진공 상태에서 카트리지 히터의 전기적 동작 – 아킹, 고장 및 절연

전기는 진공에서와 공기에서 다르게 작용합니다. 가스 분자가 없으면 절연, 파괴 전압 및 아크에 대한 매개변수가 변경됩니다. 진공 상태에서 작동하는 카트리지 히터의 경우 이러한 전기적 요소는 열적으로 얼마나 잘 작동하는지만큼이나 중요합니다. 주의를 기울이지 않으면 실패가 빠르고 극적으로 발생하며 전체 시스템에 피해를 주는 경우가 많습니다.

공기 중 대기의 절연 내력은 도체 사이의 일종의 절연체 역할을 합니다. 공기는 정상 압력에서 분해되기 전에 밀리미터당 수천 볼트를 처리할 수 있습니다. 이온화할 가스 분자가 없으면 진공 상태에서 분해 과정이 변경됩니다. 전계 방출 및 입자-발생 프로세스로 인해 진공 파괴가 발생합니다. 작은 간격의 경우 전압 허용 능력이 공기 중에서보다 낮을 수 있습니다.


이로 인해 카트리지 히터용 터미널의 디자인이 변경되었습니다. 공기 중에서 잘 절연된 단자는 특히 가스가 빠져나가고 재료가 변하는 고온에서 진공 상태에서 아크를 일으킬 수 있습니다. 진공 카트리지 히터는 파손을 방지하기 위해 절연 표면을 따라 더 긴 연면 경로를 사용합니다. 복잡한 형태의 세라믹 절연체는 물리적 크기를 늘리지 않고도 유효 경로를 더 길게 만듭니다.

히터 카트리지의 절연 저항도 감소합니다. 산화마그네슘은 훌륭한 절연체이지만 저항률은 온도와 진공 환경에 따라 달라질 수 있습니다. 일부 이온 전도는 고온의 진공 상태에서 발생할 수 있으며 이로 인해 절연 효과가 떨어집니다. 불순물이 거의 없는 고순도- MgO를 사용하면 이러한 영향이 줄어듭니다.

또 한 가지 생각해 볼 점은 파셴의 법칙인데, 항복 전압은 압력과 두 지점 사이의 거리에 따라 달라진다는 것입니다. 대기와 고진공 사이의 전이 영역(약 0.1~10torr)에서는 항복 전압이 양쪽 끝보다 낮을 수 있습니다. 펌프가 작동하지 않거나 탱크가 채워지는 동안 카트리지 히터가 이 압력 범위에서 작동하는 경우 단자 간격과 절연에 매우 주의해야 합니다.

리드선 자체가 진공을 처리할 수 있어야 합니다. 표준 와이어 절연이 파손되거나 가스가 빠져나갈 수 있습니다. 세라믹- 절연 전선 또는 세라믹 비드가 있는 노출 도체는 진공에 노출되는 내부 리드가 있는 카트리지 히터에 사용됩니다. 연결은 느슨해지지 않고 열 순환을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강해야 합니다.

진공상태에서는 접지가 매우 중요합니다. 진공 챔버에서 모든 전기적 결함은 접지를 찾으려고 하며 해당 경로는 민감한 장비나 기구를 통과할 수 있습니다. 카트리지 히터 외장과 챔버는 결함 전류가 안전하게 흐를 수 있도록 적절하게 접지되어야 합니다. 많은 경우 제어 시스템에는 접지 오류 감지 및 중단 기능이 포함됩니다.

경험에 따르면 진공 카트리지 히터의 가장 일반적인 전기적 문제 중 하나는 아크나 파손이 아니라 저항선이 너무 뜨거워져 생성되는 단순한 개방 회로입니다. 와이어는 진공 상태에 있을 때 노화되고 더 빨리 부서지기 쉽습니다. 더 두꺼운 전선과 더 좋은 금속을 사용하면 수명이 길어집니다.

즉, 카트리지 히터가 진공 상태에서 작동하는 방식은 재료, 모양 및 압력이 복잡하게 혼합되어 있다는 것입니다. 안정적인 작동을 위해서는 단자 설계부터 절연체 선택, 접지까지 시스템의 모든 부분을 신중하게 계획해야 합니다. 시뮬레이션된 진공 조건에서 전기 테스트를 수행하면 카트리지 히터가 중요한 용도에 맞게 작동할 것이라는 확신을 얻을 수 있습니다.