一種真空用脈衝高壓電阻分壓器的製作方法

2023-07-22 23:16:16

專利名稱：一種真空用脈衝高壓電阻分壓器的製作方法
技術領域：
本發明屬於脈衝高電壓測量技術領域，具體涉及一種真空用脈衝高壓電阻分壓器，應用於脈衝功率裝置上真空環境中的局部脈衝高電壓測量。
背景技術：
二極體負載在脈衝功率裝置上應用廣泛，工作電壓為數百千伏至兆伏量級，實驗中需要進行其局部脈衝高電壓的測量。由於二極體負載工作在真空環境中，而高電壓環境下真空中存在的自由電子容易造成表面電子雪崩而導致電阻分壓器出現高壓臂閃絡，因此使用電阻分壓器在真空中測量脈衝高電壓存在一定的困難。公知的用於真空中的電阻分壓器採用圓錐形絕緣子和金屬均壓環的重疊結構解決該問題。中國刊物名稱為《脈衝功率系統的原理與應用》([德]H.Bluhm著，清華大學出版社出版)對此進行了介紹。但是該刊物中僅給出了分壓器的原理示意，缺少具體的結構設計。電阻分壓器的絕緣子、均壓環和絕緣拉杆的固定方式，溶液的密封結構以及中間電極的電氣連接方式是結構設計的重要內容。而且電阻分壓器在長時間工作後，溶液將產生少量氣體，為保證分壓器的絕緣性能，需要設計相應的氣泡室結構以保證電阻分壓器正常工作。

發明內容
本發明提供一種真空用脈衝高壓電阻分壓器，以滿足在真空環境中測量局部脈衝高電壓的需求。本發明的一種真空用脈衝高壓電阻分壓器，其特點是，所述的電阻分壓器含有絕緣拉杆、電極罩、第一螺母、第一墊片、第一螺釘、高壓電極、數個環狀的絕緣子、第一絕緣子密封圈、插接件、底座、第二墊片、第二螺母、電阻、套管、電纜座、第二螺釘、第二拉杆密封圈、第三螺釘、電極密封圈、電極連接件、數個環狀的均壓環、第二絕緣子密封圈、水電阻溶液、氣泡室、排氣孔密封圈、第四螺釘、第一拉杆密封圈、中間電極、頂針。其中，所述的均壓環的上下平面均設置有密封槽。其連接關係是，高壓電極的上端面固定設置有電極罩，底座的下端面固定設置有套管，電纜座通過螺釘與套管固定連接。在高壓電極與底座之間依次疊放絕緣子與均壓環。均壓環上、下平面的密封槽中均設置有絕緣子密封圈。在絕緣子與均壓環的中心軸線上設置絕緣拉杆，絕緣拉杆的一端與電極連接件連接，且穿過底座中心的孔，位於套管內。在套管內底座下端面的密封槽中安裝第二拉杆密封圈，第二拉杆密封圈的下方設置第二墊片，第二墊片的下方安裝用於鎖緊的第二螺母。絕緣拉杆的另一端穿過高壓電極中心的孔，位於電極罩內，高壓電極上平面設置的密封槽中安裝第一拉杆密封圈，第一拉杆密封圈的上方設置第一墊片，第一墊片的上方安裝用於鎖緊的第一螺母。緊固第一螺母和第二螺母，實現高壓電極、底座以及之間的絕緣子與均壓環等部件的鎖緊。所述電極連接件安裝於絕緣拉杆的孔中。環形的中間電極設置於絕緣拉杆的外圍。在電極連接件與絕緣拉杆孔中的端面之間設置電極密封圈。在垂直於中間電極軸線的平面上角向均布設置有頂針，頂針依次穿過中間電極的螺紋孔、絕緣拉杆的通孔，與電極連接件連接。中間電極通過頂針與絕緣拉杆固定連接。旋緊頂針使中間電極固定於絕緣拉杆上，實現電極連接件與中間電極的電氣連接。所述的電極連接件的孔中連接有插接件，電阻的一端與插接件連接，電阻的另一端與電纜座的芯線固定連接。所述水電阻溶液封裝於高壓電極、底座以及兩者之間的絕緣子、均壓環圍成的內部空間中，高壓電極的內部設置有氣泡室，氣泡室的上方設置有排氣孔；第四螺釘安裝於高壓電極排氣孔中，在第四螺釘與高壓電極排氣孔內端面之間設置有排氣孔密封圈。所述頂針的數量為4 8個。本發明的有益效果是:通過採用本發明中的中間電極的電氣連接結構、密封結構和氣泡室結構設置，本發明的一種真空用脈衝高壓電阻分壓器能夠實現在真空環境中兆伏量級局部脈衝高電壓的測量。


圖1是本發明的一種真空用脈衝高壓電阻分壓器的結構示意 圖2是圖1中的局部剖面結構示意 圖3a是本發明中的中間電極主視 圖3b是本發明中的中間電極俯視 圖4是本發明中的頂針的主視 圖5a是本發明中的電極連接件的仰視 圖5b是本發明中的電極連接件的主視 圖中，1.絕緣拉杆2.電極罩3.第一螺母4.第一墊片5.第一螺釘6.高壓電極7.絕緣子8.第一絕緣子密封圈9.插接件10.底座11.第二墊片12.第二螺母13.電阻14.套管15.電纜座16.第二螺釘17.第二拉杆密封圈18.第三螺釘19.電極密封圈20.電極連接件21.均壓環22.第二絕緣子密封圈23.水電阻溶液24.氣泡室25.排氣孔密封圈26.第四螺釘27.第一拉杆密封圈28.中間電極41.第一頂針42.第二頂針。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明一種真空用脈衝高壓電阻分壓器作詳細描述。實施例1
在圖1 圖5中，本發明的一種真空用脈衝高壓電阻分壓器，含有絕緣拉杆1、電極罩
2、第一螺母3、第一墊片4、第一螺釘5、高壓電極6、數個環狀的絕緣子、第一絕緣子密封圈8、插接件9、底座10、第二墊片11、第二螺母12、電阻13、套管14、電纜座15、第二螺釘16、第二拉杆密封圈17、第三螺釘18、電極密封圈19、電極連接件20、數個環狀的均壓環、第二絕緣子密封圈22、水電阻溶液23、氣泡室24、排氣孔密封圈25、第四螺釘26、第一拉杆密封圈27、中間電極28、頂針。其中，所述的均壓環的上下平面均設置有密封槽。其連接關係是，通過第一螺釘5，將電極罩2固定在高壓電極6的上端面。通過第三螺釘18，將套管14固定在底座10的下端面。電纜座15通過第二螺釘16與套管14固定連接。在高壓電極6與底座10之間依次疊放絕緣子與均壓環；均壓環上、下平面的密封槽中分別設置有絕緣子密封圈。在絕緣子與均壓環的中心軸線上設置絕緣拉杆1，絕緣拉杆I的一端與電極連接件20連接，且穿過底座10中心的孔，位於套管14內。在套管14內底座10下端面的密封槽中安裝第二拉杆密封圈17，第二拉杆密封圈17的下方設置第二墊片11，第二墊片11的下方安裝用於鎖緊的第二螺母12。絕緣拉杆I的另一端穿過高壓電極6中心的孔，位於電極罩2內，高壓電極6上平面設置的密封槽中安裝第一拉杆密封圈27，第一拉杆密封圈27的上方設置第一墊片4，第一墊片4的上方安裝用於鎖緊的第一螺母3。緊固第一螺母3和第二螺母12，實現高壓電極6、底座10以及之間的絕緣子與均壓環等部件的鎖緊。所述電極連接件20安裝於絕緣拉杆I的孔中。環形的中間電極28設置於絕緣拉杆I的外圍。在電極連接件20與絕緣拉杆I孔中的端面之間設置電極密封圈19。在垂直於中間電極28軸線的平面上角向均布設置有四個頂針，第一頂針41和第二頂針42為其中兩個。第一頂針41、第二頂針42、第三頂針、第四頂針依次穿過中間電極28的螺紋孔、絕緣拉杆I的通孔，與電極連接件20連接。中間電極28通過頂針與絕緣拉杆I固定連接，如圖
2、圖3、圖4所示。旋緊頂針使中間電極28固定於絕緣拉杆I上，實現電極連接件20與中間電極28的電氣連接。所述的電極連接件20的孔中連接有插接件9，電阻13的一端與插接件9連接，電阻13的另一端與電纜座15的芯線固定連接，如圖2、圖5所示。所述水電阻溶液23封裝於高壓電極6、底座10以及兩者之間的絕緣子、均壓環圍成的內部空間中；高壓電極6的內部設置有氣泡室24，氣泡室24的上方設置有排氣孔；第四螺釘26安裝於高壓電極6的排氣孔中，在第四螺釘26與高壓電極6排氣孔內端面之間設置有排氣孔密封圈25。本實施例中，設置有十七個絕緣子，絕緣子7是其中一個；設置有十六個均壓環，均壓環21是其中一個。均壓環上、下平面均設置有絕緣子密封圈，均壓環21上平面設置的絕緣子密封圈是第二絕緣子密封圈22 ;均壓環21下平面設置的絕緣子密封圈是第一絕緣子密封圈8。針對阻抗為10 Ω的二極體負載，測量該二極體負載上所施加的極性為負，幅值約為I MV、前沿約50 ns，脈寬約200 ns的脈衝高電壓的需求，本發明的一種真空用脈衝高壓電阻分壓器實施例中的各部件具體設計參數如下。本發明中的絕緣子7的材質是有機玻璃，高壓電極6、底座10以及均壓環21的材質是鋁。水電阻溶液23是硫代硫酸鈉溶液。絕緣拉杆I的長度為420 mm;絕緣子7的錐角為45°，外徑為84 mm，內徑為40mm,厚度為14 mm ;均壓環21的外徑為100 mm,內徑為40 mm,厚度為6 mm ;高壓電極6與底座10的內端面間距為300 mm，中間電極28距離底座10的內端面為4 mm。由水電阻構成的第一級分壓器的分壓比為75:1。電阻13為長度50 mm，直徑6 mm，阻值4 kQ的玻璃釉電阻；與測試設備端連接的50 Ω負載構成分壓比為80:1的第二級分壓器。水電阻溶液23的電阻值為500 Ω，體積240 cm3 ;氣泡室24的深度為6 mm,體積為10 cm3。實驗結果表明本發明實施例測量的二極體電壓最高幅值約為1.1 MV。實驗中，本發明實施例的絕緣良好，滿足在真空中測量兆伏量級脈衝高電壓的要求。實施例2
本實施例與實施例1的基本結構相同，不同之處是絕緣子數量設置為三十個，相應的均壓環數量為二十九個，頂針數量設置為六個。實施例3
本實施例與實施例1的基本結構相同，不同之處是絕緣子數量設置為六十個，相應的均壓環數量為五十九個，頂針數量設置為八個。
權利要求
1.一種真空用脈衝高壓電阻分壓器，其特徵是，所述的電阻分壓器含有絕緣拉杆(I)、電極罩(2)、第一螺母(3)、第一墊片(4)、高壓電極(6)、數個環狀的絕緣子、第一絕緣子密封圈(8)、插接件(9)、底座(10)、第二墊片(11)、第二螺母(12)、電阻(13)、套管(14)、電纜座(15)、第二拉杆密封圈(17)、電極密封圈(19)、電極連接件(20)、數個環狀的均壓環、第二絕緣子密封圈(22)、水電阻溶液(23)、氣泡室(24)、排氣孔密封圈(25)、第四螺釘(26)、第一拉杆密封圈(27)、中間電極(28)、頂針；其中，所述的均壓環的上下平面均設置有密封槽；其連接關係是，高壓電極(6)的上端面固定設置有電極罩(2)，底座(10)的下端面固定設置有套管(14)，電纜座(15)通過螺釘與套管(14)固定連接；在高壓電極(6)與底座(10)之間依次疊放絕緣子與均壓環；均壓環上下平面均設置有絕緣子密封圈；在絕緣子與均壓環的中心軸線上設置絕緣拉杆(1)，絕緣拉杆(I)的一端與電極連接件(20)連接，且穿過底座(10)中心的孔，位於套管(14)內；在套管(14)內底座(10)下端面的密封槽中安裝第二拉杆密封圈(17)，第二拉杆密封圈(17)的下方設置第二墊片(11)，第二墊片(11)的下方安裝用於鎖緊的第二螺母(12);絕緣拉杆(I)的另一端穿過高壓電極(6)中心的孔，位於電極罩(2)內；高壓電極(6)上平面設置的密封槽中安裝第一拉杆密封圈(27)，第一拉杆密封圈(27)的上方設置第一墊片(4)，第一墊片(4)的上方安裝用於鎖緊的第一螺母(3);所述電極連接件(20)安裝於絕緣拉杆(I)的孔中；環形的中間電極(28)設置於絕緣拉杆(I)的外圍；在電極連接件(20)與絕緣拉杆(I)孔中的端面之間設置電極密封圈(19);在垂直於中間電極(28)軸線的平面上角向均布設置有頂針，頂針依次穿過中間電極(28)的螺紋孔、絕緣拉杆(I)的通孔，與電極連接件(20)連接；中間電極(28)通過頂針與絕緣拉杆(I)固定連接；所述水電阻溶液(23)封裝於高壓電極(6)、底座(10)以及兩者之間的數個絕緣子、數個均壓環圍成的內部空間中；所述的絕緣拉杆(I)、高壓電極(6)、均壓環、絕緣子、底座(10)為同軸心設置。
2.根據權利要求1所述的一種真空用脈衝高壓電阻分壓器，其特徵是，所述的電極連接件(20)的孔中連接有插接件(9)，電阻(13)的一端與插接件(9)連接，電阻(13)的另一端與電纜座(15)的芯線固定連接。
3.根據權利要求1所述的一種真空用脈衝高壓電阻分壓器，其特徵是，所述的高壓電極(6)內設置有氣泡室(24)，氣泡室(24)的上方設置有排氣孔；第四螺釘(26)安裝於高壓電極(6)的排氣孔中，在第四螺釘(26)與高壓電極(6)排氣孔內端面之間設置有排氣孔密封圈(25)。
4.根據權利要求1所述的一種真空用脈衝高壓電阻分壓器，其特徵是，所述的頂針的數量為4 8個。
全文摘要
本發明提供了一種真空用脈衝高壓電阻分壓器，所述的電阻分壓器中的高壓電極與底座之間依次疊放絕緣子與均壓環；絕緣拉杆位於絕緣子與均壓環的中心軸線位置；環形的中間電極位於絕緣拉杆的外圍，並固定於絕緣拉杆上，實現電極連接件與中間電極的電氣連接；水電阻溶液封裝於高壓電極、底座以及兩者之間的絕緣子、均壓環等部件的內部空間中；高壓電極的內部預留氣泡室。通過採用所述的中間電極的電氣連接、密封結構和氣泡室結構設計，本發明的一種真空用脈衝高壓電阻分壓器能夠實現在真空環境中兆伏量級局部脈衝高電壓的測量。
文檔編號G01R15/04GK103163348SQ20131011756
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月8日 優先權日2013年4月8日
發明者衛兵, 卿燕玲, 計策, 豐樹平, 陳林, 王勐, 周良驥 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所