CN111462599A - 一种气体放电管放电实验模拟装置 - Google Patents

一种气体放电管放电实验模拟装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气体放电管放电实验模拟装置，所述装置包括实验箱、升降工作台、多个放电管和传感器组。所述实验箱主体的侧壁上开有光学观测窗口，所述升降工作台放置在实验箱主体内，包括上工作面板、下工作面板、升降装置和多个电极隔热层，电极隔热层固接在上工作面板和下工作面板的对应位置。所述放电管包括两个卡槽、一个高压电极、一个接地电极和一个套管，放电管被夹持在升降工作台两个工作面板上的电极隔热层中。所述传感器组安装在所述金属真空腔室内壁上。本发明的气体放电管放电实验模拟装置，可以模拟不同规格的气体放电管在不同工况下的放电过程，观察和检测气体放电管放电过程中的物理化学现象，为后续研究放电机理做铺垫。

Description

一种气体放电管放电实验模拟装置
技术领域
发明涉及等离子体放电领域，特别是涉及一种气体放电管放电实验模拟装置。
背景技术
气体放电管作为过电压保护器件，具有泄流能力大、电容小，击穿电压低,绝缘电阻高等独特的性能，广泛适用于信号系统过电压保护；气体放电管在多次放电过程中存在短路失效的可能，因此需要对气体放电管的多次放电过程进行针对性研究。
气体放电管短路失效的主要方式为电极间导电生长物相连接而短路，一旦气体放电管发生短路失效，其绝缘电阻将显著下降，并不可恢复，使其不能起到泄放过电流的作用；其次也容易对并联的设备产生损坏，影响其工作性能。气体放电管短路失效的原因有：其一是在多次放电过程中，气体放电管电极受到高温电弧的作用力，引起电极材料表面熔融，并产生溅射；其二是随着放电次数的增多，电极上的导电物质逐渐累积，形成导电连接通道。以上两个因素在气体放电管多次放电过程中很难避免，其电极间导电物质的生长是由电弧作用在材料表面引起的。
然而实际的气体放电管工作时，由于其是密封性器件，不好进行拆卸来观测其电极间导电物质的生长情况；同时对于其各种放电过程的路径以及内部气体成分的变化也不好进行观测，无法得到在放电过程中其内部的变化，影响对气体放电管的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气体放电管放电实验模拟装置，可以模拟不同规格的气体放电管在不同工况下的放电过程，观察和检测气体放电管放电过程中的物理化学现象，为后续研究放电机理做铺垫。
本发明的目的是这样实现的。本发明提供了一种气体放电管放电实验模拟装置，其特征在于，包括实验箱、升降工作台、N个放电管和传感器组；所述实验箱包括实验箱主体和实验箱门，实验箱门在实验时关闭，实现实验箱内腔的封闭；所述传感器组包括一个压力传感器、多个温度传感器和多个湿度传感器，所述压力传感器、温度传感器和湿度传感器均安装在实验箱主体的内壁上；
所述实验箱主体的横截面为矩形，顶部壁上开有N个高压电极线接入口，侧壁上开有光学观测窗口,底部壁上开有一个接地电极线接入口、一个进气管口和一个排气管口，进气管口和排气管口分别与气体管道相通，在气体管道上安装有阀门；
所述升降工作台放置在实验箱主体中，包括一个矩形的上工作面板、一个矩形的下工作面板、一个升降装置和2N个电极隔热层；所述上工作面板的下侧面上和下工作面板的上侧面上分别固接了N个位置相对应的电极隔热层，所述电极隔热层的横截面为环形；所述下工作面板和上工作面板上分别开有N个通孔，通孔与电极隔热层的内环壁相通；所述升降装置包括两根刚性传动杆、两根不锈钢空心筒、一个加载横梁和一个加载轴，所述两根不锈钢空心筒下端固接在下工作面板长边的两端，所述二根刚性传动杆分别穿过两根不锈钢空心筒，其上部通过螺栓与上工作面板长边的两端连接，下部穿过下工作面板与加载横梁长边的两端连接，加载轴的顶端与加载横梁固接，即加载轴在动力机构驱动下，推动加载横梁进行上下位移；所述下工作面板、上工作面板和加载横梁保持平行且同心；
所述放电管包括卡槽A、卡槽B、高压电极、接地电极和一个套管，卡槽B与上工作面板上的电极隔热层固接，卡槽A与下工作面板上的电极隔热层固接，工作时，将高压电极放入卡槽B中，接地电极放入卡槽A中，然后将套管套装在卡槽A和卡槽B外，构成一个放电管。
优选地，所述实验箱门和实验箱主体关闭时接触的部位镶有密封圈。
优选地，N＝3-9。
优选地，所述实验箱主体的顶壁上装有安全阀。
优选地，所述刚性传动杆的长度为不锈钢空心筒长度的1.2-1.5倍。
优选地，所述多个温度传感器和多个湿度传感器分别均匀分布在实验箱的内壁上。
优选地，所述套管为可更换部件，即定制为高度不同的系列产品。
优选地，所述高压电极通过高压电极线接入口连接高压电源，所述接地电极通过接地电极线接入口连接地线；高压电极线接入口和接地电极线接入口处分别装有高压绝缘密封套管，用来引线及对实验箱内腔的封闭。
本发明公开的气体放电管放电实验模拟装置，与现有技术相比，其有益效果体现在：
1、能够模拟气体放电管的放电过程，通过抽真空系统改变金属真空腔室的压强和气体成分，通过不同高度的套管和升降装置改变电极间距离，借助光学观测窗口来拍摄电极放电路径，从而研究不同气体环境、不同压强、不同间距以及不同材料的电极放电过程，观测电极表面的变化以及放电路径的变化，研究电极间隙放电过程中其异常导电物质渐进生长的规律，解决气体放电管多次放电短路失效问题；
2、本发明的实验装置还可以记录实验时的压强、温度、湿度以及电极距离，以方便分析实验结果。
附图说明
图1为本发明实施例中的气体放电管放电实验模拟装置整体结构示意图。
图2为本发明实施例中的升降工作台结构示意图。
图3为本发明实施例中的放电管结构示意图。
图4为本发明实施例中的实验箱结构示意图。
其中，1-实验箱；2-升降工作台；3-放电管；4-安全阀；5-高压电极线接入口；6-接地电极线接入口；7-进气管口；8-排气管口；9-光学观测窗口；10-压力传感器；11-温度传感器；12-湿度传感器；13-刚性传动杆；14-不锈钢空心筒；15-上工作面板；16-下工作面板；17-加载横梁；18-加载轴；19-高压电极；20-接地电极；21-电极隔热层；22-套管；23-卡槽A；24-高压绝缘密封套管；25-阀门；26-气体管道；27-实验箱主体；28-实验箱门；29-密封圈；30-通孔；31-卡槽B；32-光学观测装置；33-支撑腿。
具体实施方式
下面结合附图对本实施例进行具体的描述。
本发明的目的是提供一种气体放电管放电实验模拟装置，可以模拟不同规格的气体放电管在不同工况下的放电过程，观察和检测气体放电管放电过程中的物理化学现象，为后续研究放电机理做铺垫。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中的气体放电管放电实验模拟装置整体结构示意图，图4为本发明实施例中的实验箱结构示意图。由图1和图4可见，本发明提供的一种气体放电管放电实验模拟装置，包括实验箱1、升降工作台2、N个放电管3和传感器组。N＝3-9，在本实施例中，N＝3。
实验箱1包括实验箱主体27和实验箱门28，实验箱门28在实验时关闭，实现实验箱1内腔的封闭。实验箱门28和实验箱主体27关闭时接触的部位镶有密封圈29。
传感器组包括一个压力传感器10、多个温度传感器11和多个湿度传感器12，所述压力传感器10、温度传感器11和湿度传感器12均安装在实验箱主体27的内壁上。在本实施例中，多个温度传感器11和多个湿度传感器12分别均匀分布在实验箱1的内壁上。压力传感器10、温度传感器11和湿度传感器12通过接地电极线接入口6用导线连接到监测设备上。
实验箱主体27的横截面为矩形，顶部壁上开有3个高压电极线接入口5，侧壁上开有光学观测窗口9,底部壁上开有一个接地电极线接入口6、一个进气管口7和一个排气管口8，进气管口7和排气管口8分别与气体管道26相通，在气体管道26上安装有阀门25。在本实施例中，实验箱主体27的顶壁上装有安全阀4，高压电极线接入口5和接地电极线接入口6处分别装有高压绝缘密封套管24，用来引线及对实验箱1内腔进行密封。气体管道26与抽真空系统相连，所述抽真空系统采用机械泵。光学观测窗口9为相互对应的两个。
图2为本发明实施例中的升降工作台结构示意图。由图2可见，升降工作台2放置在实验箱主体27中，包括一个矩形的上工作面板15、一个矩形的下工作面板16、一个升降装置和6个电极隔热层21。在本实施例中，下工作面板16为一工作台的桌面，即该下工作面板16通过与四个支撑腿33的固接，形成一个工作台，该工作台放置在实验箱主体27中。
上工作面板15的下侧面上和下工作面板16的上侧面上分别固接了3个位置相对应的电极隔热层21，所述电极隔热层21的横截面为环形。下工作面板16和上工作面板15上分别开有3个通孔30，通孔30与电极隔热层21的内环壁相通，用来引出两个电极上的导线。
所述升降装置包括两根刚性传动杆13、两根不锈钢空心筒14、一个加载横梁17和一个加载轴18，所述两根不锈钢空心筒14下端固接在下工作面板16长边的两端，所述二根刚性传动杆13分别穿过两根不锈钢空心筒14，其上部通过螺栓与上工作面板15长边的两端连接，下部穿过下工作面板16与加载横梁17长边的两端连接，加载轴18的顶端与加载横梁17固接，即加载轴在动力机构驱动下，控制加载横梁17进行上下位移。所述下工作面板16、上工作面板15和加载横梁17保持平行且同心。在本实施例中，刚性传动杆13的长度为不锈钢空心筒14长度的1.2-1.5倍。加载轴18为动力机构的输出端，动力机构可以是伺服电机，也可以是液压装置。
图3为本发明实施例中的放电管结构示意图。由该图可见，放电管3包括卡槽A23、卡槽B31、高压电极19、接地电极20和一个套管22，卡槽B31与上工作面板15上的电极隔热层21固接，卡槽A23与下工作面板16上的电极隔热层21固接，工作时，将高压电极19放入卡槽B31中，接地电极20放入卡槽A23中，然后将套管22套装在卡槽A23和卡槽B31外，构成一个放电管3。在本实施例中，套管22为可更换部件，即可定制为高度不同的系列产品，以适应不同距离电极放电实验的需要。
高压电极19通过高压电极线接入口5连接高压电源，所述接地电极20通过接地电极线接入口6连接地线。
本发明的目标是：实现同一电源和匹配放电，让多个电极间的工作气体电离产生等离子体，进行放电。具体工作原理如下：
首先将多个高压电极19放入卡槽B31中，多个接地电极20放入卡槽A23中，然后将套管22套装在卡槽A23和卡槽B31外，构成一个放电管3。接地电极20通过接地电极线接入口6连接到地线上，高压电极19通过高压电极线接入口5与高压电源相连。进气管口7和排气管口8通过气体管道26与抽真空系统相连。工作时将惰性气体通过气体管道26通入实验箱1，然后通过排气口8排气。控制气体动态气压到工作气压，然后接通高压电源，其电压加到高压电极19上，随着电压的增加，在放电管3中，电极间气体开始电离，最后导通形成放电通道。
通过放置不同高度的套管22在电极周围，通过升降装置调整上工作面板15位置，从而改变电极间的放电距离；通过抽真空系统改变金属真空腔室1内的压强和气体种类，从而研究不同气体环境、不同压强、不同间距、以及不同材料的电极放电过程；其中放电过程通过光学观测窗口9用高速相机拍摄放电路径，观测电极表面的变化以及放电路径的变化，并记录电极上导电物质得生长情况，研究电极间隙放电过程中其异常导电物质渐进生长的规律，解决气体放电管多次放电短路失效问题。

Claims (8)

1.一种气体放电管放电实验模拟装置，其特征在于，包括实验箱(1)、升降工作台(2)、N个放电管(3)和传感器组；所述实验箱(1)包括实验箱主体(27)和实验箱门(28)，实验箱门(28)在实验时关闭，实现实验箱(1)内腔的封闭；所述传感器组包括一个压力传感器(10)、多个温度传感器(11)和多个湿度传感器(12)，所述压力传感器(10)、温度传感器(11)和湿度传感器(12)均安装在实验箱主体(27)的内壁上；
所述实验箱主体(27)的横截面为矩形，顶部壁上开有N个高压电极线接入口(5)，侧壁上开有光学观测窗口(9),底部壁上开有一个接地电极线接入口(6)、一个进气管口(7)和一个排气管口(8)，进气管口(7)和排气管口(8)分别与气体管道(26)相通，在气体管道(26)上安装有阀门(25)；
所述升降工作台(2)放置在实验箱主体(27)中，包括一个矩形的上工作面板(15)、一个矩形的下工作面板(16)、一个升降装置和2N个电极隔热层(21)；所述上工作面板(15)的下侧面上和下工作面板(16)的上侧面上分别固接了N个位置相对应的电极隔热层(21)，所述电极隔热层(21)的横截面为环形；所述下工作面板(16)和上工作面板(15)上分别开有N个通孔(30)，通孔(30)与电极隔热层(21)的内环壁相通；所述升降装置包括两根刚性传动杆(13)、两根不锈钢空心筒(14)、一个加载横梁(17)和一个加载轴(18)，所述两根不锈钢空心筒(14)下端固接在下工作面板(16)长边的两端，所述二根刚性传动杆(13)分别穿过两根不锈钢空心筒(14)，其上部通过螺栓与上工作面板(15)长边的两端连接，下部穿过下工作面板(16)与加载横梁(17)长边的两端连接，加载轴(18)的顶端与加载横梁(17)固接，即加载轴在动力机构驱动下，推动加载横梁(17)进行上下位移；所述下工作面板(16)、上工作面板(15)和加载横梁(17)保持平行且同心；
所述放电管(3)包括卡槽A(23)、卡槽B(31)、高压电极(19)、接地电极(20)和一个套管(22)，卡槽B(31)与上工作面板(15)上的电极隔热层(21)固接，卡槽A(23)与下工作面板(16)上的电极隔热层(21)固接，工作时，将高压电极(19)放入卡槽B(31)中，接地电极(20)放入卡槽A(23)中，然后将套管(22)套装在卡槽A(23)和卡槽B(31)外，构成一个放电管(3)。
2.根据权利要求1所述的气体放电管放电实验模拟装置，其特征在于，所述实验箱门(28)和实验箱主体(27)关闭时接触的部位镶有密封圈(29)。
3.根据权利要求1所述的气体放电管放电实验模拟装置，其特征在于，N＝3-9。
4.根据权利要求1所述的气体放电管放电实验模拟装置，其特征在于，所述实验箱主体(27)的顶壁上装有安全阀(4)。
5.根据权利要求1所述的气体放电管放电实验模拟装置，其特征在于，所述刚性传动杆(13)的长度为不锈钢空心筒(14)长度的1.2-1.5倍。
6.根据权利要求1所述的气体放电管放电实验模拟装置，其特征在于，所述多个温度传感器(11)和多个湿度传感器(12)分别均匀分布在实验箱(1)的内壁上。
7.根据权利要求1所述的气体放电管放电实验模拟装置，其特征在于，所述套管(22)为可更换部件，即定制为高度不同的系列产品。
8.根据权利要求1所述的气体放电管放电实验模拟装置，其特征在于，所述高压电极(19)通过高压电极线接入口(5)连接高压电源，所述接地电极(20)通过接地电极线接入口(6)连接地线；高压电极线接入口(5)和接地电极线接入口(6)处分别装有高压绝缘密封套管(24)，用来引线及对实验箱(1)内腔的封闭。
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