ГАЗОНАПОЛНЕННЫЙ ИСКРОВОЙ РАЗРЯДНИК Российский патент 2003 года по МПК H01T1/00 

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при разработке газонаполненных искровых разрядников с высокой стабильностью срабатывания, применяемых в генераторах импульсных токов и напряжений, в системах зажигания авиационных двигателей, источником рентгеновского излучения.

Известен газонаполненный искровой разрядник, содержащий трубчатый корпус из изолирующего материала и два электрода, расположенных один против другого. Торцевые части электродов покрыты активирующей массой. Для предварительной ионизации газа на внутреннюю стенку корпуса или на один или оба электрода наносится радиоактивное вещество (см. пат. ФРГ 2.735.865, кл. H 01 T 3/00, 1977).

Недостатком данного разрядника является наличие радиоактивного вещества, используемого для предварительной ионизации основного разрядного промежутка с целью стабилизации напряжения пробоя. Наличие радиоактивного вещества приводит к значительным затратам для обеспечения безопасности как при изготовлении, так и при эксплуатации, необходимости учета, сбора и захоронения отработанных изделий, а также к ограничению областей применения.

Известен также газонаполненный искровой разрядник, содержащий основные электроды, образующий разрядный промежуток и дополнительный электрод, выполненный в виде петли из проволоки и имеющий электрический контакт с одним из основных электродов (см. авт. свид. СССР 650127, кл. H 01 T 1/00, 1977).

К недостаткам этого газонаполненного искрового разрядника относится то, что в разряднике для стабилизации напряжения пробоя используется дополнительный электрод, выполненный в виде петли из проволоки и имеющий электрический контакт с одним из основных электродов. Введение дополнительного электрода такой формы приводит к резкой асимметрии электрического поля в разряднике и неравномерному распределению напряженности поля в основном межэлектродном промежутке. Такая асимметрия электрического поля является причиной неравномерности выработки материала основных электродов, что в свою очередь вызывает неоднородность микроструктуры их рабочего поверхностного слоя.

Неоднородность электрического поля в основном разрядном промежутке и усиление неоднородности микроструктуры поверхностных слоев основных электродов приводит к снижению стабильности напряжения пробоя в процессе наработки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является газонаполненный искровой разрядник, содержащий два соосно расположенных основных электрода и дополнительный электрод, выполненный в виде полого тела вращения с осевым отверстием, расположенный коаксиально с одним из основных электродов и имеющий с ним электрический контакт (см. пат. США 3.702.952, кл. 317-62, 1971 г.).

К причинам, препятствующим достижение требуемого технического результата при использовании известного газонаполненного искрового разрядника, принятого за прототип, относится то, что в известном газонаполненном искровом разряднике введенный для стабилизации напряжения пробоя дополнительный электрод делает неравномерным электрическое поле между рабочими поверхностями основных электродов с усилением электрического поля на краях электродов. Неравномерность электрического поля в основном межэлектродном промежутке приводит к неравномерности эрозии материала электродов и является причиной снижения напряжения пробоя в процессе наработки. Задачей заявляемого изобретения является создание газонаполненного искрового разрядника с высокой стабильностью напряжения пробоя.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном газонаполненном искровом разряднике, содержащем два соосно расположенных основных электрода и дополнительный электрод, выполненный в виде полого тела вращения с осевым отверстием, расположенный коаксиально с одним из основных электродов и электрически соединенный с ним, введен второй дополнительный электрод, выполненный как и первый дополнительный электрод в виде полого тела вращения с осевым отверстием, коаксиально расположенный относительно второго основного электрода и электрически соединенный с этим электродом, при этом диаметры основных электродов d, диаметры отверстий в дополнительных электродах D, расстояние между соответствующими рабочими поверхностями основных электродов и торцевыми поверхностями дополнительных электродов h, а величина основного межэлектродного промежутка S₀ связаны следующими соотношениями:


Предлагаемая конструкция газонаполненного искрового разрядника и выбор геометрических размеров его элементов в пределах указанных выше соотношений созданных условий для возникновения осесимметричного коронирующего разряда между кромками отверстий в дополнительных электродах при напряжении ниже или близком к напряжению возникновения искры между основными электродами, что обеспечивает высокую стабильность напряжения пробоя.

Иные технические решения, в которых были бы известны отличительные признаки заявленного изобретения, не выявлены.

На фиг.1 изображена схематически конструкция газонаполненного искрового разрядника.

На фиг. 2 представлены кривые изменения относительного среднеквадратического разброса напряжения пробоя от величины соотношения при фиксированных значениях h/S_o (кривая 1 - h/S_o=0,5; кривая 2 - h/S_o=0,8; кривая 3 - h/S_o=1,2; кривая 4 - h/S_o=0,4; кривая 5 - h/S_o=1,3).

Газонаполненный искровой разрядник (фиг.1) содержит соосно два основных электрода 1 и 2 и два дополнительных электрода 3 и 4, выполненных в виде полого тела вращения с осевыми отверстиями, расположенных коаксиально относительно соответствующих основных электродов 1 и 2 и имеющих с ними электрический контакт.

Зависимость изменения относительного среднеквадратического разброса напряжения пробоя от соотношения при фиксированных значениях h/S_o приведены на фиг.2 для разрядника с основным межэлектродным расстоянием S₀=2,5 мм и диаметром основных электродов d=10 мм. Величина соотношения изменялась за счет изменения диаметра отверстия D в дополнительных электродах при фиксированных значениях h (1; 1,25; 2,0; 3,0; 3,25 мм). Разрядник наполнялся смесью газов 10% Н₂ + 90% Аr до давления 5 атм. К электродам разрядника прикладывалось напряжение с крутизной нарастания 10⁵ В/с.

Характер распределения напряженности электрического поля в основном разрядном промежутке зависит от соотношения геометрических размеров его элементов, а не от их абсолютных величин. Поэтому, снятые зависимости относительного среднеквадратического разброса напряжения пробоя от соотношения справедливо для любого межэлектродного расстояния S₀, выбор которого определяется требуемым значением напряжения пробоя.

Газонаполненный искровой разрядник работает следующим образом.

При приложении изменяющего напряжения к основным электродам 1 и 2 по мере его возрастания происходит локальное усиление напряжения электрического поля вблизи кромок отверстий дополнительных электродов 3 и 4. Выполнение вышеуказанных соотношений геометрических размеров элементов газонаполненного искрового разрядника способствует возникновению осесимметричного коронирующего разряда между кромками отверстий дополнительных электродов 3 и 4 при напряжении ниже или близком к напряжению возникновения искры между основными электродами 1 и 2. Коронирующий разряд при выполнении вышеуказанных условий стабилизирует процессы возникновения и развития разряда в основном разрядном промежутке и при дальнейшем увеличении напряжения создаются условия для его пробоя. Происходит пробой разрядного промежутка.

Осесимметричная конструкция разрядника с двумя дополнительными электродами, расположенными коаксиально относительно основных электродов и имеющих с ними электрический контакт, позволяет получить практически одинаковое напряжение пробоя при изменении его полярности.

Как видно из фиг.2, относительный среднеквадратический разброс напряжения пробоя имеет минимальное значение в пределах изменения соотношения
Характер изменения относительного среднеквадратического разброса напряжения пробоя объясняется степенью влияния коронирующего разряда между кромками отверстий дополнительных электродов.

При напряженность электрического поля вблизи кромок отверстий дополнительных электродов значительно уменьшается из-за экранирующего действия поверхностей основания электродов, причем это действие усиливается при увеличении соотношения h/S_o. Усиление экранирующего действия основных электродов влияет на величину напряжения, при котором возникает коронирующий разряд, и при некотором значении создаются условия, когда искровой разряд между основными электродами происходит раньше возникновения короны. Этим и объясняется характер изменения кривых 1, 2 и 3 при
При экранирующее действие основных электродов на неоднородность электрического поля вблизи кромок отверстий дополнительных электродов ослабевает. Коронирующий разряд при этом возникает при напряжении значительно ниже напряжения возникновения искры между основными электродами, что снижает стабильность напряжения пробоя.

Как было указано выше, степень экранирующего действия основных электродов на неоднородность электрического поля вблизи кромок отверстий дополнительных электродов, которая оказывает влияние на условия возникновения коронирующего разряда, определяется величиной соотношения h/S_o.

При h/S_o<0,5 экранирующее действие основных электродов значительно ослабевает. Поэтому, как видно из кривой 4 фиг.2, интервал изменения отношения при h/S_o=0,4, в котором наблюдается стабилизация напряжения пробоя, очень узок. В этом случае даже при малых значениях создаются условия для возникновения коронного разряда, переходящего в искру при напряжении ниже напряжения возникновения искрового разряда между основными электродами, что значительно увеличивает разброс напряжения пробоя.

При h/S_o>1,2 коронирующий разряд между кромками отверстий дополнительных электродов возникает при напряжении, соизмеримом с напряжением пробоя между основными электродами, и практически не влияет на процессы возникновения и развития разряда в основном разрядном промежутке. Что подтверждается характером изменения относительного среднеквадратического разброса напряжения пробоя при h/S_o=1,3 (кривая 5, фиг.2).

Примеры конкретного выполнения
1. Экспериментальный образец разрядника с межэлектродным расстоянием S₀= 2,5 мм, диаметром основных электродов d=10 мм, диаметром отверстий в дополнительных электродах D=10,75 мм и расстоянием между соответствующими рабочими поверхностями основных электродов и торцевыми поверхностями дополнительных электродов h=1,25 мм, наполненный газом 10% Н₂ + 90% Аr, Р=5 атм имеет относительный среднеквадратический разброс напряжения пробоя 1,5 %. В этом разряднике вышеуказанные соотношения имеют значения h/S_o= 0,5.

2. Экспериментальный образец разрядника с геометрическими размерами S₀= 2,5 мм, d=10 м, D=11,6, h = 2,0 и газовым наполнением 10% Н₂ + 90% Аr, Р=5 атм имеет относительный среднеквадратический разброс напряжения пробоя 1,1%.

В этом разряднике соотношения имеют значения ; h/S_o=0,8.

3. Экспериментальный образец разрядника с геометрическими размерами S₀= 2,5, d= 10 мм, D=14,8, h=3,0 и газовым наполнением 10% Н₂ + 90% Аr до давления 5 атм имеют относительный среднеквадратический разброс напряжения пробоя 1,7%.

В этом разряднике соотношения имеют значения: h/S_o=1,2.

Таким образом, предлагаемая конструкция газонаполненного искрового разрядника при соблюдении соотношений
позволяет повысить стабильность напряжения пробоя.

Предлагаемый разрядник найдет применение при создании импульсных рентгеновских аппаратов для дефектоскопии материалов и медицинской диагностики, в источниках лазерной подсветки для телевизионной аппаратуры с пространственно-временной селекцией, в системах зажигания авиационных двигателей и в специальных областях науки и техники.

Изобретение относится к газоразрядной технике. Технический результат - высокая стабильность напряжения пробоя. Это достигается за счет предварительной ионизации основного разрядного промежутка коронным разрядом. Для получения коронирующего разряда, стабилизирующего процессы возникновения и развития разряда в основном разрядном промежутке, в конструкции разрядника имеются два дополнительных электрода в виде полого тела вращения с осевым отверстием, каждый из которых коаксиально расположен и соединен с одним из основных электродов. Геометрические размеры элементов разрядника при этом соответствующим образом выбираются. 2 ил.

Газонаполненный искровой разрядник, содержащий два соосно расположенных основных электрода и дополнительный электрод, выполненный в виде полого тела вращения с осевым отверстием, расположенный коаксиально с одним из основных электродов и электрически соединенный с ним, отличающийся тем, что в разрядник введен второй дополнительный электрод, выполненный в виде полого тела вращения с осевым отверстием, коаксиально расположенный относительно второго основного электрода и электрически соединенный с этим электродом, при этом диаметры основных электродов d, диаметры отверстий дополнительных электродов D, расстояние между соответствующими рабочими поверхностями основных электродов и торцевыми поверхностями дополнительных электродов h и величина основного межэлектродного промежутка S₀ связаны следующими соотношениями:

е