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    電擊裝置中電介質(zhì)對放電效應(yīng)的影響及分析

    2015-12-29 06:01:17西安武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院鄧春澤
    電子世界 2015年23期
    關(guān)鍵詞:電介質(zhì)橋體電擊

    西安武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院 鄧春澤

    西安武警工程大學(xué)信息工程系 楊尚東

    電擊裝置中電介質(zhì)對放電效應(yīng)的影響及分析

    西安武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院 鄧春澤

    西安武警工程大學(xué)信息工程系 楊尚東

    電擊裝置放電效應(yīng)受到各種因素的影響,這些因素不僅包括電擊裝置本身輸出參數(shù)、人體因素,還包括放電電介質(zhì)的物理性質(zhì),環(huán)境溫度,濕度等等。對電擊裝置放電效應(yīng)進(jìn)行研究,其目的就是找出各種因素對放電效應(yīng)的影響規(guī)律。本文采用理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究了電介質(zhì)對電擊裝置放電效應(yīng)的影響。

    放電效應(yīng);介電常數(shù);脈沖輸出能量

    0 引言

    為了研究電擊裝置放電效應(yīng)的影響因素,采用實(shí)驗(yàn)方法對電擊裝置放電效應(yīng)進(jìn)行研究,以得到各種因素對放電效應(yīng)的影響規(guī)律。本文采用理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究了電介質(zhì)對電擊裝置放電效應(yīng)的影響,為電擊裝置的研究提供了重要實(shí)驗(yàn)與理論基礎(chǔ)。。

    1 實(shí)驗(yàn)方法

    1.1 電介質(zhì)介電常數(shù)的測量

    電容器極板間有電介質(zhì)存在時的電容量Cx與同樣形狀和尺寸的真空電容量C0之比為介電常數(shù):

    圖1 高壓西林電橋

    介電常數(shù)的測量采用高壓西林電橋法,將被測試樣作為工頻高壓電橋的一個橋臂,根據(jù)電橋平衡時的參數(shù),計算試樣的介電常數(shù)(只做常溫下測量)。

    具體步驟如下:

    (1)高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器頂部端鈕接高壓電源,將專用屏蔽導(dǎo)線連接電容器和橋體“Cs”端鈕上,導(dǎo)線屏蔽接橋體“⊥”;

    (2)檢流計靈敏度調(diào)節(jié)器指零,橋體電鍵J1指“測量”位置,J2電鍵指中間位置;

    (3)將試品無屏蔽之電極接高壓電源,有屏蔽之電極接至橋體“Cx”端鈕上,屏蔽經(jīng)導(dǎo)線屏蔽與電橋“地”相連;

    (4)控制器輸出端接互感器輸出端,互感器輸出端一端與互感器外殼接地,另一端接標(biāo)準(zhǔn)電容器和試品高壓端;

    (5)橋體電源取自控制器背面“橋體”;

    (6)檢查接線情況,確符要求無接錯后,接通電源,使高壓升至所需的工作電壓,保持1分鐘后開始工作;

    (7)將電鍵J2指“橋體”位置,檢流計靈敏度調(diào)節(jié)至適當(dāng)位置(適宜觀察光帶變化),調(diào)整R3和R4各檔旋鈕,兩者應(yīng)同時配合調(diào)節(jié),R3由大數(shù)值起調(diào),逐漸增大檢流計靈敏度至光帶無法再小為止;

    (8)將J2打回指“屏蔽”位置,先將檢流計靈敏度調(diào)節(jié)器回到適當(dāng)位置(通過觀察光帶變化),調(diào)節(jié)“數(shù)值”和“相位”,逐步增大檢流計靈敏度至光帶無法再小為止。若其他正常而數(shù)值已降至起點(diǎn)還呈繼續(xù)下降趨勢時,則將電橋電源插頭反向輸入電源;

    (9)反復(fù)7)、8)項(xiàng)測量,調(diào)節(jié)橋體使J2在“橋體”“屏蔽”的任一位置,光帶均最小,則本試品測量結(jié)束;

    (10)測量完畢或暫停測量時,應(yīng)將高壓電源降至零,并切斷電源。若對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)懷疑時可重復(fù)對7)、8)、9)測量以證實(shí)或糾正數(shù)據(jù)后,由R3計算出Cx值。

    實(shí)驗(yàn)記錄如表1所示:

    表1 介電常數(shù)測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

    1.2 放電實(shí)驗(yàn)

    電極裝置采用尖—板電極裝置,依次將電介質(zhì)一、二、三、四分別在電擊裝置放電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)。放電距離取10mm,間隙間填滿電介質(zhì)。

    2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

    實(shí)驗(yàn)過程中,測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2-圖5所示。

    圖2 電介質(zhì)一的放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

    圖3 電介質(zhì)二的放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

    從圖2-圖5中可以看出,隨著介電常數(shù)的逐漸增大,除了峰值電壓在增大,峰值電流、放電時間、電流平均值、單個脈沖輸出能量都在減小。各參數(shù)具體如表2所示。

    圖4 電介質(zhì)三的放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

    圖5 電介質(zhì)四的放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

    表2 不同電介質(zhì)的放電情況

    圖6是通過改變電介質(zhì)介電常數(shù)ε而得到的流注通道形成后的電流(峰值電流)值:

    圖6 介電常數(shù)與峰值電流的變化規(guī)律

    3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

    由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對比分析可知,電介質(zhì)中介電常數(shù)對放電效應(yīng)的影響有:

    (1)隨著介電常數(shù)的增大,相對應(yīng)的電介質(zhì)擊穿電壓變大,因此,峰值電壓在逐步增大;

    (2)隨著介電常數(shù)的增大,擊穿過程中所消耗的能量就越大,從而導(dǎo)致峰值電流和平均放電電流均在減小,放電時間變短,單個脈沖輸出能量變??;

    (3)當(dāng)電介質(zhì)為皮革時,放電電壓電流波形與其它電介質(zhì)的差異較大,峰值電流和平均放電電流減小較多??紤]到皮革的主要成分是膠原纖維;C、H、O、S、N以共價鍵形式構(gòu)成蛋白質(zhì)初原纖維再以5根初原纖維為核心聚集成膠原纖維。根據(jù)原皮的結(jié)構(gòu)以及皮革的加工過程可知皮革材料既沒有產(chǎn)生自由電子的金屬鍵,也沒有能夠產(chǎn)生自由電子的禁帶,加之皮革中空氣間隙也較其它電介質(zhì)少,因此擊穿過程中損失的高壓電能比較多。由此可以得知,電擊裝置在使用過程中應(yīng)盡量避免接觸皮革之類的電介質(zhì)。

    [1]熊遠(yuǎn)波.電擊武器若干關(guān)鍵問題的研究[D].[碩士學(xué)位論文].南京:南京理工大學(xué),2007.

    [2]崔瑩,徐磊.強(qiáng)擊電擊器輸出電壓的測試[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,33: 33-34.

    [3]黃兆祥,熊天渝,王世明.電火花放電能量測最及放電過程分析[J].工程熱物理學(xué)報,1982,3(4):394-399.

    [4]沈擁軍,雷樂成,張興旺.不同脈沖放電類型降解偶氮染料的能量傳輸效應(yīng)和能量利用率的評價[J].科學(xué)通報,2008,53(6):641-650.

    [5]畢增軍,盛松林,孫馳,劉尚合.靜電放電火花產(chǎn)生的電磁場數(shù)值模型[J].強(qiáng)激光與粒子束,2003,15(6):1-4.

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