實驗名稱：金屬微粒放電觀測

測試設(shè)備：高壓放大器、信號發(fā)生器、高速攝像機等。

實驗過程：

圖1：實驗平臺示意圖

本文實驗裝置如圖1所示，為便于收集運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，在空氣中開展實驗；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（觀測金屬微粒的運動和擊穿，其中觀察微粒運動時使用強光LED對高速相機進行補光，拍攝氣隙擊穿電弧圖像時，使用遮光布附于腔體外表面進行遮光。

實驗結(jié)果：

圖2：鋁球運動圖像（r=1mm）

采用0.5mm、1mm、1.5mm半徑鋁球驗證微粒啟舉電壓：采用函數(shù)信號發(fā)生器逐步加壓的方式，在強光LED進行補光的條件下使用高速相機拍攝微粒的啟舉及運動圖像（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算值進行比較，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果和理論值基本相符。通過高速相機的觀察發(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-下極板的一個運動周期，耗時約為80ms。

圖3：r=1.5mm銅球擊穿圖像

在遮光的條件下，使用1.5mm銅球開展實驗，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銅球進行實驗，逐步加壓，觀察到：達到啟舉電壓后微粒啟舉，并在兩極板間往復運動；進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左右的時間熄滅，與金屬微粒的運動周期80ms相比非常短，因此微粒的位置可看作在發(fā)生電弧的整個過程中并不改變。

圖5：r=1mm銅球擊穿圖像

使用1mm銅球進行實驗，逐步加壓，微粒啟舉，并首次運動到上極板附近時，間隙擊穿，拍攝到的擊穿過程如圖5所示，且多次實驗發(fā)現(xiàn)微粒為1mm銅球時，擊穿位置只發(fā)生在微粒靠近上極板附近時，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