一种空间电荷密度测量仪器的校准装置的制作方法

本发明涉及一种测量仪器的校准装置，特别涉及一种直流输电线路下空间电荷密度测量仪器的校准装置。

背景技术：

直流输电线路电晕放电时，由于空间电荷的存在及空间电荷产生的电场的影响，合成场强会发生很大的畸变，因此，空间电荷密度对电晕放电物理过程有重要影响。为研究特殊环境下的空间电荷密度与地面合成电场之间的关系，首先需要测量输电线路电晕放电空间的电荷密度。然而，目前现有技术中并未建立相应的测量标准，因此对其测量数据的正确性和可信度进行检验是十分必要的。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种克服上述问题或至少部分地解决上述问题的一种空间电荷密度测量仪器的校准装置，以完成对测量仪器的校准，保证数据的准确性。

一种空间电荷密度测量仪器的校准装置，包括设置在绝缘圆柱壳内的光电阴极板和屏蔽/校准电极板，所述光电阴极板和屏蔽/校准电极板所述彼此相对放置并留有距离供空气流动，通过可调直流源给所述光电阴极板和屏蔽/校准电极板提供电压，形成匀强电场；在所述屏蔽/校准电极板正对的所述绝缘圆柱壳处开有石英窗，所述石英窗可使紫外光源的紫外光射入；所述可调直流源同时给所述光电阴极板和位于所述绝缘圆柱壳下方的收集电极供电，通过检流计检测电流形成闭合电路；所述绝缘圆柱壳的顶端设有风扇，底端连接待校准的电荷密度测量仪器，开启所述风扇，可使空气在所述光电阴极板和屏蔽/校准电极板之间从上向下移动，进而使光电效应产生的电离电子和负离子进入所述待校准的电荷密度测量仪器，通过对已知的电荷密度和所述待校准的电荷密度测量仪器的比较，对所述待校准的电荷密度测量仪器进行标定。

进一步的，所述光电阴极板的表面材质为金；或者为铜板表面镀金，且镀金面为圆面。

进一步的，所述收集极板和屏蔽/校准电极板为网状铜电极。

进一步的，所述紫外光源和石英窗之间，设有挡光板，所述挡光板可移动，通过调节所述挡光板开口面积的大小，进而调整所述紫外光源产生的光源穿过所述石英窗照射在所述光电阴极板上的光斑面积。

进一步的，所述紫外光源为氘灯，所述挡光板的材质为PVC，紫外光只能从所述挡光板的开口位置照射出来，所述挡光板的其他位置不透紫外光。

进一步的，所述挡光板可通过手动移动或者通过伺服机构的带动发生移动。

进一步的，所述紫外光源安装在正对所述光电阴极板的位置，其紫外光强度是恒定不可调的。

进一步的，所述绝缘圆柱壳内部的边缘全部为弧面。

进一步的，所述收集极板是可移动的，以适应不同的被校准装置。

进一步的，所述屏蔽/校准电极板通过控制继电器开关，实现屏蔽功能和校准功能。

本发明提供的空间电荷密度测量仪器的校准装置，适用于直流输电线路，可用于分析空间电荷密度对地面合成电场的影响，保证了电荷密度测量数据的准确性和可信性，提高各仪器电荷密度数据的可靠性。本发明的校准装置结构简单、性能稳定、造价低，可进行不同种类和形式的空间电荷密度测量仪器的校准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种空间电荷密度测量仪器的校准装置的结构示意图。

图2为本发明光电阴极板离子形成的示意图。

其中：1、风扇；2、绝缘圆柱壳；3、光电阴极板；4、检流计；5、可调直流源；6、收集电极；7、挡光板；8、紫外光源；9、石英窗；10、屏蔽/校准电极板；31、光电效应产生的电子；32、二次电离电子；33、正离子；34、空气分子；35、负离子。

具体实施方式

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，一种空间电荷密度测量仪器的校准装置，包括设置在绝缘圆柱壳2内的光电阴极板3和屏蔽/校准电极板10，光电阴极板3和屏蔽/校准电极板10彼此相对放置并留有距离供空气流动，通过可调直流源5给光电阴极板3和屏蔽/校准电极板10提供电压，形成匀强电场；在屏蔽/校准电极板10正对的绝缘圆柱壳处开有石英窗9，石英窗9可使紫外光源8的紫外光射入；可调直流源5同时给光电阴极板3和位于绝缘圆柱壳2下方的收集电极6供电，通过检流计4检测电流形成闭合电路；绝缘圆柱壳2的顶端设有风扇1，底端连接待校准的电荷密度测量仪器，开启风扇1，可使空气在光电阴极板3和屏蔽/校准电极板10之间从上向下移动，进而使光电效应产生的电离电子和负离子进入待校准的电荷密度测量仪器，通过对已知的电荷密度和待校准的电荷密度测量仪器的比较对待校准的电荷密度测量仪器进行标定。

其中，光电阴极板3通过紫外光源照射发生光电效应，产生光电子。光电子撞击空气使部分空气电离，进一步形成正离子、电离电子以及电子附着在空气分子上形成的负离子。光电阴极板3设在绝缘圆柱壳2的内部，使其产生的离子随空气的流动而移动。光电阴极板3的表面材质可采用金，该材质易于发生光电效应且在空气中不易氧化；光电阴极板3的表面材质也可采用铜板表面镀金的方式，且镀金面为圆面，从而减小光照不均匀的影响。

进一步的，紫外光源8和石英窗9之间，设有挡光板7，挡光板7是可移动的，可通过手动移动或者通过伺服机构的带动发生移动，调节挡光板7开口面积的大小，进而调整紫外光源8产生的光源穿过石英窗9照射在光电阴极板3的光斑面积，形成透光面积可调的光源。紫外光源8为氘灯，挡光板7的材质为PVC，紫外光只能从挡光板7开口位置照射出来，其他位置不透紫外光。紫外光源8安装在正对光电阴极板3的位置，其紫外光强度是恒定不可调的。

启动风扇1，使空气沿着气流通道的方向定向流动，带动产生的电离电子和负离子进入被校准装置。绝缘圆柱壳2内部的边缘全部为弧面，从而减小其对气体流速不均匀的影响。

通过可调直流源5给光电阴极板3和收集极板6提供电压，由检流计4检测离子定向移动形成的电流，通过参数计算可以得到标准的空间电荷密度值。收集极板6为网状铜电极，且收集极板6是可移动的，以适应不同的被校准装置。

通过可调直流源5给光电阴极板3和屏蔽/校准电极板10提供电压，形成匀强电场，调节可移动挡光板7的位置，由检流计4检测不同挡光板位置的电流值，实现装置的自我校准。屏蔽/校准电极板10为网状铜电极，通过控制继电器开关，实现屏蔽功能和校准功能。屏蔽/校准电极板10的安装位置正对着光电阴极板3，以形成匀强电场。

使用紫外光源(如氘灯)照射光电阴极板3，受光照射的镀金表面就会逸出光电子，即发生外光电效应。在光电阴极板3和收集电极6之间加可调直流源5形成闭合电路。当入射光的强度恒定时，增大入射光斑的面积，单位时间里通过金属表面的光子数增多，光子与金属中的电子碰撞次数也增多，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多，闭合电路的电流也随之增大。通过调节入射光斑的大小，即可实现空间电荷密度的调节。

本发明对空间电荷密度测量仪器校准的原理在于：将待校准的电荷密度测量仪器放置在气流通道出口，稳定流动的气体中分布着均匀的电荷，通过已知的电荷密度和待校准的电荷密度测量仪器的比较对待校准的电荷密度测量仪器进行标定。本发明中电荷密度值可按下式计算：

式中：ρ为空间电荷密度；Q为光电效应产生的电荷量；V为气流通道流过的气体体积；I(t)为不同时刻的电流值；t为时间；qv(t)为不同时刻的气体流量值。

其中，风扇的转速是恒定，为qv，当通过伺服机构控制挡光板开口面积以保持光电流大小不变时，则上式可写为：

由上式可以看出，当气体流量恒定时，电荷密度大小随光电流大小的变化而变化。

下面通过具体的示例来说明本发明的原理。

实施例1：

一种基于外光电效应的空间电荷密度测量设备的校准装置，对离子计数器进行校准，参照图1和图2所示，可调直流源5可采用可调的直流稳压电源，通过金属导线将电压正负极分别接到收集极板6和光电阴极板3上；用氘灯8照射光电阴极板3，被照射区域产生光电子31；高速飞出的光电子撞击空气，使部分空气发生电离，形成电离电子32和正离子33。所形成的正离子33向光电阴极板运动，电子以及电子附着在空气分子34上形成的负离子35则沿气流通道运动，进入被校准装置；调节挡光板7并观察检流计偏转情况，当检流计偏转稳定后，开启气流通道末端放置的离子计数器，测量气流通道中的空气的电荷密度(即负离子密度)，进而与标准值进行比较并校准。

实施例2：

使用本发明的校准装置对基于法拉第笼的测量仪器校准。与实例1原理相同，在此不再赘述，将基于法拉第笼的测量仪器校准装置置于气流通道的末端进行测量，进而与标准值进行比较并校准。

本发明的应用不限于上述实施例，可进行不同种类和形式的空间电荷密度测量仪器的校准，比如用于基于离子计数法、法拉第笼、电荷筛选法等空间电荷密度测量仪器的校准。另外，本发明的校准装置还具有结构简单、性能稳定、造价低的优点。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。