Устинова А.В.
ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПАРА В ВАКУУМНОЙ ДУГЕ *
Аннотация:
в статье рассматривается и анализируется о плотности пара в вакуумной дуге
Ключевые слова:
вакуумный, дуга, плотность
УДК 1
Устинова А.В.
студент,
Российский университет транспорта
(Россия, г. Москва)
ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПАРА В ВАКУУМНОЙ ДУГЕ
Аннотация: в статье рассматривается и анализируется о плотности пара в вакуумной дуге.
Ключевые слова: вакуумный, дуга, плотность.
Плотность пара в вакуумной дуге, возникающей между контактами из железа в вакуумном выключателе при размыкании постоянного тока 10–50 а и восстанавливающемся напряжении 110 в, измерялась по ослаблению электронного пучка с энергией 4-10 кэв. При токе 25-35 а, температуре обезгаживания контактов 800-900 °С и давлении окружающей среды 10-6 мм рт. ст. средняя плотность пара и выделившегося газа р составляет 0.95 - 1.2 • 10-6 г/см3. Увеличение количества газа, адсорбированного на поверхности контактов, приводит к значительному увеличению р; при токе 30 а р может достигать 1.7 • 10-5 г/см3.
Как известно, при размыкании тока контактами, помещенными в вакуум, в парах материала контактов возникает дуга, которая при определенных условиях гаснет через некоторый промежуток времени. Это явление используется в вакуумных выключателях.
Современные вакуумные выключатели с успехом отключают постоянные токи в несколько десятков и переменные в несколько сотен и даже тысяч ампер. Очевидно, что процесс образования и обрыва дуги существенно зависит от абсолютной величины плотности пара, изменения ее во времени и распределения в междуэлектродном промежутке. Однако, за исключением ориентировочных данных о плотности пара в вакуумном разряде, полученных А. Г. Зимелевым в импульсных рентгеновских трубках с холодным катодом, в известной нам литературе не имеется сведений по этому вопросу. Вместе с тем наличие данных о плотности пара в вакуумной дуге было бы очень полезным при разработке вакуумных выключателей.
В настоящей работе измерение плотности пара в вакуумной дуге производилось по ослаблению тока в электронном пучке, пронизывающем облако пара. Этот метод весьма чувствителен и сравнительно прост. Если электроны не претерпевают на своем пути многократных соударений с атомами среды и апертура приемника мала, можно считать, что подавляющая часть электронов, испытавших соударение и отклонившихся от первоначального направления, в приемник не попадает. В этом случае ток электронов I, попадающих в приемник после прохождения пути l в среде с плотностью р, равен
(1)
(2)
где I0 - ток пучка электронов при l =0; - массовый коэффициент ослабления в см2/г, убывающий с ростом энергии электронов. Зная I, I0, l, можно вычислить и среднюю плотность пара на пути электронного пучка.
Недостатком этого метода является чувствительность электронного пучка к электрическим и особенно к магнитным полям. Измерения в вакуумной дуге осложняются еще и тем, что канал тока не сохраняет постоянного положения, а все время перемещается вместе с катодным пятном. Это наложило определенный отпечаток на методику измерений.
Рис. 1
а - экспериментальная трубка. 3 - плоскость контакта электродов; 4 - коллектор; 5 - направляющая, обеспечивающая соосность электронной пушки и электродов; 7, 8, 10, - кварцевые изоляторы; 9 - вывод коллектора; 11, 12 - стеклянная трубка и коваровый переход, через которые впаян вывод коллектора;
14 - клемма подвода тока к неподвижному электроду. б - замыкатель 16 введен между контактами 15; 17 - соединительный железный стержень; 18 - железный якорь, в - никелевая рамка 21 с сеткой и пленкой Al 19 и с сеткой без пленки 20
Конструкция экспериментальной трубки приведена на рис. 1. Электронный пучок формировался в электронной пушке 1 с электростатической фокусировкой и прямонакальным вольфрамовым V-образным катодом, проходил внутри полых электродов 2, 6 (внутренний диаметр 4, наружный 8 мм) и улавливался коллектором 4, выполненным в виде камеры Фарадея с отверстием диаметром в 4 мм. Поверхность неподвижного электрода в месте контакта была сферической, подвижного - плоской. Вследствие этого последний контактный мостик при размыкании всегда находился на периметре отверстия в электродах. Это ограничивало расстояние от оси электронного пучка до источника пара (по крайней мере, в начальный момент образования дуги) в пределах диаметра отверстия от 0.5 до 3.5 мм (диаметр электронного луча составлял около 1 мм).
Измерения проводились при непрерывной откачке. С помощью двух насосов ЦВЛ-100 осуществлялась дифференциальная откачка камер электронной пушки и электродов. Трубки обезгаживались в электрической печи при температуре 450° С, контакты в сомкнутом состоянии прогревались при температуре 800-900° С путем пропускания через них переменного тока 300 а до тех пор, пока при этой температуре давление в вакуумной системе не достигало 5-7•10-6 мм рт. ст., далее производилось размыкание постоянного тока 25-50 а около 50 раз. При самих измерениях давление в вакуумной системе было 5• 10-7-2•10-6 мм рт. ст. Измерения проводились в двух трубках. В первой трубке пары масла не вымораживались и в промежутках между опытами давление в трубке достигало 5-8•10-4 мм рт. ст. Эти промежутки иногда лились несколько дней. Во второй трубке пары масла вымораживались жидким азотом, который сохранялся в ловушке и в промежутках между опытами. В течение всего времени работы с этой трубкой давление в ней не превышало 0.5-1•10-5 мм рт. ст. Это существенно сказалось на результатах измерений.
В первой трубке измерения были произведены при постоянных токах 9-30 a, а во второй 23-50 а. Во всех случаях восстанавливающееся напряжение составляло 110 в, подвижный электрод перемещался на расстояние 1-1.5 мм, катодом был электрод, в котором помещался коллектор электронов. При токах 9-35 а энергия электронов в пучке задавалась равной 4-10 кзв, при 50 а - 10 кзв, при меньших энергиях электронный пучок отклонялся на электроды магнитным полем размыкаемого тока.
17.0)•10-6 г/см2 [p.=(5.1÷52.0)-10-1 мм рт. ст.), контакты в течение нескольких суток находились при давлении 10-4 мм. рт. ст.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Ustinova A.V.
student,
Russian University of Transport
(Moscow, Russia)
MEASUREMENT OF VAPOR DENSITY IN VACUUM ARC
Abstract: the article discusses and analyzes the vapor density in a vacuum arc.
Keywords: vacuum, arc, density.
Номер журнала Вестник науки №2 (59) том 2
Ссылка для цитирования:
Устинова А.В. ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПАРА В ВАКУУМНОЙ ДУГЕ // Вестник науки №2 (59) том 2. С. 230 - 234. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/7270 (дата обращения: 27.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+