CN106935986A - 一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，包括探头系统、内接杆、外接杆以及手握接杆组件。其中探头系统包括放电钩、钩仓、高压伞裙和电阻仓，探头系统是可拆卸式的一体化设计；手握接杆包括电磁铁、电磁铁开关和磁铁杆；通过电磁铁开关的开闭，可以实现放电钩的开锁和锁定功能切换；本装置采用了绝缘伞裙、香蕉插头以及高功率电阻为组件，适用于实验室内较为严苛的超级电容和高压电容放电且成本相对降低；本装置可以实现直放和阻放两种模式，放电棒对电容器电极锁定后，可以无人操作自动放电，使用简单、安全高效；本装置采用小体积组件装配式设计，方便携带安装；本装置设计科学合理，安全可靠，多种使用模式大大开拓了放电棒的功能。
Description
技术领域：
本发明涉及一种实验室电力设备，特别是一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒。
背景技术：
在高校和研究所的实验室，如果是研究高能物理方面，就会经常用到各种各样的电容器，特别是高压电容器和超级电容器的放电是有危险性的。在对电容器进行储存以及充电前都需要先对电容器进行彻底放电，但是目前市面上的放电工具为放电棒，大部分存在以下问题：1.放电棒只有直放功能，没有阻放功能。直放就是直接将电容器对地放电，阻放就是电容器通过高功率电阻损耗后再对地放电。对于充满电的超级电容器，如果用直放进行放电，电容器会脉冲放电，在大电流冲击的情况下，容易使电容器内部结构部分受损，减缓电容器寿命，质量好的超级电容器都是万元以上，这就导致严重的财产损失，并且放电时出现弧光，伴随火花和巨响，威胁实验人员的人身安全；2.为了节省放电棒体积，使用抽拉绝缘连接杆的设计，这种设计的缺陷是最内层绝缘杆较细，而高功率电阻都是较重的，所以这种抽拉绝缘连接杆式的放电棒一般连接的是小功率放电电阻，这样的小功率电阻很容易被高能物理实验中的超级电容器热击穿，并且功率电阻损坏后不可拆卸；3.放电棒放电探头的形状一般是U型或者针型，这样的设计缺点是人需要一直握住放电棒，并且如果人控制的力度和角度不合适，容易造成探头和电容器电极的接触不良；4.对于高压电容器放电的放电棒设计，一般来说放电放探头制作粗糙，容易引起高压电弧的二次放电，并且高压放电棒的绝缘杆一般制作的较长也不便于收纳。
本发明从以上角度出发，设计了一种便携性强、通用性好、易拆卸、重复利用性高、高功率电阻携带能力强、直放和阻放双倍选择和防接触不良的锁式放电棒，总体来说节省了人力，提高了人身安全，并且相对于价格几千元的实验室放电棒而言，节省了成本。
发明内容：
发明思路如下：
保留现在市场上放电棒设计的主要优点，比如减小体积，增强便携性；直放和阻放可供选择；绝缘杆使用绝缘性能好的材料，比如电木、聚乙烯等；放电棒探头使用导电性能好的材料，比如：黄铜、不锈钢。
改进突破点在于目前市面上的优秀想法没有深化，比如减小体积不一定要用抽拉式，抽拉式的缺点就是不能携带重量大的高功率电阻。如果将直径范围值为30-35mm、单节长度范围值为300-400mm的绝缘棒采用两级螺纹咬合就可以提高绝缘杆的应力；绝缘材料采用玻璃纤维增强环氧树脂基复合物材料并且增加绝缘伞裙就可以减弱高压爬电现象以及绝缘杆过长的问题；导电材料选用铜镍合金，就可以缓解黄铜易氧化、不锈钢导电性能不够优越的情况；放电棒整体采用锁式结构就可以解决接触不良现象、节省人力和降低危险情况的发生。
本发明的技术方案如下：
一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于：该种放电棒包括放电钩、钩仓、绝缘伞裙、电阻仓、直放香蕉插头母头和阻放香蕉插头母头、外接杆和内接杆、手握接杆以及接地系统；所述的绝缘伞裙与钩仓是一体结构；所述的钩仓内包括放电钩、弹簧、波纹管盖板、波纹管以及电极板；所述的电阻仓内有两个高功率电阻以及电阻仓底端有两个阻放香蕉插头母头；所述的外接杆通过螺纹连接；所述的内接杆通过螺纹连接；所述的手握接杆包括磁铁杆、电磁铁以及电磁铁开关，磁铁杆与内接杆通过螺纹连接，手握接杆与外接杆通过螺纹连接；所述的接地系统包括香蕉插头公头和接地线；所述的钩仓内的放电钩和波纹管盖板可以沿着受力方向移动，电极板无法移动，钩仓圆弧台固定于钩仓顶部；所述的波纹管两端分别焊接于波纹管盖板底部和电极板顶部；所述的电磁铁在电磁铁开关打开时，产生的强磁场会使磁铁杆受到排斥力。
所述的外接杆是中空结构，外接杆外部直径范围值为30-35mm，外接杆内部孔直径和内接杆外部直径范围值为8-10mm，内接杆可以在外接杆内部滑槽中沿受力方向移动，外接杆和内接杆每节的长度范围值为300-400mm，外接杆有三节，内接杆有4节，手握接杆有1节，因为高功率电阻重量较重，杆体总长度2m左右较适宜。
所述的放电钩、波纹管盖板和电极板均采用铜镍合金材料，弹簧和波纹管均为良导体。
所述的钩仓圆弧台、钩仓、电阻仓、外接杆、内接杆和手握接杆均采用玻璃纤维增强环氧树脂基复合物材料。
所述的外接杆通过螺纹连接，外接杆的两端螺纹包括一级阴螺纹、二级阴螺纹、一级公螺纹和二级公螺纹，一级螺纹直径大于二级螺纹直径，二级螺纹直径大于内接杆直径，外接杆之间通过一级螺纹和二级螺纹之间的分别咬合形成外接杆连接点。
所述的电阻仓顶部有两个直放香蕉插头母头以及底部有两个阻放香蕉插头母头，可以和接地线上的香蕉插头公头构成插拔结构，这样方便切换直放模式和阻放模式。
所述的钩仓内的弹簧不受力时处于自然伸展状态，放电钩与钩仓圆弧台形成锁定状态，打开电磁铁开关时，磁铁杆受到电磁铁提供的排斥力，并通过内接杆在外接杆滑槽内的位置移动将力传递到波纹管盖板，电磁铁提供的排斥力大于弹簧的形变力，放电钩伸出，弹簧压缩，波纹管伸长，形成开锁状态。
所述的放电钩、波纹管盖板、波纹管和电极板相连且均为导体，从而将接地线的香蕉插头公头插入电极板上的直放香蕉插头母头就构成直接放电。
所述的放电钩、波纹管盖板、波纹管、电极板和高功率电阻相连，从而将接地线的香蕉插头公头插入高功率电阻尾部的阻放香蕉插头母头就构成电阻放电。
所述的钩仓圆弧台与钩仓是可拆卸式连接，方便对钩仓内的元件更换和维护，装有两个阻放香蕉插头母头的电阻仓底部面板是可拆卸的，方便电阻的更换。
作为本发明的进一步优化，所述的放电钩采用铜镍合金材料，并且放电钩的头部采用小球结构，钩体部分采用抛光打磨，避免对高压电容器放电时引起打火以及拉弧现象。钩仓圆弧台是绝缘体，但直接与电容器电极接触，也要进行边缘圆角设计，做到光滑无毛刺。
作为本发明的进一步优化，所述的钩仓、电阻仓边缘也进行圆角设计，避免有毛刺和棱角，引起电容器的拉弧放电，并且绝缘伞裙面也要打磨和增大有效面积，进而减弱爬电现象和减小电容器朝人体方向放电的有效截面。
作为本发明的进一步优化，所述的香蕉插头公头和香蕉插头母头一方面是高压电常用的接口端子，另一方面如果香蕉插头公头和香蕉插头母头如果发生接触不良，香蕉插头公头会及时从香蕉插头母头内部脱落，便于实验人员及早发现安全隐患。
作为本发明的进一步优化，所述的波纹管两端分别焊接于波纹管盖板底部和电极板顶部，在电极板顶部增加两个圆柱型铜镍合金金属体，位于波纹管内部，金属体的高度等于波纹管不伸长时的长度，作用是导电和防止波纹管被过于挤压，为了便于波纹管在伸缩过程中换气，在金属体以及电极板中设计换气孔。
作为本发明的进一步优化，所述的放电钩是焊接在一个矩形金属体上，两者构成一体，金属体和铜钩只能在钩仓内上下一维移动，避免放电钩旋转带来的麻烦。
附图说明：
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的钩仓内部的局部剖面图；
图3是本发明的电阻仓的局部剖面图；
图4是本发明的当内接杆和外接杆分别连接时的局部剖面图；
图5是本发明的磁铁杆被排斥引起内接杆移动时的局部剖面图；
图6是本发明的接地系统的立体结构示意图；
图7是本发明的钩仓的立体效果图；
图8是本发明的电阻仓的立体效果图；
图中：1-放电钩；2-钩仓；3-绝缘伞裙；4-电阻仓；5-阻放香蕉插头母头；6-外接杆连接点；7-一级接杆；8-二级接杆；9-三级接杆；10-手握接杆；11-电磁铁开关；12-接地线；13-香蕉插头公头；14-直放香蕉插头母头；15-钩仓圆弧台；16-波纹管盖板；17-波纹管；18-高功率电阻公头适配孔；19-阴螺纹；20-内接杆；21-高功率电阻公头适配孔；22-直放香蕉插头母头；23-波纹管；24-弹簧；25-弹簧；26-内接杆；27-磁铁杆；28-电磁铁；29-一级阴螺纹；30-二级阴螺纹；31-外接杆连接点；32-二级公螺纹；33-公螺纹；34-一级公螺纹；35-内接杆连接点；36-直放香蕉插头母头；37-高功率电阻公头；38-高功率电阻；39-探头外接杆；40-阻放香蕉插头母头；41-高功率电阻；42-电极板；43-换气孔。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒作进一步详细说明。
如图1所示，该放电棒包括放电钩(1)、钩仓(2)、绝缘伞裙(3)、电阻仓(4)、直放香蕉插头母头(22)(36)和阻放香蕉插头母头(5)(40)、外接杆(7)(8)(9)和内接杆(20)(26)、手握接杆(10)以及接地系统(12)(13)，绝缘伞裙(3)与钩仓(2)是一体结构，接地系统(12)(13)包括香蕉插头公头(13)和接地线(12)。如图2和图5所示，该放电棒的钩仓(2)内包括放电钩(1)、弹簧(24)(25)、波纹管盖板(16)、波纹管(17)(23)以及电极板(42)，钩仓(2)内的放电钩(1)和波纹管盖板(16)可以沿着受力方向移动，电极板(42)无法移动，钩仓圆弧台(15)固定于钩仓(2)顶部；放电钩(1)、波纹管盖板(16)和电极板(42)均采用铜镍合金材料，弹簧(24)(25)和波纹管(17)(23)均为良导体，钩仓(2)内的弹簧(24)(25)不受力时处于自然伸展状态，放电钩(1)与钩仓圆弧台(15)形成锁定状态，打开电磁铁开关(11)时，磁铁杆(27)受到电磁铁(28)提供的排斥力，并通过内接杆(20)(26)在外接杆(7)(8)(9)滑槽内的位置移动将力传递到波纹管盖板(16)，电磁铁(28)提供的排斥力大于弹簧(24)(25)的形变力，放电钩(1)伸出，弹簧(24)(25)压缩，波纹管(17)(23)伸长，形成开锁状态，钩仓圆弧台(15)与钩仓(2)是可拆卸式连接，方便对钩仓内的元件更换和维护，装有两个阻放香蕉插头母头(5)(40)的电阻仓(4)底部面板是可拆卸的，方便电阻的更换。钩仓圆弧台(15)是绝缘体，但直接与电容器电极接触，也要进行边缘圆角设计，做到光滑无毛刺。波纹管(17)(23)两端分别焊接于波纹管盖板(16)底部和电极板(42)顶部，在电极板(42)顶部增加两个圆柱型铜镍合金金属体，位于波纹管(17)(23)内部，金属体的高度等于波纹管(17)(23)不伸长时的长度，作用是导电和防止波纹管(17)(23)被过于挤压，为了便于波纹管(17)(23)在伸缩过程中换气，在金属体以及电极板(42)中设计换气孔(43)。放电钩(1)是焊接在一个矩形金属体上，两者构成一体，金属体和钩体只能在钩仓内上下一维移动，避免放电钩(1)旋转带来的麻烦。如图3所示，该放电棒的电阻仓(4)内有两个高功率电阻(38)(41)以及电阻仓(4)底端有两个阻放香蕉插头母头(5)(40)，顶部有两个直放香蕉插头母头(14)(36)以及底部有两个阻放香蕉插头母头(5)(40)，可以和接地线(12)上的香蕉插头公头(13)构成插拔结构，这样方便切换直放模式和阻放模式。如图4和图5所示，该放电棒的外接杆(7)(8)(9)通过螺纹连接，内接杆(20)(26)通过螺纹连接，手握接杆(10)包括磁铁杆(27)、电磁铁(28)以及电磁铁开关(11)，磁铁杆(27)与内接杆(26)通过螺纹连接，手握接杆(10)与外接杆(9)通过螺纹连接，外接杆(7)(8)(9)是中空结构，外接杆(7)(8)(9)外部直径范围值为30-35mm，外接杆(7)(8)(9)内部孔直径和内接杆(20)(26)外部直径范围值为8-10mm，内接杆(20)(26)可以在外接杆(7)(8)(9)内部滑槽中沿受力方向移动，外接杆(7)(8)(9)和内接杆(20)(26)每节的长度范围值为300-400mm，外接杆(7)(8)(9)有三节，内接杆(20)(26)有4节，手握接杆(10)有1节，因为高功率电阻(38)(41)重量较重，杆体总长度2m左右较适宜，外接杆(7)(8)(9)、内接杆(20)(26)和手握接杆(10)均采用玻璃纤维增强环氧树脂基复合物材料，外接杆(7)(8)(9)通过螺纹连接，外接杆(7)(8)(9)的两端螺纹包括一级阴螺纹(29)、二级阴螺纹(30)、一级公螺纹(34)和二级公螺纹(32)，一级螺纹直径大于二级螺纹直径，二级螺纹直径大于内接杆直径，外接杆之间通过一级螺纹和二级螺纹之间的分别咬合形成外接杆连接点(6)(31)。
如图7和图8所示，该放电棒的放电钩的头部采用小球结构，钩体部分采用抛光打磨，避免对高压电容器放电时引起打火以及拉弧现象。钩仓圆弧台(15)是绝缘体，但直接与电容器电极接触，也要进行边缘圆角设计，做到光滑无毛刺，钩仓(2)、电阻仓(4)边缘也进行圆角设计，避免有毛刺和棱角，引起电容器的拉弧放电，并且绝缘伞裙(3)面也要打磨和增大有效面积，进而减弱爬电现象和减小电容器朝人体方向放电的有效截面，香蕉插头公头(13)和香蕉插头母头(14)(36)(5)(40)一方面是高压电常用的接口端子，另一方面如果香蕉插头公头(13)和香蕉插头母头(14)(36)(5)(40)如果发生接触不良，香蕉插头公头(13)会及时从香蕉插头母头(14)(36)(5)(40)内部脱落，便于实验人员及早发现安全隐患。
本发明一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒的使用方法如下：
1：取出所有内接杆(20)(26)通过公母螺纹连接，最后将内接杆(26)的公螺纹(33)和磁铁杆(27)的阴螺纹(19)连接，注意连接的时候一定要连接牢固；也不要用力过猛使内接杆发生弯曲。
2：将所有外接杆(7)(8)(9)依次通过一级阴螺纹(29)、二级阴螺纹(30)、一级公螺纹(34)和二级公螺纹(32)连接，最后将三级接杆(9)的一级公螺纹(34)、二级公螺纹(32)与手握接杆(10)的一级阴螺纹(29)、二级阴螺纹(30)相连，注意连接时要用力合适。
3：将连接好的内接杆(20)(26)与磁铁杆(27)一起放入外接杆(7)(8)(9)与手握接杆(10)的内部滑槽中，其中磁铁杆(27)放在靠近手握接杆(10)的一端，并且确定电磁铁开关(11)是断开的。
4：因为钩仓(2)和电阻仓(4)是一体结构的两个部分，所以现在通过探头外接杆(39)的一级公螺纹(34)与一级接杆(7)的一级母螺纹(29)、二级母螺纹(30)依次咬合连接，形成外接杆连接点(6)。
5：将接地线(12)接地，然后把香蕉插头公头(13)插入阻放香蕉插头母头(5)(40)。实验操作员带上高压橡胶手套，进一步打开电磁铁开关(11)，使放电钩(1)从钩仓(2)弹出,此时处于开锁状态，用放电钩(1)勾出电容器的电极后，关闭电磁铁开关(11)，此时钩仓(2)内的弹簧(24)(25)给放电钩(1)回缩的力，导致放电钩(1)和钩仓圆弧台(15)牢牢夹住了电容器电极，这就是锁定状态。当电容器电极被本发明一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒锁定后，实验操作员不必继续手持放电棒，而且锁定后也不用担心接触不良。
6：大概1-5分钟后，实验操作员打开电磁铁开关(11)，使放电棒解锁，把放电探头远离电容器电极后，拔掉阻放香蕉插头母头(5)(40)上的香蕉插头公头(13)，并将香蕉插头公头(13)插入直放香蕉插头母头(14)(36)中，然后实验员将锁式放电棒的放电钩(1)重新钩住电容器的电极，然后关闭电磁铁开关(11)，此时放电棒处于锁定状态，直放是对聚集在电容器内的小电荷进行彻底释放。
7：使用完毕后，从电容器上取下放电棒。将放电棒分拆为：单节外接杆(7)(8)(9)、单节内接杆(20)(26)、手握接杆(10)、磁铁杆(11)、接地系统(12)(13)和探头(1)(2)(3)(4)，因为单个部件的最长长度不超过50cm，因此所有部件可以分类摆放到工具箱内，工具箱放置于实验室干燥的位置既节省空间又防止放电棒被挤压、受潮。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于：该种放电棒包括放电钩(1)、钩仓(2)、绝缘伞裙(3)、电阻仓(4)、直放香蕉插头母头(14)(36)和阻放香蕉插头母头(5)(40)、外接杆(7)(8)(9)和内接杆(20)(26)、手握接杆(10)以及接地系统(12)(13)；
所述的绝缘伞裙(3)与钩仓(2)是一体结构；
所述的钩仓(2)内包括放电钩(1)、弹簧(24)(25)、波纹管盖板(16)、波纹管(17)(23)以及电极板(42)；
所述的电阻仓(4)内有两个高功率电阻(38)(41)以及电阻仓(4)底端有两个阻放香蕉插头母头(5)(40)；
所述的外接杆(7)(8)(9)通过螺纹连接；
所述的内接杆(20)(26)通过螺纹连接；
所述的手握接杆(10)包括磁铁杆(27)、电磁铁(28)以及电磁铁开关(11)，磁铁杆(27)与内接杆(26)通过螺纹连接，手握接杆(10)与外接杆(9)通过螺纹连接；
所述的接地系统(12)(13)包括香蕉插头公头(13)和接地线(12)；
所述的钩仓(2)内的放电钩(1)和波纹管盖板(16)可以沿着受力方向移动，电极板(42)无法移动，钩仓圆弧台(15)固定于钩仓(2)顶部；
所述的波纹管(17)(23)两端分别焊接于波纹管盖板(16)底部和电极板(42)顶部；
所述的电磁铁(28)在电磁铁开关(11)打开时，产生的强磁场会使磁铁杆(27)受到排斥力。
2.根据权利要求1所述的一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于所述的外接杆(7)(8)(9)是中空结构，外接杆(7)(8)(9)外部直径范围值为30-35mm，外接杆(7)(8)(9)内部孔直径和内接杆(20)(26)外部直径范围值为8-10mm，内接杆(20)(26)可以在外接杆(7)(8)(9)内部滑槽中沿受力方向移动，外接杆(7)(8)(9)和内接杆(20)(26)每节的长度范围值为300-400mm，外接杆(7)(8)(9)有三节，内接杆(20)(26)有4节，手握接杆(10)有1节，因为高功率电阻(38)(41)重量较重，杆体总长度2m左右较适宜。
3.根据权利要求1所述的一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于所述的放电钩(1)、波纹管盖板(16)和电极板(42)均采用铜镍合金材料，弹簧(24)(25)和波纹管(17)(23)均为良导体。
4.根据权利要求1所述的一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于所述的钩仓圆弧台(15)、钩仓(2)、电阻仓(4)、外接杆(7)(8)(9)、内接杆(20)(26)和手握接杆(10)均采用玻璃纤维增强环氧树脂基复合物材料。
5.根据权利要求1所述的一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于所述的外接杆(7)(8)(9)通过螺纹连接，外接杆(7)(8)(9)的两端螺纹包括一级阴螺纹(29)、二级阴螺纹(30)、一级公螺纹(34)和二级公螺纹(32)，一级螺纹直径大于二级螺纹直径，二级螺纹直径大于内接杆(20)(26)直径，外接杆(7)(8)(9)之间通过一级螺纹和二级螺纹之间的分别咬合形成外接杆连接点(6)(31)。
6.根据权利要求1所述的一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于所述的电阻仓(4)顶部有两个直放香蕉插头母头(14)(36)以及底部有两个阻放香蕉插头母头(5)(40)，可以和接地线(12)上的香蕉插头公头(13)构成插拔结构，这样方便切换直放模式和阻放模式。
7.根据权利要求1所述的一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于所述的钩仓(2)内的弹簧(24)(25)不受力时处于自然伸展状态，放电钩(1)与钩仓圆弧台(15)形成锁定状态，打开电磁铁开关(11)时，磁铁杆(27)受到电磁铁(28)提供的排斥力，并通过内接杆(20)(26)在外接杆(7)(8)(9)滑槽内的位置移动将力传递到波纹管盖板(16)，电磁铁(28)提供的排斥力大于弹簧(24)(25)的形变力，放电钩(1)伸出，弹簧(24)(25)压缩，波纹管(17)(23)伸长，形成开锁状态。
8.根据权利要求1所述的一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于所述的放电钩(1)、波纹管盖板(16)、波纹管(17)(23)和电极板(42)相连且均为导体，从而将接地线(12)的香蕉插头公头(13)插入电极板(42)上的直放香蕉插头母头(14)(36)就构成直接放电。
9.根据权利要求1所述的一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于所述的放电钩(1)、波纹管盖板(16)、波纹管(17)(23)、电极板(42)和高功率电阻(38)(41)相连，从而将接地线(12)的香蕉插头公头(13)插入高功率电阻(38)(41)尾部的阻放香蕉插头母头(5)(40)就构成电阻放电。
10.根据权利要求1所述的一种实验室用于电容器放电的锁式放电棒，其特征在于所述的钩仓圆弧台(15)与钩仓(2)是可拆卸式连接，方便对钩仓(2)内的元件更换和维护，装有两个阻放香蕉插头母头(5)(40)的电阻仓(4)底部面板是可拆卸的，方便电阻的更换。
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