一种气路控制系统及其真空实验装置论文和设计-樊小鹏

全文摘要

本申请公开了一种气路控制系统及其真空实验装置，本申请公开的真空实验装置设置有温湿度传感器和压力传感器，通过增设温湿度传感器，且将温湿度传感器的信号线通过信号接口引出，同时通过压力传感器监测气压，可以实现调节进气的温湿度从而实现对罐内的温湿度进行调节目的。另外，本申请实施例所公开的气路控制系统包括两个气路、气体加湿鼓泡瓶和气体混合罐，其中一个气路上设置气体加湿鼓泡瓶，实现对气体湿度的控制。解决了现有设备由于罐内湿度、温度不可调而无法进行气体在不同充气压力、温度场和微水环境(湿度场)的系统性研究的问题。

主设计要求

1.一种真空实验装置，其特征在于，包括：罐体、上盖、上电极组件、下电极组件、温湿度传感器和压力传感器；所述上盖可拆卸的设置于所述罐体上端；所述上电极组件穿过上盖伸入罐体内部；所述下电极组件固定设置于所述罐体内部，且与所述上电极组件相对设置；所述罐体上设置有进气接口、抽真空接口和信号接口；所述温湿度传感器和压力传感器设置于所述罐体内部，且所述温湿度传感器和所述压力传感器的信号线通过所述信号接口引出。

设计方案

1.一种真空实验装置，其特征在于，包括：罐体、上盖、上电极组件、下电极组件、温湿度传感器和压力传感器；

所述上盖可拆卸的设置于所述罐体上端；

所述上电极组件穿过上盖伸入罐体内部；

所述下电极组件固定设置于所述罐体内部，且与所述上电极组件相对设置；

所述罐体上设置有进气接口、抽真空接口和信号接口；

所述温湿度传感器和压力传感器设置于所述罐体内部，且所述温湿度传感器和所述压力传感器的信号线通过所述信号接口引出。

2.根据权利要求1所述的真空实验装置，其特征在于，还包括设置于所述罐体侧面的观察窗。

3.根据权利要求1所述的真空实验装置，其特征在于，还包括设置于所述罐体侧面的操作孔。

4.根据权利要求1所述的真空实验装置，其特征在于，还包括支架；所述支架设置于所述罐体底部。

5.根据权利要求4所述的真空实验装置，其特征在于，所述支架的架脚设置有带刹万向轮。

6.根据权利要求1所述的真空实验装置，其特征在于，所述上盖与所述罐体之间的连接方式为法兰连接；所述上电极组件与所述上盖之间的连接方式为法兰连接。

7.根据权利要求1所述的真空实验装置，其特征在于，所述下电极组件包括下电极、绝缘棒和套筒；

所述套筒固定设置于所述罐体内部；

所述下电极安装于所述绝缘棒顶部；

所述绝缘棒与所述套筒螺纹连接。

8.一种气路控制系统，其特征在于，包括第一气路、第二气路、气体加湿鼓泡瓶、气体混合罐、真空阀和如权利要求1至7任一项所述的真空实验装置；

所述气体加湿鼓泡瓶设置于所述第二气路上；

所述第一气路和述第二气路的气体出口均与所述气体混合罐连接；

所述气体混合罐的气体出口与所述真空实验装置的进气接口连接；

所述真空阀与所述真空实验装置的抽真空接口连接。

9.根据权利要求8所述的一种气路控制系统，其特征在于，所述真空阀包括手动阀和电磁阀；

所述手动阀与所述电磁阀的两端并联；

所述电磁阀与所述真空实验装置的压力传感器通信连接。

10.根据权利要求8所述的一种气路控制系统，其特征在于，所述第一气路的进气口和所述第二气路的进气口均设置有调节阀和流量计。

设计说明书

技术领域

本申请涉及气体高压放电实验技术领域，尤其涉及一种气路控制系统及其真空实验装置。

背景技术

随着经济技术的发展，长距离、特高压输电技术发展迅速。作为高压输电网络中的重要电气设备，以SF6、压缩空气等气体作为绝缘介质的气体绝缘设备中的击穿放电现象也受到了研究者们的广泛关注。由于气体绝缘设备在实际使用过程中往往需要面对严苛的工作环境，设备工作温度从-25～40℃不等，在生产、装配和使用过程中难免会混入水分，而且不同电压等级的气体绝缘设置中填充的气体压力也不尽相同，因此针对SF6等绝缘气体在不同气体压力、温度场和微水环境(湿度场)中的击穿放电特性方面的研究，将为SF6等气体绝缘性能的研究以及气体绝缘设备的研制提供必要的参考数据。

除此之外，SF6作为一种公认的温室效应气体，SF6替代气体方面的研究也获得了广泛关注。目前，SF6替代气体的研究大多集中于寻找合适的替代气体并研究其本身理化特性，以及在单一、特定环境的击穿特性实验，针对SF6替代气体在不同充气压力、温度场和微水环境(湿度场)的系统性研究相对匮乏。现有放电实验设备中大多不能实现罐内湿度、温度可调且保持气体压力恒定不变。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种气路控制系统及其真空实验装置，解决现有放电实验设备中大多不能实现罐内湿度、温度可调且保持气体压力恒定不变的问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种真空实验装置，包括：罐体、上盖、上电极组件、下电极组件、温湿度传感器和压力传感器；

所述上盖可拆卸的设置于所述罐体上端；

所述上电极组件穿过上盖伸入罐体内部；

所述下电极组件固定设置于所述罐体内部，且与所述上电极组件相对设置；

所述罐体上设置有进气接口、抽真空接口和信号接口；

所述温湿度传感器和压力传感器设置于所述罐体内部，且所述温湿度传感器和所述压力传感器的信号线通过所述信号接口引出。

可选地，还包括设置于所述罐体侧面的观察窗。

可选地，还包括设置于所述罐体侧面的操作孔。

可选地，还包括支架；所述支架设置于所述罐体底部。

可选地，所述支架的架脚设置有带刹万向轮。

可选地，所述上盖与所述罐体之间的连接方式为法兰连接；所述上电极组件与所述上盖之间的连接方式为法兰连接。

可选地，所述下电极组件包括下电极、绝缘棒和套筒；

所述套筒固定设置于所述罐体内部；

所述下电极安装于所述绝缘棒顶部；

所述绝缘棒与所述套筒螺纹连接。

本申请第二方面提供了一种气路控制系统，包括第一气路、第二气路、气体加湿鼓泡瓶、气体混合罐、真空阀和上述第一方面所述的真空实验装置；

所述气体加湿鼓泡瓶设置于所述第二气路上；

所述第一气路和述第二气路的气体出口均与所述气体混合罐连接；

所述气体混合罐的气体出口与所述真空实验装置的进气接口连接；

所述真空阀与所述真空实验装置的抽真空接口连接。

优选地，所述真空阀包括手动阀和电磁阀；

所述手动阀与所述电磁阀的两端并联；

所述电磁阀与所述真空实验装置的压力传感器通信连接。

优选地，所述第一气路的进气口和所述第二气路的进气口均设置有调节阀和流量计。

与现有技术相比，本申请实施例的优点在于：

本申请实施例中，提供了一种气路控制系统及其真空实验装置，真空实验装置包括罐体、上盖、上电极组件、下电极组件、温湿度传感器和压力传感器；上盖可拆卸的设置于罐体上端；上电极组件穿过上盖伸入罐体内部；下电极组件固定设置于罐体内部，且与上电极组件相对设置；罐体上设置有进气接口、抽真空接口和信号接口；温湿度传感器和压力传感器设置于罐体内部，且温湿度传感器和压力传感器的信号线通过信号接口引出。通过增设温湿度传感器，且将温湿度传感器的信号线通过信号接口引出，同时通过压力传感器监测气压，可以实现对罐内温湿度和气压的检测，以便于现调节进气的温湿度从而实现对罐内的温湿度进行调节的目的。

另外，本申请实施例所提供的气路控制系统包括第一气路、第二气路、气体加湿鼓泡瓶、气体混合罐、真空阀和真空实验装置，气体加湿鼓泡瓶设置于第二气路上；第一气路和述第二气路的气体出口均与气体混合罐连接；气体混合罐的气体出口与真空实验装置的进气接口连接；真空阀与真空实验装置的抽真空接口连接。通过设置两个气路，其中一个气路上设置气体加湿鼓泡瓶，实现对气体湿度的控制。解决了现有设备由于罐内湿度、温度不可调而无法进行气体在不同充气压力、温度场和微水环境(湿度场)的系统性研究的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请第一方面实施例所提供的真空实验装置的结构示意图；

图2为本申请第二方面实施例所提供的气路控制系统的结构示意图。

标号：信号接口1；观察窗2；抽真空接口3；匀压环4；上电极组件5；上盖6；罐体7；下电极8；操作孔9；绝缘支架10；进气接口11；支架12。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了开展不同气体压力下的绝缘气体击穿放电研究，目前已经采用密封罐模拟各种不同的实际使用情况，以对不同特定情况下的绝缘气体击穿放电问题进行研究。现有技术中，采用将高压电极置于设备内，然后对电极施加高压，进行模拟放电实验。在对绝缘气体研究中，不同充气压力、温度场和微水环境(湿度场)的系统性研究相对匮乏。

本申请第一方面提供了一种真空实验装置。

请参阅图1，本申请实施例所提供的真空实验装置包括：罐体7、上盖6、上电极组件5、下电极组件、温湿度传感器和压力传感器。

上盖6可拆卸的设置于罐体7上端，可以理解的是，上盖6与罐体7之间进行装配后，应当保证其气密封性。上盖6和罐体7具体可以由不锈钢制造而成，另外，上盖6的内侧应当设置有绝缘材料。

上盖6开设有通孔，以便于上电极组件5穿过其通孔伸入罐体7内部。上电极组件5与上盖6优选可拆卸的连接方式，以便于对上电极组件5中的上电极进行调整。上述上盖6与罐体7的连接方式、上电极组件5与上盖6的连接方式均可以通过如图所示的法兰连接实现，目的是可拆卸且保证气密性。当然还可以有其他连接方式，此处不进行限定。

下电极组件固定设置于罐体7内部，且与上电极组件5相对设置。

具体的，上电极组件5包括绝缘套管和上电极杆，上电极杆外接高压电源，设置于绝缘套管中，可以通过螺纹密封连接。绝缘套管外表面可以设计凹凸槽，增大爬电距离，从而增加绝缘距离，防止导电电极与罐体7发生放电。电极组件的顶部还可以安装匀压环4。下电极组件包括下电极8和绝缘支架10，下电极8设置于绝缘支架10上，绝缘支架10固定设置于罐体7内部。优选的，绝缘支架10包括绝缘棒和套筒，套筒固定设置于罐体7内部，下电极8安装于所述绝缘棒顶部，绝缘棒与套筒螺纹连接，通过旋转绝缘棒来调节下电极8和上电极杆之间的距离。下电极8与上电极杆相对设置，且中心对准。上述下电极8和上电极杆具体可以为紫铜盘和紫铜杆，上述绝缘材料具体可以为尼龙或聚四氟材料。

罐体7上还设置有进气接口11、抽真空接口3和信号接口1。本申请实施例中，进气接口11和抽真空接口3沿罐体7的对角位置布置，进气接口11设置于所述罐体7的下端，抽真空接口3设置于罐体7的上端。信号接口1具体可以设置BNC接头。温湿度传感器和压力传感器设置于罐体7内任意位置，用于监测罐体内部的温湿度和气压。温湿度传感器和压力传感器的信号线通过信号接口1引出。信号接口1的数量可以为多个，用作预留接口，以便于以后添加测量工具使用，当罐体7为圆柱形时，多个预留接口可以沿罐体7的圆周方向均布。

本申请实施例提供的平板热管测试装置，通过增设温湿度传感器，且将温湿度传感器的信号线通过信号接口引出，同时通过压力传感器监测气压，可以实现调节进气的温湿度从而实现对罐内的温湿度进行调节目的，解决了现有设备由于罐内湿度、温度不可调而无法进行气体在不同充气压力、温度场和微水环境(湿度场)的系统性研究的问题。一种对罐内温度进行调节的方法是改变进气的温度，另一种优选的方案是在罐体7内增设发热贴片，通过调节发热贴片的温度来改变罐内温度，发热贴片的电源控制线可以通过信号接口1引出。

可以对上述装置进行进一步的优化，在罐体7的侧面设置观察窗2和\/或操作孔9，观察窗2和\/或操作孔9均可以通过法兰密封，并用卡钳螺钉快速连接和拆卸，操作孔9可用于日后添加测量装置。

进一步的，还包括支架12，支架12设置于罐体7底部，用于支撑和稳定罐体7。优选的，还可以在支架12的架脚处设置带刹万向轮。

本申请第二方面提供了一种气路控制系统。

请参阅图2，本申请实施例所提供的气路控制系统包括第一气路、第二气路、气体加湿鼓泡瓶、气体混合罐、真空阀和如上述第一方面所提供的真空实验装置。需要说明的是，为了保证真空实验装置的安全性能，整个装置应当接地。

气体加湿鼓泡瓶设置于第二气路上，用于给第二气路的干燥气加湿。第一气路和第二气路的气体出口均与气体混合罐连接。气体混合罐的气体出口与真空实验装置的进气接口连接。第二气路的气体经气体加湿鼓泡瓶加湿后，再与第一气路的干燥气在气体混合罐中混合，一通进入真空实验装置中。通过控制第一气路和第二气路的流量，可以控制进入真空实验装置的气体湿度，一种控制方法是在进入气路之前就干燥气的流量设定好，另一种优选的方法是在第一气路和第二气路的进气口处均设置调节阀和流量计，其中流量计具体可以为玻璃转子流量计。

可选的，改变真空实验装置罐内的温度一方面可以通过在罐体内增加发热贴片，上述实施例中已经提到；另一方面可以通过改变进气的温度来实现，具体的可以将气体加湿鼓泡瓶放置于恒温水浴加热器中进行恒温水浴加热。

进一步的，真空阀具体包括手动阀和电磁阀，且手动阀和电磁阀的两端并联，电磁阀与真空实验装置中的压力传感器通信连接。其中，手动阀具体为手动球阀，用于调节手动抽气量的大小；电磁阀通过压力传感器进行控制，实现开关动作，使得罐内真空恒定在一定的压力范围值内。进一步的还可以采用自动控制阀门大小的控制系统，从而更精准的实现气压的恒定。

更进一步的，还可以增设显示仪表、数字示波器等装置：温湿度传感器的信号线与显示仪表连接，显示温度及湿度；数字示波器与交直流高电压发生器或冲击电压发生器连接，用于测量电路的电压值；数字示波器与电极通过电流线圈连接，用于测量电路的电流值。

另外，本申请实施例所提供的气路控制系统还包括截止阀、真空波纹管、压差阀、真空泵等，具体的连接方式为现有技术，且图2所示的连接方式为现有技术中的一种，此处不再进行赘述。

一种应用本申请实施例所提供的气路控制系统进行击穿放电试验的具体步骤如下：

步骤1，安装好两个电极，并确定好两电极间隙距离，将操作孔法兰盖封好；

步骤2，铺设气体气路，将气瓶、玻璃转子流量计、气体混合罐、真空泵、鼓泡瓶及各个阀门用橡胶软管连接，并检查所有气路的气密性；连接激发电路，将高压电源的高压输出端连接至紫铜杆导电电极，将整个真空罐接地，并设置高压探头、电流线圈及数字示波器以实时监控电压电流波形；

步骤3，通过旋片式真空泵排空真空罐内原有气体，通过数显压力传感器观测罐内气压变化。

步骤4，当观察到罐内气压低到一定程度时，开始通气体，维持当气压达到一个大气压时，通过气压控制系统控制气压在一个大气压范围内，并利用贴片电极将罐内温度加至0～30℃。

步骤5，当气压稳定，调整高压电源电压幅值为10kV～100kV，开始进行击穿实验。

步骤6，从加压开始直至击穿，利用示波器观测气压和电流变化。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和\/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和\/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“\/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

设计图

一种气路控制系统及其真空实验装置论文和设计

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主设计要求

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设计说明书

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