大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置及方法制造方法及图纸

本申请提供一种大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置及方法。本申请的测试装置及方法将实际工况间隙式电极放电模式转化为程控式电源可控放电输出模拟。程控式电源放电输出通过工控机编程实现。对于旋转电弧弧根工况，电弧对电极材料样品上特定点快速扫过的间隙放电方式可以转化为程控式电源脉冲输出形式的间隙放电，能够准确模拟不同电极内径电弧以不同旋转速度对电极特定点的间隙放电，大大减小试验所需电极材料的尺寸。并且，本申请装置及方法可以精确控制所述电弧之间的电流、电压、加热持续时间等参数，实现不同电流、不同电弧长度弧斑烧蚀形貌测试，能够更加准确地模拟出间隙式放电对电极材料烧蚀的影响。

Measuring device and method for the influence of gap discharge of atmospheric plasma on electrode ablation

【技术实现步骤摘要】
大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置及方法
本申请涉及大气等离子放电领域，特别是涉及一种大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置及方法。
技术介绍
电极材料作为等离子的发射单元，在工业及军事上有大量的应用，很多情况下电极材料是间隙式放电工作的，如工业等离子体炬间隙式点火、航天器间隙式等离子体推进、高超声速热防护的电弧加热器中电弧弧根在磁场作用下高速旋转间隙式加热电极特定点。传统的大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置及方法是通过磁场或者气流将电弧弧根在电极表面高速移动。传统的测试装置及方法较难控制电弧弧根的旋转速度，并且不能准确地模拟间隙放电的时间间隔，从而使得模拟出的间隙式放电对电极材料的烧蚀作用与实际工况中间隙式放电对电极材料的烧蚀作用有差异，不能准确模拟出间隙式放电对电极材料烧蚀的影响。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置及方法不能准确模拟出间隙式放电对电极材料烧蚀影响的问题，提供一种可以准确模拟出间隙式放电对电极材料烧蚀影响的大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置及方法。本申请提供一种大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置包括集中控制器、可编程逻辑控制器、程控式电源、数据采集器、阳极导电杆、试样夹以及阴极导电杆。所述可编程逻辑控制器与所述集中控制器连接。通过所述集中控制器对所述可编程逻辑控制器进行控制。所述程控式电源与所述可编程逻辑控制器连接。通过所述可编程逻辑控制器控制所述程控式电源。所述数据采集器与所述集中控制器连接。通过所述集中控制器控制所述数据采集器采集数据。所述阳极导电杆与所述程控式电源正极连接。且所述阳极导电杆设置有阳极。所述试样夹用于放置电极材料样品。所述阴极导电杆与所述试样夹固定连接。所述阴极导电杆与所述程控式电源负极连接。所述阳极与所述电极材料样品之间形成电弧。所述数据采集器与所述程控式电源连接，用于采集所述阳极导电杆与所述阴极导电杆之间的电压信号。所述数据采集器与所述程控式电源连接，用于采集所述程控式电源、所述阳极导电杆、所述阳极、所述阴极导电杆以及所述电极材料样品之间形成回路的电流信号。在一个实施例中，所述阳极导电杆靠近所述试样夹一端设置有开孔。所述开孔用于放置阳极。所述阳极与所述阳极导电杆连接，所述阳极导电杆与所述程控式电源正极连接。在一个实施例中，所述大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置还包括绝缘板。所述阳极导电杆放置于所述绝缘板。所述试样夹放置于所述绝缘板。所述阴极导电杆放置于所述绝缘板。在一个实施例中，所述阳极导电杆与所述绝缘板通过阳极万向头连接。所述阴极导电杆与所述绝缘板通过阴极万向头连接。在一个实施例中，所述试样夹与所述阴极导电杆螺纹可拆卸连接。在一个实施例中，一种大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试方法包括：预设第一电流值、第二电流值、电弧的弧根旋转速度、电弧的弧根旋转圈数以及所述电弧的弧斑直径，并根据所述弧根旋转速度和所述弧斑直径获得第一加热时间与第二加热时间；提供电极材料样品、阳极；连接程控式电源、阳极导电杆、所述阳极、所述阴极导电杆以及所述电极材料样品形成回路；集中控制器触发数据采集器与可编程逻辑控制器运行；所述数据采集器采集所述程控式电源、所述阳极导电杆、所述阳极、所述阴极导电杆以及所述电极材料样品之间形成回路的电流信号，所述数据采集器采集所述阳极导电杆与所述阴极导电杆之间的电压信号；根据所述第一电流值与所述第一加热时间，所述可编程逻辑控制器控制所述程控式电源在所述第一加热时间内的工作电流为所述第一电流值，并获得对应的所述电弧的弧斑形貌；根据所述第二电流值与所述第二加热时间，所述可编程逻辑控制器控制所述程控式电源在所述第二加热时间内的工作电流为所述第二电流值，并获得对应的所述电弧的弧斑形貌；根据所述弧根旋转圈数，所述可编程逻辑控制器控制所述程控式电源的所述第一加热时间与所述第二加热时间之间的切换次数；根据所述电弧的弧斑形貌，获得所述电极材料样品的烧蚀状态。在一个实施例中，在预设第一电流值、第二电流值、所述电弧的弧根旋转速度、所述电弧的弧根旋转圈数以及所述电弧的弧斑直径，并根据所述弧根旋转速度和所述弧斑直径获得第一加热时间与第二加热时间，步骤中，所述第一加热时间t1＝d/v；所述第二加热时间t2＝(2πR/v)-t1；其中，d为所述弧斑直径，v为所述弧根旋转速度，R为待模拟工况下电极的半径。在一个实施例中，所述可编程逻辑控制器通过MOS管输出模式控制所述程控式电源。在一个实施例中，将所述阳极的端面与所述电极材料样品的端面磨平抛光，且所述阳极的端面与所述电极材料样品的端面平行设置。在一个实施例中，所述程控式电源通过绝缘栅双极型晶体管控制电流的脉冲输出。本申请提供一种上述大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置及方法。所述可编程逻辑控制器通过RS232数据传输方式或者RS485数据传输方式与所述集中控制器连接。进而，通过所述集中控制器进行PLC编程控制。所述可编程逻辑控制器的输出端与所述程控式电源通讯端连接，以实现电源输出控制。所述程控式电源、所述可编程逻辑控制器、所述数据采集器以及所述集中控制器之间的连接通过电缆和数据线连接。所述阳极的端面和所述电极材料样品的端面进行磨平并抛光，并将所述阳极的端面和所述电极材料样品的端面平行设置，间隔距离固定。由于实际工作情况中，随着电弧弧根在电极表面高速移动会使得电流值不断发生变化。根据实际工作情况中电流值的变化情况，可以对电流值和每个电流值持续时间进行提取。根据实际电流值变化情况，通过所述大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置可以通过调节电流值和电流值对应的持续时间来模拟出实际工作情况中间隙式放电对电极产生的变化，从而获知大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀的影响。通过所述集中控制器根据不同电流值和每个电流值持续时间来控制所述可编程逻辑控制器，进而控制所述程控式电源工作，使得所述阳极与所述电极材料样品之间形成所述电弧。此时，通过所述集中控制器可以控制所述电弧之间的电流、电压、加热持续时间等参数，进而可以更加准确地模拟出实际工况。因此，通过所述大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置将实际工况间隙式电极放电模式转化为程控式电源可控放电输出模拟。程控式电源放电输出通过工控机编程实现。对于旋转电弧弧根工况，所述电弧对所述电极材料样品上特定点快速扫过的间隙放电方式可以转化为程控式电源脉冲输出形式的间隙放电。通过所述大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置能够准确模拟不同电极内径电弧以不同旋转速度对电极特定点的间隙放电，大大减小试验所需电极材料的尺寸。并且，通过所述大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置可以精确控制所述电弧之间的电流、电压、加热持续时间等参数，实现不同电流、不同电弧长度弧斑烧蚀形貌测试，能够更加准确地模拟出间隙式放电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置，其特征在于，包括：/n集中控制器(10)；/n可编程逻辑控制器(20)，与所述集中控制器(10)连接，通过所述集中控制器(10)对所述可编程逻辑控制器(20)进行控制；/n程控式电源(30)，与所述可编程逻辑控制器(20)连接，通过所述可编程逻辑控制器(20)控制所述程控式电源(30)；/n数据采集器(40)，与所述集中控制器(10)连接，通过所述集中控制器(10)控制所述数据采集器(30)采集数据；/n阳极导电杆(510)，与所述程控式电源(30)正极连接，且所述阳极导电杆(510)设置有阳极；/n试样夹(520)，用于放置电极材料样品；/n阴极导电杆(530)，与所述试样夹(520)固定连接，所述阴极导电杆(530)与所述程控式电源(30)负极连接，所述阳极与所述电极材料样品之间形成电弧；/n所述数据采集器(40)与所述程控式电源(30)连接，用于采集所述阳极导电杆(510)与所述阴极导电杆(530)之间的电压信号；/n所述数据采集器(40)与所述程控式电源(30)连接，用于采集所述程控式电源(30)、所述阳极导电杆(510)、所述阳极、所述阴极导电杆(530)以及所述电极材料样品之间形成回路的电流信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置，其特征在于，包括：
集中控制器(10)；
可编程逻辑控制器(20)，与所述集中控制器(10)连接，通过所述集中控制器(10)对所述可编程逻辑控制器(20)进行控制；
程控式电源(30)，与所述可编程逻辑控制器(20)连接，通过所述可编程逻辑控制器(20)控制所述程控式电源(30)；
数据采集器(40)，与所述集中控制器(10)连接，通过所述集中控制器(10)控制所述数据采集器(30)采集数据；
阳极导电杆(510)，与所述程控式电源(30)正极连接，且所述阳极导电杆(510)设置有阳极；
试样夹(520)，用于放置电极材料样品；
阴极导电杆(530)，与所述试样夹(520)固定连接，所述阴极导电杆(530)与所述程控式电源(30)负极连接，所述阳极与所述电极材料样品之间形成电弧；
所述数据采集器(40)与所述程控式电源(30)连接，用于采集所述阳极导电杆(510)与所述阴极导电杆(530)之间的电压信号；
所述数据采集器(40)与所述程控式电源(30)连接，用于采集所述程控式电源(30)、所述阳极导电杆(510)、所述阳极、所述阴极导电杆(530)以及所述电极材料样品之间形成回路的电流信号。


2.如权利要求1所述的大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置，其特征在于，所述阳极导电杆(510)靠近所述试样夹(520)一端设置有开孔(511)，所述开孔(511)用于放置阳极，所述阳极与所述阳极导电杆(510)连接，所述阳极导电杆(510)与所述程控式电源(30)正极连接。


3.如权利要求1所述的大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置，其特征在于，还包括：
绝缘板(60)，所述阳极导电杆(510)放置于所述绝缘板(60)，所述试样夹(520)放置于所述绝缘板(60)，所述阴极导电杆(530)放置于所述绝缘板(60)。


4.如权利要求3所述的大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置，其特征在于，所述阳极导电杆(510)与所述绝缘板(60)通过阳极万向头(610)连接，所述阴极导电杆(530)与所述绝缘板(60)通过阴极万向头(620)连接。


5.如权利要求1所述的大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试装置，其特征在于，所述试样夹(520)与所述阴极导电杆(530)螺纹可拆卸连接。


6.一种大气等离子体间隙式放电对电极烧蚀影响的测试方法，其特征在于，包括：
预设第一电流值、第二电流值、电弧的弧根旋转速度、所述电弧的弧根旋转圈数以及所述电弧的弧斑直径，并根据所述弧根旋转速度和所述弧斑直径获得第一加热时间与第二加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘源，袁竭，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11