Elektrisk oppførsel av patronvarmere i vakuum – buedannelse, sammenbrudd og isolasjon

Elektrisitet virker annerledes i et vakuum enn det gjør i luft. Fraværet av gassmolekyler endrer parametrene for isolasjon, nedbrytningsspenning og lysbue. For en patronvarmer som fungerer i vakuum, er disse elektriske faktorene like avgjørende som hvor godt den fungerer termisk. Hvis du ikke tar hensyn til dem, skjer feil raskt, dramatisk og skader ofte hele systemet.

Den dielektriske styrken til atmosfæren i luften fungerer som en slags isolasjon mellom ledere. Luft kan håndtere mange tusen volt per millimeter før den brytes ned ved normalt trykk. Når det ikke er noen gassmolekyler å ionisere, endres nedbrytningsprosessen i et vakuum. Feltutslipp og partikkelinitierte prosesser- forårsaker vakuumsammenbrudd. For ørsmå hull kan spenningstolerasjonsevnen være lavere enn i luft.


Dette endrer utformingen av terminalen for en patronvarmer. Terminaler som er godt isolert i luft kan bue over i et vakuum, spesielt ved høye temperaturer der gasser slipper ut og materialer endres. Vakuumpatronvarmere bruker lengre krypveier, som er lengre avstander langs isolerende overflater, for å unngå å gå i stykker. Keramiske isolatorer med kompliserte former gjør den effektive banen lengre uten å gjøre den fysiske størrelsen større.

Varmepatronens isolasjonsmotstand reduseres også. Magnesiumoksid er en god isolator, men motstanden kan endres avhengig av temperatur og vakuummiljø. Noe ionisk ledning kan skje i et vakuum ved høye temperaturer, noe som gjør isolasjonen mindre effektiv. Denne påvirkningen reduseres ved å bruke høy-MgO med få urenheter.

En annen ting å tenke på er Paschens lov, som sier at sammenbruddsspenning avhenger av trykk og avstanden mellom de to punktene. I overgangssonen mellom atmosfære og høyvakuum, som er rundt 0,1 til 10 torr, kan gjennomslagsspenningene være lavere enn i begge ender. Hvis en patronvarmer fungerer i dette trykkområdet når pumpen er nede eller tanken fylles, må avstanden og isolasjonen til terminalene være svært forsiktig.

Selve ledningsledningene må kunne håndtere et vakuum. Standard ledningsisolasjon kan bryte ned eller la gass slippe ut. Keramisk-isolert ledning eller blanke ledere med keramiske perler brukes til patronvarmere med interne ledninger som er utsatt for vakuum. Tilkoblingene bør være sterke nok til å tåle varmesykling uten å løsne.

Jording er veldig viktig i et vakuum. I et vakuumkammer vil enhver elektrisk defekt prøve å finne jord, og den banen kan gå gjennom sensitivt utstyr eller instrumenter. Patronens varmekappe og kammeret skal være skikkelig jordet slik at feilstrømmen kan flyte trygt. Mye av tiden inkluderer kontrollsystemet jordfeildeteksjon og avbrudd.

Et av de mest utbredte elektriske problemene med vakuumpatronvarmere, basert på erfaring, er ikke buedannelse eller sammenbrudd, men enkle åpne kretsløp produsert av at motstandsledningen blir for varm. Tråden eldes og blir raskere sprø når den er i vakuum. Ved å bruke tykkere ledninger og bedre metaller holder ting lenger.

Kort sagt, måten en patronvarmer fungerer på i et vakuum er en komplisert blanding av materialer, former og trykk. For pålitelig drift må hver del av systemet planlegges nøye, fra utformingen av terminalene til valg av isolasjon til jording. Elektrisk testing under simulerte vakuumforhold gir deg tillit til at patronvarmeren vil fungere som den skal for viktige bruksområder.