CN110658428B - 一种液体放电特性的实验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液体放电技术领域，公开了一种液体放电特性的实验设备，包括变压装置、上电极、下电极、实验箱体、注液箱、真空机、电压检测装置和电流检测装置；上电极和下电极设于实验箱体的内腔中，变压装置与上电极相连接，下电极为接地电极，电压检测装置连接于上电极和下电极之间，电流检测装置与下电极相连接；注液箱与实验箱体相连通，真空机与注液箱相连通。上电极和下电极之间在待测液体中进行放电实验，通过电压检测装置和电流检测装置得到待测液体的放电特性，在进行放电特性试验中，可通过真空机对注液箱进行抽气和加气，快速改变液体的静水压力特性，实现对不同静水压力水平下的液体放电特性的实验研究。
Description
技术领域
本发明涉及液体放电技术领域，特别是涉及一种液体放电特性的实验设备。
背景技术
液电效应是液体介质中高电压、大电流脉冲放电时伴随高速能力转换并产生热、光、力、声等物理效应的总称。液电效应在工业上应用广泛，比如机械加工制造、电脉冲清洗、体外碎石、制作水下声纳设备等。因为利用液体(例如水)中放电技术产生液电效应具有环境友好、效率高、成本低等优点，水中放电特性的研究及其应用受到越来越多的关注。
液体中放电过程时一个复杂的物理化学过程。对于液体中放电特性的实验研究，影响液体中放电的因素很多，主要有充电电压、液体电导率、电极间隙距离、静水压力等，我们需要对各因素进行控制变量，进行对比性的实验研究。
目前关于液体放电的实验研究装置多种多样，由于液体放电是高压、大电流放电且需要在密闭的环境中进行，实验装置的设计需要考虑应用绝缘的设计，对于易于在实验装置外部调节的实验因素，例如充电电压、储能电容等因素的改变，目前的装置能基本满足实验要求。但是对于液体静水压力等因素需要在装置内部进行改变的情况下，现有的实验装置存在操作复杂，变量控制不够精确的缺点，对各影响因素的准确定量分析造成影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何实现快速改变液体静水压力的内部实验条件。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液体放电特性的实验设备，包括变压装置、上电极、下电极、用于盛装液体的实验箱体、用于添加液体的注液箱、用于改变液体静水压力特性的真空机、用于检测所述上电极与所述下电极放电时电压的电压检测装置以及用于检测所述上电极与所述下电极放电时电流的电流检测装置；
所述上电极和所述下电极设于所述实验箱体的内腔中，所述变压装置与所述上电极相连接，所述下电极为接地电极，所述上电极和所述下电极相对设置以形成放电间距，所述电压检测装置连接于所述上电极和所述下电极之间，所述电流检测装置与所述下电极相连接；
所述注液箱与所述实验箱体相连通且位于所述实验箱体的上方，所述注液箱的体积小于所述实验箱体的体积，所述真空机与所述注液箱相连通。
作为优选方案，所述注液箱与所述实验箱体之间设有第一控制阀。
作为优选方案，所述实验设备还包括过滤器和水泵，所述过滤器的输入端通过所述水泵与所述实验箱体的底部相连通，所述过滤器的输出端与所述注液箱相连通，所述水泵与所述实验箱体之间设有第二控制阀，所述过滤器的输出端与所述注液箱之间设有第三控制阀，以使所述实验箱体、所述注液箱、所述过滤器和所述水泵形成过滤回路。
作为优选方案，所述实验设备还包括加热器、温度传感器以及温控装置，所述加热器设于所述实验箱体的内腔的左右两侧，所述温度传感器设于所述加热器上，各所述加热器和所述温度传感器分别与所述温控装置相连接。
作为优选方案，所述加热器的外侧缠绕有绝缘纸。
作为优选方案，所述下电极设有升降调节机构，所述升降调节机构包括驱动件、丝杆以及螺母座，所述驱动件的动力输出端与所述丝杆相连接，所述螺母座与所述丝杆螺纹连接，所述下电极设于所述螺母座上。
作为优选方案，所述实验箱体的底部设有若干个外接测量仪器的转接器，所述转接器的输入端与所述实验箱体的底部相连通，所述转接器的输出端与所述实验箱体的顶部相连通，各所述转接器的输入端设有相对应的第四控制阀，各所述转接器的输出端汇集于同一液路，并在所述同一液路上设有第五控制阀。
作为优选方案，所述实验箱体设有溶气装置以及气瓶，所述溶气装置的输入端和所述溶气装置的输出端分别与所述实验箱体相连通，所述溶气装置的输入端设有第六控制阀，所述溶气装置的输出端设有第七控制阀，所述气瓶与所述溶气装置的进气口相连通，所述溶气装置的进气口设有第八控制阀。
作为优选方案，所述真空机与所述注液箱之间设有过滤空气水分的呼吸器，所述呼吸器的输出端设有第九控制阀。
作为优选方案，所述实验箱体的侧面设有可拆卸的观察窗。
本发明实施例一种液体放电特性的实验设备与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明实施例通过所述注液箱将调制好导电率的液体注入所述实验箱体中，利用所述变压装置为所述上电极和所述下电极提供变压电源，以使所述上电极和所述下电极之间在待测液体中进行放电实验，通过所述电压检测装置获取放电电压值以及波形，通过所述电流检测装置获取放电电流值以及波形，从而得到待测液体的放电特性，在进行放电特性试验中，可通过所述真空机对所述注液箱进行抽气和加气，气体作用于液体的表面上，快速改变液体的静水压力特性，实现对不同静水压力水平下的液体放电特性的实验研究，简化实验操作，并能快速改变内部实验条件，对各因素的影响特性有更加准确定量的分析。
附图说明
图1是本发明优先实施例的液体放电特性的实验设备的立体结构示意图。
图中：1.变压装置；2.上电极；3.下电极；4.实验箱体；5.注液箱；6.真空机；7.第一控制阀；8.过滤器；9.水泵；10.第二控制阀；11.第三控制阀；12.加热器；13.温度传感器；14.温控装置；15.升降调节机构；16.转接器；17.第四控制阀；18.第五控制阀；19.溶气装置；20.气瓶；21.第六控制阀；22.第七控制阀；23.第八控制阀；24.呼吸器；25.第九控制阀；26.观察窗；27.取样口；28.排水口；29.绝缘套管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例优选实施例的提供了一种液体放电特性的实验设备，包括变压装置1、上电极2、下电极3、用于盛装液体的实验箱体4、用于添加液体的注液箱5、用于改变液体静水压力特性的真空机6、用于检测所述上电极2与所述下电极3放电时电压的电压检测装置(附图未标识)以及用于检测所述上电极2与所述下电极3放电时电流的电流检测装置(附图未标识)；
所述上电极2和所述下电极3设于所述实验箱体4的内腔中，所述变压装置1与所述上电极2相连接，所述下电极3为接地电极，所述上电极2和所述下电极3相对设置以形成放电间距，所述电压检测装置连接于所述上电极2和所述下电极3之间，所述电流检测装置与所述下电极3相连接；
所述注液箱5与所述实验箱体4相连通且位于所述实验箱体4的上方，所述注液箱5的体积小于所述实验箱体4的体积，所述真空机6与所述注液箱5相连通。
基于上述技术特征的液体放电特性的实验设备，通过所述注液箱5将调制好导电率的液体注入所述实验箱体4中，利用所述变压装置1为所述上电极2和所述下电极3提供变压电源，以使所述上电极2和所述下电极3之间在待测液体中进行放电实验，通过所述电压检测装置获取放电电压值以及波形，通过所述电流检测装置获取放电电流值以及波形，从而得到待测液体的放电特性，在进行放电特性试验中，可通过所述真空机6对所述注液箱5进行抽气和加气，气体作用于液体的表面上，快速改变液体的静水压力特性，实现对不同静水压力水平下的液体放电特性的实验研究，简化实验操作，并能快速改变内部实验条件，对各因素的影响特性有更加准确定量的分析。
其中，所述电压测量装置包括高压探头，所述高压探头的高压端与所述上电极2相连接，所述高压探头的低压端与所述下电极3相连接，其型号为TEK－P6015A，带宽为75MHZ，最高电压为40kV。所述电流测量装置为罗氏线圈，套设在所述下电极3的引出线上，其型号为PEARSON4418。在进行放电特性实验时，所述注液箱5和所述实验箱体4形成一个密封的内腔，所述注液箱5的体积小于所述实验箱体4的体积，待测液体水平面位于所述注液箱5内，便于所述真空机6对快速调整以及控制液体的静水压力。所述待测液体为水，还可以为其他可以放电的液体，可以对所用液体的电导率进行调制，实现对不同电导率水平下的液体放电特性进行实验研究，在此不做限定。所述高压发生器可以产生不同电压大小的工频电压和直流电压。
在本实施例中，所述注液箱5与所述实验箱体4之间设有第一控制阀7，通过所述第一控制阀7控制实现所述注液箱5的开闭，同时也可以控制液体注入所述实验箱体4的速度。
在本实施例中，所述实验设备还包括过滤器8和水泵9，所述过滤器8的输入端通过所述水泵9与所述实验箱体4的底部相连通，所述过滤器8的输出端与所述注液箱5相连通，所述水泵9与所述实验箱体4之间设有第二控制阀10，所述过滤器8的输出端与所述注液箱5之间设有第三控制阀11，以使所述实验箱体4、所述注液箱5、所述过滤器8和所述水泵9形成过滤回路。利用所述水泵9将液体吸入至所述过滤器8中，将液体过滤后再输送至所述实验箱体4内，排除放电实验中产生杂质，通过所述第二控制阀10和所述第三控制阀11实现该过滤回路的开启和关闭。
在本实施例中，所述实验设备还包括加热器12、温度传感器13以及温控装置14，所述加热器12设于所述实验箱体4的内腔的左右两侧，所述温度传感器13设于所述加热器12上，各所述加热器12和所述温度传感器13分别与所述温控装置14相连接。通过所述加热器12对液体进行加热，通过所述温度传感器13对加热器12表面温度和实验液体进行测量，反馈测量的温度数据至所述温控装置14，实时监测所述加热器12表面温度和液体温度，控制加热器12表面温度不超过预设值。实现研究不同放电参数下温度对液体放电特性的影响。
进一步的，所述加热器12的外侧缠绕有绝缘纸，可在实验腔体内对绝缘纸进行真空干燥，需要对所述实验箱体4的内腔进行烘干时，可通过所述加热器12将残留水分烘干，快速形成干燥条件，再将调制好的特定值大小的电导率的液体注入所述实验箱体4的内腔中，能保证待测液体的导电率大小的准确性，减小因残留液体与新加入液体混合产生的电导率误差。其中，使得所述加热器12可在20℃～400℃范围内可调。
在本实施例中，所述下电极3设有升降调节机构15，所述升降调节机构15包括驱动件、丝杆以及螺母座，所述驱动件的动力输出端与所述丝杆相连接，所述螺母座与所述丝杆螺纹连接，所述下电极3设于所述螺母座上，通过所述驱动件控制所述丝杆转动，使得所述螺母座上下移动，带动所述下电极3上下移动，实现对放电间距进行调节，其中，所述升降调节结构还设有标尺，可显示上下电极3之间的间距。实现调整所述上电极2和所述下电极3之间不同的放电间距进行放电特性实验。
在本实施例中，所述实验箱体4的底部设有若干个外接测量仪器的转接器16，所述转接器16的输入端与所述实验箱体4的底部相连通，所述转接器16的输出端与所述实验箱体4的顶部相连通，各所述转接器16的输入端设有相对应的第四控制阀17，各所述转接器16的输出端汇集于同一液路，并在所述同一液路上设有第五控制阀18。可根据实验需要外接不同的检测装置，例如，可外接油色谱分析检测装置分析油里面的各种其他成分的含量来，进而检测装置的损耗及极化放电的情况。通过所述第四控制阀17和所述第五控制阀18实现对外接检测装置的开启和关闭。
在本实施例中，所述实验箱体4设有溶气装置19以及气瓶20，所述溶气装置19的输入端和所述溶气装置19的输出端分别与所述实验箱体4相连通，所述溶气装置19的输入端设有第六控制阀21，所述溶气装置19的输出端设有第七控制阀22，所述气瓶20与所述溶气装置19的进气口相连通，所述溶气装置19的进气口设有第八控制阀23，利用所述溶气装置19将对应气体加热溶解在待测液体中，实现改变待测液体的特性，对含有不同气体的待测液体进行放电特性实验。
在本实施例中，所述真空机6与所述注液箱5之间设有过滤空气水分的呼吸器24，所述呼吸器24的输出端设有用于控制开关的第九控制阀25，通过所述呼吸器24将空气中的水分过滤，保证进入所述实验箱体4内腔的空气是干燥的，避免待测液体混入湿润空气中的水分。
在本实施例中，所述实验箱体4的侧面设有可拆卸的观察窗26，通过玻璃观察窗26可观察内部电极间距及实验过程液体放电情况；还可以在玻璃观察窗26位置安装高速摄像机，对液体放电过程进行拍摄。所述玻璃观察窗26可拆卸，通过玻璃观察窗26可实现对上电极2、下电极3、加热器12、热电偶、绝缘样纸、温度传感器13等进行更换和调节。
其中，安装于所述实验箱体4内腔的上电极2和下电极3可进行更换，如使用尖－尖电极，尖－板电极、板－板电极等；上、下电极3杆头部有螺牙，便于连接不同形状的电极头。
所述实验箱体4还设有取样口27和排水口28，所述取样口27和所述排水口28均设有对应的控制阀控制其开闭，所述上电极2通过绝缘套管29设于所述实验箱体4的顶部。
本实施例的实验装置的基本实验过程为：
注入特定电导率的液体，并使得液体循环过滤：打开所述第一控制阀7，关闭所述第二控制阀10、第三控制阀11和第九控制阀25，将所述注液箱5内的液体注入至所述实验箱体4中，加入一定量液体后，可以通过取样口27对液体的电导率进行测量，打开所述第二控制阀10和所述第三控制阀11，对液体进行过滤，排除实验产生杂质；
改变液体的静水压力大小：通过所述真空机6对所述注液箱5进行抽气和充气，以改变液体的静水压力大小；
改变液体溶解的气体：打开第六控制阀21、第七控制阀22和第八控制阀23，通过所述溶气装置19将气体加热溶解至液体中；
进行加热干燥：打开所述温控装置14，设定所述加热器12的加热温度，启动所述加热器12对所述实验箱体4的内部进行干燥；
进行实验检测：打开所述观察窗26，安装所需形状的上电极2和下电极3，通过所述升降调节机构15调节所述上电极2和所述下电极3之间的间距，启动所述变压装置1，对所述上电极2施加电压，测量所述上电极2和所述下电极3之间放电电压值以及波形，测量所述上电极2和所述下电极3之间放电电流值以及波形。
综上，本发明实施例提供一种液体放电特性的实验设备能快速模拟不同实验条件下的液体放电特性，不仅能改变外加实验电压、液体温度，还能简化实验操作，较为容易地改变内部实验条件，如静水压力，液体电导率和电极间隙距离，通过改变对各实验因素的数据，观察并分析实验结果，总结归纳对应液体的放电特性，对各因素的影响特性有更加准确定量的分析，具有效率高、测量精确等优点。
上方所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种液体放电特性的实验设备，其特征在于，包括变压装置、上电极、下电极、用于盛装液体的实验箱体、用于添加液体的注液箱、用于改变液体静水压力特性的真空机、用于检测所述上电极与所述下电极放电时电压的电压检测装置以及用于检测所述上电极与所述下电极放电时电流的电流检测装置；
所述上电极和所述下电极设于所述实验箱体的内腔中，所述变压装置与所述上电极相连接，所述下电极为接地电极，所述上电极和所述下电极相对设置以形成放电间距，所述电压检测装置连接于所述上电极和所述下电极之间，所述电流检测装置与所述下电极相连接；
所述注液箱与所述实验箱体相连通且位于所述实验箱体的上方，所述注液箱的体积小于所述实验箱体的体积，所述真空机与所述注液箱相连通，以使气体作用于所述注液箱内的待测液体水平面上；
所述实验设备还包括过滤器和水泵，所述过滤器的输入端通过所述水泵与所述实验箱体的底部相连通，所述过滤器的输出端与所述注液箱相连通，所述水泵与所述实验箱体之间设有第二控制阀，所述过滤器的输出端与所述注液箱之间设有第三控制阀，以使所述实验箱体、所述注液箱、所述过滤器和所述水泵形成过滤回路。
2.根据权利要求1所述的液体放电特性的实验设备，其特征在于，所述注液箱与所述实验箱体之间设有第一控制阀。
3.根据权利要求1所述的液体放电特性的实验设备，其特征在于，所述实验设备还包括加热器、温度传感器以及温控装置，所述加热器设于所述实验箱体的内腔的左右两侧，所述温度传感器设于所述加热器上，各所述加热器和所述温度传感器分别与所述温控装置相连接。
4.根据权利要求3所述的液体放电特性的实验设备，其特征在于，所述加热器的外侧缠绕有绝缘纸。
5.根据权利要求1所述的液体放电特性的实验设备，其特征在于，所述下电极设有升降调节机构，所述升降调节机构包括驱动件、丝杆以及螺母座，所述驱动件的动力输出端与所述丝杆相连接，所述螺母座与所述丝杆螺纹连接，所述下电极设于所述螺母座上。
6.根据权利要求1所述的液体放电特性的实验设备，其特征在于，所述实验箱体的底部设有若干个外接测量仪器的转接器，所述转接器的输入端与所述实验箱体的底部相连通，所述转接器的输出端与所述实验箱体的顶部相连通，各所述转接器的输入端设有相对应的第四控制阀，各所述转接器的输出端汇集于同一液路，并在所述同一液路上设有第五控制阀。
7.根据权利要求1所述的液体放电特性的实验设备，其特征在于，所述实验箱体设有溶气装置以及气瓶，所述溶气装置的输入端和所述溶气装置的输出端分别与所述实验箱体相连通，所述溶气装置的输入端设有第六控制阀，所述溶气装置的输出端设有第七控制阀，所述气瓶与所述溶气装置的进气口相连通，所述溶气装置的进气口设有第八控制阀。
8.根据权利要求1所述的液体放电特性的实验设备，其特征在于，所述真空机与所述注液箱之间设有过滤空气水分的呼吸器，所述呼吸器的输出端设有第九控制阀。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的液体放电特性的实验设备，其特征在于，所述实验箱体的侧面设有可拆卸的观察窗。
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