[发明专利]用于确定真空断续器内部压力的方法以及真空断续器自身

说明书

本发明涉及一种用于确定中压用或高压用的真空断续器的内部压力的方 法，以及真空断续器布置本身，根据权利要求1和5的前序部分，其中真空断 续器的工业真空(technicalvacuum)的内部布置有至少一个固定的接触片和至 少一个可移动的接触片，其中以覆盖真空断续器内部的相关容积的方式施加轴 向的且绝大部分均匀的磁场，并且其中接触片电连接到外部的电气固定点。

真空断续器需要至少低于10^-1Pa的真空压力以便成功地阻断大电流。因此 贯穿真空断续器的寿命期间都需要保证该真空压力，真空断路器寿命通常是20 年以上。近年来关于这个问题有一些讨论。对剩余气体压力的测量是一种诊断 学方法，未来其重要性将会提高。一方面，这是因为安装的基座的相关部分现 在达到了所能保证的寿命的末期。此外，期望在新的领域中使用真空断续器技 术，其中可能需要对真空状态进行监控。

用于真空的压力测量装置也是公知的。但真空断续器内部的压力传感器的 实现不是简单可适用的。常见的真空测量设备不能容易地被集成在封闭的VI瓶 内，而且它们通常也会导致整个系统可靠性的降低。此外，在生产期间或在运 行期间(例如，在短路阻断期间)，瓶内的状况对已知的压力传感器有相当的破 坏性。

此外，已经在运行中的真空断续器没有配备任何真空测量传感器。因此， 只能通过使用外加装置来进行对它们的真空状态的评估。

研究在生产之后形成的低压(10^-6Pa)下的真空状态的常见方法是目前所 谓的“磁控管(magnetron)”或“反磁控管”原理。这是对常见的冷阴极压力计测 量原理的应用，但区别在于，包括两个电极和/或屏蔽的瓶被用作测量系统。尽 管该系统被用于若干应用，尤其是用在生产以及服务的质量控制期间，但是在 某些应用中仍然存在困难。

因此本发明的目的在于，基于真空断续器内部的磁控管测量方法来改进高 精度的压力传感。

本发明是，真空断续器内部的电流由真空断续器内部的表面材料的x射线 感应电离所生成的种子电子(seedelectron)启动，从而形成电子和离子的作为 结果的电流，对该电流进行高分辨率的测量，以便通过该电流确定真空断续器 内部的剩余气体压力。

为此，在靠近真空断续器的位置放置外部x射线源，以便以预定的方式增 强所描述的生成种子电子的效果。

磁控管测量计的主要操作原理可以按以下方式被描述：磁场和电场结合的 效果是形成“陷阱”，该陷阱具有长时间捕获电子的可能性，从而避免由于与某 边界碰撞而引起的任何损失。由于通过一些“循环路径”造成的瓶内部的这种长 路径，因此行进的距离变得与剩余气体的平均自由程(mean-freepath)具有可 比性。这意味着在一段时间之后，电子将最终与来自剩余气体的原子发生碰撞。 在这样的电离碰撞中，电子将生成额外的电子和离子。当离子被阴极收集时， 新的电子也将被捕获到陷阱中，直到通过另外的碰撞将该电子从陷阱中移除。 通过这种方式，生成由与剩余气体的相互作用而生成的可测量电流。根据该描 述显而易见的是，该电流与电离碰撞的数量相关，并因此与剩余气体的密度(压 力)相关。

因此，剩余气体碰撞和作为结果的进一步的电子发射可以被定量地使用以 用于确定剩余气体压力。

将真空断续器用作冷阴极真空测量计的唯一要求是，具有用于在真空断续 器内部施加轴向磁场并且可能对两个触头或者一个触头和一个屏蔽施加高压 (通常在1-10kV之间)的装置，以及用于确定非常小的电流信号以记录这种效 果的装置。但由此重要的益处是，可以很容易地确定真空断续器内部的压力。

已经提出了若干用于压力测量的技术。最常用的一种技术是如上所述的“磁 控管原理”。这种方法需要在两个触头之间或者在触头和屏蔽之间施加外部轴向 磁场和高电压。它还需要启动磁控管电流。这可以通过由宇宙辐射产生的种子 电子实现或者通过由初始场致发射电流提供来实现。基本原理如图1所示。