CN106841834A - 一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法，根据金属微粒在真空环境匀强电场中的受力分析及通过观测金属微粒在电极间的运动过程，考虑了金属微粒在电极附近的放电过程，得到金属微粒在该电场中运动过程中的带电量，与实际状况更接近。解决微粒运动过程中的带电量难以通过静电检测装置等直接测量的困难。

Description

一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法

技术领域

本发明涉及一种金属微粒带电量测量方法，具体涉及一种金属微粒运动过程中带电量测量方法。

背景技术

气体绝缘金属封闭开关设备(Gas-insulated metal-enclosed switchgear，简称GIS)及气体绝缘金属封闭输电线路(Gas insulated metal enclosed transmissionline，简称GIL)在生产、装配、运行过程中，不可避免的会产生金属微粒，带电金属微粒会浮起并运动，且在电极附近发生放电，当金属微粒附着到绝缘子表面时，其绝缘特性会降低，绝缘距离的减少引发闪络。

针对电极间金属微粒带电量分析与测量，已有技术开展了电极表面金属微粒感应带电计算与测量。通常假设其带电量与其在电极表面感应带电量相同，但运动过程及与电极表面碰撞时，微粒会放电及电荷转移，实际的带电量与其在电极表面的感应带电间有一定的差异。现有的测量方法得到的金属微粒带电量是金属微粒在电极表面时的带电量，不能反映金属微粒在电极附近的放电，难以准确的描述金属微粒运动过程放电前后所带电荷量；微粒运动过程中的带电量难以通过静电检测装置等直接测量的方法测量，目前尚无运动金属微粒所带电荷量的测量方法。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种真空环境匀强电场下金属微粒运动过程中带电量测量方法，根据金属微粒在真空环境匀强电场中的受力分析及金属微粒运动过程测量，得到金属微粒在该电场中运动过程中的带电量，解决微粒运动过程中的带电量难以通过静电检测装置等直接测量的困难。

为实现上述目的，本发明具体技术方案如下：

一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法，所述方法步骤如下：

(1)测量极板间距(H)；

(2)测量极板间施加的电压(U)；

(3)测量金属微粒的质量(m)；

(4)确定微粒运动拍摄的帧频率(f_c)；

(5)测量金属微粒向上运动过程中竖直向上连续的位移y₁₁，y₁₂，y₁₃，……，y_1i，……，y_1n；

(6)测量金属微粒向下运动过程中竖直向上连续的位移y₂₁，y₂₂，y₂₃，……，y_2i，……，y_2n。

根据下式计算金属微粒向上运动过程中的带电量q_-：

其中，n>5，n>i>1。

根据下式计算金属微粒向下运动过程中的带电量q_-：

其中，n>5，n>i>1。

所述步骤(1)中通过累积法测量金属微粒的质量(m)。

所述步骤(2)中采用水平仪及游标卡尺，调整电极水平，并量取极板间距(H)。

所述方法的用的装置包括：高压电极、接地电极和真空密封罐体(5)。

所述高压电极包括：高压接线电极(1)和与其连接的上极板(7)；

所述接地电极包括：地接线电极(2)和与其连接的下极板(6)。

所述真空密封罐体(5)上设有通光孔(3)和观察孔(4)。

与最接近的现有技术比，本发明的有益效果如下：

(1)通过观测金属微粒在电极间的运动过程，考虑了金属微粒在电极附近的放电过程，得到金属微粒的带电量，与实际状况更接近。

(2)提出了金属微粒运动过程中带电量计算方法，得到匀强电场中金属微粒运动过程中的带电量。

(3)通过提高电极间距同时升高电极间电压的方法，能提高金属微粒连续位移测量量，提高计算精度。

(4)该方法计算简便，物理意义明显，克服了试验及工程应用中金属微粒运动过程电荷量难以确定的问题。

附图说明

图1为工作流程示意图；

图2为实现本发明的装置的结构示意图；

图3为金属微粒位移示意图。

其中，1-高压接线电极，2-地接线电极，3-通光孔，4-观察孔，5-真空密封罐体，6-下极板，7-上极板，8-绝缘支座。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细描述：

采用观测金属微粒在真空环境匀强电场中的运动特征，反推金属微粒在运动过程中的带电量。

根据图1所示的工作流程示意图：

(1)测量极板间距(H)；

(2)测量极板间施加的电压(U)；

(3)测量金属微粒的质量(m)；

(4)确定微粒运动拍摄的帧频率(f_c)；

(5)测量金属微粒向上运动过程中竖直方向上连续的位移y₁₁，y₁₂，y₁₃，……，y_1i，……，y_1n；

(6)测量金属微粒向下运动过程中竖直方向上连续的位移y₂₁，y₂₂，y₂₃，……，y_2i，……，y_2n；

根据下式计算金属微粒向上运动过程中的带电量q_-：

其中，n>5，n>i>1。

根据下式计算金属微粒向下运动过程中的带电量q_-：

其中，n>5，n>i>1。

根据图2，为利于观测高压静电场中金属微粒运动特征，将极板间距调高至50mm，高速摄像仪帧频调整至200帧/s，调整极板间电压，拍摄金属微粒运动稳定时的竖直方向上的连续位移。

称量100颗直径为2mm的金属铝微粒，得到总重量M为1.1613g，因此，从而可以得到1颗2mm铝微粒的质量为1.1613×10^-5kg。当极板间距为50mm，极板间施加电压为26kV时，采用帧频为200Hz的高速摄像机测量得到一段时间内金属微粒向上运动时的竖直方向上连续位移及金属微粒向下运动时竖直方向上的连续位移与拍摄帧数之间的关系如图3所示。

根据测量的极板间距及极板电压；测量高度摄像机的拍摄频率、金属微粒的质量、金属微粒在空间电场作用下的连续位移；根据微粒的质量、连续位移、电压、电极间距确定金属微粒的带电量。

拍摄帧次序与对应的微粒的竖直方向上连续的位移，其中：

y₁₁～y₁₅分别为：

4.96×10^-2，4.31×10^-2，3.86×10^-2，2.94×10^-2，1.90×10^-2(m)

y₂₁～y₂₆分别为：

1.86×10^-2，2.80×10^-2，3.74×10^-2，4.10×10^-2，4.54×10^-2，4.98×10^-2(m)

计算金属微粒向上运动过程中的带电量

得到当电极间距为50mm，电极间施加电压为26kV时，质量为1.1613×10^-5kg的球形金属铝微粒向上运动过程中的带电量为1.6939×10^-9(C)；

计算金属微粒向下运动过程中的带电量

得到当电极间距为50mm，电极间施加电压为26kV时，质量为1.1613×10^-5kg的球形金属铝微粒向下运动过程中的带电量为2.11×10^-9(C)；

需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。

Claims (8)

1.一种对金属微粒运动过程中带电量的测量方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

(1)测量极板间距(H)；

(2)测量极板间施加的电压(U)；

(3)测量金属微粒的质量(m)；

(4)确定微粒运动拍摄的帧频率(f_c)；

(5)测量金属微粒向上运动过程中竖直向上连续的位移y₁₁，y₁₂，y₁₃，……，y_1i，……，y_1n；

(6)测量金属微粒向下运动过程中竖直向上连续的位移y₂₁，y₂₂，y₂₃，……，y_2i，……，y_2n。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：根据下式计算金属微粒向上运动过程中的带电量q_-：

$q_{-}=\frac{mH}{U}\[\frac{2f_c^2}{(n-1)}(\frac{y_{1n}-y_{1i}}{n-i}-\frac{y_{1i}-y_{11}}{i-1})+g\]---\left(1\right)$

其中，n>5，n>i>1，g为重力加速度。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：根据下式计算金属微粒向下运动过程中的带电量q_-：

$q_{-}=\frac{mH}{U}\[\frac{2f_c^2}{(n-1)}(\frac{y_{1n}-y_{1i}}{n-i}-\frac{y_{1i}-y_{11}}{i-1})-g\]---\left(2\right)$

其中，n>5，n>i>1，g为重力加速度。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤(1)中通过累积法测量金属微粒的质量(m)。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用水平仪及游标卡尺，调整电极水平，并量取极板间距(H)。

6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述方法的用的装置包括：高压电极、接地电极和真空密封罐体(5)。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：所述高压电极包括：高压接线电极(1)和与其连接的上极板(7)；

所述接地电极包括：地接线电极(2)和与其连接的下极板(6)。

8.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：所述真空密封罐体(5)上设有通光孔(3)和观察孔(4)。