CN107240796B - 带二级分压的高密封同轴电缆连接器 - Google Patents

带二级分压的高密封同轴电缆连接器 Download PDF

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Abstract

本发明属于脉冲功率技术领域，特别涉及一种带二级分压的高密封同轴电缆连接器，高密封同轴电缆连接器构成包括引出外导体、带螺纹外导体、镀金外导体、引出内导体、高阻值电阻、镀金内导体、上四氟衬套、玻璃水浇筑体和下四氟衬套。本发明带二级分压的高密封同轴电缆连接器自身具有信号衰减功能，无需分压盒，从而自身测量系统紧凑。本发明带二级分压的高密封同轴电缆连接器的气体漏率提高到10‑7Pa·m3/s，相比于传统10‑5Pa·m3/s，其气体漏率提高了近两个量级。本发明带二级分压的高密封同轴电缆连接器可仅需靠螺纹安装于高压设备外壁，安装方便。

Description

带二级分压的高密封同轴电缆连接器
技术领域
本发明属于脉冲功率技术领域，特别涉及一种带二级分压的高密封同轴电缆连接器。
背景技术
在脉冲功率技术领域中，用于实现高压短脉冲信号测量的器件包括电容分压箔、罗果夫斯基线圈等。以测量高电压用的器件——电容分压箔为例，首先通过粘接于高压设备内表面的分压箔(11)来测量电压信号；其次，通过安装于高压设备外壁的同轴电缆连接器将所测信号引出；第三，通过安装于同轴电缆连接器的分压盒(16)对信号幅值进行衰减；最后，通过电缆(17)将有用信号引入示波器(18)，如图1所示。
分压盒(16)中内部串接了一个高阻值电阻(2)，主要作用是对信号进行衰减，以满足示波器的量程。分压盒的基本原理是串联电阻分压，即由高阻值电阻(2)充当高压臂电阻，由电缆(17)来充当低压臂电阻，二者串联分压。
对于高压设备而言，由于其中密封了高压气体或高压液体，所以需要高压设备具有较高的密封性，也需要安装于高压设备的电缆连接器具有较高的密封性。专利《一种具有双向高压密封功能的射频同轴连接器》(ZL201210326402.1)提出了一种密封性较高的同轴电缆连接器，结合图1，该专利的基本思路是在电缆连接器的镀金外导体(8)表面与高压设备外壁之间安装一个轴向密封圈(13)，通过压缩该密封圈来实现气体密封。该专利基本解决了电缆连接器与高压设备之间的密封问题，并且能够达到～10-5Pa·m3/s的气体漏率。
对于某些特定应用场合，既要求测量系统紧凑，又要求测量环节具有较高的密封性。显然，图1中分压盒(16)的存在影响了测量系统的紧凑性；同时，同轴电缆连接器也存在气体漏率达不到要求的可能。这是因为，该同轴电缆连接器的镀金内导体(3)与下四氟衬套(14)之间存在气体泄漏的可能；同时，电缆连接器与高压设备之间的单道轴向密封方式也存在气体泄漏的可能。
发明内容
本发明的目的是提高现有同轴电缆连接器的紧凑性和密封性。
为达到上述发明目的，本发明提出一种带二级分压的高密封同轴电缆连接器，所述高密封同轴电缆连接器的构成包括引出外导体、带螺纹外导体、镀金外导体、引出内导体、高阻值电阻、镀金内导体、上四氟衬套、玻璃水浇筑体和下四氟衬套；
引出外导体、带螺纹外导体和镀金外导体构成高密封同轴电缆连接器的外导体，带螺纹外导体为圆柱形内部中空结构，镀金外导体由半径不等的两部分圆柱形内部中空结构构成，镀金外导体的上半部分与带螺纹外导体相连固定，引出外导体固定在带螺纹外导体顶端；
镀金外导体外表面设有双道径向密封槽并套有双道径向密封圈；
引出内导体、高阻值电阻和镀金内导体构成高密封同轴电缆连接器的内导体，高阻值电阻的上端与引出内导体固定连接，下端与镀金内导体固定连接；引出内导体固定连接引出外导体，镀金内导体贯通镀金外导体且突出镀金外导体部分；
上四氟衬套、玻璃水浇筑体和下四氟衬套为高密封同轴电缆连接器的绝缘介质，高密封同轴电缆连接器的外导体与内导体之间从上至下依次填充上四氟衬套、玻璃水浇筑体和下四氟衬套，上四氟衬套填充在带螺纹外导体的空腔内，下四氟衬套填充在镀金外导体的空腔内。
进一步，高阻值电阻材质为高精度薄膜体电阻。
进一步，高阻值电阻的阻值大于50Ω欧姆。
进一步，玻璃水浇筑体的填充采用液体浇筑的工艺方式，即首先在同轴电缆连接器的镀金内导体与镀金外导体之间留有圆柱空腔，该空腔的下表面与四氟衬套的上表面共面，该空腔的上表面与镀金外导体的上表面平齐；其次将熔化的玻璃水浇筑于该空腔内部，待液态的玻璃水冷却至室温。
进一步，带螺纹外导体设有外螺纹，且外螺纹尺寸与高压设备外壁的内螺纹尺寸相匹配。
进一步，镀金内导体突出镀金外导体3～5mm。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
测量系统紧凑：本发明带二级分压的高密封同轴电缆连接器自身具有信号衰减功能，无需分压盒，从而自身测量系统紧凑。
高密封性：本发明带二级分压的高密封同轴电缆连接器的气体漏率提高到10- 7Pa·m3/s，相比于传统10-5Pa·m3/s，其气体漏率提高了近两个量级。
易于安装：本发明带二级分压的高密封同轴电缆连接器可仅需靠螺纹安装于高压设备外壁。
附图说明
图1为现有技术中安装有双向高压密封功能的射频同轴连接器的电压测量电路；
图2为带二级分压的高密封同轴电缆连接器轴向剖面图；
图3为安装在高压设备外壁的带二级分压的高密封同轴电缆连接器剖面图；
图4为波形比较：(a)经“带二级分压的高密封同轴电缆连接器”实测的波形，(b)经“分压器+二级分压盒”实测的波形；
图5为实施例中双道径向密封圈尺寸。
其中附图标记为：
1-引出内导体；2-高阻值电阻；3-镀金内导体；4-玻璃水浇筑体；5-高压设备外壁；6-引出外导体；7-带螺纹外导体；8-镀金外导体；9-上四氟衬套；10-双道径向密封圈；11-分压箔；12-焊点；13-单道轴向密封圈；14-下四氟衬套；15-匹配内导体；16-分压盒，17-电缆，18-示波器,19-双道径向密封槽19。
具体实施方式
本发明将分压盒16中的高阻值电阻2集成于同轴电缆连接器的内部，即采用高阻值电阻2代替现有技术同轴电缆连接器的匹配内导体15，以提高测量系统的紧凑性；采用玻璃水浇筑体4代替同轴电缆连接器内部的一段四氟衬套，以增强高密封同轴电缆连接器自身的气密性；同时采用双道径向密封圈10代替传统的单道轴向密封圈13，以增强电缆连接器与高压设备之间的气密性，参见图2。
一种带二级分压的高密封同轴电缆连接器，如图2所示，构成包括引出外导体6、带螺纹外导体7、镀金外导体8、引出内导体1、高阻值电阻2、镀金内导体3、上四氟衬套9、玻璃水浇筑体4和下四氟衬套14；
引出外导体6、带螺纹外导体7和镀金外导体8构成高密封同轴电缆连接器的外导体，带螺纹外导体7为圆柱形内部中空结构，镀金外导体8由半径不等的两部分圆柱形内部中空结构构成，镀金外导体8的上半部分与带螺纹外导体7相连固定，引出外导体6固定在带螺纹外导体7顶端；带螺纹外导体7设有外螺纹，且外螺纹尺寸与高压设备外壁5的内螺纹尺寸相匹配。
镀金外导体8外表面设有双道径向密封槽19并套有双道径向密封圈10，双道径向密封槽19的开槽尺寸遵循国标，双道径向密封圈10的尺寸选择遵循国标，并且与双道径向密封槽19的尺寸相配。
引出内导体1、高阻值电阻2和镀金内导体3构成高密封同轴电缆连接器的内导体，高阻值电阻2材质为高精度薄膜体电阻，高阻值电阻2的阻值大于50Ω欧姆，其上端与引出内导体1固定连接，下端与镀金内导体3固定连接；该种连接方式能直接实现同轴电缆连接器对信号的衰减作用，无需分压盒16。因为，从等效电路来看，高阻值电阻2与传输电缆构成串联电路，高阻值电阻2充当串联电路的高压臂电阻，传输电缆17的特征阻抗充当串联电路的低压臂电阻，由低压臂电阻将感应的信号传输至示波器18。高阻值电阻2的阻值应大于50Ω，以实现大于2的电压衰减系数。设高阻值电阻的阻值为R1，则由高阻值电阻与传输电缆组成的串联电路对应的分压比为(1+R1/50)，仅当R1大于50Ω，串联电路的衰减系数才能大于2，参见图3。引出内导体1固定连接引出外导体6，镀金内导体3贯通镀金外导体8且突出镀金外导体8部分。通常优选，镀金内导体3突出镀金外导体3～5mm。
上四氟衬套9、玻璃水浇筑体4和下四氟衬套14为高密封同轴电缆连接器的绝缘介质，高密封同轴电缆连接器的外导体与内导体之间从上至下依次填充上四氟衬套9、玻璃水浇筑体4和下四氟衬套14，上四氟衬套9填充在带螺纹外导体7的空腔内，下四氟衬套14填充在镀金外导体8的空腔内。
玻璃水浇筑体4的填充采用液体浇筑的工艺方式，即首先在同轴电缆连接器的镀金内导体3与镀金外导体8之间留有圆柱空腔，该空腔的下表面与四氟衬套14的上表面共面，该空腔的上表面与镀金外导体8的上表面平齐；其次将熔化的玻璃水浇筑于该空腔内部，待液态的玻璃水冷却至室温。
其中，玻璃水为熔融态的非晶二氧化硅，通过将高纯玻璃加热至1000℃即可得到。
现结合实例、附图对本发明作进一步描述：
如图3所示，安装于高压设备外壁5的带二级分压的高密封同轴电缆连接器，下端通过焊点12与分压箔11相连接，上端直接与传输电缆17相连并接入示波器18。该测量系统用于实现40ns、820kV电压信号测量。
带二级分压的高密封同轴电缆连接器中各部件参数如下：
首先，高阻值电阻2取值1000Ω，对应二级分压比为(1+1000/50)＝21，分压箔的分压比为8kV，则820kV电压信号经过分压箔11和带二级分压的高密封同轴电缆连接器两级信号衰减，得到的信号幅值为820kV/8k/21＝4.9V，该幅值在示波器接受范围。参考图4，由带二级分压的高密封同轴电缆连接器测得的波形与传统“分压器+二级分压盒”的实测波形两者吻合，这说明了带二级分压的高密封同轴电缆连接器的可用性。
其次，玻璃水浇筑体4为直径5.4mm、高度3mm的圆柱。浇筑时，首先将镀金内导体3安装于镀金外导体8的内部，其次，将非晶二氧化硅加热至1000℃，使其成为流动性较强的熔融态，将熔融态二氧化硅体灌入3mm高的空气圆柱内部，冷却至室温，即完成了玻璃水浇筑4的制作工艺。浇筑时应保证浇筑体上表面与镀金外导体8的上表面平齐。
最后，镀金外导体8的外直径设计为8mm，内直径5mm；在镀金外导体8的外表面开有双道径向密封槽，开槽尺寸为：高度2.6mm、槽深2.67mm、倒棱0.2mm、两个槽间隔2mm。根据国标，密封圈直径为1.8±0.08mm，与径向密封槽尺寸相匹配，具体参数见图5。
设计完成后进行安装测试，测试结果为：当高压设备密封压5atm的SF6气体时，所测漏率为8.2×10-7Pa·m3/s，高出传统电缆连接器的漏率近两个量级(7.2×10-5Pa·m3/s)。

Claims (6)

1.一种带二级分压的高密封同轴电缆连接器，其特征在于，所述高密封同轴电缆连接器的构成包括引出外导体(6)、带螺纹外导体(7)、镀金外导体(8)、引出内导体(1)、高阻值电阻(2)、镀金内导体(3)、上四氟衬套(9)、玻璃水浇筑体(4)和下四氟衬套(14)；
引出外导体(6)、带螺纹外导体(7)和镀金外导体(8)构成高密封同轴电缆连接器的外导体，带螺纹外导体(7)为圆柱形内部中空结构，镀金外导体(8)由半径不等的两部分圆柱形内部中空结构构成，镀金外导体(8)的上半部分与带螺纹外导体(7)相连固定，引出外导体(6)固定在带螺纹外导体(7)顶端；
镀金外导体(8)外表面设有双道径向密封槽(19)并套有双道径向密封圈(10)；
引出内导体(1)、高阻值电阻(2)和镀金内导体(3)构成高密封同轴电缆连接器的内导体，高阻值电阻(2)的上端与引出内导体(1)固定连接，下端与镀金内导体(3)固定连接；引出内导体(1)固定连接引出外导体(6)，镀金内导体(3)贯通镀金外导体(8)且突出镀金外导体(8)部分；
上四氟衬套(9)、玻璃水浇筑体(4)和下四氟衬套(14)为高密封同轴电缆连接器的绝缘介质，高密封同轴电缆连接器的外导体与内导体之间从上至下依次填充上四氟衬套(9)、玻璃水浇筑体(4)和下四氟衬套(14)，上四氟衬套(9)填充在带螺纹外导体(7)的空腔内，下四氟衬套(14)填充在镀金外导体(8)的空腔内。
2.根据权利要求1所述一种带二级分压的高密封同轴电缆连接器，其特征在于，高阻值电阻(2)材质为高精度薄膜体电阻。
3.根据权利要求2所述一种带二级分压的高密封同轴电缆连接器，其特征在于，高阻值电阻(2)的阻值大于50欧姆。
4.根据权利要求1所述一种带二级分压的高密封同轴电缆连接器，其特征在于，玻璃水浇筑体(4)的填充采用液体浇筑的工艺方式，即首先在同轴电缆连接器的镀金内导体(3)与镀金外导体(8)之间留有圆柱空腔，该空腔的下表面与下四氟衬套(14)的上表面共面，该空腔的上表面与镀金外导体(8)的上表面平齐；其次将熔化的玻璃水浇筑于该空腔内部，待液态的玻璃水冷却至室温。
5.根据权利要求1所述带二级分压的高密封同轴电缆连接器，其特征在于，带螺纹外导体(7)设有外螺纹，且外螺纹尺寸与高压设备外壁(5)的内螺纹尺寸相匹配。
6.根据权利要求1所述带二级分压的高密封同轴电缆连接器，其特征在于，镀金内导体(3)突出镀金外导体(8)3～5mm。
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