實(shí)驗(yàn)名稱：金屬微粒放電觀測

測試設(shè)備：高壓放大器、信號發(fā)生器、高速攝像機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：實(shí)驗(yàn)平臺示意圖

本文實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，為便于收集運(yùn)動出電極范圍的金屬微粒，將電極使用塑料螺栓懸空置于有機(jī)玻璃漏斗型腔體中，下部放置微粒收集筒，極間距設(shè)置為2cm，在空氣中開展實(shí)驗(yàn)；直流電壓由信號發(fā)生器產(chǎn)生正極性信號，經(jīng)過高壓放大器放大施加在電極板上；用高速相機(jī)（觀測金屬微粒的運(yùn)動和擊穿，其中觀察微粒運(yùn)動時(shí)使用強(qiáng)光LED對高速相機(jī)進(jìn)行補(bǔ)光，拍攝氣隙擊穿電弧圖像時(shí)，使用遮光布附于腔體外表面進(jìn)行遮光。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖2：鋁球運(yùn)動圖像（r=1mm）

采用0.5mm、1mm、1.5mm半徑鋁球驗(yàn)證微粒啟舉電壓：采用函數(shù)信號發(fā)生器逐步加壓的方式，在強(qiáng)光LED進(jìn)行補(bǔ)光的條件下使用高速相機(jī)拍攝微粒的啟舉及運(yùn)動圖像（如圖2所示），并記錄微粒的啟舉電壓值，與啟舉電壓的理論計(jì)算值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論值基本相符。通過高速相機(jī)的觀察發(fā)現(xiàn)，r=1mm鋁球在間隙d=2cm的電極間完成從下極板-上極板-下極板的一個(gè)運(yùn)動周期，耗時(shí)約為80ms。

圖3：r=1.5mm銅球擊穿圖像

在遮光的條件下，使用1.5mm銅球開展實(shí)驗(yàn)，逐步加壓，微粒直至擊穿仍未啟舉，屬于靜止直接擊穿。擊穿電弧從微粒的頂部垂直于上極板，如圖3所示。

圖4：r=1mm鋁球擊穿圖像

使用0.5mm、1mm、1.5mm鋁球及0.5mm銅球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，逐步加壓，觀察到：達(dá)到啟舉電壓后微粒啟舉，并在兩極板間往復(fù)運(yùn)動；進(jìn)一步增大電壓直到間隙擊穿，遮光下拍攝到的擊穿電弧如圖4所示。電弧在0.8ms左右的時(shí)間熄滅，與金屬微粒的運(yùn)動周期80ms相比非常短，因此微粒的位置可看作在發(fā)生電弧的整個(gè)過程中并不改變。

圖5：r=1mm銅球擊穿圖像

使用1mm銅球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，逐步加壓，微粒啟舉，并首次運(yùn)動到上極板附近時(shí)，間隙擊穿，拍攝到的擊穿過程如圖5所示，且多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)微粒為1mm銅球時(shí)，擊穿位置只發(fā)生在微?？拷蠘O板附近時(shí)，這也與本文模型分析中關(guān)于第三類擊穿發(fā)生位置的判斷相一致。

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審核編輯 黃宇