3.4.1 實驗概述

1.觸頭表面溫度測量

真空電弧電流過零后陽極表面溫度的測量，對設備響應速度、測量量程和測量環境的要求十分苛刻。陽極斑點形成后電流過零時刻，陽極表面可能仍然處于熔融狀態，根據觸頭材料的不同其表面溫度可達1000～2000K。電流過零后該溫度會迅速降低，熔融表面開始凝固，這一過程的持續時間最長約為幾毫秒。

由于真空電弧的特殊環境，傳統接觸式測量手段難以實現弧后陽極表面的溫度的測量，因此只能采用非接觸式的測量方法。這里測量電流過零后陽極表面溫度所采用的設備為日本CHINO（千葉）公司生產的雙色式紅外高溫測試儀，型號為IR-FBQ，光纖傳輸。測量選擇的波段分別是850nm和1000nm，測溫范圍為1073～1873K，10%～90%能量響應時間小于0.5ms。雙色紅外測溫儀由光學系統、分光片或者濾光片、紅外探測器、信號處理器以及顯示輸出部分組成，設備及工作原理如圖3-23所示。

圖3-23 雙色式紅外高溫測試儀

a）工作原理圖 b）溫度測量信號處理器

相比于其他非接觸測溫方式如紅外成像測溫，雙色式測溫響應速度更快，比單色式測溫手段抗干擾能力更強。

2.實驗試品選擇

實驗試品包括兩類情況：一類是采用對稱性觸頭，即實驗中所用觸頭的陰極和陽極觸頭直徑相同，觸頭材料選用為無氧銅Cu、CuCr25和CuCr50；另一類為非對稱觸頭，實驗觸頭陰極和陽極直徑不同。設定此類觸頭的原因是，由于實驗中平板觸頭直接焊接到導電桿，觸頭表面熱量能夠通過導桿直接傳導到外界，因此弧后觸頭表面溫度衰減迅速。為了研究極限電流條件下電流過零后陽極表面的溫度情況，實驗的電流往往會遠高于對應直徑條件下的陽極斑點臨界電流，這將導致燃弧重燃的發生，致使無法獲取弧后陽極表面溫度結果。因此為集中有效地產生陽極斑點并測得弧后陽極表面溫度，實驗用觸頭采取非對稱形式。

觸頭結構如圖3-24所示，非對稱觸頭實驗選用觸頭直徑差距很大的12mm和60mm作為陰極或陽極。觸頭材料設定為CuCr25和CuCr50。

圖3-24 實驗研究的試品示意圖