等離子體試驗(yàn)裝置

一.概述

本項(xiàng)目總共分為五部分：

1.高電壓試驗(yàn)腔體。主要功能是實(shí)現(xiàn)在常溫條及中高真空條件下對(duì)試驗(yàn)樣件的放電試驗(yàn)及充入不同壓力的絕緣惰性氣體環(huán)境下的放電試驗(yàn)；

2.運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分兩部分。部分為安裝在腔體底部的地電極垂直調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，主要功能是實(shí)現(xiàn)在中高真空本底條件下的垂直調(diào)節(jié)及對(duì)樣品的夾持功能，并作為試驗(yàn)接地端。第二部分為安裝在腔體內(nèi)部并可以從腔體外部操作的樣件轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，主要功能是同時(shí)放置多個(gè)樣件，并在某一個(gè)樣件試驗(yàn)完畢后，通過外部操作實(shí)現(xiàn)樣件的更換；

3.真空獲得裝置。主要功能是實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)樣件所必須的高中真空條件；

4.測量及過程控制。主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)各試驗(yàn)功能模塊單元的參數(shù)測量、顯示及試驗(yàn)過程的操作控制；

5.腔體支架和移動(dòng)機(jī)架。主要用于系統(tǒng)腔體、真空機(jī)組、元件、控制系統(tǒng)的集成安裝并方便移動(dòng)。

二.各試驗(yàn)功能系統(tǒng)的技術(shù)要求

1. 高電壓試驗(yàn)腔體

a. 腔體采用立式結(jié)構(gòu)。腔體內(nèi)有效高度約200mm，腔體內(nèi)徑約220mm，總?cè)莘e約8.5L（腔體尺寸為初步理論設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中因?yàn)榧夹g(shù)或者工藝的原因可能做微量調(diào)整，但不影響整體性能和試驗(yàn)過程）。腔體上下封頭采用平封頭結(jié)構(gòu)，上封頭為法蘭連接可打開，下封頭為焊接結(jié)構(gòu)。腔體底部作為整體安裝面通過腔體支架與移動(dòng)機(jī)架連接；

b. 腔體本體采用304不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)外表面機(jī)械拋光。腔體焊接方式、密封漏率控制、材料放氣率控制等均按照高真空試驗(yàn)腔體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。整體制作工藝可實(shí)現(xiàn)10-4Pa的高真空等級(jí)；

c. 腔體周向分布四個(gè)視窗，其中兩個(gè)視窗對(duì)稱分布于腔體筒體，另外一個(gè)視窗分布于側(cè)面90°位置的手孔門上，與手孔門整體制作。對(duì)稱分布的視窗直徑100mm，手孔門上的視窗直徑65mm。第四個(gè)視鏡位于筒體45°位置，視窗口徑40mm。視窗玻璃均為石英玻璃，口徑100mm的視窗玻璃厚度15mm，其它視窗玻璃厚度10mm（視窗玻璃采用法蘭連接可更換結(jié)構(gòu)）。腔體手孔直徑100mm，打開后可以安裝和調(diào)整腔體內(nèi)件；

d. 腔體設(shè)置一個(gè)總的氣體進(jìn)氣接口，分成三個(gè)分充氣口，并配置高精度的微調(diào)閥門滿足較高精度的充氣控制。腔體具有一路與高真空擋板閥連接的抽氣接口，口徑100mm；

e. 腔體頂蓋上設(shè)置高精度數(shù)字壓力表接口、電阻真空規(guī)接口和電離真空規(guī)接口（測量高真空）；

f. 腔體底部設(shè)置有運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的安裝接口，保證運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可拆卸和維修；

g.腔體頂部安裝高電壓引入電極，可滿足10KV的高電壓引入。電極內(nèi)端部安裝電極板，電極板為可更換結(jié)構(gòu)。

2.運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

a.地電極垂直調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用絕緣外殼，安裝后與腔體絕緣。調(diào)節(jié)桿采用304不銹鋼。垂直調(diào)節(jié)距離0～30mm（以上電極板位置為零點(diǎn)，向下調(diào)節(jié)30mm），當(dāng)試件夾緊后應(yīng)處于視鏡中心位置。與地電極調(diào)節(jié)桿端部連接的電極板采用可更換結(jié)構(gòu)，與電極桿之間可松脫且可自動(dòng)找正；

b.樣品轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的載物盤采用絕緣材料制作，可同時(shí)放置6個(gè)待試驗(yàn)樣件。與載物轉(zhuǎn)盤相關(guān)的內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（傳動(dòng)齒輪和半軸等）采用絕緣材料制作。樣品載物盤與傳動(dòng)軸采用可拆卸連接結(jié)構(gòu)。樣品載物盤配備6個(gè)相同規(guī)格的地電極板，電極板與電極桿的接觸也采用可松脫且可自動(dòng)找正的結(jié)構(gòu)形式；

c.調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的密封結(jié)構(gòu)形式應(yīng)在靜態(tài)下滿足10-4Pa高真空的密封要求，長期使用后密封失效可更換。

3.真空獲得裝置

a.高真空的獲取通過分子泵作主泵，旋片式真空泵為前級(jí)泵和粗抽泵來實(shí)現(xiàn)。為使結(jié)構(gòu)緊湊，考慮到腔體容積較小，不另外設(shè)置預(yù)抽口，直接通過分子泵泵腔進(jìn)行預(yù)抽； 

b.在分子泵和試驗(yàn)腔體之間采用氣動(dòng)高真空擋板閥來進(jìn)行隔離，口徑100mm；

c.充氣過程采用高精度微調(diào)閥來實(shí)現(xiàn)，控制誤差為5Pa以內(nèi)。考慮到真空腔體容積較小，充氣路有一定富余，不另外設(shè)置放氣口，可通過充氣微調(diào)閥進(jìn)行真空釋放；

d.旋片式真空泵入口配裝電磁翻板充氣閥防止機(jī)械泵對(duì)真空腔體返油污染。旋片式真空泵出口配裝油氣分離器，減少油霧污染和真空油消耗。

e.腔體達(dá)到10-4Pa所需要的時(shí)間大約20min；

4.測量與過程控制

a.腔體頂部安裝電阻真空規(guī)，用來測量真空獲取過程中壓力高于0.1Pa中低真空段的測量和顯示；

b.腔體頂部安裝電離真空規(guī)，用來測量真空獲取過程中壓力低于0.1Pa的高真空段的測量和顯示；

c.腔體頂部安裝高精度數(shù)字壓力表用來實(shí)現(xiàn)對(duì)充氣后壓力的準(zhǔn)確測量,測量精度0.1%F.S，測量范圍，絕壓0～1.5×105Pa；

d.真空機(jī)組運(yùn)行和真空擋板閥開關(guān)均采用PLC程序控制，其中真空擋板閥采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要用戶提供壓力氣源，氣源壓力不低于1.5MPa。

5. 腔體壓力及安全性、密封性

a. 腔體正常工作壓力為負(fù)壓。腔體按照正壓0.2MPa設(shè)計(jì)，并進(jìn)行負(fù)壓穩(wěn)定性校核；

b. 腔體制作完成后將進(jìn)行0.3MPa的正壓安全性測試，和負(fù)壓的穩(wěn)定性測試；腔體視鏡的耐壓能力按照0.4MPa選取

c. 所有閥門、管件、密封的選用符合腔體安全性和密封性要求；

d. 腔體在絕壓4KPa的充氣條件下，進(jìn)行保壓試驗(yàn)，24小時(shí)壓升不大于125Pa（真空漏率指標(biāo)5×10-6Pa.m3/s，充氣保壓應(yīng)排除氣體溫度變化對(duì)壓力的影響）；

6. 腔體外接口

a. 所有充氣管接口采用φ6mm快插接口；

b. 旋片式真空泵油氣分離器抽口配裝軟管接頭，對(duì)于有害氣體采用軟管排放到室外，附帶排氣軟管長度5m。

c.高電壓輸入端預(yù)留了M8的外螺紋，可用φ8O型線爪進(jìn)行連接并用均壓帽壓緊。地電預(yù)留了M8外螺紋，可用φ8O型線爪進(jìn)行連接并用螺母壓緊。

7.腔體支架、移動(dòng)機(jī)架及安裝

a. 腔體支架用于試驗(yàn)腔體和移動(dòng)機(jī)架的連接并使得運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有足夠的外安裝空間和操作空間；

b. 移動(dòng)機(jī)架采用碳鋼制作，表面噴塑處理。底部安裝有一對(duì)固定腳輪和一對(duì)帶剎車的萬向腳輪。整個(gè)系統(tǒng)包括PLC控制柜都集成在移動(dòng)機(jī)架上，既要保證移動(dòng)的穩(wěn)定性和一定的越障能力，也要保證足夠的承載能力（100Kg以上承載）；

c.在高電壓試驗(yàn)腔體與腔體支架之間增加厚度5mm的聚四氟乙烯墊，連接時(shí)螺栓應(yīng)增加聚四氟乙烯套，以防止意外情況造成人身或電控系統(tǒng)受損。

8.其它

a.分子泵控制器和復(fù)合真空顯示儀在機(jī)架上安裝時(shí)應(yīng)預(yù)置水平托架，因?yàn)閮烧咧亓枯^重；

b.PLC控制箱安裝于機(jī)架下方，與其它控制與測量元件連接時(shí)應(yīng)盡量采用快插形式連接便于安裝和維修；

c.真空波紋管在連接時(shí)，應(yīng)給予適當(dāng)固定，避免在實(shí)用過程中產(chǎn)生管路振動(dòng)；

d.考慮到用戶可能會(huì)采用瓶裝氣對(duì)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)供氣，根據(jù)實(shí)際情況，有必要時(shí)應(yīng)增加一組二級(jí)減壓閥。

三.外形圖片