JP3664002B2

JP3664002B2 - Gas pressure measuring method and apparatus

Info

Publication number: JP3664002B2
Application number: JP31319799A
Authority: JP
Inventors: 康弘三浦; 文崇大田
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JP2001133344A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、例えば、ガス封入リレースイッチのようなガス封入機器内のガス圧力を計測することができるガス圧力計測方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一対の電極間に高電圧を印加して放電を発生させ、この発生した放電の放電電圧に基づいて、ガス圧力の異常の検知、ガス圧力の計測、あるいは絶縁診断をする装置がある（例えば、特開昭５５−１６０８３２号公報、特開平３−３７５３８号公報、特開平７−１５１８１２号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来装置は、電極間隔が一定であることが前提条件であったため、多量生産される電極を持った機器（例えば、ガス封入開閉器）のガス圧力を計測する場合、電極の加工精度、組立て精度によって生じる電極間隔のバラツキの影響により、ガス圧力の計測精度が悪くなる問題点があり、殊の外、電極間隔が変動するガス封入リレースイッチのようなガス封入開閉器の封入ガス圧力を精度良く計測することは困難である。
【０００４】
また、上述例のガス封入開閉器のガス圧力は、設定したガス圧力範囲より以下では初期の目的を達することがてぎず、また、設定圧力範囲を越えると、開閉器の部品およびその構造の耐久性が低下する問題点を有するので、工場出荷時の検査にあっては、設定圧力範囲に封入ガス圧力があるか否か、高精度でのガス圧力の計測が要求される。
【０００５】
この発明は、電極間隔にバラツキがあるガス封入機器、あるいは電極間隔が変動するガス封入機器に対して、封入ガス圧力を高精度で計測することができることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、一対の電極間に高電圧を印加し放電を発生させて放電電圧を取得し、この放電電圧に基づいてガス圧力を算定するガス圧力計測であって、前記電極間の静電容量を取得し、この静電容量から電極間隔を算定して、前記放電電圧と電極間隔からガス圧力を算定する。
【０００７】
上述のように、電極間隔を算定して、この電極間隔と放電電圧とからガス圧力を算定することにより、ガス封入機器内の電極間にバラツキがあっても、また、電極間隔が変動しても、電極間隔を配慮して計測しているので、その電極間の実態で計測が誤ることなく、高精度のガス圧力を算定することができる。
また、電極間隔は、該電極間の静電容量を取得することにより、該静電容量から容易に算定ができる。
【０００８】
上述の電極間隔の算定は、予め求めた算定式に代入して算定することができる。また、静電容量のそれぞれの階層ごとに予め求めた電極間隔テーブルを利用するもよい。
【０００９】
さらに、前述した放電電圧と電極間隔によるガス圧力の算定も、予め求めた算定式に代入して算定することができる。また、放電電圧のそれぞれの階層ごとに予め求めたガス圧力テーブルを利用するもよい。
【００１０】
この発明の好ましい一実施態様は、前記電極間に印加する高電圧を上昇する直流高電圧となして放電開始電圧を取得、または、放電発生後は一定直流高電圧を印加し放電を維持して放電維持電圧を取得、またはこれら両方の電圧を取得して、取得した放電開始電圧と電極間隔から、または、放電維持電圧と電極間隔から、または放電開始電圧および放電維持電圧と電極間隔からガス圧力を算定する。
【００１１】
すなわち、放電開始電圧、放電維持電圧のいずれか１つと電極間隔とでガス圧力を算定することができ、例えば、上昇する高電圧を印加し放電を発生させ放電開始電圧を取得し、その放電開始電圧と電極間隔からガス圧力を算定する方法としても、また、一定の直流高電圧を印加して放電を維持して放電維持電圧を取得し、その放電維持電圧と電極間隔からガス圧力を算定するようにしても良い。
【００１２】
上述した上昇する直流高電圧は、一定上昇でも、多段ステップ状でも、任意の上昇波形でも良い。例えば、放電開始電圧が比較的高いと予測できる場合は、その電圧値以下まで急激に電圧を上昇させ、次いで緩やかに上昇する電圧を印加しても良い。
【００１３】
前述の一定の直流高電圧は、放電維持電圧より高ければ、放電開始電圧りより高くても、低くてもよい。また、所定の電圧値として定める必要はなく、ガス封入機器の封入ガス圧力によって変動してもよい。また、印加する直流高電圧は、正極性、負極性、および正負両極性のいずれでもよい。
【００１４】
前述した放電開始電圧、放電維持電圧および電極間隔によるガス圧力の算定は、予め求めた算定式に代入して算定することができる。また、算定式は、放電開始電圧、放電維持電圧および電極間隔による値から直接算定する方式としても、また、放電開始電圧、放電維持電圧から基準電極間隔での圧力を算定し、計測した電極間隔でのガス圧力に補正する方式としてもよい。また、算定式によらずとも、放電開始電圧、放電維持電圧、電極間隔のそれぞれの階層ごとに予め求めたガス圧力のテーブルを利用する方式としても良い。
【００１５】
また、放電開始電圧、放電維持電圧、電極間隔を計測する順序はいずれからでも良い。
【００１６】
さらに、電極に対する直流電圧の印加・停止を繰返して、少なくとも２回以上繰返し放電を実行し、その２回目以降の放電開始電圧の値、またはそれらの平均値、もしくは２回目以降の放電維持電圧の値、またはそれらの平均値を、放電開始電圧および放電維持電圧の値とすることができる。この場合、１回目の放電による電極表面のコンディショニング効果によって電極表面の汚れの影響が低減され、また、電極表面温度の安定化や電極間の放電路の形成によって安定した放電が発生し、この安定した放電電圧データでガス圧力を計測することにより、計測精度がより向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を以下図面と共に説明する。
図面は、ガス封入機器の例としてのガス封入リレースイッチにおけるガス圧力計測方法およびその装置を示し、図１において、上述のガス封入リレースイッチ１０は、天井付き底部開放の形状に形成したセラミックケース１１の天井部に２個の固定端子１２，１２を固定し、この固定端子１２，１２の付け根部にはコバール丸リング１３，１３を装着し、これら固定端子１２，１２およびコバール丸リング１３，１３はろう付けによって気密状に接合固定している。そして固定端子１２，１２の内端は固定接点１４，１４を形成している。
【００１８】
上述のセラミックケース１１内側の固定接点１４，１４には可動接点１５が対向して、リレースイッチの開閉接点を形成すると共に、一方の固定接点１４と可動接点１５とを、ガス圧力計測装置の１対の電極として利用する。
【００１９】
上述の可動接点１５は、作動軸１６の上端に挿通されて、上下方向に移動可能であり、上端のＥリング１７により抜け止めされると共に、下部に固定された平座金１８とスプリング１９によりＥリング１７側に押圧付勢されている。
【００２０】
上述の作動軸１６の下部側は、封止板２０の貫通孔２１を挿通して下部に延出しており、該延出部には径大にした摺動部２２を形成し、この摺動部２２には封止リング２３が挿嵌され、この封止リング２３で摺動部２２がガイドされて摺動部２２が上下方向に摺動する。
【００２１】
前述の封止板２０は、セラミックケース１１の下部開口縁に、コバール角リング２４を介してろう付けまたはレーザ溶接によって気密状に接合固定され、また、封止リング２３も封止板２０に対してろう付けまたはレーザ溶接によって気密状に接合固定されている。
【００２２】
前述の作動軸１６の摺動部２２および封止リング２３の外周部にはコイル２５が嵌着されており、このコイル２５で発生する起電力により作動軸１６の摺動部２２が摺動して、固定接点１４，１４と可動接点１５とを閉成、開離する。また、コイル２５の外周部にはヨークの役目を兼ねたカバー２６を嵌着し、これを封止板２０に対してろう付けまたはレーザ溶接によって接合固定されている。
【００２３】
上述のようにして形成されるガス封入リレースイッチ１０は、セラミックケース１１、固定端子１４、コバール丸リング１３、コバール角リング２４、封止板２０、封止リング２３によって気密室２７が形成され、この気密室２７に水素ガスと窒素ガスの混合ガスを、圧力０．２ＭＰａで、＋０．０５ＭＰａ〜−０．０ＭＰａの範囲で封入している。
【００２４】
この封入ガスのガス圧力を計測するめために電極を必要とするが、この電極は専用の電極を形成することなく、一方の固定接点１４と可動接点１５とを１対の電極として利用する。
【００２５】
また、上述のようにして形成されるガス封入リレースイッチ１０は、可動接点１５の孔径と作動軸１６の軸径との差により、可動接点１５に位置ずれや傾きが生じる構造であり、このため、固定接点１４と可動接点１５とによる電極の電極間隔ＣＧに変動が生じる。
【００２６】
また、固定接点１４側の取り付け構造、および可動接点１５側の取り付け構造を構成する各部品の加工精度、組立て精度によって、製品ごとに前述の電極間隔ＣＧが変化する。
そのため、これらの電極間隔ＣＧが異なると、これらの電極間で放電を発生させたとき、放電電圧がそれぞれ異なることになり、放電電圧のみのデータでガス圧力を測定しても正確な測定は不可能となる。
【００２７】
この発明の一実施形態として図１に示すガス圧力計測装置３０は、上述の電極間隔ＣＧを計測するための静電容量計測装置３１と、電極の放電電圧Ｖを計測するための直流高圧電源３２および高圧プローブ３３と、これらを計測制御しガス圧力を算定する計測制御パソコン（パーソナルコンピュータで構成）３４を備えている。
【００２８】
静電容量計測装置３１は、固定接点１４と可動接点１５とで構成する電極間の静電容量を計測し、この計測値から計測制御パソコン３４で電極間隔を算定する。
【００２９】
上述の静電容量計測装置３１は、例えば、ＬＣＲメータで構成し、４端子対構造テストリード３５をガス封入リレースイッチ１０の固定端子１４側とカバー２６側とに接続して固定接点１４と可動接点１５とで形成した電極間の静電容量を計測して取得する。計測条件は、並列等価回路（Ｃｐ−Ｄ）、周波数１ＭＨｚ、印加電圧５Ｖとなし、浮遊容量の影響を極力なくするために４端子対測定法としないしている。
【００３０】
上述の静電容量の計測値は計測制御パソコン３４に入力されて取得され、その取得値を電極間隔の算定式（式１）に代入することにより、電極間隔ＣＧが算定される。
【００３１】
電極間隔［ｍｍ］＝ａ×静電容量＾^ｂ［ｐＦ］……………（式１）
この式１は、予め求めた静電容量と固定接点１４、可動接点１５の間隔の関係を数式化したもので、ａ，ｂは定数である。
【００３２】
図２は、静電容量と電極間隔との近似曲線を示している。該図２においてプロットは、電極間隔ＣＧ、固定接点１４の寸法、表面粗さ、および可動接点１５の寸法、表面粗さ、位置ずれ、傾き、さらにガス圧力を変化させて静電容量を取得した結果を示しており、この結果を数式化して式１としている。
【００３３】
図１において、電極の放電電圧Ｖを計測するための直流高圧電源３２は計測制御パソコン３４で制御され、任意の直流高電圧波形を電流制限抵抗器３６、保護抵抗器３７、ガス封入リレースイッチ１０に印加する。
【００３４】
なお、印加する直流電圧を、この例では、最大２０ｋＶ，５ｍＡとしている。また、ガス封入リレースイッチ１０に対する接続を、一方の固定端子１４側とカバー２６側とに接続して固定接点１４と可動接点１５で形成した電極間の放電電圧Ｖを計測して取得する。
【００３５】
ガス封入リレースイッチ１０に印加された高電圧波形は高圧プローブ３３で分圧されて計測制御パソコン３４で放電電圧波形として計測される。アース３８は高電圧回路のグランド、および感電事故防止として設けている。
【００３６】
さらに詳しくは、一対の電極である固定接点１４と可動接点１５との間に、固定接点１４を正極、可動接点１５をグランドとして、直流高圧電源３２から一定上昇する直流高電圧を印加し放電を発生させ、その放電電圧を高圧プローブ３３で分圧し、放電電圧波形として計測制御パソコン３４が取得する。
【００３７】
図３に示すように、上述の放電電圧波形の立ち下がりを検出して放電の発生を検知し、この波高値を放電開始電圧Ｖｓとする。
放電の発生後には、印加する直流高電圧を一定電圧として放電を維持させて、放電維持電圧波形を取得し、その平均値を放電維持電圧Ｖｋとする。
直流高電圧の印加開始から一定時間経過後、電圧の印加を停止する。一定の直流高電圧値は放電開始電圧に一定値を加えた電圧値とした。
【００３８】
ガス封入リレースイッチ１０のガス圧力Ｐを算定するには、上述した放電開始電圧Ｖｓと、放電維持電圧Ｖｋと、電圧間隔ＣＧとを、予め求めた算定式（式２）に代入することにより行なえる。
【００３９】

ｃ，ｄ，ｅ，ｆはそれぞれ定数である。
【００４０】
上述の式２で算定されるガス圧力Ｐと、放電開始電圧Ｖｓ、放電維持電圧Ｖｋとの関係を図４に示す。該図４においてプロットは、電極間隔ＣＧ、固定接点１４の寸法、表面粗さ、および可動接点１５の寸法、表面粗さ、位置ずれ、傾き、さらにガス圧力を変化させて、放電開始電圧Ｖｓ、放電維持電圧Ｖｋを取得した結果を示しており、この結果を数式化して式２としている。また、図４の直線は、電極間ＣＧが中心値である場合のガス圧力と放電開始電圧Ｖｓ、放電維持電圧Ｖｋの関係を示している。
【００４１】
このように構成されたガス圧力計測装置３０により、ガス封入リレースイッチ１０に封入されたガスのガス圧力Ｐの計測を、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００４２】
先ず、計測の対象であるガス封入リレースイッチ１０を静電容量計測装置３１に接続して、電極を構成する固定接点１４と可動接点１５との間の静電容量Ｃｐを取得する（ステップｎ１）。
【００４３】
計測制御パソコン３４の処理で取得した静電容量Ｃｐを算定式（式１）に代入して、電極間隔ＣＧを算定し取得する（ステップｎ２）。
【００４４】
次ぎに、電極間隔ＣＧの取得が完了したガス封入リレースイッチ１０を、静電容量計測装置３１から外し、次ぎに放電電圧を取得するために直流高圧電源３２に接続して、電極を構成する固定接点１４と可動接点１５との間に、上昇する直流高電圧を印加して放電を発生させる。
【００４５】
このように電圧を印加すると、図６に示すようにパッシェンの法則により、
ガス圧力Ｐ×電極間隔ＣＧに対応した放電開始電圧Ｖｓで放電が発生する。
【００４６】
計測制御パソコン３４は高圧プローブ３３から入力される放電電圧波形からその立ち下がりを検出して、放電開始電圧Ｖｓの値を取得する（ステップｎ３）。
【００４７】
放電の発生後は、電極に対して一定の直流高電圧を印加して放電が維持するように、計測制御パソコン３４は直流高電圧電源３２を制御し、高圧プローブ３３から入力される放電電圧波形から放電維持電圧Ｖｋの値を取得する（ステップｎ４）。その後、直流高電圧の印加を停止する。計測制御パソコン３４には、電極間隔ＣＧ、放電開始電圧Ｖｓ、放電維持電圧Ｖｋの値が取得されているので、次ぎにこれらの値でガス圧力Ｐを算定する。
この例では、基準電極間隔を設定して、この基準電極間隔と、放電開始電圧Ｖｓ、放電維持電圧Ｖｋで、基準となるガス圧力Ｐｔｍｐを算定式（式２）の一部
Ｐｔｍｐ＝ｃ×Ｖｓ＋ｄ×Ｖｋ＋ｆ
に代入して算定する（ステップｎ５）。
【００４８】
次ぎに、取得した実際の電極間隔ＣＧで補正したガス圧力Ｐを
Ｐ＝Ｐｔｍｐ＋ｅ×ＣＧ
の式で算定する（ステップｎ６）。
【００４９】
このようにして計測したガス圧力Ｐの計測精度と、電極間隔ＣＧのバラツキ、および電極間隔補正の有無との関係を図７に示す。
この図７で明らかなように、電極間隔ＣＧで補正をしない場合、ガス圧力Ｐの算定式（式２）は、電極間隔ＣＧにその中心値を代入した式となる。このため電極間隔ＣＧが中心値から外れるほどガス圧力Ｐの計測誤差が増大する。
一方、計測対象の電極間隔ＣＧを取得して、その計測値により補正項をガス圧力Ｐの算定式に加えたときは、ガス圧力Ｐの計測精度が向上し、電極間隔が変動する場合でも、精度良くガス圧力Ｐを計測することができる。
【００５０】
上述した計測例では、先にステップｎ１，ｎ２で電極間隔ＣＧを取得してから、ステップｎ３，ｎ４で放電電圧Ｖｓ，Ｖｋを取得しているが、これらの取得は逆であるもよい。
【００５１】
また、上述の計測例では、直流高電圧の印加を１回の場合として説明しているが、他の計測例としては、電極に対して直流高電圧の印加、停止を少なくとも２回以上繰返して放電させ、２回目以降の放電開始電圧Ｖｓの平均値、および放電維持電圧Ｖｋの平均値を取得してこれを算定式（式２）に代入してガス圧力Ｐを計測することができる。
【００５２】
図８は、５回繰返し放電を発生させて取得した放電開始電圧と、繰返し放電回数の関係を示す。１回目の放電開始電圧Ｖｓは、無放電状態からの放電であること、および、組調による電極表面の汚れの影響があることにより、取得値のバラツキが大きく出る。
【００５３】
しかし、２回目以降の放電は一定間隔の繰返し放電であるため、電極表面の安定化や電極間放電路の形成が起こり、また、１回目の放電による電極表面のコンディショニング効果によって、電極の表面の汚れの影響が低減されるため、放電開始電圧のバラツキが小さくなり安定する。そのため、２回目以降のいずれかの回数目の値、または、これらの平均値を放電開始電圧Ｖｓとして使用するとガス圧力Ｐの計測精度がより向上する。
【００５４】
さらに、放電維持電圧Ｖｋにおいても、上述の放電開始電圧Ｖｓの場合と同様に、２回目以降の取得値が安定しているため、２回目以降の放電維持電圧を取得値とするも、また、これらの平均値を取得値とするもよい。しかし、その効果は、放電開始電圧Ｖｓの場合に比べて小さいため、平均値は１回目を含めた平均値であるもよい。
【００５５】
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明の電極は、実施例の固定接点１４、可動接点１５に対応し、
以下同様に、
高電圧印加手段は、直流高圧電源３２に対応し、
放電電圧取得手段は、高圧プローブ３３に対応し、
静電容量取得手段は、静電容量計測装置３１に対応し、
算定手段は、計測制御パソコン３４に対応するも、
この発明は上述の実施例の構成のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想に沿って応用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
この発明によれば、ガスを封入した機器の電極間の間隔が、加工精度、組立て精度によってバラツキがあっても、また、開閉器のように間隔が変動する電極であっても、ガス封入機器の個々の電極間隔に対応させてガス圧力を測定することができ、封入ガス圧力を高精度で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス圧力計測装置の概略構成図。
【図２】静電容量と電極間隔との関係を示す図。
【図３】放電電圧の計測波形の例を示す図。
【図４】放電電圧とガス圧力との関係を示す図。
【図５】ガス圧力測定処理のフローチャート。
【図６】パッシェンの法則を示す図。
【図７】電極間隔バラツキとガス圧力計測精度との関係を示す図。
【図８】繰返し放電回数と放電開始電圧との関係を示す図。
【符号の説明】
１０…ガス封入リレースイッチ
１４…固定接点
１５…可動接点
３０…ガス圧力計測装置
３１…静電容量計測装置
３２…直流高圧電源
３３…高圧プローブ
３４…計測制御パソコン[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a gas pressure measuring method and apparatus capable of measuring a gas pressure in a gas filled device such as a gas filled relay switch.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a device that generates a discharge by applying a high voltage between a pair of electrodes, and detects a gas pressure abnormality, measures a gas pressure, or performs an insulation diagnosis based on the discharge voltage of the generated discharge ( For example, JP-A-55-160832, JP-A-3-37538, JP-A-7-151812.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since these conventional devices are preconditions that the electrode interval is constant, when measuring the gas pressure of a device (for example, a gas-filled switch) having a mass-produced electrode, There is a problem that the measurement accuracy of the gas pressure is deteriorated due to the influence of the variation in the electrode interval caused by the assembly accuracy. In particular, the gas pressure of the gas enclosure switch such as the gas-enclosed relay switch in which the electrode interval fluctuates is reduced. It is difficult to measure with high accuracy.
[0004]
In addition, the gas pressure of the gas-filled switch of the above example cannot reach the initial purpose below the set gas pressure range, and if the set pressure range is exceeded, the durability of the components of the switch and its structure will be exceeded. Therefore, in the inspection at the time of shipment from the factory, it is required to measure the gas pressure with high accuracy as to whether or not the enclosed gas pressure is within the set pressure range.
[0005]
An object of the present invention is to be able to measure the sealed gas pressure with high accuracy for a gas-filled device with variations in electrode spacing or a gas-filled device with varying electrode spacing.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a gas pressure measurement in which a high voltage is applied between a pair of electrodes to generate a discharge to obtain a discharge voltage, and a gas pressure is calculated based on the discharge voltage, and a capacitance between the electrodes The electrode interval is calculated from this capacitance, and the gas pressure is calculated from the discharge voltage and the electrode interval.
[0007]
As described above, by calculating the electrode interval and calculating the gas pressure from the electrode interval and the discharge voltage, even if there is a variation between the electrodes in the gas-filled device, the electrode interval varies. However, since the measurement is performed in consideration of the distance between the electrodes, the gas pressure can be calculated with high accuracy without erroneous measurement due to the actual condition between the electrodes.
Further, the electrode interval can be easily calculated from the capacitance by obtaining the capacitance between the electrodes.
[0008]
The above-described calculation of the electrode interval can be calculated by substituting into a previously calculated calculation formula. Alternatively, an electrode interval table obtained in advance for each level of capacitance may be used.
[0009]
Furthermore, the calculation of the gas pressure based on the discharge voltage and the electrode spacing described above can also be calculated by substituting it into a previously calculated calculation formula. Further, a gas pressure table obtained in advance for each level of the discharge voltage may be used.
[0010]
In a preferred embodiment of the present invention, the high voltage applied between the electrodes is changed to a high DC voltage to obtain a discharge start voltage, or after a discharge occurs, a constant high DC voltage is applied to maintain the discharge. Obtain the discharge sustain voltage, or obtain both of these voltages, and obtain the gas pressure from the obtained discharge start voltage and electrode interval, from the discharge sustain voltage and electrode interval, or from the discharge start voltage and discharge sustain voltage and electrode interval Is calculated.
[0011]
That is, the gas pressure can be calculated from any one of the discharge start voltage and the discharge sustain voltage and the electrode interval. For example, a high voltage that rises is applied to generate a discharge to obtain the discharge start voltage, and then start the discharge. As a method of calculating the gas pressure from the voltage and the electrode interval, a constant DC high voltage is applied to maintain the discharge to obtain the discharge sustain voltage, and the gas pressure is calculated from the discharge sustain voltage and the electrode interval. You may do it.
[0012]
The above-described rising DC high voltage may be constant, multi-step, or an arbitrary rising waveform. For example, when the discharge start voltage can be predicted to be relatively high, the voltage may be rapidly increased to a voltage value or less and then a gradually increasing voltage may be applied.
[0013]
The constant DC high voltage described above may be higher or lower than the discharge start voltage as long as it is higher than the discharge sustaining voltage. Moreover, it is not necessary to determine as a predetermined voltage value, and it may vary depending on the gas pressure of the gas-filled device. Moreover, the DC high voltage to be applied may be any of positive polarity, negative polarity, and both positive and negative polarities.
[0014]
The above-described calculation of the gas pressure based on the discharge start voltage, the discharge sustaining voltage, and the electrode spacing can be calculated by substituting into a previously calculated calculation formula. The calculation formula can be calculated directly from the value based on the discharge start voltage, the discharge sustain voltage and the electrode interval, or the pressure at the reference electrode interval is calculated from the discharge start voltage and the discharge sustain voltage, and the measured electrode interval is calculated. It is good also as a system which correct | amends to the gas pressure in. Further, a method of using a gas pressure table obtained in advance for each level of the discharge start voltage, the discharge sustain voltage, and the electrode interval may be used without using the calculation formula.
[0015]
Moreover, the order of measuring the discharge start voltage, the discharge sustain voltage, and the electrode interval may be any order.
[0016]
Further, by repeatedly applying / stopping the DC voltage to the electrode, the discharge is repeated at least twice, and the value of the discharge start voltage after the second time or the average value thereof, or the discharge sustain voltage after the second time The value, or an average value thereof, can be used as the value of the discharge start voltage and the discharge sustain voltage. In this case, the effect of electrode surface contamination due to the first discharge conditioning effect is reduced, and stable discharge occurs due to stabilization of the electrode surface temperature and formation of a discharge path between the electrodes. Measurement accuracy is further improved by measuring the gas pressure with the discharge voltage data.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawing shows a gas pressure measuring method and apparatus in a gas-filled relay switch as an example of a gas-filled device. In FIG. 1, the above-described gas-filled relay switch 10 is a ceramic case 11 formed in a shape with an open bottom with a ceiling. Two

fixed terminals

12 and 12 are fixed to the ceiling portion of this, and Kovar

round rings

13 and 13 are attached to the base portions of the

fixed terminals

12 and 12, and these

fixed terminals

12 and 12 and Kovar

round rings

13 and 13 are attached. They are joined and fixed in an airtight manner by brazing. The inner ends of the

fixed terminals

12 and 12 form

fixed contacts

14 and 14.
[0018]
The movable contact 15 is opposed to the

fixed contacts

14 and 14 inside the ceramic case 11 to form an open / close contact of the relay switch, and one fixed contact 14 and the movable contact 15 are connected to one of the gas pressure measuring devices. Used as a pair of electrodes.
[0019]
The above-mentioned movable contact 15 is inserted into the upper end of the operating shaft 16 and is movable in the vertical direction. The movable contact 15 is prevented from being removed by the E-ring 17 at the upper end, and is fixed by a flat washer 18 and spring 19 fixed at the lower portion. It is pressed and urged toward the ring 17 side.
[0020]
The lower side of the operating shaft 16 is inserted through the through hole 21 of the sealing plate 20 and extends to the lower part, and a sliding part 22 having a large diameter is formed in the extending part. A sealing ring 23 is inserted into the portion 22, and the sliding portion 22 is guided by the sealing ring 23, and the sliding portion 22 slides up and down.
[0021]
The aforementioned sealing plate 20 is joined and fixed to the lower opening edge of the ceramic case 11 in an airtight manner by brazing or laser welding via a Kovar square ring 24, and the sealing ring 23 is also fixed to the sealing plate 20. It is fixed in an airtight manner by brazing or laser welding.
[0022]
A coil 25 is fitted around the sliding portion 22 of the operating shaft 16 and the outer peripheral portion of the sealing ring 23, and the sliding portion 22 of the operating shaft 16 slides due to the electromotive force generated by the coil 25. Thus, the fixed

contacts

14 and 14 and the movable contact 15 are closed and separated. Further, a cover 26 that also serves as a yoke is fitted on the outer peripheral portion of the coil 25, and this is joined and fixed to the sealing plate 20 by brazing or laser welding.
[0023]
In the gas filled relay switch 10 formed as described above, an airtight chamber 27 is formed by the ceramic case 11, the fixed terminal 14, the Kovar round ring 13, the Kovar square ring 24, the sealing plate 20, and the sealing ring 23. A gas mixture of hydrogen gas and nitrogen gas is sealed in the hermetic chamber 27 at a pressure of 0.2 MPa in a range of +0.05 MPa to −0.0 MPa.
[0024]
An electrode is required to measure the gas pressure of the sealed gas, but this electrode uses one fixed contact 14 and the movable contact 15 as a pair of electrodes without forming a dedicated electrode.
[0025]
Further, the gas-filled relay switch 10 formed as described above has a structure in which the movable contact 15 is displaced or inclined due to the difference between the hole diameter of the movable contact 15 and the shaft diameter of the operating shaft 16. The electrode spacing CG between the fixed contact 14 and the movable contact 15 varies.
[0026]
Further, the above-described electrode interval CG changes for each product depending on the processing accuracy and assembly accuracy of each component constituting the mounting structure on the fixed contact 14 side and the mounting structure on the movable contact 15 side.
Therefore, if these electrode intervals CG are different, the discharge voltage will be different when a discharge is generated between these electrodes, and accurate measurement is not possible even if the gas pressure is measured using only the discharge voltage data. It becomes possible.
[0027]
As an embodiment of the present invention, a gas pressure measuring device 30 shown in FIG. 1 includes a capacitance measuring device 31 for measuring the electrode interval CG and a DC high-voltage power source 32 for measuring the discharge voltage V of the electrode. And a high-pressure probe 33 and a measurement control personal computer (configured by a personal computer) 34 for measuring and controlling these to calculate the gas pressure.
[0028]
The capacitance measuring device 31 measures the capacitance between the electrodes formed by the fixed contact 14 and the movable contact 15, and calculates the electrode interval by the measurement control personal computer 34 from this measured value.
[0029]
The above-described capacitance measuring device 31 is composed of, for example, an LCR meter, and the four-terminal-pair structure test lead 35 is connected to the fixed terminal 14 side and the cover 26 side of the gas-filled relay switch 10 so The capacitance between the electrodes formed with the contact 15 is measured and acquired. The measurement conditions are a parallel equivalent circuit (Cp-D), a frequency of 1 MHz, an applied voltage of 5 V, and a four-terminal pair measurement method is not used in order to minimize the influence of stray capacitance.
[0030]
The capacitance measurement value described above is input and acquired by the measurement control personal computer 34, and the electrode interval CG is calculated by substituting the acquired value into the electrode interval calculation formula (Equation 1).
[0031]
Electrode interval [mm] = a × capacitance ^ ^b [pF] (Equation 1)
This expression 1 is a mathematical expression of the relationship between the electrostatic capacity obtained in advance and the interval between the fixed contact 14 and the movable contact 15, and a and b are constants.
[0032]
FIG. 2 shows an approximate curve of capacitance and electrode spacing. In FIG. 2, the plot shows the capacitance obtained by changing the electrode spacing CG, the dimension of the fixed contact 14, the surface roughness, the dimension of the movable contact 15, the surface roughness, the positional deviation, the inclination, and the gas pressure. The result is shown, and the result is expressed as Equation 1 below.
[0033]
In FIG. 1, a DC high voltage power source 32 for measuring the discharge voltage V of the electrode is controlled by a measurement control personal computer 34, and an arbitrary DC high voltage waveform is converted into a current limiting resistor 36, a protective resistor 37, and a gas-filled relay switch 10. Apply to.
[0034]
In this example, the maximum DC voltage to be applied is 20 kV and 5 mA. Further, the connection to the gas-filled relay switch 10 is connected to the one fixed terminal 14 side and the cover 26 side, and the discharge voltage V between the electrodes formed by the fixed contact 14 and the movable contact 15 is measured and acquired.
[0035]
The high voltage waveform applied to the gas-filled relay switch 10 is divided by the high voltage probe 33 and measured as a discharge voltage waveform by the measurement control personal computer 34. The ground 38 is provided as a ground for the high voltage circuit and as an electric shock prevention.
[0036]
More specifically, a DC high voltage that rises from a DC high-voltage power supply 32 is applied between the fixed contact 14 and the movable contact 15, which are a pair of electrodes, with the fixed contact 14 as a positive electrode and the movable contact 15 as a ground. The discharge voltage is divided by the high-voltage probe 33, and the measurement control personal computer 34 acquires the discharge voltage waveform.
[0037]
As shown in FIG. 3, the occurrence of discharge is detected by detecting the fall of the discharge voltage waveform described above, and this peak value is set as the discharge start voltage Vs.
After the occurrence of the discharge, the discharge is maintained with the DC high voltage to be applied as a constant voltage, a discharge sustain voltage waveform is obtained, and the average value thereof is set as the discharge sustain voltage Vk.
The voltage application is stopped after a lapse of a certain time from the start of application of the DC high voltage. The constant DC high voltage value was a voltage value obtained by adding a certain value to the discharge start voltage.
[0038]
The gas pressure P of the gas-filled relay switch 10 can be calculated by substituting the above-described discharge start voltage Vs, discharge sustaining voltage Vk, and voltage interval CG into a previously calculated calculation formula (Formula 2). The
[0039]

c, d, e, and f are constants.
[0040]
FIG. 4 shows the relationship between the gas pressure P calculated by the above equation 2, the discharge start voltage Vs, and the discharge sustain voltage Vk. In FIG. 4, the plot shows the discharge start voltage Vs by changing the electrode interval CG, the dimension of the fixed contact 14, the surface roughness, the dimension of the movable contact 15, the surface roughness, the positional deviation, the inclination, and the gas pressure. The result of obtaining the discharge sustaining voltage Vk is shown, and the result is expressed as Equation 2 below. Also, the straight line in FIG. 4 shows the relationship between the gas pressure, the discharge start voltage Vs, and the discharge sustain voltage Vk when the interelectrode CG is the center value.
[0041]
The measurement of the gas pressure P of the gas sealed in the gas-filled relay switch 10 by the gas pressure measuring device 30 configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0042]
First, the gas-filled relay switch 10 to be measured is connected to the capacitance measuring device 31, and the capacitance Cp between the fixed contact 14 and the movable contact 15 constituting the electrode is acquired (step n1). .
[0043]
The capacitance Cp acquired by the process of the measurement control personal computer 34 is substituted into the calculation formula (formula 1), and the electrode interval CG is calculated and acquired (step n2).
[0044]
Next, the gas-filled relay switch 10 for which the electrode interval CG has been acquired is removed from the capacitance measuring device 31, and then connected to the DC high-voltage power source 32 to acquire the discharge voltage, thereby fixing the electrodes. A rising DC high voltage is applied between the contact 14 and the movable contact 15 to generate a discharge.
[0045]
When voltage is applied in this way, according to Paschen's law as shown in FIG.
Discharge occurs at a discharge start voltage Vs corresponding to gas pressure P × electrode spacing CG.
[0046]
The measurement control personal computer 34 detects the falling edge from the discharge voltage waveform input from the high voltage probe 33 and acquires the value of the discharge start voltage Vs (step n3).
[0047]
After the occurrence of discharge, the measurement control personal computer 34 controls the DC high voltage power supply 32 so that the discharge is maintained by applying a constant DC high voltage to the electrodes, and the discharge voltage waveform input from the high voltage probe 33. The value of the sustaining voltage Vk is acquired from (Step n4). Thereafter, the application of the DC high voltage is stopped. Since the values of the electrode interval CG, the discharge start voltage Vs, and the discharge sustain voltage Vk are acquired in the measurement control personal computer 34, the gas pressure P is calculated with these values next.
In this example, a reference electrode interval is set, and a reference gas pressure Ptmp is determined based on the reference electrode interval, the discharge start voltage Vs, and the discharge sustaining voltage Vk. Ptmp = c × Vs + d × Vk + f
And is calculated by substituting (step n5).
[0048]
Next, the gas pressure P corrected by the acquired actual electrode interval CG is set to P = Ptmp + e × CG
(Step n6).
[0049]
FIG. 7 shows the relationship between the measurement accuracy of the gas pressure P measured in this way, the variation in the electrode interval CG, and the presence or absence of electrode interval correction.
As is apparent from FIG. 7, when correction is not made with the electrode interval CG, the calculation formula (formula 2) of the gas pressure P is an equation in which the center value is substituted into the electrode interval CG. For this reason, the measurement error of the gas pressure P increases as the electrode interval CG deviates from the center value.
On the other hand, when the electrode interval CG to be measured is acquired and the correction term is added to the calculation formula of the gas pressure P by the measurement value, the measurement accuracy of the gas pressure P is improved, and even when the electrode interval varies, The gas pressure P can be measured with high accuracy.
[0050]
In the measurement example described above, the electrode spacing CG is acquired in Steps n1 and n2, and then the discharge voltages Vs and Vk are acquired in Steps n3 and n4. However, these acquisitions may be reversed.
[0051]
In the above measurement example, the DC high voltage is applied only once. However, as another measurement example, the application and stop of the DC high voltage to the electrode is repeated at least twice or more. The gas pressure P can be measured by discharging, obtaining the average value of the discharge starting voltage Vs for the second and subsequent times, and the average value of the sustaining voltage Vk and substituting them into the calculation formula (Formula 2).
[0052]
FIG. 8 shows the relationship between the discharge start voltage obtained by generating the discharge five times and the number of repeated discharges. The first discharge start voltage Vs varies greatly in the obtained value due to the discharge from the non-discharge state and the influence of contamination on the electrode surface due to the combination.
[0053]
However, since the second and subsequent discharges are repeated discharges at regular intervals, stabilization of the electrode surface and formation of an interelectrode discharge path occur, and the electrode surface conditioning effect due to the first discharge causes the surface of the electrode to Since the influence of dirt is reduced, the variation in the discharge start voltage is reduced and stabilized. Therefore, the measurement accuracy of the gas pressure P is further improved by using the value of any number of times after the second time or the average value thereof as the discharge start voltage Vs.
[0054]
Furthermore, also in the discharge sustain voltage Vk, as in the case of the above-described discharge start voltage Vs, since the acquired value after the second time is stable, the discharge sustain voltage after the second time is used as the acquired value. These average values may be obtained values. However, since the effect is smaller than the case of the discharge start voltage Vs, the average value may be an average value including the first time.
[0055]
In the correspondence between the configuration of the present invention and the above-described embodiment,
The electrode of the present invention corresponds to the fixed contact 14 and the movable contact 15 of the embodiment,
Similarly,
The high voltage applying means corresponds to the DC high voltage power supply 32,
The discharge voltage acquisition means corresponds to the high voltage probe 33,
The capacitance acquisition means corresponds to the capacitance measuring device 31, and
The calculation means corresponds to the measurement control personal computer 34,
The present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and can be applied in accordance with the technical idea described in the claims.
[0056]
【The invention's effect】
According to the present invention, even if the interval between the electrodes of the device in which the gas is sealed varies depending on the processing accuracy and the assembly accuracy, or even if the interval varies like a switch, the gas-sealed device The gas pressure can be measured in correspondence with the individual electrode intervals, and the sealed gas pressure can be measured with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas pressure measuring device.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between capacitance and electrode spacing.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a measurement waveform of a discharge voltage.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between discharge voltage and gas pressure.
FIG. 5 is a flowchart of a gas pressure measurement process.
FIG. 6 is a diagram showing Paschen's law.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between electrode interval variation and gas pressure measurement accuracy.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the number of repeated discharges and the discharge start voltage.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Gas filled relay switch 14 ... Fixed contact 15 ... Movable contact 30 ... Gas pressure measuring device 31 ... Capacitance measuring device 32 ... DC high voltage power supply 33 ... High voltage probe 34 ... Measurement control personal computer

Claims

A gas pressure measurement method for obtaining a discharge voltage by applying a high voltage between a pair of electrodes to generate a discharge, and calculating a gas pressure based on the discharge voltage,
A gas pressure measurement method for obtaining a capacitance between the electrodes, calculating an electrode interval from the capacitance, and calculating a gas pressure from the discharge voltage and the electrode interval.

The high voltage applied between the electrodes is a DC high voltage that rises to obtain a discharge start voltage or / and after the occurrence of discharge, a constant DC high voltage is applied to maintain the discharge and obtain a discharge sustain voltage,
The gas pressure measuring method according to claim 1, wherein the gas pressure is calculated from the acquired discharge start voltage or / and discharge sustain voltage and the electrode interval.

The gas pressure measuring method according to claim 1, wherein the discharge voltage is a second or later discharge voltage obtained by repeatedly generating a discharge at least twice or an average value thereof.

The gas pressure according to claim 2, wherein the discharge start voltage or / and the discharge sustain voltage is the second or later discharge start voltage or / and the discharge sustain voltage obtained by generating discharge at least twice or more, or an average value thereof. Measurement method.

A pair of spaced electrodes, a high voltage applying means for applying a high voltage between the electrodes, and a discharge voltage acquiring means for acquiring a discharge voltage when a discharge is generated by applying a high voltage to the electrodes. A gas pressure measuring device for calculating the gas pressure based on the obtained discharge voltage,
A capacitance acquisition means for acquiring a capacitance between the electrodes;
A gas pressure measuring device comprising: a calculation means for calculating a gap between the electrodes from the acquired capacitance and calculating a gas pressure from the gap between the electrodes and the discharge voltage.

The applied high voltage of the high voltage applying means is set to a rising DC high voltage or / and a constant DC high voltage after the occurrence of discharge,
The discharge voltage acquisition means is set to acquire a discharge start voltage to be discharged by applying the rising DC high voltage or / and to acquire a discharge sustain voltage when maintaining discharge by applying a constant DC high voltage after the occurrence of discharge. And
6. The gas pressure measuring device according to claim 5, wherein the calculating means is set so as to calculate the gas pressure from the acquired discharge start voltage or / and discharge sustain voltage and the electrode interval.

6. The gas pressure measuring device according to claim 5, wherein the calculating means is set so as to calculate based on a discharge voltage after the second time obtained by repeatedly generating a discharge at least twice or an average value thereof.

The gas pressure according to claim 6, wherein the calculation means is set to calculate based on a discharge start voltage or / and a discharge sustain voltage after the second time obtained by generating a discharge at least twice or an average value thereof. Measuring device.