一種真空開關(guān)管真空度測(cè)量及校準(zhǔn)方法

1、一種真空開關(guān)管真空度測(cè)量及校準(zhǔn)方法史海如，吳安恕，鄭宗仁，寧進(jìn)學(xué)（國(guó)營(yíng)4404廠，湖北 孝感 432104）A Method of Vacuum Measurement and Calibration of Vacuum InterrupterShi Hai-ru, Wu An-shu, Zheng Zong-ren, Ning Jin-xue(The State Run 4404 Factory, Hubei, Xiaogan, 432104, China)Abstract: In this paper, a method of vacuum measurement and calibrat

2、ion of vacuum interrupter will be introduced. It will make an active role to normalize the vacuum measurement and calibration of vacuum interrupter in this industry.Key words: Vacuum interrupter; Vacuum measurement and calibration摘 要：本文詳細(xì)介紹了一種真空開關(guān)管真空度測(cè)量及校準(zhǔn)方法。這種方法對(duì)規(guī)范真空開關(guān)管行業(yè)真空度測(cè)量及校準(zhǔn)將起積極的作用。關(guān)鍵詞：真空開關(guān)管 真

3、空度測(cè)量及校準(zhǔn)真空開關(guān)管是一種新型真空器件，其廣泛用于電力行業(yè)作電力開斷、保護(hù)之用。根據(jù)行業(yè)要求，這種器件貯存壽命為20年。在貯存期內(nèi)，其管內(nèi)真空度不低于1.33×Pa（即管內(nèi)壓強(qiáng)1.33×Pa）。根據(jù)不同的管型計(jì)算其允許漏氣率在1×1×帕·升/秒。這一數(shù)值非常之小。因而如何提高檢漏靈敏度，并比較準(zhǔn)確地測(cè)量真空度是各真空開關(guān)管制造廠家、用戶及整個(gè)行業(yè)較為關(guān)注的問(wèn)題。本文介紹了一種真空度測(cè)量及校準(zhǔn)方法。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐證明，這種方法符合國(guó)家計(jì)量量值傳遞規(guī)定，且誤差較小。1 原理與方法測(cè)量真空開關(guān)管真空度有兩種接法。第一種接法是，將被測(cè)真空開關(guān)管兩觸

4、頭拉開規(guī)定距離，其動(dòng) 圖1 圖2 端和靜端分別連接到冷陰極電離真空計(jì)高壓電源上。第二種接法是真空開關(guān)管兩觸頭閉合，將真空開關(guān)管的動(dòng)端（或靜端）和屏蔽罩外露部分分別連接到冷陰極電離真空計(jì)高壓電源上。將被測(cè)管置入冷陰極電離真空計(jì)產(chǎn)生磁場(chǎng)的勵(lì)磁線圈中，分別如圖1、圖2所示。在一定條件下，真空開關(guān)管中受宇宙射線或其它因素產(chǎn)生的少量初始電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用下，增加了其在電極空間的運(yùn)動(dòng)行程。在運(yùn)動(dòng)中，其與氣體分子發(fā)生碰撞，而使氣體分子電離，并形成自持放電。在一定條件下，其放電電流大小與真空開關(guān)管內(nèi)的氣體密度有關(guān)。氣體密度大，管內(nèi)壓強(qiáng)高，真空度低，放電電流大；反之，氣體密度小，管內(nèi)壓強(qiáng)低，真空度高，放

5、電電流小。在上述條件下，施加適當(dāng)?shù)母邏汉痛艌?chǎng)，測(cè)量真空開關(guān)管內(nèi)的氣體放電電流。根據(jù)放電電流大小確定管內(nèi)真空度值。2 冷陰極電離真空計(jì)的校準(zhǔn)上述兩種連接方法中采用的冷陰極電離真空計(jì)都有一定的要求并且必須進(jìn)行校準(zhǔn)。這兩種接法中冷陰極電離真空計(jì)所加高壓約為10000伏左右，如真空開關(guān)管絕緣外殼的絕緣電阻以1000M計(jì)算，其漏電流約為10A左右。這一電流與儀器測(cè)定管子真空度時(shí)產(chǎn)生的自持放電電流相比，不可忽略。因而這兩種接法中冷陰極電離真空計(jì)都必須有抵消漏電流的措施，保證其漏電流與測(cè)定真空度時(shí)產(chǎn)生的自持放電電流相比，可以忽略不計(jì)。第二，這種方法中測(cè)得的是放電電流，；因而儀器必須有顯示放電電流和真空度指示

6、的功能。第三，由于這種方法是將真空開關(guān)管作為電離規(guī)管，而結(jié)構(gòu)不同的真空開關(guān)管，在相同的電場(chǎng)及磁場(chǎng)條件下，其放電電流是不同的。因此，冷陰極電離真空計(jì)應(yīng)具備儲(chǔ)備多種曲線的功能，以方便使用。目前國(guó)內(nèi)西安高壓電器研究所研制的冷陰極電離真空計(jì)具備上述功能，其能固化100條左右曲線。本文推薦的校準(zhǔn)方法是在二等高真空比對(duì)校準(zhǔn)裝置上進(jìn)行的。其原理如圖31。該裝置所用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)和真空計(jì)以及整個(gè)校準(zhǔn)裝置按國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)定期校準(zhǔn)，校準(zhǔn)裝置的不確定度小于±10%。因而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)、 標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)、真空校準(zhǔn)室要求及氮?dú)饧兌鹊染鶓?yīng)符合相關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。其簡(jiǎn)要檢定程序如下：1 按上述方法將待校準(zhǔn)真空開關(guān)管及待校冷陰極電離真空計(jì)

7、接于二等高真空比對(duì)校準(zhǔn)裝置上。按圖1連接時(shí)，真空開關(guān)管觸頭應(yīng)拉開規(guī)定距離。2 將待校真空開關(guān)管置于待校冷陰極電離真空計(jì)所帶的勵(lì)磁線圈中，并使管子的軸線與線圈軸線盡可能重合。3 按二等高真空比對(duì)校準(zhǔn)裝置操作規(guī)程啟動(dòng)系統(tǒng)，并使其正常。4 為了保證校準(zhǔn)的精度，首次測(cè)量某一結(jié)構(gòu)的真空開關(guān)管時(shí)，每量程標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)取九點(diǎn)，即1×Pa、2×Pa、9×Pa（a為-5、-4、-2）。5 常規(guī)校準(zhǔn)時(shí)，每量程內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)取值為6×Pa、9×Pa、3×Pa、6×Pa、9×Pa、3×Pa、6×Pa、9×Pa、3

8、15;Pa。6 在每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，調(diào)整抽氣閥2及充氣閥7，使標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)的指示值穩(wěn)定在校準(zhǔn)點(diǎn)。待系統(tǒng)壓強(qiáng)穩(wěn)定后（一般穩(wěn)定時(shí)間不小于5分鐘）2，測(cè)量待校冷陰極電離真空計(jì)的放電電流值。7 按6所述方法從高真空至低真空順序連續(xù)測(cè)出待校冷陰極電離真空計(jì)在每一個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的放電電流值，完成各校準(zhǔn)點(diǎn)第一次測(cè)量。8 每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量不少于三次，每次測(cè)量時(shí)間間隔不小于20小時(shí)。取每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量平均值作為冷陰極電離真空計(jì)在該校準(zhǔn)點(diǎn)的放電電流測(cè)量值。9 用冷陰極電離真空計(jì)在每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)上的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)測(cè)量值比對(duì)，繪出待校真空開關(guān)管、待校冷陰極電離真空計(jì)放電電流真空度標(biāo)準(zhǔn)曲線，并將該曲線固化在待校冷陰極電離真空計(jì)內(nèi)。10

9、所用冷陰極電離真空計(jì)及待校真空開關(guān)管常規(guī)校準(zhǔn)按第7條進(jìn)行，其校準(zhǔn)點(diǎn)按第5條規(guī)定選取。 正常情況下，完成各校準(zhǔn)點(diǎn)一次測(cè)量需34小時(shí)，從低真空恢復(fù)到高真空需15小時(shí)。完成各校準(zhǔn)點(diǎn)三次測(cè)量約需3天時(shí)間。常規(guī)校準(zhǔn)當(dāng)天可以完成。3 二等高真空比對(duì)校準(zhǔn)裝置的基本要求1a) 校準(zhǔn)室的本底壓力不大于被校真空計(jì)待校壓力下限值的2%。如果常規(guī)校準(zhǔn)起始點(diǎn)真空度（即待校壓力下限值）為6×Pa，則校準(zhǔn)室的本底壓強(qiáng)應(yīng)小于1.2×Pa。b) 校準(zhǔn)室的壓力在校準(zhǔn)范圍內(nèi)應(yīng)連續(xù)可調(diào)。在1min內(nèi)壓力穩(wěn)定度不大于1%。c) 校準(zhǔn)室上連接被校真空開關(guān)管的過(guò)渡管道的流導(dǎo)值，不應(yīng)小于被校規(guī)管本身支管流導(dǎo)值的10倍。例

10、如，被校真空開關(guān)管的排管內(nèi)徑為0.8cm，長(zhǎng)10cm，則其流導(dǎo)為0.619升/秒。那么連接到校準(zhǔn)室過(guò)渡管道的流導(dǎo)應(yīng)大于6.19升/秒。如果用同樣長(zhǎng)的管道連接，其管道內(nèi)徑大于1.73cm即可。總之，校準(zhǔn)裝置的相關(guān)要求應(yīng)符合中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范JJF1062-1999，5.2.1.3的規(guī)定。4 誤差分析a) 根據(jù)國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，二等高真空比對(duì)校準(zhǔn)裝置的不確定度應(yīng)小于±10%。這些不確定度包含：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)傳遞誤差；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī)管的穩(wěn)定性誤差；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)電控單元的誤差；本底壓強(qiáng)引起的誤差；壓強(qiáng)分布不均勻性引起的誤差；壓強(qiáng)不穩(wěn)定性引起的誤差。b) 冷陰極電離真空計(jì)的不確定度要求符合國(guó)家計(jì)量器

11、具檢定系統(tǒng)框圖的規(guī)定，即滿足 +100 -60%的要求。對(duì)于各部分的影響只作定性分析。勵(lì)磁線圈磁場(chǎng)不穩(wěn)定引入的不確定度；高壓電源高壓不穩(wěn)定引入的不確定度；冷陰極電離計(jì)電控單元引入的不確定度；真空開關(guān)管漏電流引入的不確定度。如果真空開關(guān)管絕緣電阻為1000M，施加的高壓為12000V，其漏電流為12A。這一電流值與真空度在Pa檔氣體電離產(chǎn)生的電流可以比擬。因而作為冷陰極電離真空計(jì)必須有抵消漏電流的措施。真空開關(guān)管放電不穩(wěn)定性引入的不確定度；真空開關(guān)管場(chǎng)致發(fā)射引入的不確定度。由于采用二等高真空比對(duì)校準(zhǔn)裝置，因而校準(zhǔn)系統(tǒng)的不確定度小于±10%。因而誤差的大小主要取決于冷陰極電離真空計(jì)的一致性，穩(wěn)定性即