CN110048307B - 气体开关 - Google Patents

Abstract

公开了一种气体开关，气体开关包括壳体、上电极、下电极、触发极、电感(或电阻)、电容分压器、触发电压引入端口和触发电压引出端口，触发电压引入端口包括上端盖、外壳和下端盖，其中，所述上端盖设有向壳体内充放气体的充气口和放气口，上电极设在所述上端盖，下电极设在所述下端盖，触发极为带中心孔的圆盘形电极，所述触发极处于上电极和下电极之间且触发极距下电极的距离大于或等于其距上电极的距离，电感(或电阻)连接在触发极和上电极之间，电容分压器配置成测量触发极电位瞬态变化过程的电容分压器连接在触发极和上电极之间。

Description

气体开关

技术领域

本发明涉及气体火花开关技术领域，特别是一种气体开关。

背景技术

气体火花开关是高功率脉冲发生器的关键部件，用于导通强电流、大电荷量的脉冲，触发极位于主电极间隙之间平面的三电极气体开关，触发前，触发级电位与主间隙在该平面处的电位相同；触发时，触发极先与对面主电极击穿，此后触发极再与临近主电极击穿，开关导通放电。实际应用中，准确测量开关导通时延和抖动存在一定难度。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种技术解决方案，一种可监测触发级电位瞬态变化过程的气体开关。本开关在直流工作电压下，触发极和上电极均处于地电位，施加脉冲触发电压后，脉冲触发电压均加于触发级，整个开关快速导通；在触发级处测量开关击穿过程中触发级电位瞬态变化的过程。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种气体开关包括，

壳体，其包括上端盖、外壳和下端盖，其中，所述上端盖设有向壳体内充放气体的充气口和放气口，

上电极，其设在所述上端盖，

下电极，其设在所述下端盖，

触发极，其为带中心孔的圆盘形电极，所述触发极处于上电极和下电极之间且触发极距下电极的距离大于或等于其距上电极的距离，

电容分压器，配置成测量触发极电位瞬态变化过程的电容分压器连接在触发极和上电极之间，

触发电压引入端口，其设在所述上端盖，穿过所述触发电压引入端口的触发电压引入线连接所述触发极，

触发电压引出端口，其设在所述上端盖，穿过所述触发电压引出端口的触发电压引出线经由所述电容分压器连接所述触发极。

气体开关中，电感连接在触发极和上电极之间。

气体开关中，电阻连接在触发极和上电极之间。

气体开关中，气体开关触发前处于直流工作电压下，触发极与上电极都处于相同的地电位，直流工作电压加于触发极和下电极之间，施加脉冲触发电压后，上电极、触发极和下电极电位均不同。

气体开关中，触发极施加与直流工作电压极性相反的脉冲触发电压，随着脉冲触发电压升高，触发极和下电极将发生击穿，击穿后两者电位达到一致，直流工作电压加在触发极和上电极之间的间隙，间隙快速击穿实现整个开关的击穿导通。

气体开关中，通过电容分压器判断气体开关导通时延和抖动以及调节触发极位置以提升开关触发特性。

气体开关中，所述触发极经由可调尺寸的绝缘支柱连接上端盖。

气体开关中，所述电感感抗(或电阻阻值)，远大于回路负载阻抗。

气体开关中，上端盖和筒状外壳由金属材料制成，下端盖由绝缘材料制成。

气体开关中，上端盖和下端盖由金属材料制成，筒状外壳由绝缘材料制成，气体开关导通后电流经下电极流入，经上电极流出，触发极经由可调尺寸的绝缘支柱固定于筒状外壳。

气体开关中，经由同轴电缆连接所述电容分压器的输出示波器测量高信噪比信号。

气体开关中，所述外壳为筒状外壳。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的开关壳体内部触发极和上电极之间安装有电感(或电阻)和电容分压器；开关在直流工作电压下，触发极和上电极均处于地电位，在触发时，触发电压均加于触发极，完成整个开关的快速导通；就近测量开关击穿过程中触发极电位瞬态变化的过程，输出示波器可直接测量的高信噪比信号。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的气体开关的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的气体开关的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的气体开关的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的气体开关的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的气体开关的结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的气体开关的结构示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至附图6更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，图1是根据本发明一个实施例的气体开关的结构示意图，一种气体开关包括，

壳体，其包括上端盖11、外壳13和下端盖12，其中，所述上端盖11设有向壳体内充放气体的充气口9和放气口10，

上电极1，其设在所述上端盖11，

下电极2，其设在所述下端盖12，

触发极3，其为带中心孔的圆盘形电极，所述触发极3处于上电极1和下电极2之间且触发极3距下电极2的距离大于或等于其距上电极1的距离，

电感5，其连接在触发极3和上电极1之间，

电容分压器6，配置成测量触发极3电位瞬态变化过程的电容分压器6连接在触发极3和上电极1之间，

触发电压引入端口8，其设在所述上端盖11，穿过所述触发电压引入端口8的触发电压引入线连接所述触发极3，

触发电压引出端口7，其设在所述上端盖11，穿过所述触发电压引出端口7的触发电压引出线经由所述电容分压器6连接所述触发极3。

本发明的可监测触发级电位瞬态变化过程的气体开关包括上电极，下电极，触发极，电感，电容分压器，信号引出端口，触发电压引入端口，充、放气口，上端盖，下端盖以及筒状外壳。其中，触发极为带中心孔的圆盘形电极，处于上电极和下电极之间，通过绝缘支柱与上端盖固定或与筒状外壳固定，触发极距下电极的距离大于或等于距上电极的距离，并可通过绝缘支柱微调。

触发极和上电极之间接有电感，电感感抗远大于回路负载阻抗。开关触发前处于直流工作电压下，由于电感的存在，触发极与上电极都处于地电位，两者电位相同，开关工作电压均加于触发极和下电极之间，开关此时属于两电极工作模式；施加脉冲触发电压后，由于电感远大于负载阻抗，脉冲触发电压均加于触发极，此时开关上电极、触发极和下电极电位均不同，开关属于三电极工作模式。脉冲触发电压与工作电压极性相反，随着脉冲触发电压继续升高，触发极和下电极将发生击穿，击穿后两者电位达到一致，此时开关工作电压加在触发极和上电极之间的间隙，间隙将快速击穿，最终实现整个开关的击穿导通。

触发极和上电极之间有电容分压器，测量开关击穿过程中触发极电位瞬态变化的过程，通过分压器测量信号判断开关导通时延和抖动，并配合触发极位置的调节，提升开关触发特性。

所述的气体开关的一个实施例中，气体开关触发前处于直流工作电压下，触发极3与上电极1都处于相同的地电位，直流工作电压加于触发极3和下电极2之间，施加脉冲触发电压后，上电极1、触发极3和下电极2电位均不同。

所述的气体开关的一个实施例中，触发极3施加与直流工作电压极性相反的脉冲触发电压，随着脉冲触发电压升高，触发极3和下电极2将发生击穿，击穿后两者电位达到一致，直流工作电压加在触发极3和上电极1之间的间隙，间隙快速击穿实现整个开关的击穿导通。

所述的气体开关的一个实施例中，通过电容分压器6判断气体开关导通时延和抖动以及调节触发极3位置以提升开关触发特性。

所述的气体开关的一个实施例中，所述触发极3经由可调尺寸的绝缘支柱4连接上端盖11。

所述的气体开关的一个实施例中，所述电感5，电感感抗远大于回路负载阻抗。

所述的气体开关的一个实施例中，上端盖11和筒状外壳13由金属材料制成，下端盖12由绝缘材料制成。

所述的气体开关的一个实施例中，上端盖11和下端盖12由金属材料制成，筒状外壳13由绝缘材料制成，气体开关导通后电流经下电极2流入，经上电极1流出，触发极3经由可调尺寸的绝缘支柱4固定于筒状外壳13。

所述的气体开关的一个实施例中，经由同轴电缆连接所述电容分压器6的输出示波器测量高信噪比信号。

所述的气体开关的一个实施例中，所述外壳13为筒状外壳13。

为了进一步理解本发明，实施例1，参见图1，一种可监测触发极电压的外置三电极气体火花开关的结构示意图，所示开关包括上电极1，下电极2，触发极3，绝缘支柱4，电感5，电容分压器6，信号引出端口7，触发电压引入端口8，充、放气口9和10，上端盖11、下端盖12，筒状外壳13，密封槽16，螺栓17以及螺柱18。上端盖11采用金属材料，筒状外壳13采用金属材料，下端盖12采用绝缘材料，上电极1、下电极2以及触发极3均采用金属电极。

其中，触发极3为带中心孔的圆盘形电极，处于上电极1和下电极2之间，通过绝缘支柱4固定于上端盖11，并调节触发级3距下电极的距离大于或等于距上电极的距离。

触发极3和上电极1之间接有电感5，电感感抗，远大于回路负载阻抗。开关触发前处于直流工作电压下，由于电感5的存在，触发前触发极3与上电极1都处于地电位，两者电位相同，开关工作电压均加于触发极3和下电极2之间，开关此时属于两电极工作模式；施加与开关工作电压极性相反的脉冲触发电压，由于电感5的存在，脉冲触发电压均加于触发极3，此时开关上电极1、触发极3和下电极2电位均不同，开关属于三电极工作模式。随着触发电压继续升高，触发极3和下电极2将发生击穿，击穿后两者电位达到一致，此时开关工作电压加在触发极3和上电极1之间的间隙，间隙将快速击穿，最终实现整个开关的击穿导通。开关导通后主回路电流经下电极的端流入，流经下电极2、上电极1，上壳体11、最后从筒状外壳11的端流出。

触发极3和上电极1之间接有电容分压器6，从触发电压起始到两小间隙分别击穿再到主间隙最终击穿，触发极3电位瞬态变化过程可通过电容分压器6测量，经同轴电缆输出可供示波器直接测量的高信噪比信号。通过电容分压器6测量信号判断开关导通时延和抖动，并配合触发极位置的调节，尽可能降低开关的时延和抖动。

实施例2，参见图2，一种可监测触发极电压的三电极气体火花开关的结构示意图，与实施例1相比，区别在于，所述开关上端盖11采用金属材料，筒状外壳13采用绝缘材料，下端盖12采用金属材料，触发极3经绝缘支柱固定于筒状外壳13，并通过绝缘支柱4对其位置进行调整，14为固定螺栓，15为密封槽。开关导通后电流经下电极2流入，经上电极1流出。空气介质中，开关上电极1和下电极2间距30mm，触发极3处于中间位置。触发电压幅值90kV，前沿30ns，电感感抗10mH，开关可获得较宽的工作电压范围，其工作系数在0.2～0.8之间。

实施例3，参见图3，一种可监测触发级电压的三电极气体火花开关的结构示意图，与实施例1相比，区别在于，所述5由电感变为电阻。

实施例4，参见图4，一种可监测触发级电压的三电极气体火花开关的结构示意图，与实施例2相比，区别在于，所述5由电感变为电阻，此时，开关在空气介质中，开关上电极1和下电极2间距30mm，触发极3处于中间位置。触发电压幅值90kV，前沿30ns，电阻2MΩ，开关工作系数在0.3～0.8之间。

实施例5，参见图5，电阻阻值取值越大，开关工作状态越好。考虑极端情况，当电阻5阻值无穷大(或电阻5可不接)，在开关导通之前将不处于地电位，一种可监测触发级电压的三电极气体火花开关的结构示意图，与实施例3相比，区别在于，电阻5取值两倍以上于触发级3和上电极1之间的漏电阻阻值，此时，电阻5的钳位作用不明显，电阻5可不接，开关工作系数在0.3～0.8之间时，其导通时延百纳秒左右，抖动小于10ns。

实施例6，参见图6，一种可监测触发级电压的三电极气体火花开关的结构示意图，与实施例4相比，区别在于，电阻5取值无穷大，大于触发级3和上电极1之间的漏电阻阻值，此时，电阻5的钳位作用不明显，电阻5可不接，开关工作系数在0.3～0.8之间时，其导通时延百纳秒左右，抖动小于10ns。

工业实用性

本发明所述的气体开关可以在开关领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种气体开关，其包括，

壳体，其包括上端盖、外壳和下端盖，其中，所述上端盖设有向壳体内充放气体的充气口和放气口，

上电极，其设在所述上端盖，

下电极，其设在所述下端盖，

触发极，其为带中心孔的圆盘形电极，所述触发极处于上电极和下电极之间且触发极距下电极的距离大于或等于其距上电极的距离，

电容分压器，配置成测量触发极电位瞬态变化过程的电容分压器连接在触发极和上电极之间，

触发电压引入端口，其设在所述上端盖，穿过所述触发电压引入端口的触发电压引入线连接所述触发极，

触发电压引出端口，其设在所述上端盖，穿过所述触发电压引出端口的触发电压引出线经由所述电容分压器连接所述触发极。

2.如权利要求1所述的气体开关，其中，电感连接在触发极和上电极之间。

3.如权利要求1所述的气体开关，其中，电阻连接在触发极和上电极之间。

4.如权利要求1所述的气体开关，其中，气体开关触发前处于直流工作电压下，触发极与上电极都处于相同的地电位，直流工作电压加于触发极和下电极之间，施加脉冲触发电压后，上电极、触发极和下电极电位均不同。

5.如权利要求1所述的气体开关，其中，触发极施加与直流工作电压极性相反的脉冲触发电压，随着脉冲触发电压升高，触发极和下电极将发生击穿，击穿后两者电位达到一致，直流工作电压加在触发极和上电极之间的间隙，间隙快速击穿实现整个开关的击穿导通。

6.如权利要求1所述的气体开关，其中，通过电容分压器判断气体开关导通时延和抖动以及调节触发极位置，所述触发极经由可调尺寸的绝缘支柱连接上端盖。

7.如权利要求2所述的气体开关，其中，所述电感感抗，远大于回路负载阻抗。

8.如权利要求1所述的气体开关，其中，上端盖和筒状外壳由金属材料制成，下端盖由绝缘材料制成。

9.如权利要求1所述的气体开关，其中，上端盖和下端盖由金属材料制成，筒状外壳由绝缘材料制成，气体开关导通后电流经下电极流入，经上电极流出，触发极经由可调尺寸的绝缘支柱固定于筒状外壳。

10.如权利要求1所述的气体开关，其中，输出示波器经由同轴电缆连接所述电容分压器，输出示波器测量高信噪比信号。

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