣發(fā)動機,將限制發(fā)動機最終的運轉(zhuǎn)速度。另一方面,產(chǎn)生的沖擊波會壓縮空氣流,使進入發(fā)動機的空氣流的速度達到高超聲速,經(jīng)過適當?shù)母綦x器調(diào)節(jié)后擠進燃燒室的氣流將獲得相對穩(wěn)定的壓力,實現(xiàn)更完全的燃燒。進入燃燒室的壓縮氣流與注入的燃料混合、點火、燃燒,然后通過噴嘴將燃燒后的產(chǎn)物以高于入口處空氣的速度排出,從而產(chǎn)生前進的推力。5.飛行器熱防護系統(tǒng)

X-51飛行器首次突破了高超聲速飛行熱障礙，因加速后可達到馬赫數(shù)5~7，與大氣的摩擦可產(chǎn)生大量的熱，如果不采取恰當?shù)臒岱雷o措施，飛行器性能必定會受巨大影響甚至燒毀。為此X-51飛行器采取了一系列措施。5.1防護材料

X-51A的主體部分用金屬材料制造,基本結構外覆蓋燒蝕泡沫FRSI與熱障陶瓷BRI-16。為阻止熱量傳導到飛行器的其余部分,彈頭與彈體的過渡部分采用鉻鎳鐵合金制造。巡航彈體部分的框架、板壁以及導彈彈體與級間部分的蒙皮、包括推進器推進器的尾錐上使用鈦金屬材料,推進器的外表面用鋼制造,如圖3所示。X-51A飛行器為了承受巡航導彈頭部高強度的

氣動熱載荷,實現(xiàn)縱向配平,以保證導彈的縱向穩(wěn)定性,飛行器前鼻端使用金屬鎢制造,外覆二氧化硅(SiO2)隔熱涂層。5.2 發(fā)動機熱防護結構

X-51A飛行器的超燃沖壓發(fā)動機使用常規(guī)燃料JP-7作為冷卻劑。發(fā)動機進氣道入口之前的斜面上涂覆二氧化硅(SiO2)陶瓷瓦,超燃沖壓發(fā)動機的艙壁用鉻鎳鐵合金板制成,發(fā)動機艙內(nèi)部裝有柔性可重復使用的表面隔熱(Flexible Reusable Surface Insula-tion, FRSI)材料,以阻隔發(fā)動機對彈體的熱輻射。5.3 飛行器熱防護系統(tǒng)

X-51A飛行器采用被動熱防護系統(tǒng),熱防護材料主要為泡沫和陶瓷瓦。陶瓷瓦是波音公司研制的可重復使用隔熱陶瓷瓦BRI-16,陶瓷瓦用在機體脊部需要尖銳前緣的部分和進氣道斜面上。陶瓷瓦粘貼到變形隔離墊上,變形隔離墊會吸收因陶瓷瓦和下面鋁蒙皮膨脹率差異而引起的變形。飛行器的上表面(大面積區(qū)域)采用FRSI進行熱防護, FRSI上面覆蓋著一層由波音公司研制的輕質(zhì)變厚度燒蝕(BLA-S)泡沫。

6.飛行試驗計劃

X-51A的飛行試驗包括四次飛行,預計自2009年8月開始。X-51A由B-52H轟炸機攜帶升空,自母機投放后經(jīng)火箭推進至超燃沖壓發(fā)動機的工作高度及飛行馬赫數(shù),然后超燃沖壓發(fā)動機點火,將飛行器由馬赫數(shù)4.5加速到6的巡航速度。X-51A掛載于B-52H的左翼下,投放前與B-52H上的監(jiān)測設備保持通訊,并通過電纜自母機獲得電力供應。在通過各項飛行安全審核后,飛行試驗計劃于2009年初開始實施。4月至5月進行地面測試,并根據(jù)測試結果于5月進行第一次飛行前的審核, 6月進行X-51A的掛載測試, 7月由B-52H攜帶X-51A做一次彩排飛行。X-51A的第一次自由飛試驗安排在2009年8月,第二次計劃于8周后進行,第三與第四次飛行則分別于11月和12月進行,后三次飛行試驗的間隔時間均為6周,計劃將于2010年結束。

7.x-51飛行器前景及對我國國防事業(yè)的啟示

X-51A代表了航空技術的最前沿，一旦投 入使用，它將實現(xiàn)快速全球打擊計劃的目標 兩 小時到達世界任何地方，雖然目前X-51A離實 戰(zhàn)化還有很遠的距離，但我們必須對高超聲速 飛行器加以足夠的重視，必須將發(fā)展高超聲速 武器納入武器裝備發(fā)展的長遠目標 具體而言，可從以下方面入手

（1）高超聲速技術的研究試驗計劃是一項復雜的系統(tǒng)工程，我們應該借鑒美國的技術研究方向，同時堅持自主創(chuàng)新，以在將來的信息化戰(zhàn)爭中不處于劣勢；（2）必須進行深入的設計及需求論證以確 立對高超聲速武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)需求，并確定具 體的設計目標；（3）應加強相關技術研究領域的投入和教育的改革，為我國國防事業(yè)培養(yǎng)更多的優(yōu)秀人才，擔負未來保衛(wèi)國家安全的職責 參考文獻：

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第四篇：聲速的測定實驗報告

聲速的測定實驗報告

1、實驗目的

（1）學會用駐波法和相位法測量聲波在空氣中傳播速度。（2）進一步掌握示波器、低頻信號發(fā)生器的使用方法。（3）學會用逐差法處理數(shù)據(jù)。

2、實驗儀器

超聲聲速測定儀、低頻信號發(fā)生器DF1027B、示波器ST16B。

3、實驗原理

3．1 實驗原理

聲速V、頻率f和波長λ之間的關系式為V?f?。如果能用實驗方法測量聲波的頻率f和波長λ，即可求得聲速V。常用的測量聲速的方法有以下兩種。

3．2 實驗方法

3．2．1 駐波共振法（簡稱駐波法）

S1發(fā)出的超聲波和S2反射的超聲波在它們之間的區(qū)域內(nèi)相干涉而形成駐波。當波源的頻率和駐波系統(tǒng)的固有頻率相等時，此駐波的振幅才達到最大值，此時的頻率為共振頻率。

駐波系統(tǒng)的固有頻率不僅與系統(tǒng)的固有性質(zhì)有關，還取決于邊界條件，在聲速實驗中，S1、S2即為兩邊界，且必定是波節(jié)，其間可以有任意個波節(jié)，所以駐波的共振條件為：

L?n,n?1,2,3??2（1）

即當S1和S2之間的距離L等于聲波半波長的整數(shù)倍時，駐波系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，駐波振幅最大。在示波器上得到的信號幅度最大。當L不滿足（1）式時，駐波系統(tǒng)偏離共振狀態(tài)，駐波振幅隨之減小。

移動S2，可以連續(xù)地改變L的大小。由式（1）可知，任意兩個相鄰共振狀態(tài)之間，即

?S2所移過的距離為：（2）

??可見，示波器上信號幅度每一次周期性變化，相當于L改變了2。此距離2可由超聲聲速測定儀上的游標卡尺測得，頻率可由低頻信號發(fā)生器上的頻率計讀得，根據(jù)V???f，就可求出聲速。

3．2．2 兩個相互垂直諧振動的合成法（簡稱相位法）

在示波器熒光屏上就出現(xiàn)兩個相互垂直的同頻率的諧振動的合成圖形——稱為李沙如圖形。其軌跡方程為： ?L?Ln?1?Ln??n?1??2?n??2???X??Y?2XY?Cos??2??1??Sin2??2??1??????????A1A2 ?A1??A2?（5）

在一般情況下，此李沙如圖形為橢圓。當相位差22????2??1?0時，由（5）式，得y?A2xA1，即軌跡為一條處在于第一和第三象限的直線[參見圖16—2(a)]。

2yx???1????2??1?222時，得A1A2，軌跡為以坐標軸為主軸的橢圓 當

2當????2??1??時，得

y??A2xA1，軌跡為處于第二和第四象限的一條直線。

改變S1和S2之間的距離L，相當于改變了發(fā)射波和接受波之間的相位差（????2??1），熒光屏上的圖形也隨之變化。顯然，L每變化半個波長（即?L?Ln?1?Ln?)2，位相差??就變化?。隨著振動相位差從0→?的變化，李沙如圖形就按圖16——2(a)→（b）→(c)變化。因此，每移動半個波長，就會重復出現(xiàn)斜率符號相反的直線。測得波長和頻率f，根據(jù)V?f?，就可計算出聲速。?

4、實驗內(nèi)容

（1）熟悉聲速測定儀

該儀器由支架、游標卡尺和兩只超聲壓電換能器組成。兩只超聲壓電換能器的位置分別與游標卡尺的主尺和游標相對定位，所以兩只換能器相對位置距離的變化量可由游標卡尺直接讀出。

兩只超聲壓電換能器，一只為發(fā)射聲波用（電聲轉(zhuǎn)換），一只為接收聲波（聲電轉(zhuǎn)換），其結構完全相同。發(fā)射器的平面端面用以產(chǎn)生平面聲波；接收器的平面端面則為聲波的接收面和反射面。壓電換能器產(chǎn)生的波具有平面性、單色性好以及方向性強的特點。同時可以控制頻率在超聲波范圍內(nèi)，使一般的音頻對它沒有干擾。

（2）駐波法測量聲速

1）按圖接好線路，把換能器S1引線插在低頻信號發(fā)生器的“功率輸出孔”，把換能器S2接到示波器的“Y input”。

2）打開電源開關，把頻率倍乘按鈕×10K壓入，調(diào)節(jié)幅度電位器，使數(shù)碼顯示屏讀數(shù)5--8V電壓,電壓衰減按鈕為20dB；波形選擇為正弦波（彈出狀態(tài)）。

3）壓入示波器電源開關，把示波器Y衰減開關VOLTS/DIV置0.5v檔，Y輸入方式置AC位。掃描檔TIME/DIV為20us，觸發(fā)源（觸發(fā)TRIG）選擇“內(nèi)同步INT”；觸發(fā)方式為“自動”。

4）移動S2位置，目測S1與S2的距離為3cm左右，調(diào)整低頻信號發(fā)生器的“頻率調(diào)節(jié)”波段開關，調(diào)節(jié)頻率微調(diào)電位器，使數(shù)碼顯示屏的頻率讀數(shù)為34.000—36.000KHz范圍。觀察示波器，當屏幕的波形幅度最大時，說明換能器S1處于共振狀態(tài)。記下頻率f值（實驗過程中，頻率f不許改變，否則影響實驗數(shù)據(jù)）。

5）示波器熒幕的波形若不在中央，可調(diào)節(jié)垂直或水平位移電位器；波形太?。赡懿环€(wěn)定）或太大，可調(diào)節(jié)Y增益電位器VARIABLE，使波形幅度適中。

6）注意：實驗過程中不要用手觸摸兩個換能器，以免影響測量精確性。

7）向右稍移S2，并調(diào)整游標卡尺的微調(diào)螺絲，同時觀察示波器上波形，使波形幅度最大，幅度如果超過屏幕，可調(diào)整Y增益VARIABLE，使波形滿屏。記下S2的初始位置L0。8 由近至遠慢慢移動接收器S2，逐個記下九個幅度最大的位置（即Li值）。（3）相位法測聲速

1）把示波器觸發(fā)方式選擇“外接”。

2）把示波器的“Y input”接超聲波測速儀的接收器S2,示波器“X輸入”聯(lián)接到低頻信號發(fā)生器的電壓輸出（不能接同步輸出）。

3）把S2調(diào)回距S1大約3cm，移動接收換能器S2，調(diào)節(jié)游標卡尺微調(diào)螺絲，同時觀察示波器的圖形變化，使圖形為“/”，記下S2初始位置LO。

4）由近至遠，慢慢移動S2,并注意觀察圖形變化，逐下記下每發(fā)生一次半周期變化（即圖形由“/”直線變到“”直線）接收換能器S2的位置讀數(shù)Li值，共測十個數(shù)據(jù)。5）實驗完畢，關掉電源，整理好儀器

5、實驗參考數(shù)據(jù)

1）駐波法測量聲速

共振頻率f=34.583KHz

表1 駐波法測量波長的測量數(shù)據(jù)

次序 Li10?3mm

93.72 98.84 104.02 109.22 114.38 次序

Li10?3mm

119.54 124.70 129.90 135.02 140.18

Li?5?Li10?3mm vLI?5?Li10?3mm

25.82 25.86 25.88 25.80 25.80

0.012 0.028 0.048 0.032 0.032 1 2 3 4 5 7 8 9 10 逐差法處理表1數(shù)據(jù)

152SL?L?vLi?5?Li?I?5in?1i?1標準偏差=0.036mm CnSLi?5?Li?1.65?0.036?0.06?vLI?5?Li

uB??m3?0.023?0.012mm

合成不確定度為

222222uLI?5?LI?uA?uB?SL?u?0.036?0.012?0.038(mm)?LBi?5i

3頻率f不確定度聲速V的相對不確定度

EV?(uff)?(2uf??mf?0.3463?0.2(HZ)

uLI?5?LiLi?5?Li)2?(0.220.0382)?()?0.006?0.6%34.58325.832

聲速的計算

V? 22f(Li?5?Li)?34.583?25.832?357.34(m/s)55

聲速V不確定度為

uV?VEV?357.34?0.006?3(m/s)

室溫時聲速結果表達式： ?V?V?uV?357.34?0.006(m/s)(p?0.683)??EV?0.6%

2）相位法測量聲速

參考駐波法。

6.結論：1)實驗測量結果與理論值接近，是誤差允許范圍。2）相位法測量優(yōu)于駐波法測量。

7.誤差分析：1）共振頻率的不穩(wěn)定。2）換能器的不完全平行。3）示波器上振幅極大值的不穩(wěn)。4）隨著換能器的距離的增加能量會有減弱。5）測量時會含有回程差。

第五篇：關于避雷器阻性電流測量方法改進的研究

關于避雷器阻性電流測量方法改進的研究

摘 要：供電設備試驗的模式在由原始的斷電測試模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮橄冗M高效的帶電運行模式，帶電運行模式的日益普遍提高了供電設備的可靠性。但由于設備帶電運行模式測試中避雷器排列方法的差異，常常會出現(xiàn)影響試驗結果的阻性電流非正值，使得難以進行正確的判斷。筆者以大量的現(xiàn)場試驗為基礎，提出了一套改進避雷器阻性電流測試的新方法――實際相角法。該方法使得試驗結果不再受避雷器安裝排列方法差異所影響，更為直觀的觀測阻性電流的變化趨勢，試驗結果準確性得到了較大的提升，這對傳統(tǒng)的帶電測試方法試一次重要的提升，具有實踐意義。

【關鍵詞】避雷器 試驗 實際相角法 阻性電流

近年來供電設備試驗的模式在由原始的斷電測試模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮橄冗M高效的帶電運行模式，帶電運行模式的供電設備試驗可以在不需要斷電的情況下，根據(jù)其電阻片中阻性電流的變化趨勢來了解電阻片的老化以及損壞情況，這是帶電運行測試無與倫比的巨大優(yōu)勢，但是對于帶電運行測試最難解決的問題就是附近其它帶電設備對于測試結果的干擾。設備帶電運行模式測試中，常常會由于避雷器安裝排列的差異，導致出現(xiàn)影響試驗結果的阻性電流非正值，三相阻性電流值差別比較大，和產(chǎn)品出廠時進行測驗的值也有很大的差別。很容易得到一個結論就是該方法經(jīng)過測量試驗得到的阻性電流值并不準確。按照理論，阻性泄露電流應當占到總電流的百分之十至百分之二十，很明顯會與該帶電測量方法得到的測量結果相沖突。對于完善帶電運行測試模式很多專家學者做了很多的試驗和研究，也作出的不可磨滅的貢獻，筆者在這里主要對避雷器阻性電流測量方法改進進行研究，并提出實際相角法的新方法。避雷器阻性電流測量原理與特性

1.1 氧化鋅避雷器原理結構與工作特性

氧化鋅避雷器是一類先進的保護型電器，它的主要結構閥片是以氧化鋅為關鍵材料，輔以多種金屬金屬材料高溫燒結制造而成。氧化鋅避雷器簡稱MOA，它具有較為不錯的非線性性質(zhì)、殘留電壓低、通流容量巨大等頗為優(yōu)異的特性，在正常工作電壓下，避雷器閥片的電阻很大，幾乎可以視為絕緣體，而在大電壓的沖擊下可以在很短的時間內(nèi)調(diào)整到低電阻狀態(tài)下被擊穿，大電流得到釋放后又可以極快的恢復到高電阻狀態(tài)，所以在實際中氧化鋅避雷器與被保護設備并聯(lián)，避免線路及設備受到電壓危害。由于氧化鋅避雷器的種種優(yōu)點，它被普遍地應用在各個電力系統(tǒng)中并具有非常好好的經(jīng)濟效益。圖1為氧化鋅避雷器等值電路。

1.2 測量原理

當氧化鋅避雷器老化或損壞時，往往會發(fā)生其阻性電流增大的現(xiàn)象。所以在實際的運行工作中，測試人員常常根據(jù)用電設備在正常電壓工作的條件下阻性電流的變化趨勢來對氧化鋅避雷器的性能進行評估。

近些年RCD-4型阻性電流測量儀是實際工作中使用最為頻繁的測量儀器，這種儀器測量氧化鋅避雷器阻性電流的測量原理是選取對象（氧化鋅避雷器）的電流信號總和，然后再測量一個與被測量氧化鋅避雷器兩邊電壓同相的電流信號?？傠娏餍盘朓x基波矢量I1在電壓基波矢量U1上的投影就可以表示為被測量氧化鋅避雷器的阻性電流，如圖2。

由于RCD-4型阻性電流測量儀測量回路中輸入的電流阻抗相對而言較小，把電流測量儀用于測量的探頭連接在放電計數(shù)器兩端就可以測量出總電流信號I1，這種測量方法十分簡便且具有唯一性。

測量電壓信號U1的方法大致分為三種：

（1）從標準電壓（220V）的電源上測得電壓信號U1，這種方法稱之為電源法。

（2）在測量現(xiàn)場測得一個感應電壓U1，稱之為感應法

（3）在電壓互感器2次繞組中測得電壓U1，這種方法稱之為PT法。在這三種方法中最為簡單且便于實施的方法是電源法，而且電源法具有危險性低、可靠性高等優(yōu)點，現(xiàn)已在實際測量中得到了普遍的運用，接線方法見圖3。

1.3 三次諧波法的分析及實現(xiàn)

因為在線測試當中，一般要在PT上引用電壓的信號作為參考，導致測試試驗的結果容易因為PT角差而產(chǎn)生誤差。三次諧波法無需引入PT上的電壓信號作參考，而且試驗方法較為簡單便捷，但是三次諧波法也有明顯的缺點，使三次諧波法沒有得到普遍的應用，主要的缺點：a.不同氧化鋅避雷器的閥片，它的阻性電流最大值和三次分量相互間的函數(shù)關系互有差異，哪怕相同的閥片在不同的使用階段也會發(fā)生變化，所以測試中結果的準確程度難以得到保證。b.如果母線中也含有三次諧波的分量，這種方法就無法消除這些三次諧波分量對測試的干擾，最終也影響了結果的準確性。

在當前條件下，產(chǎn)生的解決這種問題的方法是三次諧波補償法，新增了更多的電場探頭，使得電網(wǎng)中的三次諧波對于試驗結果造成的誤差得到了補償，測試方法也十分的便捷。

圖4為三次諧波阻性電流分量測量。傳統(tǒng)阻性電流測量方法的弊端

筆者曾在單位管內(nèi)10千伏石巴貫通線路上對進行氧化鋅避雷器不斷電測試的試驗中出現(xiàn)一些氧化鋅避雷器阻性電流產(chǎn)生非正值的特殊現(xiàn)象。在此試驗中所采用的儀器是正規(guī)的避雷器通電測試儀，所采用的方法是自動邊補的測試方法，這種方法已經(jīng)考慮了氧化鋅避雷器三相互相之間的影響，而且對其進行了補償，但是測試結果中氧化鋅避雷器的阻性電流仍然產(chǎn)生了非正值，這表明在進行氧化鋅避雷器帶電測試中還受到了其他因素的較強影響。

傳統(tǒng)阻性電流測量方法主要存在的問題主要是兩個方面：

2.1 傳統(tǒng)阻性電流測試方法無法直接依據(jù)理論進行判斷

工作狀態(tài)正常的氧化鋅避雷器阻性泄露電流應當占到總電流的百分之十至百分之二十，當阻性泄露電流占總電流的比例增加并且超出這一范圍時，可以判斷出該避雷器的工作狀態(tài)出現(xiàn)了故障。但是傳統(tǒng)阻性電流測量方法是分析角度的變化來對避雷器工作狀態(tài)進行評定的，并沒有辦法依據(jù)理論來對避雷器工作狀態(tài)進行評定。而且傳統(tǒng)測量方法也沒有明確的規(guī)定角度變化與避雷器工作狀態(tài)之間的具體變化關系，在實際測試中會有可能會出現(xiàn)判斷錯誤的情況。

2.2 傳統(tǒng)阻性電流測量方法的測試結果中可能會產(chǎn)生非正值

避雷器的運行環(huán)境十分復雜，存在著非常多的干擾因素，對電壓、電流等可能會造成影響。比較重要的干擾因素有：避雷器電壓可能會有波動；濕度、銹蝕、表面污垢、溫度等對于避雷器阻性泄漏電流的干擾；附近帶電體也可能會對測量造成干擾，使得測量結果不準確。當避雷器的帶電測量被附近帶電體干擾時，哪怕三支氧化鋅避雷器的帶電特性非常接近，得到的測量結果中阻性電流基波大小也可能存在很大的差異，給判斷其工作狀態(tài)以及劣化成都造成了困難。而且在實際中，近些年來避雷器的排列方式不僅僅只是以“一”字形進行排列，大部分排列方式都是“/”“～”等型進行排列，這使得附近帶電體對阻性電流的帶電測量影響更為明顯，測試結果中可能會產(chǎn)生非正值，使得對避雷器的實際狀態(tài)更加難以評估，顯然用這種傳統(tǒng)方法測出的阻性電流值并不是準確的。一種改進測試方法――實際相角法

3.1 原理設計

在現(xiàn)場中氧化鋅避雷器的相間相位差由以前的120度變的不確定，我們以提高試驗結果的判斷更為直接并更為準確為目標，就要想辦法清除負值，那么我們采用的校正角就需要用實際相角的差值來進行判斷。因為當氧化鋅避雷器安裝部位確定了后，試驗所受到的其他因素的影響也基本確定了下來。實際相角法就是在設備安裝運行后假設a，b，c間運行無明顯問題，在進行校正后對其阻性電流以及實際的相間相位差進行測量，然后在半年后把上次測量得到的實際相角差作為校正角來更為準確的測量出其阻性電流大小，這樣就達成了以阻性電流的變化趨勢來評估氧化性避雷器性能得目的，實踐中該方法步驟如下：

第一次測試：將各相都用85度來校正，例如測量A相時，測得A相氧化鋅避雷器總電流IxA，并測出IA與電壓信號的夾角，通過85度校正測出其阻性電流IR1p（A1），通過該方法再分別測出B相、C相阻性電流IR1p（B1）、IR1p（C1），并將實驗數(shù)據(jù)加以保存，將來可以用于判斷氧化鋅避雷器運行的好壞，通過簡單的運算也可以算出A與B的實際相角差和B與C的是實際相角差。

第二次測試：選取B相氧化鋅避雷器總電流IxB用于測出IB和電壓的夾角φU-I，接著將B相校正角φ0（B）=85°-φU-I引入儀器當中，從而得到了B相阻性電流值IR1p（B）。A相氧化鋅避雷器的總電流IxA，通過各相角聯(lián)系求出A相氧化鋅避雷器校正角，引入儀器中可以得出A相阻性電流值IR1P（A），同樣方法測出氧化鋅避雷器C相阻性電流值IR1P（C），這個時候就可以將IR1P（A）、IR1p（B）、IR1P（C）與原始阻性電流值IR1p（A1）、IR1p（B1）、IR1p（C1）放在一起對比，依據(jù)理論可以判斷氧化鋅避雷器的運行狀態(tài)。φ0（A）

3.2 實驗效果

筆者這兩年來將本文所講的實際相角法運用于許多正常工作的氧化鋅避雷器阻性電流不斷電測試試驗當中，試驗結果表明實際相角法的確成功的解決了阻性電流測量結果出現(xiàn)非正值的問題，而且其測量結果也準確的評估了氧化鋅避雷器的工作狀態(tài)，這種測量方法具有安全、高效、準確、便捷等優(yōu)點。表1為對10kV石巴貫通線路氧化性避雷器與10kV石瓷貫通線路氧化鋅避雷器進行現(xiàn)場測試并將實際相角法與原有的電源法測試結果作比較。

2015年9月23日，對10kV瓷烏貫通線路氧化鋅避雷器運用了實際相角法進行帶電測試，結果很明顯的表明C相氧化鋅避雷器測得的阻性電流超過了2014年測量的阻性電流值3倍，總電流中的阻性電流占有比例也同樣大幅度提高了，通過觀察結果運用理論分析得出這個氧化鋅避雷器存在著問題，表2為該次現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)。

需要說明的一點是，在做現(xiàn)場測試的過程中必須要考慮到三相電流、三相電壓以及接觸不良等因素可能對測試結果造成不良的影響，當電源電壓每次測試不是同向的時候，因為電源電壓相間的相位差是120°，就可以加減120°進行換算，或者也能更換另一相電源。另外，臨近線路帶電與否也會一定程度上影響到氧化鋅避雷器阻性電流的測量準確性，經(jīng)過筆者多次試驗得出，臨近線路帶電與否對于測量中阻性電流的大小有百分之十五以內(nèi)的影響，這種大小的誤差在實際運行中是可以被允許的，我們依然足以對氧化鋅避雷器工作狀態(tài)進行準確的評估，并且也可以在測量中記錄下臨近線路帶電與否來減小結果誤差。結語

傳統(tǒng)氧化鋅避雷器阻性電流測量方法的弊端嚴重影響到了其測試結果的準確性，而實際相角法將傳統(tǒng)的以相角的不同變化來評估氧化鋅避雷器劣化的方法提升為更為直觀的利用阻性電流變化趨勢來評估氧化鋅避雷器的工作狀態(tài)，真實的表現(xiàn)出氧化鋅避雷器的阻性電流值，解決了一直以來傳統(tǒng)測試方法中突出的阻性電流負值的問題，使得反映工作中的氧化鋅避雷器的工作狀態(tài)更為準確，并且真實可靠有實際運用的價值。

參考文獻

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