EP0365005A3 - Process and device to determine the internal pressure of a container - Google Patents
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- EP0365005A3 EP0365005A3 EP19890119418 EP89119418A EP0365005A3 EP 0365005 A3 EP0365005 A3 EP 0365005A3 EP 19890119418 EP19890119418 EP 19890119418 EP 89119418 A EP89119418 A EP 89119418A EP 0365005 A3 EP0365005 A3 EP 0365005A3
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- internal pressure
- vessel
- frequency
- high voltage
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/668—Means for obtaining or monitoring the vacuum
Definitions
- the invention relates to a method for determining the Internal pressure of an evacuated vessel with at least two mutually insulated electrodes, in particular one High-voltage vacuum interrupter with two contacts.
- the invention also relates to a device for through conduct such a procedure.
- the procedure or the Device are particularly in the production or the Operation of vacuum systems, especially for vacuum switches, but also generally in the field of vacuum measurement technology applicable.
- Vacuum systems usually only work reliably and functionally reliable if a predetermined one, usually lower Internal pressure is guaranteed. This also applies preferably to the functional reliability of the switching chamber of vacuum scarf tern.
- a circuit arrangement for determining pressure is also shown in FIG evacuated vessels, especially in vacuum switches, be knows, when the high voltage is applied from the Cathode emitted field emission current of a noise analysis, e.g. Fourier analysis, where the ratio a measure between high and low frequency noise for the internal chamber pressure is (DD-A-257 296).
- a noise analysis e.g. Fourier analysis, where the ratio a measure between high and low frequency noise for the internal chamber pressure is (DD-A-257 296).
- the vacuum switch is the one emitted by the cathode Field emission current tapped on a condensation screen fen.
- the circuit arrangement consists of at least one Analysis network, a comparator module and a display device.
- the emit from the cathode when the operating voltage is applied and appropriately tapped field emission current is sent to the analysis network that is suitable perform a frequency analysis of the current. It can be out two or more frequency filters, e.g. L-C low frequency filter, exist.
- the signals thus obtained, which the Shares of the noise spectrum in two frequency bands rn pro are proportional, are fed to the comparator module.
- the comparator block e.g. a difference amplifier
- a signal is obtained that corresponds to the ratio of the services in high-frequency and low-frequency Be range corresponds to the current signal noise spectrum and one Display device is fed; with appropriate egg chung, this performance ratio is a direct measure of the pressure.
- the invention is based on the object of a method and a device for determining the internal pressure in evacuated vessels, e.g. B. Vacuum interrupters to indicate, which require relatively little technical effort, whereby the measured value mt is provided outside the vacuum vessel seen means should be recorded.
- evacuated vessels e.g. B. Vacuum interrupters to indicate, which require relatively little technical effort, whereby the measured value mt is provided outside the vacuum vessel seen means should be recorded.
- the inventive method for determining the internal pressure of an evacuated vessel with at least two ge mutually insulated electrodes, in particular a vacuum switching chamber with two switching contacts is characterized by - application of an electrical high voltage (U) to the electrodes acting as anode or cathode, - Detecting the temporal course of the intensity of the emitted electromagnetic radiation outside the vessel, - Determination of the frequency of the temporal change in the intensity of the detected electromagnetic radiation and - Determination of the internal pressure of the vessel on the basis of the previously determined dependence of this frequency on the internal pressure and, if necessary, display and / or registration of the internal pressure.
- U electrical high voltage
- the device according to the invention for determining the internal pressure of evacuated vessels which is particularly suitable for carrying out the method explained above, is characterized by - at least two mutually insulated electrodes - A high voltage source that generates a high electrical voltage (U) that can be applied to the two electrodes acting as anode or cathode, - A probe arranged outside the vessel and directed thereon, which detects the intensity of an electromagnetic radiation emitted by the electrodes, - A processing unit connected downstream of the probe, which determines the frequency of the change over time in the intensity of the electromagnetic radiation detected by the probe and determines the internal pressure on the basis of a predetermined relationship between this frequency and the internal pressure in the vessel, as an output unit that displays and / or records and / or stores the internal pressure and / or outputs it as an analog or digital electrical signal.
- a high voltage source that generates a high electrical voltage (U) that can be applied to the two electrodes acting as anode or cathode
- U high electrical voltage
- a probe arranged outside the vessel
- the probe is in particular connected to the anode or active electrode oriented in the evacuated vessel.
- the device according to the invention is a vacuum high chip is voltage switch, is advantageously the on Vacuum switch in the open state applied high-voltage voltage used as a high voltage source.
- the emitted radiation is in particular an X-ray Radiation, the frequency of which depends on the applied voltage is pending.
- the intensity of this radiation changes constantly with a frequency that is in the range of about 2 up to about 20 Hz.
- This frequency is a measure of the The pressure prevailing in the vessel or test object (vacuum).
- the applied electrical high voltage can be arbitrary Exhibit signal curve or voltage curve; as part of of the invention are particularly DC voltages as well AC voltages applicable.
- the voltage should be about ⁇ 28 kV, with the upper limit ze through the insulation design of the vessel or a vacuum interrupter to be tested.
- Operating voltages of 12 kV or 24 kV correspond to test voltages of 28 kV or 50 kV.
- the Measured variable is an electromagnetic radiation that be can be detected without contact.
- the Solution the newfound knowledge that the time Liche change in the intensity of this detected electro magnetic radiation with a frequency occurs or is superimposed on that in a defined context with the internal pressure in the evacuated vessel.
- the invention The appropriate method thus uses the identified relationship between the internal pressure to be determined and this Fre sequence from.
- the probe for the determination of the electromagnetic table radiation has in particular an ionization chamber mer or another one responsive to X-rays Establishment on.
- the principle of the invention is based on a Embodiment that focuses on a vacuum switch relates, explained in more detail.
- the drawing there is one he inventive device shown with which the Ver driving according to the invention can be carried out.
- a vacuum interrupter chamber 1 In a vacuum interrupter chamber 1 are a condensation screen 2, a movable switch contact 3 and a fixed one Switching contact 4 arranged, the switching contacts 3, 4 do not touch each other, so the switch is open State. To determine the internal pressure in the Vacuum switching chamber 1 is connected to the switching contacts 3, 4 defined voltage is applied, the switching contacts 3, 4 act as an anode or cathode. Because of known physical processes emerge from the vacuum interrupter 1 emits electromagnetic radiation that is beneficial nal contains. This electromagnetic radiation is from a probe 5 for analyzing the useful material contained therein never caught.
- the probe 5 here consists of an ioni sation chamber, in which when voltage is applied the incoming electromagnetic radiation is a particle current is generated, which is used for measured value analysis.
- These Probe 5 is on the vacuum interrupter chamber 1, e.g. at the level of the open switching contacts 3, 4, directed and in a be Correct distance to the surface of the vacuum interrupter chamber 1 arranged.
- the downstream processing unit 6 becomes a useful signal consisting of a flow of photons proportional measuring signal realized.
- the processing unit 6 determines the frequency of the temporal change of the intensity of the probe 5 detected electromagnetic radiation and determined on due to the given relationship between these Frequency and the internal pressure in the vessel 1 is the internal pressure.
- the processing can processing unit 6 detect the measurement signal of the probe 5, the then with a recording device, for example a y-t recorder or a transient memory with a downstream y-t recorder, registered over time and is used for frequency evaluation.
- a recording device for example a y-t recorder or a transient memory with a downstream y-t recorder, registered over time and is used for frequency evaluation.
- the correlation between The frequency and internal pressure can also be due to such ger registrations.
- the output unit 7 is designed so that they the In pressure and / or the change in intensity over time the electromagnetic radiation due to a corre corresponding signal from the processing unit 6 indicates and / or records and / or stores and / or an ent outputs speaking analog or digital signal.
- the determination of the internal pressure of the vacuum interrupter chamber 1 is based on having found that the frequency between anode and cathode when a voltage is applied flowing charge carrier stream is a function of the inside pressure is and the electromagnetic radiation as a carrier of the useful signal through the as a function of time representing charge carrier current is caused.
- the molecules of the vacuum interrupter chamber 1 remaining and predominantly of hydrogen (H2) be standing residual gas adsorb on the surface of the Metal electrodes (3, 4), i.e. the surfaces the switching contacts, whereby a dynamic equation adjusts the weight between adsorption and desorption.
- the time-dependent behavior of the charge carrier flow and thus the electromagnetic radiation is caused by the dynamic process of adsorption and desorption of the Residual gas molecules in the vacuum interrupter (1). It calls a higher internal pressure in the vacuum interrupter chamber with a higher residual gas content a higher adsorption or de sorption rate, i.e. a faster change between Adsorption and desorption, and therefore a higher frequency the change in the intensity of the electromagnetic beam development.
- the device according to the invention for determining the inside pressure of vessels can also be used with other electrode configurations or pots tial assignment than the one previously described can be applied.
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Innendrucks in einem evakuierten Gefäß. Sie setzt voraus, daß in einem Gefäß (1) zwei Elektroden (3, 4) vorgesehen sind, die gegeneinander isoliert sind. An die Elektroden (3, 4) wird eine elektrische Hochspan nung (U) angelegt und mittels einer Sonde (5) eine elektromagnetische Strahlung außerhalb des Gefäßes (1) er faßt. Dabei geht die Erfindung von der neuen Erkenntnis aus, daß der Intensitätsverlauf dieser elektromagnetischen Strahlung bei gleichbleibender Spannung von Intensitätsän derungen mit einer Frequenz überlagert ist, die ein Maß für den Innendruck im Gefäß (1) darstellt. Dementsprechend ist eine Ausgabeeinheit (7) vorgesehen, um diesen Frequenzverlauf zu analysieren und zu bewerten und so An gaben über den Innendruck zu erhalten. The invention relates to a method and a device to determine the internal pressure in an evacuated vessel. It requires two electrodes in one vessel (1) (3, 4) are provided, which are isolated from each other. An electrical high voltage is applied to the electrodes (3, 4) voltage (U) and a probe (5) electromagnetic radiation outside the vessel (1) he sums up. The invention is based on the new knowledge from that the intensity curve of this electromagnetic Radiation with constant voltage of intensity with a frequency that is a measure represents the internal pressure in the vessel (1). Accordingly an output unit (7) is provided around this Analyze and evaluate frequency response and so on gave to get about the internal pressure.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Innendrucks eines evakuierten Gefäßes mit mindestens zwei gegeneinander isolierten Elektroden, insbesondere einer Hochspannungs-Vakuumschaltkammer mit zwei Kontakten. The invention relates to a method for determining the Internal pressure of an evacuated vessel with at least two mutually insulated electrodes, in particular one High-voltage vacuum interrupter with two contacts.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durch führung eines solchen Verfahrens. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung sind insbesondere bei der Herstellung bzw. dem Betrieb von Vakuumanlagen, vor allem bei Vakuumschaltern, aber auch allgemein auf dem Gebiet der Vakuummeßtechnik anwendbar. The invention also relates to a device for through conduct such a procedure. The procedure or the Device are particularly in the production or the Operation of vacuum systems, especially for vacuum switches, but also generally in the field of vacuum measurement technology applicable.
Vakuumanlagen arbeiten meist dann nur zuverlässig und funktionssicher, wenn ein vorbestimmter, meist geringer Innendruck gewährleistet ist. Dies gilt bevorzugt auch für die Funktionssicherheit der Schaltkammer von Vakuumschal tern. Vacuum systems usually only work reliably and functionally reliable if a predetermined one, usually lower Internal pressure is guaranteed. This also applies preferably to the functional reliability of the switching chamber of vacuum scarf tern.
Zur prophylaktischen Überprüfung des Betriebszustandes von Vakuumschaltern, soweit er vom Kammerinnendruck bestimmt wird, sind Verfahren bekannt, die den Innendruck bewerten. For the prophylactic check of the operating status of Vacuum switches, insofar as it is determined by the internal pressure in the chamber methods are known which evaluate the internal pressure.
So werden die Bewegungsabläufe am Schaltgerät beurteilt, wobei der Zusammenhang von Innendruck und Antriebskräften zur Auswertung herangezogen wird. This is how the motion sequences on the switchgear are assessed, where the relationship between internal pressure and driving forces is used for evaluation.
Außerdem werden Änderungen von elektrischen Eigenschaften, wie Widerstand, Leitfähigkeit von dünnen Schichten, Poten tialdifferenzen bei Hilfselektroden mit unterschiedlicher Austrittsarbeit, Kontaktwiderstandsänderungen sowie Wärme strahlung ausgenutzt. In addition, changes in electrical properties, like resistance, conductivity of thin layers, pots tial differences in auxiliary electrodes with different Work function, changes in contact resistance and heat radiation exploited.
Ferner werden Plasmazeitkonstante, Leuchterscheinungen von Entladungen, Feldstärkeänderungen bzw. die Stromänderungen in innerhalb oder außerhalb angeordneten Gasentladungs strecken zur Bewertung des Kammerinnendrucks herangezogen. Furthermore, plasma time constants, luminous phenomena of Discharges, changes in field strength or the changes in current in inside or outside arranged gas discharge stretch used to evaluate the internal chamber pressure.
Die Nachteile der vorstehend beschriebenen Verfahren be stehen in dem hohen geräte- und prüftechnischen Aufwand bzw. in den komplizierten Meßsystemen, verbunden mit einer zeitlich aufwendigen Handhabung der Verfahren sowie gege benenfalls in der Notwendigkeit der Verwendung zusätzli cher Hilfsvorrichtungen, beispielsweise Gasentladungs strecken, verbunden mit baulichen Eingriffen in oder an der Vakuumkammer und/oder in der Forderung nach transpa renten Gehäusen sowie dem Umstand einer nur innerhalb beschränkter Druckbereiche garantierten zuverlässigen Arbeitsweise sowie nicht ausreichender Störsicherheit bei Überlastungen, z. B. kurzzeitigen steilen Überspannungen. Diese Verfahren können den Anforderungen an eine mit ein fachen prüf- und meßtechnischen Mitteln sowie geringem Zeitaufwand durchführbare Überprüfung bzw. Kontrolle des Kammerinnendrucks von Vakuumgefäßen nicht gerecht werden. The disadvantages of the methods described above be stand in the high equipment and test engineering effort or in the complicated measuring systems, combined with a time-consuming handling of the procedure as well as contr if necessary in the need to use additional cher auxiliary devices, for example gas discharge stretch, combined with structural interventions in or on the vacuum chamber and / or in the demand for transpa annuity housings as well as the circumstance of a just within limited pressure areas guaranteed reliable Working method as well as insufficient immunity to interference Overloads, e.g. B. short-term steep overvoltages. These procedures can meet the requirements of one with a technical testing and measuring means as well as low Time expenditure feasible review or control of the Internal chamber pressure of vacuum vessels.
Bekannt sind des weiteren Verfahren zur Einschätzung des Drucks, bei denen das Nichtlöschen des Durchschlag- oder Schaltlichtbogens einen nicht ausreichend kleinen Druck wert anzeigt. Dabei ist es nachteilig, daß das Schadens ereignis, der Störlichtbogen, bereits eingetreten ist und die Schadensauswirkung nicht sicher begrenzt werden kann. Eine prophylaktische Prüfung der Vakuumschaltkammern be züglich des Kammerinnendrucks ist damit nicht möglich. There are also known methods for assessing the Pressure in which failure to erase the carbon copy or Switching arc does not have a sufficiently small pressure worth indicating. It is disadvantageous that the damage event, the arc fault, has already occurred and the impact of the damage cannot be safely limited. A prophylactic test of the vacuum interrupter chambers be plus the internal pressure in the chamber is therefore not possible.
Ferner ist eine Schaltungsanordnung zur Druckbestimmung in evakuierten Gefäßen, insbesondere in Vakuumschaltern, be kannt, bei der bei anliegender Hochspannung der von der Kathode emittierte Feldemissionsstrom einer Rauschanalyse, z.B. Fourieranalyse, unterzogen wird, wobei das Verhältnis zwischen hoch- und niederfrequentem Rauschanteil ein Maß für den Kammerinnendruck ist (DD-A-257 296). Bei einem Vakuumschalter wird dabei der von der Kathode emittierte Feldemissionsstrom an einem Kondensationsschirm abgegrif fen. A circuit arrangement for determining pressure is also shown in FIG evacuated vessels, especially in vacuum switches, be knows, when the high voltage is applied from the Cathode emitted field emission current of a noise analysis, e.g. Fourier analysis, where the ratio a measure between high and low frequency noise for the internal chamber pressure is (DD-A-257 296). At a The vacuum switch is the one emitted by the cathode Field emission current tapped on a condensation screen fen.
Die Schaltungsanordnung besteht mindestens aus einem Analysenetzwerk, einem Komparatorbaustein und einer Anzei gevorrichtung. The circuit arrangement consists of at least one Analysis network, a comparator module and a display device.
Der bei anliegender Betriebsspannung von der Kathode emit tierte und entsprechend abgegriffene Feldemissionsstrom wird dem Analysenetzwerk zugeleitet, das geeignet ist, eine Frequenzanalyse des Stroms durchzuführen. Es kann aus zwei oder mehr Frequenzfiltern, z.B. L-C-Niederfrequenz filtern, bestehen. Die so erhaltenen Signale, die den Anteilen des Rauschspektrums in zwei Frequenzbände rn pro portional sind, werden dem Komparatorbaustein zugeleitet. Mit Hilfe des Komparatorbausteins, z.B. eines Differenz verstärkers, wird ein Signal gewonnen, das dem Verhältnis der Leistungen im hochfrequenten und niederfrequenten Be reich des Stromsignal-Rauschspektrums entspricht und einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird; bei entsprechender Ei chung ist dieses Leistungsverhältnis ein direktes Maß für den Druck. Nachteilig sind der hohe geräte- und prüftech nische Aufwand zur Ermittlung des Rauschspektrums sowie die Orientierung auf die Erfassung hochfrequenter Rausch anteile, welche auch durch nicht druckabhängige Prozesse hervor ge rufen werden können. Von Nachteil sind ferner die Notwendigkeit der Anbringung zusätzlicher Anschlußvorrich tungen für den Schirmabgriff sowie die Nichtanwendbarkeit bei handelsüblichen Vakuumschaltern mit eingegossenen Va kuumschaltkammern. The emit from the cathode when the operating voltage is applied and appropriately tapped field emission current is sent to the analysis network that is suitable perform a frequency analysis of the current. It can be out two or more frequency filters, e.g. L-C low frequency filter, exist. The signals thus obtained, which the Shares of the noise spectrum in two frequency bands rn pro are proportional, are fed to the comparator module. With the help of the comparator block, e.g. a difference amplifier, a signal is obtained that corresponds to the ratio of the services in high-frequency and low-frequency Be range corresponds to the current signal noise spectrum and one Display device is fed; with appropriate egg chung, this performance ratio is a direct measure of the pressure. The high level of equipment and testing technology are disadvantageous niche effort to determine the noise spectrum as well the orientation towards the detection of high frequency noise proportions, which are also due to non-pressure-dependent processes can be evoked. Another disadvantage are the Necessity of attaching additional connection devices for the screen tap and the inapplicability in the case of commercially available vacuum switches with embedded Va vacuum switching chambers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung des Innendrucks in evakuierten Gefäßen, z. B. Vakuumschaltkammern, anzugeben, die einen relativ geringen technischen Aufwand erfordern, wobei der Meßwert mt außerhalb des Vakuumgefäßes vorge sehenen Mitteln erfaßt werden soll. The invention is based on the object of a method and a device for determining the internal pressure in evacuated vessels, e.g. B. Vacuum interrupters to indicate, which require relatively little technical effort, whereby the measured value mt is provided outside the vacuum vessel seen means should be recorded.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Die abhängigen An sprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Er findungskonzeption. The problem is solved according to the claims. The dependent An claims relate to advantageous embodiments of the He finding conception.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Innen
drucks eines evakuierten Gefäßes mit mindestens zwei ge
geneinander isolierten Elektroden, insbesondere einer
Vakuumschaltkammer mit zwei Schaltkontakten, ist gekenn
zeichnet durch
- Anlegen einer elektrischen Hochspannung (U) an die als
Anode bzw. Kathode wirkenden Elektroden,
- Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Intensität der
emittierten elektromagnetischen Strahlung außerhalb des
Gefäßes,
- Ermittlung der Frequenz der zeitlichen Änderung der
Intensität der erfaßten elektromagnetischen Strahlung
und
- Ermittlung des Innendrucks des Gefäßes aufgrund der
zuvor ermittelten Abhängigkeit dieser Frequenz vom In
nendruck und ggfs. Anzeige und/oder Registrierung des
Innendrucks. The inventive method for determining the internal pressure of an evacuated vessel with at least two ge mutually insulated electrodes, in particular a vacuum switching chamber with two switching contacts, is characterized by
- application of an electrical high voltage (U) to the electrodes acting as anode or cathode,
- Detecting the temporal course of the intensity of the emitted electromagnetic radiation outside the vessel,
- Determination of the frequency of the temporal change in the intensity of the detected electromagnetic radiation
and
- Determination of the internal pressure of the vessel on the basis of the previously determined dependence of this frequency on the internal pressure and, if necessary, display and / or registration of the internal pressure.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Innen
drucks evakuierter Gefäße, die sich insbesondere zur
Durchführung des oben erläuterten Verfahrens eignet, ist
gekennzeichnet durch
- mindestens zwei gegeneinander isolierte Elektroden
- eine Hochspannungsquelle, die eine elektrische Hoch
spannung (U) erzeugt, die an die beiden als Anode bzw.
Kathode wirkenden Elektroden anlegbar ist,
- eine außerhalb des Gefäßes angeordnete und darauf ausge
richtete Sonde, welche die Intensität einer von den
Elektroden emittierten elektromagnetischen Strahlung
erfaßt,
- eine der Sonde nachgeschaltete Verarbeitungseinheit,
welche die Frequenz der zeitlichen Änderung der Inten
sität der von der Sonde erfaßten elektromagnetischen
Strahlung ermittelt und aufgrund eines vorgegebenen Zu
sammenhangs zwischen dieser Frequenz und dem Innendruck
im Gefäß den Innendruck ermittelt,
sowie
- eine Ausgabeeinheit, die den Innendruck anzeigt und/oder
aufzeichnet und/oder speichert und/oder als analoges
oder digitales elektrisches Signal ausgibt. The device according to the invention for determining the internal pressure of evacuated vessels, which is particularly suitable for carrying out the method explained above, is characterized by
- at least two mutually insulated electrodes
- A high voltage source that generates a high electrical voltage (U) that can be applied to the two electrodes acting as anode or cathode,
- A probe arranged outside the vessel and directed thereon, which detects the intensity of an electromagnetic radiation emitted by the electrodes,
- A processing unit connected downstream of the probe, which determines the frequency of the change over time in the intensity of the electromagnetic radiation detected by the probe and determines the internal pressure on the basis of a predetermined relationship between this frequency and the internal pressure in the vessel,
as
an output unit that displays and / or records and / or stores the internal pressure and / or outputs it as an analog or digital electrical signal.
Die Sonde ist insbesondere auf die als Anode geschaltete bzw. wirkende Elektrode im evakuierten Gefäß orientiert. The probe is in particular connected to the anode or active electrode oriented in the evacuated vessel.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Vakuum-Hochspan nungsschalter ist, wird in vorteilhafter Weise die am Vakuumschalter in geöffnetem Zustand anliegende Hochspan nung als Hochspannungsquelle herangezogen. If the device according to the invention is a vacuum high chip is voltage switch, is advantageously the on Vacuum switch in the open state applied high-voltage voltage used as a high voltage source.
Die emittierte Strahlung ist insbesondere eine Röntgen Strahlung, deren Frequenz von der angewandten Spannung ab hängig ist. The emitted radiation is in particular an X-ray Radiation, the frequency of which depends on the applied voltage is pending.
Die Intensität dieser Strahlung (Dosisleistung) ändert sich ständig mit einer Frequenz, die im Bereich von etwa 2 bis etwa 20 Hz liegt. Diese Frequenz ist ein Maß für den im Gefäß bzw. Prüfobjekt herrschenden Druck (Vakuum). Davon zu unterscheiden sind die nichtperiodischen Schwan kungen der Intensität, die im Bereich von Frequenzen < 1 Hz liegen. Eine entsprechende Frequenzdiskriminierung ist folglich leicht möglich. The intensity of this radiation (dose rate) changes constantly with a frequency that is in the range of about 2 up to about 20 Hz. This frequency is a measure of the The pressure prevailing in the vessel or test object (vacuum). A distinction must be made between the non-periodic swans variations in intensity that range from frequencies <1 Hz. A corresponding frequency discrimination is therefore easily possible.
Die angewandte elektrische Hochspannung kann beliebigen Signalverlauf bzw. Spannungsverlauf aufweisen; im Rahmen der Erfindung sind insbesondere Gleichspannungen als auch Wechselspannungen anwendbar. The applied electrical high voltage can be arbitrary Exhibit signal curve or voltage curve; as part of of the invention are particularly DC voltages as well AC voltages applicable.
Die Spannung sollte etwa ≧ 28 kV sein, wobei die Obergren ze durch die isolationstechnische Auslegung des Gefäßes bzw. einer zu prüfenden Vakuumschaltkammer bestimmt ist. The voltage should be about ≧ 28 kV, with the upper limit ze through the insulation design of the vessel or a vacuum interrupter to be tested.
Betriebsspannungen von 12 kV bzw. 24 kV entsprechen Prüf spannungen von 28 kV bzw. 50 kV. Operating voltages of 12 kV or 24 kV correspond to test voltages of 28 kV or 50 kV.
Es gehört also zu den Merkmalen der Erfindung, daß die Meßgröße eine elektromagnetische Strahlung ist, die be rührungslos erfaßt werden kann. Darüber hinaus setzt die Lösung die neu gewonnene Erkenntnis voraus, daß die zeit liche Veränderung der Intensität dieser erfaßten elektro magnetischen Strahlung mit einer Frequenz erfolgt bzw. überlagert ist, die in einem definierten Zusammenhang mit dem Innendruck im evakuierten Gefäß steht. Das erfindungs gemäße Verfahren nutzt also den erkannten Zusammenhang zwischen dem zu ermittelnden Innendruck und dieser Fre quenz aus. Die Sonde für die Ermittlung der elektromagne tischen Strahlung weist insbesondere eine Ionisationskam mer oder eine andere, auf Röntgenstrahlung ansprechende Einrichtung auf. It is therefore one of the features of the invention that the Measured variable is an electromagnetic radiation that be can be detected without contact. In addition, the Solution the newfound knowledge that the time Liche change in the intensity of this detected electro magnetic radiation with a frequency occurs or is superimposed on that in a defined context with the internal pressure in the evacuated vessel. The invention The appropriate method thus uses the identified relationship between the internal pressure to be determined and this Fre sequence from. The probe for the determination of the electromagnetic table radiation has in particular an ionization chamber mer or another one responsive to X-rays Establishment on.
Nachfolgend wird das Prinzip der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, das sich auf einen Vakuumschalter bezieht, näher erläutert. In der Zeichnung ist eine er findungsgemäße Vorrichtung dargestellt, mit der das Ver fahren gemäß der Erfindung durchgeführt werden kann. The principle of the invention is based on a Embodiment that focuses on a vacuum switch relates, explained in more detail. In the drawing there is one he inventive device shown with which the Ver driving according to the invention can be carried out.
In einer Vakuumschaltkammer 1 sind ein Kondensationsschirm 2, ein beweglicher Schaltkontakt 3 und ein feststehender Schaltkontakt 4 angeordnet, wobei die Schaltkontakte 3, 4 sich nicht berühren, der Schalter sich also im geöffneten Zustand befindet. Zur Bestimmung des Innendrucks in der Vakuumschaltkammer 1 wird an die Schaltkontakte 3, 4 eine definierte Spannung angelegt, wobei die Schaltkontakte 3, 4 als Anode oder Kathode wirken. Aufgrund von bekannten physikalischen Vorgängen tritt aus der Vakuumschaltkammer 1 eine elektromagnetische Strahlung aus, die ein Nutzsig nal enthält. Diese elektromagnetische Strahlung wird von einer Sonde 5 zur Analyse des darin enthaltenen Nutzsig nals aufgefangen. Die Sonde 5 besteht hier aus einer Ioni sationskammer, in der bei Spannungsbeaufschlagung durch die eintretende elektromagnetische Strahlung ein Teilchen strom entsteht, der zur Meßwertanalyse genutzt wird. Diese Sonde 5 ist auf die Vakuumschaltkammer 1, z.B. in Höhe der geöffneten Schaltkontakte 3, 4, gerichtet und in einem be stimmten Abstand zur Oberfläche der Vakuumschaltkammer 1 angeordnet. In der nachgeordneten Verarbeitungseinheit 6 wird ein dem aus einem Photonenfluß bestehenden Nutzsignal proportionales Meßsignal realisiert. In a vacuum interrupter chamber 1 are a condensation screen 2, a movable switch contact 3 and a fixed one Switching contact 4 arranged, the switching contacts 3, 4 do not touch each other, so the switch is open State. To determine the internal pressure in the Vacuum switching chamber 1 is connected to the switching contacts 3, 4 defined voltage is applied, the switching contacts 3, 4 act as an anode or cathode. Because of known physical processes emerge from the vacuum interrupter 1 emits electromagnetic radiation that is beneficial nal contains. This electromagnetic radiation is from a probe 5 for analyzing the useful material contained therein never caught. The probe 5 here consists of an ioni sation chamber, in which when voltage is applied the incoming electromagnetic radiation is a particle current is generated, which is used for measured value analysis. These Probe 5 is on the vacuum interrupter chamber 1, e.g. at the level of the open switching contacts 3, 4, directed and in a be Correct distance to the surface of the vacuum interrupter chamber 1 arranged. In the downstream processing unit 6 becomes a useful signal consisting of a flow of photons proportional measuring signal realized.
Die Verarbeitungseinheit 6 ermittelt die Frequenz der zeitlichen Änderung der Intensität der von der Sonde 5 erfaßten elektromagnetischen Strahlung und ermittelt auf grund des vorgegebenen Zusammenhangs zwischen dieser Frequenz und dem Innendruck im Gefäß 1 den Innendruck. The processing unit 6 determines the frequency of the temporal change of the intensity of the probe 5 detected electromagnetic radiation and determined on due to the given relationship between these Frequency and the internal pressure in the vessel 1 is the internal pressure.
In einer e inf achen Ausführungsform kann die Verarbei tungseinheit 6 das Meßsignal der Sonde 5 erfassen, das dann mit einem Aufzeichnungsgerät, beispielsweise einem y-t-Recorder oder einem Transient enspeicher mit einem nachgeordneten y-t-Recorder, über der Zeit registriert und zur Frequenzauswertung genutzt wird. Die Korrelation zwi schen Frequenz und Innendruck kann auch aufgrund derarti ger Registrierungen erfolgen. In a simple embodiment, the processing can processing unit 6 detect the measurement signal of the probe 5, the then with a recording device, for example a y-t recorder or a transient memory with a downstream y-t recorder, registered over time and is used for frequency evaluation. The correlation between The frequency and internal pressure can also be due to such ger registrations.
Die Ausgabeeinheit 7 ist so ausgebildet, daß sie den In nendruck und/oder die zeitliche Änderung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung aufgrund eines entspre chenden Signals von der Verarbeitungseinheit 6 anzeigt und/oder auf zeichnet und/oder speichert und/oder ein ent sprechendes analoges oder digitales Signal ausgibt. The output unit 7 is designed so that they the In pressure and / or the change in intensity over time the electromagnetic radiation due to a corre corresponding signal from the processing unit 6 indicates and / or records and / or stores and / or an ent outputs speaking analog or digital signal.
Die Ermittlung des Innendrucks der Vakuumschaltkammer 1 basiert darauf, daß gefunden worden ist, daß die Frequenz des zwischen Anode und Kathode bei Anlegen einer Spannung fließenden Ladungsträgerstroms eine Funktion des Innen drucks ist und die elektromagnetische Strahlung als Träger des Nutzsignals durch den als eine Funktion der Zeit sich darstellenden Ladungsträgerstrom hervorgerufen wird. The determination of the internal pressure of the vacuum interrupter chamber 1 is based on having found that the frequency between anode and cathode when a voltage is applied flowing charge carrier stream is a function of the inside pressure is and the electromagnetic radiation as a carrier of the useful signal through the as a function of time representing charge carrier current is caused.
Die Moleküle des beim Evakuieren der Vakuumschaltkammer 1 verbleibenden und vorwiegend aus Wasserstoff (H₂) be stehenden Restgases adsorbieren an der Oberfläche der aus Metall bestehenden Elektroden (3, 4), d.h. den Oberflächen der Schaltkontakte, wobei sich ein dynamisches Gleichge wicht zwischen Adsorption und Desorption einstellt. Das zeitabhängige Verhalten des Ladungsträgerstroms und damit der elektromagnetischen Strahlung wird hervorgerufen durch den dynamischen Prozeß der Adsorption und Desorption der Restgasmoleküle in der Vakuumschaltkammer (1). Dabei ruft ein höherer Innendruck in der Vakuumschaltkammer mit einem höheren Restgasanteil eine höhere Adsorptions- bzw. De sorptionsrate, d.h. einen schnelleren Wechsel zwischen Adsorption und Desorption, und damit eine höhere Frequenz der Änderung der Intensität der elektromagnetischen Strah lung hervor. The molecules of the vacuum interrupter chamber 1 remaining and predominantly of hydrogen (H₂) be standing residual gas adsorb on the surface of the Metal electrodes (3, 4), i.e. the surfaces the switching contacts, whereby a dynamic equation adjusts the weight between adsorption and desorption. The time-dependent behavior of the charge carrier flow and thus the electromagnetic radiation is caused by the dynamic process of adsorption and desorption of the Residual gas molecules in the vacuum interrupter (1). It calls a higher internal pressure in the vacuum interrupter chamber with a higher residual gas content a higher adsorption or de sorption rate, i.e. a faster change between Adsorption and desorption, and therefore a higher frequency the change in the intensity of the electromagnetic beam development.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Innen drucks von Gefäßen, insbesondere von Vakuumschaltkammern, kann auch bei anderer Elektrodenkonfiguration bzw. Poten tialbelegung als der zuvor beschriebenen angewandt werden. The device according to the invention for determining the inside pressure of vessels, especially of vacuum interrupter chambers, can also be used with other electrode configurations or pots tial assignment than the one previously described can be applied.
So ist es zum Beispiel möglich, den einen Schaltkontakt zu erden und den anderen Schaltkontakt auf Hochspannungspo tential zu legen; ferner ist es möglich, bei geschlossenen Schaltkontakten beide als eine Elektrode zu verwenden und die Spannungsdifferenz zwischen Elektroden und Kondensa tionsschirm anzulegen. Ferner gehört es natürlich noch zum Umfang der Erfindung, in Vakuumgefäßen, z.B. für chemische Zwecke, Elektroden lediglich für die Zwecke der kon tinuierlichen oder diskontinuierlichen Innendruckmessung vorzusehen. Je nachdem, welche Elektrode als Anode betrie ben wird, sind Aufstellungshöhe, Neigung und/oder Abstand der Sonde zum Vakuumgefäß neu zu bestimmen. For example, it is possible to close one switching contact earth and the other switch contact on high voltage point to lay potential; it is also possible when closed Switching contacts to use both as an electrode and the voltage difference between electrodes and condensate application screen. Of course, it is also part of the Scope of the invention, in vacuum vessels, e.g. for chemical Purposes, electrodes only for the purposes of con continuous or discontinuous internal pressure measurement to be provided. Depending on which electrode is operating as the anode are the altitude, inclination and / or distance redetermine the probe to the vacuum vessel.
Claims (5)
gekennzeichnet durch
- Anlegen einer elektrischen Hochspannung (U) an die als Anode bzw. Kathode wirkenden Elektroden (3, 4),
- Erfassen des zeitlichen Verlaufs der Intensität der emit tierten elektromagnetischen Strahlung außerhalb des Gefäßes (1 ),
- Ermittlung der Frequenz der zeitlichen Änderung der Inten sität der erfaßten elektromagnetischen Strahlung
und
- Ermittlung des Innendrucks des Gefäßes (1) aufgrund der zuvor ermittelten Abhängigkeit dieser Frequenz vom Innen druck und ggfs. Anzeige und/oder Registrierung des Innen drucks. 1. A method for determining the internal pressure of an evacuated vessel (1) with at least two mutually insulated electrodes (3, 4), in particular a vacuum switching chamber with two switching contacts,
marked by
- applying an electrical high voltage (U) to the electrodes (3, 4) acting as anode or cathode,
- Detecting the time course of the intensity of the emitted electromagnetic radiation outside the vessel (1),
- Determination of the frequency of the temporal change in the intensity of the detected electromagnetic radiation
and
- Determination of the internal pressure of the vessel (1) based on the previously determined dependence of this frequency on the internal pressure and, if necessary, display and / or registration of the internal pressure.
gekennzeichnet durch
- mindestens zwei gegeneinander isolierte Elektroden (3, 4),
- eine Hochspannungsquelle, die eine elektrische Hochspannung (U) erzeugt, die an die beiden als Anode bzw. Kathode wirkenden Elektroden (3, 4) anlegbar ist,
- eine außerhalb des Gefäßes (1) angeordnete und darauf ausge richtete Sonde (5), welche die Intensität einer von den Elektroden (3, 4) emittierten elektromagnetischen Strahlung erfaßt,
- eine der Sonde (5) nachgeschaltete Verarbeitungseinheit (6), welche die Frequenz der zeitlichen Änderung der Intensität der von der Sonde (5) erfaßten elektromagnetischen Strahlung ermittelt und aufgrund eines vorgegebenen Zusammenhangs zwi schen dieser Frequenz und dem Innendruck im Gefäß (1) den Innendruck ermittelt,
sowie
- eine Ausgabeeinheit (7), die den Innendruck anzeigt und/oder aufzeichnet und/oder speichert und/oder als analoges oder digitales elektrisches Signal ausgibt. 3. Device for determining the internal pressure of an evacuated vessel (1), in particular for performing the method according to claim 1 or 2,
marked by
- at least two mutually insulated electrodes (3, 4),
- A high voltage source which generates an electrical high voltage (U) which can be applied to the two electrodes (3, 4) acting as anode or cathode,
- A probe (5) arranged outside the vessel (1) and directed thereon, which detects the intensity of an electromagnetic radiation emitted by the electrodes (3, 4),
- A processing unit (6) connected downstream of the probe (5), which determines the frequency of the change over time in the intensity of the electromagnetic radiation detected by the probe (5) and based on a predetermined relationship between this frequency and the internal pressure in the vessel (1) Internal pressure determined,
as
- An output unit (7) which displays and / or records and / or stores the internal pressure and / or outputs it as an analog or digital electrical signal.
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| DD320963 | 1988-10-21 |
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| EP0365005A2 EP0365005A2 (en) | 1990-04-25 |
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| EP19890119418 Withdrawn EP0365005A3 (en) | 1988-10-21 | 1989-10-19 | Process and device to determine the internal pressure of a container |
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