真空开关电弧实验系统设计如图1所示。图中电抗器L0取值4316μH,电容器C0取值23614mF,组成频率约为50Hz的半波电源。可拆卸灭弧室(如图2)由不锈钢做成,其高度为290mm,直径为300mm,并且有两个玻璃窗口,以观察真空电弧图像及对其特性检测。在可拆卸灭弧室内上下各固定有一个可拆卸的触头,上端为阳极,经陶瓷与可拆灭弧室上端盖固定,下端为阴极,经波纹管与瓷套相连,其上下位置可调节,以改变触头开距。机械泵和扩散泵构成高真空系统,且在实验过程中,机械泵和扩散泵始终处于工作状态以维持灭弧室真空度要高于6166×10-2Pa。

图1 真空电弧实验装置系统

        灭弧室内真空度由电子仪器有限公司生产的ZDF—Ⅲ微机型数显复合真空计实时在线检测。真空电弧的引燃是通过高压脉冲辅助电极触发方式完成,该辅助电极被设置在阴极的中心位置。电弧的伏安特性由分压器和分流器测得。

图2 　真空可拆卸灭弧室

      实验中触头采用直径为40mm的CuCr50合金,其结构为1/3匝纵磁场,阴、阳电极之间的间隙为5mm。电容C0两端的电压为120V,相应电弧的电流峰值为819kA。触发电极采用直径为2mm的钨丝。

真空开关电弧光学采集系统

       真空电弧的采集系统如图3所示,包括中性滤光片、干涉滤光片、凸透镜、光学器件CCD、数据采集卡及计算机。运用CCD的比色测温中,CCD必须工作在光电转换特性的非饱和区,而CCD图像传感器的非饱和区宽度较窄,故单独利用CCD测温时,测温范围很难达到高温检测的要求。合适的选择中性滤光片可以防止CCD图像传感器的饱和,扩大CCD的测温范围;干涉滤光片作用是只允许某种指定的单色光透过或反射。在选择滤光片应考虑的因素主要有被测对象的辐射率、测温范围、CCD的光谱响应和动态范围、环境光的影响、系统的响应灵敏度、信噪比等。

图3 真空电弧图像采集系统

       为了保证电弧等离子体图像的空间分辨率,必须在电弧和CCD之间加入光学放大系统。

       实验中,CCD采用公司提供的生产的A311f高速相机,其最高分辨率为659×494,采样速度为73fps。相机镜头采用M50182MP型号,其焦距f0为50mm。干涉滤光片主要参数如表1所示。两片中性滤光片的透过率分别为10%和80%。

表1 干涉滤光片参数

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