高压放大器在金属微粒放电观测研究中的应用
实验名称:金属微粒放电观测
测试设备:高压放大器、信号发生器、高速摄像机等。
实验过程:
图1:实验平台示意图
本文实验装置如图1所示,为便于收集运动出电极范围的金属微粒,将电极使用塑料螺栓悬空置于有机玻璃漏斗型腔体中,下部放置微粒收集筒,极间距设置为2cm,在空气中开展实验;直流电压由信号发生器产生正极性信号,经过高压放大器放大施加在电极板上;用高速相机(观测金属微粒的运动和击穿,其中观察微粒运动时使用强光LED对高速相机进行补光,拍摄气隙击穿电弧图像时,使用遮光布附于腔体外表面进行遮光。
实验结果:
图2:铝球运动图像(r=1mm)
采用0.5mm、1mm、1.5mm半径铝球验证微粒启举电压:采用函数信号发生器逐步加压的方式,在强光LED进行补光的条件下使用高速相机拍摄微粒的启举及运动图像(如图2所示),并记录微粒的启举电压值,与启举电压的理论计算值进行比较,发现实验结果和理论值基本相符。通过高速相机的观察发现,r=1mm铝球在间隙d=2cm的电极间完成从下极板-上极板-下极板的一个运动周期,耗时约为80ms。
图3:r=1.5mm铜球击穿图像
在遮光的条件下,使用1.5mm铜球开展实验,逐步加压,微粒直至击穿仍未启举,属于静止直接击穿。击穿电弧从微粒的顶部垂直于上极板,如图3所示。
图4:r=1mm铝球击穿图像
使用0.5mm、1mm、1.5mm铝球及0.5mm铜球进行实验,逐步加压,观察到:达到启举电压后微粒启举,并在两极板间往复运动;进一步增大电压直到间隙击穿,遮光下拍摄到的击穿电弧如图4所示。电弧在0.8ms左右的时间熄灭,与金属微粒的运动周期80ms相比非常短,因此微粒的位置可看作在发生电弧的整个过程中并不改变。
图5:r=1mm铜球击穿图像
使用1mm铜球进行实验,逐步加压,微粒启举,并首次运动到上极板附近时,间隙击穿,拍摄到的击穿过程如图5所示,且多次实验发现微粒为1mm铜球时,击穿位置只发生在微粒靠近上极板附近时,这也与本文模型分析中关于第三类击穿发生位置的判断相一致。
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