一種真空開關管真空度測量及校準方法

1、一種真空開關管真空度測量及校準方法史海如，吳安恕，鄭宗仁，寧進學（國營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：本文詳細介紹了一種真空開關管真空度測量及校準方法。這種方法對規(guī)范真空開關管行業(yè)真空度測量及校準將起積極的作用。關鍵詞：真空開關管 真

3、空度測量及校準真空開關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、保護之用。根據行業(yè)要求，這種器件貯存壽命為20年。在貯存期內，其管內真空度不低于1.33×Pa（即管內壓強1.33×Pa）。根據不同的管型計算其允許漏氣率在1×1×帕·升/秒。這一數值非常之小。因而如何提高檢漏靈敏度，并比較準確地測量真空度是各真空開關管制造廠家、用戶及整個行業(yè)較為關注的問題。本文介紹了一種真空度測量及校準方法。經過多年的實踐證明，這種方法符合國家計量量值傳遞規(guī)定，且誤差較小。1 原理與方法測量真空開關管真空度有兩種接法。第一種接法是，將被測真空開關管兩觸

4、頭拉開規(guī)定距離，其動 圖1 圖2 端和靜端分別連接到冷陰極電離真空計高壓電源上。第二種接法是真空開關管兩觸頭閉合，將真空開關管的動端（或靜端）和屏蔽罩外露部分分別連接到冷陰極電離真空計高壓電源上。將被測管置入冷陰極電離真空計產生磁場的勵磁線圈中，分別如圖1、圖2所示。在一定條件下，真空開關管中受宇宙射線或其它因素產生的少量初始電子在電場和磁場的共同作用下，增加了其在電極空間的運動行程。在運動中，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管內的氣體密度有關。氣體密度大，管內壓強高，真空度低，放電電流大；反之，氣體密度小，管內壓強低，真空度高，放

5、電電流小。在上述條件下，施加適當的高壓和磁場，測量真空開關管內的氣體放電電流。根據放電電流大小確定管內真空度值。2 冷陰極電離真空計的校準上述兩種連接方法中采用的冷陰極電離真空計都有一定的要求并且必須進行校準。這兩種接法中冷陰極電離真空計所加高壓約為10000伏左右，如真空開關管絕緣外殼的絕緣電阻以1000M計算，其漏電流約為10A左右。這一電流與儀器測定管子真空度時產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都必須有抵消漏電流的措施，保證其漏電流與測定真空度時產生的自持放電電流相比，可以忽略不計。第二，這種方法中測得的是放電電流，；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管作為電離規(guī)管，而結構不同的真空開關管，在相同的電場及磁場條件下，其放電電流是不同的。因此，冷陰極電離真空計應具備儲備多種曲線的功能，以方便使用。目前國內西安高壓電器研究所研制的冷陰極電離真空計具備上述功能，其能固化100條左右曲線。本文推薦的校準方法是在二等高真空比對校準裝置上進行的。其原理如圖31。該裝置所用標準規(guī)和真空計以及整個校準裝置按國家計量標準定期校準，校準裝置的不確定度小于±10%。因而標準規(guī)、 標準真空計、真空校準室要求及氮氣純度等均應符合相關計量標準要求。其簡要檢定程序如下：1 按上述方法將待校準真空開關管及待校冷陰極電離真空計

7、接于二等高真空比對校準裝置上。按圖1連接時，真空開關管觸頭應拉開規(guī)定距離。2 將待校真空開關管置于待校冷陰極電離真空計所帶的勵磁線圈中，并使管子的軸線與線圈軸線盡可能重合。3 按二等高真空比對校準裝置操作規(guī)程啟動系統(tǒng)，并使其正常。4 為了保證校準的精度，首次測量某一結構的真空開關管時，每量程標準壓強取九點，即1×Pa、2×Pa、9×Pa（a為-5、-4、-2）。5 常規(guī)校準時，每量程內標準壓強取值為6×Pa、9×Pa、3×Pa、6×Pa、9×Pa、3×Pa、6×Pa、9×Pa、3

8、15;Pa。6 在每個校準點，調整抽氣閥2及充氣閥7，使標準真空計的指示值穩(wěn)定在校準點。待系統(tǒng)壓強穩(wěn)定后（一般穩(wěn)定時間不小于5分鐘）2，測量待校冷陰極電離真空計的放電電流值。7 按6所述方法從高真空至低真空順序連續(xù)測出待校冷陰極電離真空計在每一個校準點的放電電流值，完成各校準點第一次測量。8 每個校準點測量不少于三次，每次測量時間間隔不小于20小時。取每個校準點的測量平均值作為冷陰極電離真空計在該校準點的放電電流測量值。9 用冷陰極電離真空計在每個校準點上的測量值與標準真空計測量值比對，繪出待校真空開關管、待校冷陰極電離真空計放電電流真空度標準曲線，并將該曲線固化在待校冷陰極電離真空計內。10

9、所用冷陰極電離真空計及待校真空開關管常規(guī)校準按第7條進行，其校準點按第5條規(guī)定選取。 正常情況下，完成各校準點一次測量需34小時，從低真空恢復到高真空需15小時。完成各校準點三次測量約需3天時間。常規(guī)校準當天可以完成。3 二等高真空比對校準裝置的基本要求1a) 校準室的本底壓力不大于被校真空計待校壓力下限值的2%。如果常規(guī)校準起始點真空度（即待校壓力下限值）為6×Pa，則校準室的本底壓強應小于1.2×Pa。b) 校準室的壓力在校準范圍內應連續(xù)可調。在1min內壓力穩(wěn)定度不大于1%。c) 校準室上連接被校真空開關管的過渡管道的流導值，不應小于被校規(guī)管本身支管流導值的10倍。例

10、如，被校真空開關管的排管內徑為0.8cm，長10cm，則其流導為0.619升/秒。那么連接到校準室過渡管道的流導應大于6.19升/秒。如果用同樣長的管道連接，其管道內徑大于1.73cm即可?？傊恃b置的相關要求應符合中華人民共和國國家計量校準規(guī)范JJF1062-1999，5.2.1.3的規(guī)定。4 誤差分析a) 根據國家計量標準的規(guī)定，二等高真空比對校準裝置的不確定度應小于±10%。這些不確定度包含：標準規(guī)傳遞誤差；標準規(guī)規(guī)管的穩(wěn)定性誤差；標準規(guī)電控單元的誤差；本底壓強引起的誤差；壓強分布不均勻性引起的誤差；壓強不穩(wěn)定性引起的誤差。b) 冷陰極電離真空計的不確定度要求符合國家計量器

11、具檢定系統(tǒng)框圖的規(guī)定，即滿足 +100 -60%的要求。對于各部分的影響只作定性分析。勵磁線圈磁場不穩(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；冷陰極電離計電控單元引入的不確定度；真空開關管漏電流引入的不確定度。如果真空開關管絕緣電阻為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檔氣體電離產生的電流可以比擬。因而作為冷陰極電離真空計必須有抵消漏電流的措施。真空開關管放電不穩(wěn)定性引入的不確定度；真空開關管場致發(fā)射引入的不確定度。由于采用二等高真空比對校準裝置，因而校準系統(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的一致性，穩(wěn)定性即