磁性液体在传感器中的应用

磁性液体既具有固体磁性材料的磁性又具有液体固有的流动性。在磁场的作用下,呈现出许多固体磁性材料所没有的特性,从而具有广阔的应用前景。传感器是磁性液体最重要的应用领域之一。利用磁性液体设计的传感器类型更多样、结构更完美、性能更优越。本文分析了磁性液体传感器工作的理论基础,介绍了国内外磁性液体传感器的研究状况。     

液体媒质超声波电机中液体媒质的负载效应

针对液体媒质超声波电机中存在的液体媒质对定子振动特性的影响,阐述了液体媒质超声波电机的工作原理,并在此基础上利用声场和定子振动的耦合方程研究了液体媒质的负载效应,分析了液体媒质对定子谐振频率的影响.利用ANSYS建立电机有限元模型,通过耦合场分析研究了液体媒质的高度、密度和声速与定子谐振频率的关系.分析发现,随着液体高度、密度的增加,负载效应增强,定子谐振频率降低;而当声速增加时,负载效应减弱,定子谐振频率增加.实验结果证明了理论分析的正确性.     

纳秒脉冲下固液交接面闪络特性研究进展

为研究固液界面闪络特性,根据它与液体体击穿相似,介绍了当前最主要的液体体击穿机理:电子理论和气泡理论。在此基础上介绍两个窄脉冲下固液交接面闪络可能的模型并评述了窄脉冲闪络的独特性。     

自润湿流体液滴在倾斜不混溶液体表面上的铺展动力学研究

采用数值模拟方法研究了自润湿流体液滴的铺展动力学特性。针对不混溶均匀受热液体表面上自润湿液滴铺展的动力学过程,基于润滑理论推导出无量纲方程组。研究了在相同润湿条件下,界面张力敏感系数为正、负时自润湿流体液滴在倾斜的不混溶液体表面上的动力学特性,以及毛细力、热毛细力和重力之间的相互作用。结果表明,界面张力敏感系数通过影响界面张力进而影响液滴的迁移特性。倾斜角增加导致液滴铺展速度增加和接触角减小,液滴因此变得更加扁平。液体基底升高,液体基底上层流体受到固体壁面粘滞力的影响减小,左侧液体在重力作用下流向右侧,导致左侧液体基底高度降低,右侧液体基底高度升高。     

液体制冷剂注入对转子式压缩机性能影响的理论分析和实验研究

液体制冷剂注入机芯可解决压缩机排气温度高的问题。本文通过对冷冻冷藏和T3工况转子式压缩机的液体制冷剂注入应用进行对比,通过理论研究和实验分析,明确了压缩机排温高产生的原因区别,以及液体制冷剂注入对不同应用领域的转子式压缩机性能的影响差异。     

磁性液体分离技术初探

本文从磁学基本原理出发,推出了被分离的矿粒在磁性液体中受力的表达式,并利用它阐述了磁性液体分离的基本原理。文章还对楔形磁极产生的磁场力作了理论分析和实验讨论,并利用楔形磁极在磁性液体中对若干种非、弱磁性金属及化合物进行了一系列磁性液体分离实验。该实验用的分离槽较大,这为该技术从实验室走向工业应用提供了初步条件。     

磁性液体传感器一阶悬浮力的理论计算和仿真分析

一阶悬浮力是磁性液体传感器的设计关键。利用任意多物理场直接耦合分析软件COMSOL multiphysics仿真分析了磁性液体一阶悬浮力,一阶悬浮力在最大偏心距纵坐标为-2.5mm,横坐标在-20~25mm的范围内呈周期分布,其平均值为38.43N。同时对没考虑磁场和流场耦合情况下的一阶悬浮力进行了理论计算,仿真和理论计算均表明一阶悬浮力与偏心距离间存在非线性关系,一阶悬浮力的理论计算结果大于仿真分析结果,偏心距越大,理论计算与仿真分析的结果相差越大。磁性液体传感器的设计应该考虑磁场和流场的耦合作用。     

磁性液体与加速度传感器的输出特性关系研究

设计了一种由一对磁铁产生回复力的磁性液体加速度传感器.在确定电源电压的峰峰值和频率后,对产生回复力的磁铁在不同距离(80～140 mm)、惯性质量块吸附不同体积的磁性液体(1～2.5 ml)、不同体积分数的磁性液体(0.5%～7%)与输出电压随加速度的变化关系进行了实验和理论研究,输出电压与加速度的关系随着回复距离的增...     

绝缘油中悬移微粒放电特性实验平台构建

为了掌握液体绝缘介质在流动状态下的放电机理和耐受特性,完善流动液体介质的放电理论,构建了模拟不同流速与温度、不同杂质与含量的流动液体绝缘介质放电特性实验研究平台,并详细介绍了实验平台工作原理和参数选取。设计的综合实验平台能够模拟绝缘油中各种悬移微粒杂质所产生的局部放电,研究工程纯流动液体绝缘介质的耐受特性及影响因素,获取不同实验电压、油流速度和油温等情况下的各种放电信息。初步实验结果表明:绝缘油的绝缘性能随着流速增加而提高,随着油温增加而提高;流动状态下绝缘油的击穿电压比静止状态下的绝缘油平均高出3~5 kV,气泡含量的增加会导致绝缘油耐受特性的下降,击穿电压在实验范围内下降12 kV左右。该平台为最终建立流动状态下工程纯液体绝缘介质的放电理论奠定了综合实验基础。     

液体媒质超声波电机特性与饱和流速的研究

与一般超声波电机依靠定转子之间的摩擦来传递能量不同，非接触型超声波电机的定转子不直接接触，克服了接触型超声波电机的易磨损、不能长时间工作等缺点，是超声波电机领域的一个新的研究方向。该文介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机，其转子浸于液体之中，不与定子直接接触，定子振动所产生的能量，通过液体传递给转子，从而驱动电机旋转。文章给出了电机的结构及工作原理，并且简要介绍了电机驱动电路的实现。该文实验验证了电机的基本运行特性，测定了电机转速、驱动频率和驱动电压之间的关系。实验中发现，在一定范围内，电机中液体旋转速度随定子振动速度的增大而增大，而当电机定子圆环振动速度超过某一特定值后，电机中液体的转速出现了饱和流速现象。文章中对液体饱和流速问题进行了理论分析，证明了液体中声场的非线性是导致饱和流速的主要因素，并通过实验测出了饱和流速与液面高度、液体浓度和非线性参数之间的关系，实验结果与理论分析结果一致。     

ns脉冲液体介质击穿实验研究综评

介绍了目前液体介质击穿研究的实验内容(电压极性、电压波形、外界静态压力等)、实验方法(电学与光学结合)、研究成果(经验公式、击穿机理);指出单次ns脉冲击穿的电压脉宽窄(ns级)、击穿电压幅值高,重频ns脉冲电压击穿下液体介质的电场累积效应(极化效应)显著,这些ns级液体介质击穿的特点有助于揭示液体介质击穿的本质特性。结合研究成果讨论了窄脉冲电压液体介质击穿的概率与击穿机理。     

交联聚乙烯电缆水树缺陷的修复方法研究

采用硅氧烷修复液修复交联聚乙烯电缆老化试样中的水树,进而分析修复效果及机理。将介质损耗因数为4%～6%,绝缘电阻7 500～10 000 MΩ的短电缆在7.5 kV 450 Hz交流电压下老化至介质损耗因数达到20%左右,绝缘电阻3 500～5 000 MΩ。然后用压力注入式修复装置把修复液注入缆芯对水树缺陷进行修复。以介质损耗因数、绝缘电阻和击穿电压为指标对修复效果进行评判;通过显微镜切片观察修复前后水树微观形态;通过仿真修复前后水树附近电场分布来分析和验证水树的修复机理。实验结果证明,修复液可以充分与电缆水树中的水发生反应生成胶状聚合物填充水树通道;修复后电缆介质损耗因数、绝缘电阻和击穿电压恢复到新电缆水平;改善了绝缘层电场分布;有效地抑制了水树生长。实验表明,该修复液可有效修复电缆中的水树缺陷,提高电缆绝缘水平。     

高压脉冲放电水处理技术的理论研究

为了探讨高压脉冲放电水处理技术的机理及模型,归纳、概括了高压脉冲放电过程中物理效应的形成及其作用、液体介质的击穿机理及击穿模型,还分析了高压脉冲放电过程中发生的化学过程。所得结论为:弧光放电发射的光辐射最强,火花放电次之,流光放电较弱;紫外辐射可把臭氧和过氧化氢分解为氧化性更强的羟基;冲击波可间接引起热解和自由基反应;液体介质的击穿主要可分为电击穿理论、热力(气泡)击穿理论,建立的模型在一定的范围内能准确地预言实验结果;气、液界面发生苯酚降解的化学反应是羟基进攻和臭氧氧化,氧气和氩气导致形成不同的降解副产品,而溶液中的化学过程则主要是羟基进攻。     

Thickness dependent dielectric strength of a low-permittivitydielectric film

The dielectric strength of a promising interlevel low relative permittivity dielectric is investigated for various film thicknesses and temperatures by using I-V measurements with metal-insulator-semiconductor (MIS) structures. It is found that the dielectric breakdown mechanism also depends on thickness. For relatively thick films (thickness >500 nm), the dielectric breakdown is electromechanical in origin, i.e. the dielectric strength is proportional to the square root of Young's modulus of the films. By scanning electron microscopy (SEM) observation, a microcrack in thicker films may contribute to a lower value of Young's modulus, which may confirm that the electromechanical breakdown is the dominant mechanism for dielectric breakdown of thicker films. In addition, the thickness dependent dielectric strength can be described by the well-known inverse power-law relation by using different exponents to describe different thickness ranges, However for thinner films, i.e., <500 nm, the experimentally observed relationships among the dielectric strength, Young's modulus, and film thickness cannot be explained by the existing models     

百纳秒脉冲下水压对水开关击穿特性的影响

以俄罗斯西伯利亚研究院通过实验总结出的液体介质气泡击穿理论的全新阐述作为理论基础,开展了300 NS短脉冲下高压强水介质开关的击穿实验,获得了该条件下水介质击穿场强及耐压时间与水中压强关系的数据。结果表明在300 NS脉冲电压实验平台下,当水介质场强变化率为2~3 MV/CM时,水介质击穿电压和耐压时间均随着水中压强的提高而呈上升趋势,且趋势越来越显著。     

特高压换流站直流滤波电容器故障分析研究

针对常发的直流滤波器用直流电容器损坏事故,本文对特高压换流站直流滤波电容器事故的机理和原因进行深入的研究,对电容器单元进行了外观和电性能测试、绝缘油色谱试验、电容量介质损耗测量.对解剖后的电容器元件绝缘包封、电容器元件不同温度下直流电压击穿、聚丙烯薄膜不同温度下交直流电压击穿、铝箔等进行了研究试验.通过对故障和完好电容器对比试验研究,发现所测电容器的部分生产工艺和注油工艺不佳造成运行中电容器不稳定,而电阻过于集中,导致电阻器表面绝缘介质过热,容易发生击穿故障,研究结果对提高该类型电容器的运行可靠性具有重要意义.     

Some steps toward the automation of the design of compositedielectric structures

Based on the physical mechanisms believed to underlie the ac electrical breakdown of liquid/solid structures, a volume theory of failure is used to justify the application of a semi-empirical cumulative stress criteria for the assessment of dielectric integrity. The method advocated is extended through the use of a complex Laplace equation to permit the analysis of structures having simultaneous capacitive and resistive stress distributions. Computer algorithms are described for automating dielectric design on this basis and case studies provided to illustrate the utility of the techniques advanced     

真空中高功率微波下介质材料击穿破坏的实验研究

介质窗材料的击穿破坏限制了高功率微波(HPM)的产生和传输,严重阻碍了高功率微波技术的发展.为认识微波下介质材料的击穿破坏现象和机制,本文针对常见的几种介质窗材料(PTFE、PMMA、LDPE及HDPE)在真空中开展了微波击穿破坏实验.实验采用X波段微波源,其输出微波的频率为9.4GHz,功率为1GW,微波模式为TE11.研究了不同材料的微波击穿破坏特性,并针对PTFE介质材料考察了表面加工槽及打磨处理对其微波击穿的影响.对微波破坏后样品进行形貌分析,发现破坏通道与微波电场有着密切的关系,材料的表面加工处理对击穿破坏有显著的影响.通过对不同破坏程度样品的研究,提出了介质材料在微波作用下的破坏发展过程,即破坏初期为材料表面的点状破坏,随着破坏程度的加深,形成贯通的树枝状破坏通道,且破坏通道从材料的表面向内部延伸,最终导致材料的失效.     

Breakdown conditioning characteristics of long gap electrodes in a vacuum

An improvement in dielectric strength is required in vacuum circuit breakers (VCBs) intended for use in higher voltage systems. In order to develop higher voltage VCBs, it is important to improve the dielectric strength in a vacuum based on consideration of the vacuum breakdown mechanism. Particularly for gaps longer than 10 mm, little is known about the breakdown mechanisms and their quantitative analyses in a vacuum. This paper discusses the breakdown conditioning characteristics of long gap electrodes, under a non-uniform electric field in a vacuum. We treat gap lengths of up to 50 mm in this paper. The conditioning characteristics are investigated under impulse voltage applications. A negative standard lightning impulse voltage was applied to rod-plane electrodes made of Cu-Cr and SUS304 for different tip radii and gap distances until the conditioning effect was completed. We observed illumination spots on electrodes at each breakdown during the conditioning process and calculated the corresponding breakdown field strengths. Experimental results revealed that the tendency of breakdowns associated with long gaps is different from that for the short gaps. As a result, we clarified that the breakdown field strengths are nearly constant at 110-120 kV/mm at the distances longer than 10 mm, and the breakdown field strength is at its maximum when the gap distance is about 5 mm.     

交联聚乙烯（XLPE）电缆交流耐压试验时间参数探讨

对比了国内外各标准对110 kV XLPE电缆交流耐压试验时间参数选取的不同要求；通过固体电介质击穿理论的分析，提出由局部性缺陷发展逐渐导致介质击穿需要较长的发展时间。总结现场试验经验发现，除少数极为严重的缺陷会在极短时间内暴露外，大部分缺陷是从局部逐渐发展导致电缆击穿，选择5 min试验时间不足以使缺陷暴露的，而选择60 min是较为合理的。