基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究方法及裝置，裝置包括：石英玻璃密封罐體、空間電荷添加裝置和旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板電極；空間電荷添加裝置包括：第一旋轉(zhuǎn)手柄、第二旋轉(zhuǎn)手柄、旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)、滑動密封結(jié)構(gòu)、開孔平板電極、金屬屏蔽擋板、電荷注入電極。該空間電荷添加裝置可以在不影響原有平板電極電場的情況下向腔體注入空間電荷，裝置底座可進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明可用于氣體介質(zhì)中金屬微粒受空間電荷作用下的物理特性和電學(xué)特性等方面的研究。
【專利說明】
基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及金屬微粒研究裝置，特別地，涉及一種基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]GIS/GIL因為其良好的絕緣性能和高的運行可靠性而被廣泛使用，但是，近年來，由于金屬微粒引起的絕緣擊穿事故屢見不鮮。GIS/GIL內(nèi)部多存在著大量的空間電荷，空間電荷對于微粒起跳以及間隙擊穿有著重要影響，因此，研究空間電荷作用下，微粒的運動特性和電學(xué)特性對于微粒檢測、認識微粒在設(shè)備內(nèi)部起跳過程及擊穿機理很有意義。
[0003]對現(xiàn)有的金屬微粒研究裝置，多采用第三電極預(yù)注空間電荷的方法研究空間電荷對于微粒起跳和擊穿的影響。但是預(yù)注電極多布置在原有電極之間，在實驗過程當中會對原有電極形成電場畸變，使得原有電極之間電場不能滿足均勻電場或者稍不均勻電場條件，偏離實際情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本專利針對以上存在的問題提出了新的解決方案。
[0005]本專利提供了一種基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究裝置，該裝置可用于氣體介質(zhì)中金屬微粒受空間電荷作用下的物理特性和電學(xué)特性方面的研究。同時裝置可以在不影響原有電極均勻電場或者稍不均勻電場的情況下向腔體注入空間電荷。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究裝置，所述充氣式金屬微粒研究裝置包括:
[0007]石英玻璃密封罐體10、空間電荷添加裝置和旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板電極6;
[0008]所述的空間電荷添加裝置包括:第一旋轉(zhuǎn)手柄1、第二旋轉(zhuǎn)手柄4、旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)3、滑動密封結(jié)構(gòu)5、開孔平板電極7、金屬屏蔽擋板2、電荷注入電極15。
[0009]在一個優(yōu)選實施例中，所述第一旋轉(zhuǎn)手柄1、第二旋轉(zhuǎn)手柄4采用聚四氟乙烯絕緣材料，表面刻有豎直方向的螺紋以增大靜摩擦力;所述第一旋轉(zhuǎn)手柄I通過金屬螺桿穿過旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)3與金屬屏蔽擋板2固定連接。
[0010]在一個優(yōu)選實施例中，所述旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)3在螺桿水平旋轉(zhuǎn)的同時保證連接處的密封性;金屬屏蔽擋板2與開孔平板電極7之間產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)位移，便于電荷注入電極15的伸出與屏蔽。
[0011]在一個優(yōu)選實施例中，所述滑動密封結(jié)構(gòu)5在電荷注入電極15進行旋轉(zhuǎn)伸縮的同時保證連接處的密封性；電荷注入電極15通過第二旋轉(zhuǎn)手柄4進行豎直方向上的距離調(diào)節(jié)；在需要添加空間電荷的時候伸入石英玻璃密封罐體10內(nèi)部，與旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板之間的形成一定距離保證電荷注入電壓小于微粒起跳電壓;在電荷注入后，通過第二旋轉(zhuǎn)手柄4使得電荷注入電極15隱藏在開孔平板電極7內(nèi)部。
[0012]在一個優(yōu)選實施例中，所述的開孔平板電極7上開槽，所述槽與所述金屬屏蔽擋板2的尺寸、形狀相同；所述在金屬屏蔽擋板2與所述槽重合時隱藏在槽內(nèi)。
[0013]在一個優(yōu)選實施例中，所述槽端部采用倒角設(shè)計，便于金屬屏蔽擋板的旋出；所述開孔平板電極7與金屬屏蔽擋板2之間緊密連接，間隙小于0.05_。
[0014]在一個優(yōu)選實施例中，所述電荷注入電極15端部采用針形設(shè)計，與旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板6之間構(gòu)成極不均勻電場，用于向石英玻璃密封罐體10內(nèi)部注入正負極性的空間電荷;旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板電極6通過絕緣旋轉(zhuǎn)手柄8進行電極距離的調(diào)節(jié)。
[0015]在一個優(yōu)選實施例中，旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板電極6直徑與石英玻璃密封罐體10內(nèi)徑相同，保證微粒在跳動過程當中不會偏離極板之間。
[0016]在一個優(yōu)選實施例中，底座12的四個角采用可進行豎直方向調(diào)節(jié)的螺栓結(jié)構(gòu)13。
[0017]本發(fā)明還提出了一種基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究裝置的實驗方法，包括:
[0018]步驟1:在實驗開始之前，對實驗腔體充入所需的空間電荷；
[0019]步驟2:旋轉(zhuǎn)第一旋轉(zhuǎn)手柄1、帶動金屬屏蔽擋板2使得開孔平板電極7上的孔洞露出；
[0020]步驟3:旋轉(zhuǎn)第二絕緣手柄4使得電荷注入電極15伸入石英玻璃密封罐體10內(nèi)部與旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板6形成一定距離；
[0021 ]步驟4:在電荷注入電極15上施加一定電壓，使得空間電荷注入到石英玻璃密封罐體10之中；
[0022]步驟5:旋轉(zhuǎn)第二絕緣手柄4使電荷注入電極15縮回開孔平板電極7中；
[0023]步驟6:旋轉(zhuǎn)第一絕緣手柄I帶動金屬屏蔽擋板2遮蓋孔洞，完成空間電荷的注入過程。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究裝置研究裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明金屬屏蔽擋板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明開孔平板電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理做進一步詳細說明:
[0028]如圖1所示出的基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究裝置，所述充氣式金屬微粒研究裝置包括:
[0029]石英玻璃密封罐體10、空間電荷添加裝置和旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板電極2構(gòu)成;底座可進行水平調(diào)節(jié)。
[0030]所述的空間電荷添加裝置包括:旋轉(zhuǎn)手柄I和旋轉(zhuǎn)手柄4、旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)3、滑動密封結(jié)構(gòu)5、開孔平板電極7、金屬屏蔽擋板2、電荷注入電極15。
[0031]所述的旋轉(zhuǎn)手柄I和旋轉(zhuǎn)手柄4采用聚四氟乙烯的絕緣結(jié)構(gòu)，表面刻有豎直方向的螺紋增大靜摩擦力;旋轉(zhuǎn)手柄I通過金屬螺桿穿過旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)3與金屬屏蔽擋板2固定連接，其中旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)3在螺桿水平旋轉(zhuǎn)的同時保證連接處的密封性。金屬屏蔽擋板2與開孔平板電極7之間產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)位移，便于電荷注入電極的伸出與屏蔽。
[0032]所述的滑動密封結(jié)構(gòu)5在電荷注入電極進行旋轉(zhuǎn)伸縮的同時保證連接處的密封性；電荷注入電極15通過旋轉(zhuǎn)手柄4可以進行豎直方向上的距離調(diào)節(jié)。在需要添加空間電荷的時候伸入實驗腔體內(nèi)，與旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板之間的形成一定距離保證電荷注入電壓小于微粒起跳電壓。在電荷注入后，通過旋轉(zhuǎn)手柄4使得電荷注入電極隱藏在開孔平板電極7內(nèi)部。
[0033]如圖2、3所示，所述的開孔平板電極7上開有與金屬屏蔽擋板2形狀一樣的槽，在金屬屏蔽擋板2遮蔽孔洞的時候可以隱藏在槽內(nèi)，槽的深度與金屬屏蔽擋板相同，均為0.4mm;槽的端部采用倒角設(shè)計，便于金屬屏蔽擋板的旋出。同時開孔電極與金屬屏蔽擋板之間采用緊密連接，間隙距離小于0.05_。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使得在電荷注入之后，平板電極之間沒有電場畸變。
[0034]電荷注入電極15的尖端采用針形設(shè)計，與旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板6之間構(gòu)成極不均勻電場，可以向腔體內(nèi)部注入正負極性的空間電荷;旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板電極6可以通過絕緣旋轉(zhuǎn)手柄8進行電極距離的調(diào)節(jié)，增加裝置的適用范圍。同時旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板電極6直徑與密封罐體10內(nèi)徑相同，保證微粒在跳動過程當中不會偏離極板之間。
[0035]密封罐體10采用石英玻璃制成，可進行微粒運動特性及放電產(chǎn)生的光學(xué)特性的研究;底座12的四個角采用可進行豎直方向調(diào)節(jié)的螺栓結(jié)構(gòu)13，保證實驗開始前金屬微粒在平板電極上的相對位置，同時可以調(diào)節(jié)裝置的傾斜程度。
[0036]在實驗開始之前，需對實驗腔體充入所需的空間電荷，這時旋轉(zhuǎn)手柄I帶動金屬屏蔽擋板2使得開孔電極7上的孔洞露出，之后旋轉(zhuǎn)絕緣手柄4使得電荷注入電極15伸入實驗腔體內(nèi)部與旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板6形成一定距離，在電荷注入電極15上施加一定電壓，使得空間電荷注入到實驗腔體之中，之后旋轉(zhuǎn)絕緣手柄4使電荷注入電極15縮回開孔平板電極中。最后旋轉(zhuǎn)絕緣手柄I帶動金屬屏蔽擋板遮蓋孔洞，完成空間電荷的注入過程。
[0037]本公開上述實施例與傳統(tǒng)的金屬微粒研究裝置相比，可用于氣體介質(zhì)中金屬微粒受空間電荷作用下的物理特性和電學(xué)特性方面的研究。同時裝置可以在不影響原有電極均勻電場或者稍不均勻電場的情況下向腔體注入空間電荷。
[0038]以上所述僅為本發(fā)明專利的優(yōu)選實施例，并不用于限制發(fā)明專利，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明專利可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明專利的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明專利的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究裝置，其特征在于，所述裝置包括:石英玻璃密封罐體(10)、空間電荷添加裝置和旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板電極(6); 所述的空間電荷添加裝置包括:第一旋轉(zhuǎn)手柄(I)、第二旋轉(zhuǎn)手柄(4)、旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)(3)、滑動密封結(jié)構(gòu)(5)、開孔平板電極(7)、金屬屏蔽擋板(2)、電荷注入電極(15)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:優(yōu)選的，所述第一旋轉(zhuǎn)手柄(I)、第二旋轉(zhuǎn)手柄(4)采用聚四氟乙烯絕緣材料，表面刻有豎直方向的螺紋以增大靜摩擦力;所述第一旋轉(zhuǎn)手柄(I)通過金屬螺桿穿過旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)(3)與金屬屏蔽擋板(2)固定連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)(3)在螺桿水平旋轉(zhuǎn)的同時保證連接處的密封性;金屬屏蔽擋板(2)與開孔平板電極(7)之間產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)位移，便于電荷注入電極(15)的伸出與屏蔽。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述滑動密封結(jié)構(gòu)(5)在電荷注入電極(15)進行旋轉(zhuǎn)伸縮的同時保證連接處的密封性；電荷注入電極(15)通過第二旋轉(zhuǎn)手柄(4)進行豎直方向上的距離調(diào)節(jié)；在需要添加空間電荷的時候伸入石英玻璃密封罐體(10)內(nèi)部，與旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板之間的形成一定距離保證電荷注入電壓小于微粒起跳電壓;在電荷注入后，通過第二旋轉(zhuǎn)手柄(4)使得電荷注入電極(15)隱藏在開孔平板電極(7)內(nèi)部。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的開孔平板電極(7)上開槽，所述槽與所述金屬屏蔽擋板(2)的尺寸、形狀相同；所述在金屬屏蔽擋板(2)與所述槽重合時隱藏在槽內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于:所述槽端部采用倒角設(shè)計，便于金屬屏蔽擋板的旋出;所述開孔平板電極(7)與金屬屏蔽擋板(2)之間緊密連接，間隙小于0.05_。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述電荷注入電極(15)端部采用針形設(shè)計，與旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板(6)之間構(gòu)成極不均勻電場，用于向石英玻璃密封罐體(10)內(nèi)部注入正負極性的空間電荷;旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板電極(6)通過絕緣旋轉(zhuǎn)手柄8進行電極距離的調(diào)節(jié)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于:旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板電極(6)直徑與石英玻璃密封罐體(10)內(nèi)徑相同，保證微粒在跳動過程當中不會偏離極板之間。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:底座(12)的四個角采用可進行豎直方向調(diào)節(jié)的螺栓結(jié)構(gòu)(13)。10.基于第三電極添加空間電荷的金屬微粒研究裝置的實驗方法，其特征在于: 步驟I:在實驗開始之前，對實驗腔體充入所需的空間電荷； 步驟2:旋轉(zhuǎn)第一旋轉(zhuǎn)手柄(I)、帶動金屬屏蔽擋板(2)使得開孔平板電極(7)上的孔洞露出； 步驟3:旋轉(zhuǎn)第二絕緣手柄(4)使得電荷注入電極(15)伸入石英玻璃密封罐體(10)內(nèi)部與旋轉(zhuǎn)調(diào)距平板(6)形成一定距離； 步驟4:在電荷注入電極(15)上施加一定電壓，使得空間電荷注入到石英玻璃密封罐體(10)之中; 步驟5:旋轉(zhuǎn)第二絕緣手柄(4)使電荷注入電極(15)縮回開孔平板電極(7)中； 步驟6:旋轉(zhuǎn)第一絕緣手柄(I)帶動金屬屏蔽擋板(2)遮蓋孔洞，完成空間電荷的注入過程。
【文檔編號】G01N15/00GK105910963SQ201610224569
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】張喬根, 游浩洋, 吳治誠, 文韜, 王國利, 高超, 楊蕓, 馬徑坦, 郭璨, 秦逸帆, 趙軍平, 劉軒東, 龐磊, 李曉昂
【申請人】西安交通大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司