CN111787678B - 一种用于测量等离子体空间电势的多孔测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测量等离子体空间电势的多孔测量装置，包括多孔陶瓷柱、主导线、多个副导线以及多个钨丝，多孔陶瓷柱具有中心通孔和多个外环通孔；主导线延伸穿过中心通孔，一端均与所述多个钨丝的第一端连接，另一端在测量时连接直流电源负极；各副导线分别延伸穿过各外环通孔，一端分别与各钨丝的第二端连接，另一端在测量时连接直流电源正极；其中，所述主导线和各副导线与钨丝的连接点位于所述多孔陶瓷柱的端面；所述主导线的两端通过绝缘填料固定在所述中心通孔内；各副导线的两端通过所述绝缘填料固定在各外环通孔内。本发明能够在原有测量手段的基础上满足对等离子体空间电势测量实验的精度、效率、可靠性等方面的要求。

Description

一种用于测量等离子体空间电势的多孔测量装置及方法
技术领域
本发明属于等离子体测量领域，涉及一种用于测量等离子体空间电势的多孔测量装置及测量方法。
背景技术
等离子体物理是近年来新兴的基础物理学科，随着研究的深入，对于等离子体空间电势的测量的需求日益旺盛。传统的测量方法是使用单股钨丝进行测量，测量精度低；同时，钨丝易烧断，烧断后的测量设备无法继续使用，需要打开真空设备后进行更换，效率极低，对相关的实验设备有较大的损伤。
发明内容
为此，本发明设计了一种用于测量等离子体空间电势的多孔测量装置，以便能够对等离子体的空间电势进行测量；能够针对同一点处的空间电势，同时测量多组数据，减小实验所带来的人为误差，提高装置的测量精度；以及能够在钨丝意外烧断时，可以立即更换新的钨丝进行实验，降低因为更换设备带来的误差以及对推力器的损坏。
本发明提供了一种用于测量等离子体空间电势的多孔测量装置，包括多孔陶瓷柱、主导线、多个副导线以及多个钨丝，
所述多孔陶瓷柱具有沿其纵向延伸的中心通孔和多个外环通孔；所述主导线延伸穿过所述中心通孔，所述主导线的一端与所述多个钨丝的第一端均连接，另一端在测量时连接直流电源负极；各副导线分别延伸穿过各外环通孔，各副导线的一端分别与各钨丝的第二端连接，另一端在测量时连接直流电源正极；
其中，所述主导线和各副导线与钨丝的连接点位于所述多孔陶瓷柱的端面；所述主导线的两端通过绝缘填料固定在所述中心通孔内；各副导线的两端通过绝缘填料固定在各外环通孔内。
在一些实施例中，所述多个副导线的数量可以为2～8个。
在一些实施例中，所述主导线可以为铁氟龙镀银导线。
在一些实施例中，所述多个副导线可以为铁氟龙镀银导线。
在一些实施例中，所述多孔陶瓷柱可以由氧化铝陶瓷制成。
在一些实施例中，所述绝缘填料可以为硅酸铝盐及固化剂组成的双组分无机胶。
在一些实施例中，所述多个外环通孔可以沿所述中心通孔周向均布。
在一些实施例中，各钨丝可以为0.15mm直径的白钨丝。
本发明又提供了一种利用上述多孔测量装置进行测量的方法，包括步骤：
1)将所述主导线连接直流电源负极，一个副导线连接直流电源正极；
2)打开直流电源，逐渐增加电流输入值，待钨丝发亮强度不随加热电流增加而明显变化时，观察电压表示数，电压表示数即为所测位置的等离子体空间电势；
3)观察到直流电源的输出方式变为恒压无电流，观察真空舱内，检查钨丝是否不亮，若不亮，则说明测量回路中钨丝断路；
4)将直流电源正极接入另一个副导线，重复测量，直至所有钨丝断路。
本发明还提供了一种利用上述多孔测量装置进行测量的方法，包括步骤：
1)将所述主导线连接直流电源负极，所有副导线均连接直流电源正极；
2)打开直流电源，逐渐增加电流输入值，待钨丝发亮强度不随加热电流增加而明显变化时，观察电压表示数，电压表示数即为所测位置的等离子体空间电势，同时得到多组测量数据。
本发明的有益效果：
1)在同时测量时，本发明能够同时测得8组等离子体空间电势的数据，精度高，效率高；
2)在单回路测量时，本发明能给避免其中一个钨丝断开时开启真空系统，而可使用其他完整钨丝继续测量，极大提高了测量效率；
3)本发明主要包括副导线、主导线、钨丝和多孔陶瓷柱，真空舱、电源等系统中用到的各种元器件可以按照相应的要求采购成品，因此本发明整体结构简单，成本低廉，可靠性高，便于制作和使用。
附图说明
图1为本发明实施例的用于测量等离子体空间电势的多孔测量装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步描述本发明，应该理解，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示实施例，本发明的用于测量等离子体空间电势的多孔测量装置，包括多孔陶瓷柱1、主导线2、8个副导线3以及8个钨丝4。
其中，主导线2及副导线3用于传输大电流，使钨丝4能够具备测量能力。优选地，主导线2由1根可耐受大电流的铁氟龙镀银导线组成，副导线3由8根可耐受4A大电流的铁氟龙镀银导线组成。
多孔陶瓷柱1用于对主导线2、副导线3及钨丝4起支承作用。优选地，多孔陶瓷柱1由氧化铝陶瓷制成。
钨丝4用于加热后发射电子，进行等离子体空间电势的测量，优选地，钨丝4为0.15mm直径的白钨丝。
特别地，将主导线2的两端通过绝缘填料5固定在中心通孔内，各副导线3的两端通过绝缘填料5固定在各外环通孔内，以将导线与等离子体隔绝起来，避免等离子体烧蚀导线或影响测量信号。优选地，所使用的绝缘填料为硅酸铝盐及固化剂组成的双组分无机胶，具有良好的耐高温及绝缘性能，可以保证测量精度。
在本实施例中，多孔陶瓷柱1具有沿其纵向延伸的中心通孔和8个外环通孔。特别地，8个外环通孔沿中心通孔周向均布。主导线延2伸穿过中心通孔，一端与8个钨丝的第一端均连接，另一端连接直流电源负极。各副导线2分别延伸穿过各外环通孔，一端分别与各钨丝的第二端连接(即，一个副导线连接于一个钨丝)，另一端连接直流电源正极。优选地，主导线2、副导线3与钨丝4之间使用铰接加焊接的方式，以确保连接可靠性。
特别地，主导线2和各副导线3与钨丝4的连接点均位于多孔陶瓷柱1的端面，使得钨丝4全部都暴露在多孔陶瓷柱1外部，以避免钨丝4在陶瓷孔内发热影响测量结果。需要注意的是，钨丝全部暴露在陶瓷管外部，同时形成的圆环直径不能太大，圆环太大会使钨丝之间互相干涉或者接触，圆环的大小应视多孔陶瓷柱的尺寸而定，例如圆环直径为2-4mm。
特别地，位于多孔陶瓷柱内的钨丝4需要与导线2或副导线3铰接在一起，以防止多孔陶瓷柱1内的钨丝在测量时发亮发热影响测量结果。
下面对利用上述多孔测量装置进行测量的方法进行说明，以进一步说明本发明。
在进行回路测量时，正常情况下，测量过程中各副导线之间互相独立。安装实验系统后开始测量，具体过程如下：
1)将主导线2的另一端连接直流电源负极，一个副导线3的另一端连接直流电源正极；
2)打开直流电源，逐渐增加电流输入值，待钨丝发亮强度不随加热电流增加而明显变化时，观察电压表示数，电压表示数即为所测位置的等离子体空间电势；
3)观察到直流电源的输出方式变为恒压无电流，观察真空舱内，检查钨丝是否不亮，若不亮，则说明测量回路中钨丝断路。
4)确认钨丝断路后，将直流电源正极接入另一个副导线，负极不变，重复单回路测量，直至所有钨丝断路。
需要同时测量8组数据时，将主导线2的另一端连接直流电源负极，将所有副导线3均连接至直流电源正极，按上述步骤2)同时且独立地测量8组数据，实现数据准确性的极大提高。
综上，本发明能够在原有测量手段的基础上满足对等离子体空间电势测量实验的精度、效率、可靠性等方面的要求。
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例做出若干变型和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于测量等离子体空间电势的多孔测量装置，其特征在于，包括多孔陶瓷柱(1)、主导线(2)、多个副导线(3)以及多个钨丝(4)，
所述多孔陶瓷柱(1)具有沿其纵向延伸的中心通孔和多个外环通孔；所述主导线(2)延伸穿过所述中心通孔，所述主导线(2)的一端与所述多个钨丝(4)的第一端均连接，另一端在测量时连接直流电源负极；各副导线(3)分别延伸穿过各外环通孔，各副导线(3)的一端分别与各钨丝(4)的第二端连接，另一端在测量时连接直流电源正极；
其中，所述主导线(2)和各副导线(3)与钨丝(4)的连接点位于所述多孔陶瓷柱(1)的端面；所述主导线(2)的两端通过绝缘填料(5)固定在所述中心通孔内；各副导线(3)的两端通过所述绝缘填料(5)固定在各外环通孔内。
2.根据权利要求1所述的多孔测量装置，其特征在于，所述多个副导线(3)的数量为2～8个。
3.根据权利要求1所述的多孔测量装置，其特征在于，所述主导线(2)为铁氟龙镀银导线。
4.根据权利要求1所述的多孔测量装置，其特征在于，所述多个副导线(3)为铁氟龙镀银导线。
5.根据权利要求1所述的多孔测量装置，其特征在于，所述多孔陶瓷柱(1)由氧化铝陶瓷制成。
6.根据权利要求1所述的多孔测量装置，其特征在于，所述绝缘填料(5)为硅酸铝盐及固化剂组成的双组分无机胶。
7.根据权利要求1所述的多孔测量装置，其特征在于，所述多个外环通孔沿所述中心通孔周向均布。
8.根据权利要求1所述的多孔测量装置，其特征在于，各钨丝(4)为0.15mm直径的白钨丝。
9.一种利用权利要求1-8之一所述的多孔测量装置进行测量的方法，其特征在于，包括步骤：
1)将所述主导线(2)连接直流电源负极，一个副导线(3)连接直流电源正极；
2)打开直流电源，逐渐增加电流输入值，待钨丝(4)发亮强度不随加热电流增加而明显变化时，观察电压表示数，电压表示数即为所测位置的等离子体空间电势；
3)观察到直流电源的输出方式变为恒压无电流，观察真空舱内，检查钨丝(4)是否不亮，若不亮，则说明测量回路中钨丝(4)断路；
4)将直流电源正极接入另一个副导线(3)，重复测量，直至所有钨丝(4)断路。
10.一种利用权利要求1-8之一所述的多孔测量装置进行测量的方法，其特征在于，包括步骤：
1)将所述主导线(2)连接直流电源负极，所有副导线(3)均连接直流电源正极；
2)打开直流电源，逐渐增加电流输入值，待钨丝(4)发亮强度不随加热电流增加而明显变化时，观察电压表示数，电压表示数即为所测位置的等离子体空间电势，同时得到多组测量数据。
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