Способ определения параметров дугового разряда

(1 З) А ЕТЕН ИЗО ельств СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССРдг) ОПИСАНИЕк авторскому св(71) Институт электроники имУААрифова; Специализированное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Института электроники им.УААрифова(56) Немчинский ВА Анодное пятно сильноточной вакуумной дуги ЖТФ, 1982, т 52, в.1, с 35.О.ЙМйсйеК Аль вро 1 Ътпа 1 юп )и часццтп Ачсь РтосЕЕЕ 1970, ч.117, р. 2315-2326.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДУГОВОГО РАЗРЯДА(57) Изобретение относится к физике низкотемпературной плазмы, в частности к измерениям параметров газового разряда Цепь изобретения - повышение точности определения параметров дугового разряда за счет обеспечения точного определения плотности тока в электродном пятне. Способ включает формирование электродного пятна на(51) 5 Н 05 Н 1 00 части поверхности одной из секций исследуемого электрода путем поддержания разности потенциалов между выбранной и остальными секциями исследуемого электрода. Исследуемый электрод вы - полняется в форме коаксиальных цилиндрических секций, при этом привязку осуществляют на торцовой поверхности центральной секции. Разность лов тенциалов между секциями электрода задают с помощью резисторов, последовательно включенных в электрические цепи питания соответствующих электродов, или путем нагрева выбранной секции электрода, термоизопированной от остальных секций. Ток дуги увеличивают до значений, соответствующих формированию электродного пятна по крайней мере, на одной из остальных секций исследуемого электрода и регистрируют максимальное значение тока в электрической цепи выбранной секции. Величину тока через электродное пятно определяют по величине максимального тока в цепи выбранной секции По измеренным величинам определяют параметры разряда. 3 зл.ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к физике низко- температурной плазмы, в частности к измерениям параметров газового разряда, и может быть использовано в электрофизических приборах и аппаратах, в которых ис пользуют низкотемпературную плазму в качестве рабочей среды, например, в коммутационной технике, в плазмотронах, источниках заряженных частиц и т.д.Цель изобретения - повышение точно сти за счет обеспечения точного определения плотности тока в электродном пятне.На чертеже иЗображена схема устройства для определения параметров дугового разряда. 15Устройство содержит исследуемый электрод 1, полый электрод 2, цилиндрический электрод 3, систему возбуждения дугового разряда, включающую поджигающий электрод 4, соединенный с якорем элект ромагнита 5, керамические изоляторы 6, установленные между электродами изолированный экран 7, источник питания 8, измерительный блок 9 Электроды установлены в вакуумной камере 10. При измерении пара метров анодного пятна вакуумной дуги исследуемый электрод 1 и полый электрод 2 является анодами, а цилиндрический электрод 3 - катодом.Полый электрод 2, подключенный к тому 30 же или одноименному полюсу источника питания 8, что и исследуемый электрод 1, установлен соосно последнему, охватывая его нерабочую поверхность, причем размеры и расстояния между электродами выбраны из 35 соотношений Згог 1 го г 2 г 1 оигЗг 4,40 где го - радиус эоны эрозии исследуемого электрода при формировании на нем электродного пятна в режиме, соответствующем минимальному току образования этого пят на:г 1 - радиус рабочей поверхности исследуемого электродв;г 2 - внутренний радиус полого электрода, охватывающего исследуемый элект род;гз - внешний радиус уквзвнного полого электрода;г 4 - радиус рабочей поверхности электрода, подключенного к противоположному 55 полюсу источника питания по отношению к исследуемому электроду;б - максимальный диаметр квпельной фракции эрозии электродов в исследуемом диапазоне токов; и - расстояние между исследуемым электродом и электродом, подключенным к противоположному полюсу источника питания,Соотношение Згог 1 го обусловлено установленными экспериментально закономерностями, согласно которым, если г 1го, то электродное пятно, не успев сформироваться, сразу же перебрасывается на полый электрод, что не позволяет зафиксировать динамику развития процесса заполнения пятном рабочей поверхности исследуемого электрода, а при Згог 1 образовавшееся пятно не может мгновенно заполнить всей торцовой поверхности исследуемого электрода и, как следствие, не может переброситься на полый электрод.Соотношение игзг 4 определено экспериментально и позволяет обеспечить более высокое приэлектродное падение потенциала в приэлектродной области, чем потенциал ионизации паров материала исследуемого и полого электрода, и тем самым достичь условия формирования электродного пятна,Соотношение игз обуславливает формирование положительного приэлектродного (анодного) падения потенциала до величины, превышающей потенциал ионизации газа - одного из главных условий образования анодного пятна при токах разряда менее 10 А, когда можно пренебречь действием собственного магнитного поля разряда,Выбор размеров из соотношения г 2-г 1 О исключает короткое замыкание между исследуемым и полым электродами каплями, выбрасываемыми из электрода противоположной полярности при горении дуги,Преимущественное формирование электродного пятна на исСледуемом электроде 1 можно обеспечить, выполняя средство локализации приэлектродного пятна в виде нагревателя исследуемого электрода 1, так как при повышенной температуре последнего по отношению к температуре полого электрода 2 обеспечивается привязка к нему электродного пятна.Способ определения параметров дугового разряда реализуется следующим образом.Измерение параметров дугового разряда проводят в вакуумной камере 10, в которой зажигают разряды между тремя электродами 1-3, два из которых 1 и 2 заряжены одноименно, Все электроды выполнялись из бескислородной меди.Для обеспечения большей надежности формирования пятна на исследуемом электроде в цепь исследуемого электрода под 1635886БНВг Гг ключен резистор, величина сопротивленияВ которого выбирается из соотношения что позволяет при протекании тока разряда через резисторы Й 1 и Я 2, включенные последовательно с этими электродами, создать более высокий потенциал на исследуемом электроде, чем на одноименно заряженном с ним электроде. Это обеспечивает привязку анодного пятна на исследуемом электроде 1, где Й 1 - величина соп роти вления в цепи исследуемого электрода; Вг - величина сопротивления в цепи одноименно заряженного с ним электрода; Я - площадь рабочей поверхности исследуемого электрода; 32 - площадь рабочей поверхности одноименно заряженного с ним электрода.Так, при токах разряда 2,0 кА - 6,0 кА сопротивление исследуемого электрода было от 2,1 10 Ом до 71,0 10 Ом, а в цепи одноименно заряженного с ним электрода от 1,0 10 Ом до 3,0 10 Ом. Увеличивая напряжение источника питания до 1400 В, увеличивают ток разряда до 4,5 кА, При этом начинается формирование анодного пятна и на электроде, одноименно заряженным с исследуемым электродом. Подавая сигнал с исследуемого электрода на один из каналов двухлучевого запоминающего осциллографа, регистрируют максимальное значение величины тока в цепи первого из указанных электродов, которая равнац=1,5 кА. Площадь поверхности исследуемого электрода 3=0,5 10 см . Отсюда плотность тока в анодном пятне1О г.1 = - = 3,0 10 Аlсмц БКроме того, одновременно с регистрацией указанного максимального значения силы тока в цепи исследуемого электрода, измеряют общий ток дугового разряда и по отношению указанных величин тока судят о доле тока электродного пятна в общем токе. разряда1а = -100 %1где а - доля тока анодного пятна в общем токе разряда;1 ц - ток, измеренный в цепи исследуемого электрода;1 р - общий ток разряда.В интервале токов дуги 1,8-6,0 кА для заданной геометрии электродной системы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 значение доли тока анодного пятна в общем токе разряда было 20-30, Также посредством предлагаемого способа, можно измерить плотность тока в катодном пятне и долю тока катодного пятна в общем токе разряда при условии, что исследуемый электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника питания, будет обладать исчезающим малым сопротивлением, для этого, например, можно испольэовать высокотемпературный сверхпроводник.Знание величины доли тока анодного пятна в общем токе разряда дает возможность управлять оптимальным режимом работы плазмотронов и других устройств, а также позволяет выбирать материал электродов и конструкции приборов,П р и м е р, Вакуумная камера 1 О, в которой установлено устройство, подвергались высокотемпературному обезгаживанию и откачивалась до давления ниже 5 х 10 Па с помощью средств безмаслянойботкачки. Затем на электромагнит 5 системы возбуждения дуги подавался импульс тока, в результате чего поджигающий электрод 4 замыкался катодом 3, а при их размыкании возникал маломощный искровой разряд, который стимулировал развитие дугового разряда между электродами 1 и 3.Перед началом эксперимента проводилась очистка поверхности электродов от адсорбированного газа в диффузном режиме горения разряда при токах дуги до 1,0 кА. После этого, постепенно увеличивая амплитуду импульса тока разряда, определяли пороговый ток формирования анодного пятна для данной геометрии электродной системы. При этом увеличение тока разряда осуществлялось изменением напряжения на входе источника питания 8, Экспериментально был определен пороговый ток формирования анодного пятна для исследуемого электрода 1 диаметром 0,75 мм, который был равен 1,8 кА, а ток в цепи исследуемого электрода 1 при этом составлял 91,4 А.(При дальнейшем повышении тока дуги монотонно увеличивались сила тока в цепи исследуемого электрода 1 и площадь анод- ного пятна на этом электроде, э разность потенциалов между исследуемым 1 и полым 2 электродами составляла 1-3 В, Наконец, при токе дуги 4,5 кА анодное пятно заполнило всю рабочую поверхность исследуемого электрода, после чего на полом электроде 2 сформировалось второе анодное пятно, о чем свидетельствовало скачкообразное уменьшение разности потенциалов между исследуемым 1 и полым 2 электродами до нуля. При этом величина тока в цепи иссле 1635886дуемого электрода 1 достигала максимального значения 1,5 кА. По отношению этой величины тока к площади рабочей поверхности исследуемого электрода было устаФормула изобретения1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДУГОВОГО РАЗРЯДА. включающий возбуждение дугового разряда в электродной системе, один из электродов которой секционирован в режиме, соответствующем формированию электродного пятна на одной из секций исследуемого электрода, измерение тока в цепи электрода, на которой сформировалось пятно и общего тока разряда и определение параметров разряда по измеренным величинам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет обеспечения точного. определения величины тока в электродном пятне, разряд возбуждают в режиме формирования пятна на части поверхности одной из секций электрода, осуществляют привязку пятна на выбранной секции электрода путем поддержания разности потенциалов между выбранной секцией и остальными секциями исследуемого электрода, затем увеличивают ток дуги до значений, соответствующих формированию электродного пятна по крайней мере на одной иэ остальных секций исследуемого электрода, и при этом регистрируют максимальное значение тока в цепи выбранной секции, причем о формировании пятна на секции электрода судят по скачкообразному уменьшению разности потенциалов между изолированными секциями исследуемого электрода, а величину тока через электродное пятно определяют по величине максимального тока в цепи , выбранной секции, а о доле тока разряда, протекающего через пятно судят по отношению величины тока, протекающего через пятно, к величине тока разряда.2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что привязку электродного пятна осуществляют на торцовой поверхности центральной секции коаксиального электрода, нерабочая поверхность которой охвачена внешней полой секцией электрода, причем размеры секций электроновлено, что плотность тока в анодном пятне вакуумной дуги на медных электродах составляет 1-3 10 А/см. 5дов выбираются из следующихсоотношений:гог 1Зго,ггг 4ГзЬ,10где го - радиус зоны эрозии секцииэлектрода при формировании наней электродного пятна в режиме,соответствующем минимальному току образования электродного пятна;г 1 - радиус торцевой поверхностицентральной секции электрода;гг,гз - соответственно внутренний ивнешний радиусы внешней полой20 секции электрода;г 1 - радиус рабочей поверхностиэлектрода, подключенного к противоположному по отношению к исследуемому электроду полюсу25 источника разрядного напряжения;и - межэлектродное расстояние,3, Способ по п,2, отличающийсятем, что разность потенциалов междуцентральной секцией и внешней полой30 секцией электрода задают с помощьюрезисторов, последовательно включенных в электрические цепи питания соответствующих электродов, при этомвеличины сопротивлений резисторов выбираются из соотношенияВг 81 - ,31Яггде Й 1,8 г - величины сопротивления40 соответственно резистора, включенного последовательно, с центральнойсекцией исследуемого электрода, ирезистора, включенного последовательно с внешней полой секциейисследуемого электрода;31,5 г - площади рабочих поверхностей соответственно центральной ивнешней полой секций исследуемогоэлектрода.4. Способ по п.1, отличающийсятем, что поддержание разности потенциалов между выбранной секцией и остальными секциями исследуемого элект 55 рода осуществляют путем нагревавыбранной секции электрода. термоизолированной от остальных секций.1635866 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Редактор С. РековаЗаказ 1023 Составитель К. КлоповскийТехред М.Моргентал Корректор Л. Лукач Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5