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等离子体实验装置

2021-02-23 10:53:31
等离子体实验装置
详细介绍:

等离子体实验装置各试验功能系统的技术要求


1. 高电压试验腔体


a. 腔体采用立式结构。腔体内有效高度约200mm,腔体内径约220mm,总容积约8.5L(腔体尺寸为初步理论设计,详细设计过程中因为技术或者工艺的原因可能做微量调整,但不影响整体性能和试验过程)。腔体上下封头采用平封头结构,上封头为法兰连接可打开,下封头为焊接结构。腔体底部作为整体安装面通过腔体支架与移动机架连接;


b. 腔体本体采用304不锈钢材质,内外表面机械抛光。腔体焊接方式、密封漏率控制、材料放气率控制等均按照高真空试验腔体要求进行设计制作。整体制作工艺可实现10-4Pa的高真空等级;


c. 腔体周向分布四个视窗,其中两个视窗对称分布于腔体筒体,另外一个视窗分布于侧面90°位置的手孔门上,与手孔门整体制作。对称分布的视窗直径100mm,手孔门上的视窗直径65mm。第四个视镜位于筒体45°位置,视窗口径40mm。视窗玻璃均为石英玻璃,口径100mm的视窗玻璃厚度15mm,其它视窗玻璃厚度10mm(视窗玻璃采用法兰连接可更换结构)。腔体手孔直径100mm,打开后可以安装和调整腔体内件;


d. 腔体设置一个总的气体进气接口,分成三个分充气口,并配置高精度的微调阀门满足较高精度的充气控制。腔体具有一路与高真空挡板阀连接的抽气接口,口径100mm;


e. 腔体顶盖上设置高精度数字压力表接口、电阻真空规接口和电离真空规接口(测量高真空);


f. 腔体底部设置有运动结构的安装接口,保证运动机构可拆卸和维修;


g.腔体顶部安装高电压引入电极,可满足10KV的高电压引入。电极内端部安装电极板,电极板为可更换结构。


2.运动机构


a.地电极垂直调节机构采用绝缘外壳,安装后与腔体绝缘。调节杆采用304不锈钢。垂直调节距离0~30mm(以上电极板位置为零点,向下调节30mm),当试件夹紧后应处于视镜中心位置。与地电极调节杆端部连接的电极板采用可更换结构,与电极杆之间可松脱且可自动找正;


b.样品转换机构的载物盘采用绝缘材料制作,可同时放置6个待试验样件。与载物转盘相关的内部传动机构(传动齿轮和半轴等)采用绝缘材料制作。样品载物盘与传动轴采用可拆卸连接结构。样品载物盘配备6个相同规格的地电极板,电极板与电极杆的接触也采用可松脱且可自动找正的结构形式;


c.调节机构和传动机构的密封结构形式应在静态下满足10-4Pa高真空的密封要求,长期使用后密封失效可更换。


3.真空获得装置


a.高真空的获取通过分子泵作主泵,旋片式真空泵为前级泵和粗抽泵来实现。为使结构紧凑,考虑到腔体容积较小,不另外设置预抽口,直接通过分子泵泵腔进行预抽; 


b.在分子泵和试验腔体之间采用气动高真空挡板阀来进行隔离,口径100mm;


c.充气过程采用高精度微调阀来实现,控制误差为5Pa以内。考虑到真空腔体容积较小,充气路有一定富余,不另外设置放气口,可通过充气微调阀进行真空释放;


d.旋片式真空泵入口配装电磁翻板充气阀防止机械泵对真空腔体返油污染。旋片式真空泵出口配装油气分离器,减少油雾污染和真空油消耗。


e.腔体达到10-4Pa所需要的时间大约20min;


4.测量与过程控制


a.腔体顶部安装电阻真空规,用来测量真空获取过程中压力高于0.1Pa中低真空段的测量和显示;


b.腔体顶部安装电离真空规,用来测量真空获取过程中压力低于0.1Pa的高真空段的测量和显示;


c.腔体顶部安装高精度数字压力表用来实现对充气后压力的准确测量,测量精度0.1%F.S,测量范围,绝压0~1.5×105Pa;


d.真空机组运行和真空挡板阀开关均采用PLC程序控制,其中真空挡板阀采用气动执行机构,需要用户提供压力气源,气源压力不低于1.5MPa。


5. 腔体压力及安全性、密封性


a. 腔体正常工作压力为负压。腔体按照正压0.2MPa设计,并进行负压稳定性校核;


b. 腔体制作完成后将进行0.3MPa的正压安全性测试,和负压的稳定性测试;腔体视镜的耐压能力按照0.4MPa选取


c. 所有阀门、管件、密封的选用符合腔体安全性和密封性要求;


d. 腔体在绝压4KPa的充气条件下,进行保压试验,24小时压升不大于125Pa(真空漏率指标5×10-6Pa.m3/s,充气保压应排除气体温度变化对压力的影响);


6. 腔体外接口


a. 所有充气管接口采用φ6mm快插接口;


b. 旋片式真空泵油气分离器抽口配装软管接头,对于有害气体采用软管排放到室外,附带排气软管长度5m。


c.高电压输入端预留了M8的外螺纹,可用φ8O型线爪进行连接并用均压帽压紧。地电极端预留了M8外螺纹,可用φ8O型线爪进行连接并用螺母压紧。


7.腔体支架、移动机架及安装


a. 腔体支架用于试验腔体和移动机架的连接并使得运动机构具有足够的外安装空间和操作空间;


b. 移动机架采用碳钢制作,表面喷塑处理。底部安装有一对固定脚轮和一对带刹车的万向脚轮。整个系统包括PLC控制柜都集成在移动机架上,既要保证移动的稳定性和一定的越障能力,也要保证足够的承载能力(100Kg以上承载);


c.在高电压试验腔体与腔体支架之间增加厚度5mm的聚四氟乙烯垫,连接时螺栓应增加聚四氟乙烯套,以防止意外情况造成人身或电控系统受损。


8.其它


a.分子泵控制器和复合真空显示仪在机架上安装时应预置水平托架,因为两者重量较重;


b.PLC控制箱安装于机架下方,与其它控制与测量元件连接时应尽量采用快插形式连接便于安装和维修;


c.真空波纹管在连接时,应给予适当固定,避免在实用过程中产生管路振动;


d.考虑到用户可能会采用瓶装气对气动执行机构供气,根据实际情况,有必要时应增加一组二级减压阀。


三.等离子体实验装置外形图片


等离子体实验装置

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