对于火花点燃试验中电容时间常数与钨丝数量关系的研究
2022-2023学年辽宁省中考物理二调试卷附解析
2022-2023学年辽宁省中考物理二调试卷学校：__________ 姓名：__________ 班级：__________ 考号：__________注意事项：1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2．请将答案正确填写在答题卡上一、单选题1．固态、液态、气态是物质存在的三种状态，哪种状态下分子间的作用力最大:（）A．固态 ; B．液态; C．气态; D.一样大.2．在25℃的室内将温度计从装有酒精的瓶中取出，它的示数会（）A．立即上升B．先下降后上升C．先上升后下降D．一直不变3．在“探究水的沸腾”实验中，小明观察到从杯底产生的气泡在上浮的过程中越来越小，如图所示。
这说明................................................................................................................. （）A．整杯水的温度均达到沸点B．气泡上升时，因上部水温较低，部分水蒸气液化成水C．气泡上升时，气泡的密度变大D．气泡上升时，气泡内压强变大4．如图所示，（1）在图中标出电流的方向。
（2）若打开开关会出现什么现象?（3）形成持续电流的条件是什么?5．在如图所示的电路中，当闭合开关S后，发现两灯都不亮，电流表的指针几乎指在零刻度线，电压表指针则有明显偏转，该电路中的故障可能是............................................ （）A．灯泡L2短路B．灯泡L2断路C ．灯泡L 1断路D ．两个灯泡都断路6．如图所示电路，闭合开关，两只灯泡都不亮，且电流表和电压表的指针都不动。
现将两灯泡L 1和L 2的位置对调，再次闭合开关时，发现两只灯泡仍不亮，电流表指针仍不动，但电压表的指针却有了明显的偏转，该电路的故障可能是 ............................................................ ( ） A ．从a 点经电流表到开关这段电路中出现断路B ．灯泡L 1的灯丝断了C ．灯泡L 2的灯丝断了D ．电流表和两个灯泡都坏了7．知识的价值体现之一,是它可以让我们避免许多事故发生.图所示的四幅图中,符合安全用电原则的是（ ）A ．电器失火时先切断电源B ．电灯和开关的连接C ．使用测电笔D ．用湿布擦电器8．已知两个小灯泡的额定电压相同（均为U 额）在额定电压下通过L 1的电流I 1是通过L 2的电流I 2的2倍，若把L 1和L 2串联后接到某一电源上（电压为U ，灯泡电阻不变），则下列说法正确的是............................................................................................................................... （ ）A ．当U ＝32U 额时，L 2可以正常发光 B ．当U ＝2U 额时，两灯均正常发光C ．U 为任何值时，，L 1都不可能正常发光D ．当U ＝3U 额时，L 1可以正常发光9．下列事例能说明声音能传递信息的是（ ）A ．军方研制了一种声波枪，杀人于无形之中B ．在食品工厂里人们常用超声波给牛奶消毒C ．外科医生利用超声波振动除去病人体内的结石D ．用手拍打西瓜，通过听声音来判别西瓜的好坏10．以下有四种用电器，其中有一用电器工作时能量转化的主要形式与其它用电器不同的是 ............................................................................................................................................ （ ）11．自行车是人们最常见的交通工具，从自行车的结构和使用看来，它应用了许多物理知识，下列说法不正确的是（）A．车的尾灯利用了光的反射；B．链条与其连接的两个齿轮组成了一个滑轮组；C．轮胎上有花纹是为了增大摩擦；D．刹车系统应用了杠杆及摩擦的知识。
电感性本质安全电路火花放电全过程仿真
电感性本质安全电路火花放电全过程仿真孟庆海;袁明华;王进己【摘要】本文对IEC火花试验装置标定电路断开过程中钨丝与镉盘间的极间电容进行了分析,得到了极间电容和分离时间之间的关系.基于电感性本质安全电路电弧放电的动态伏安特性数学模型,建立了断开过程中电弧的MATLAB仿真模型,对电路断开过程中电弧的电压和电流进行了仿真分析,得到了电感性本质安全电路火花放电的全过程仿真波形.通过比较,与实际的波形保持了良好的一致性,证明了理论分析的正确性.【期刊名称】《北方工业大学学报》【年(卷),期】2017(029)005【总页数】5页(P50-54)【关键词】IEC火花试验装置;本质安全;MATLAB仿真【作者】孟庆海;袁明华;王进己【作者单位】北方工业大学电气与控制工程学院,100144,北京;北方工业大学电气与控制工程学院,100144,北京;北方工业大学电气与控制工程学院,100144,北京【正文语种】中文【中图分类】TD685本质安全电路的火花放电是决定电路本质安全性能的最重要电气过程，其产生的放电能量和放电功率决定了是否能够引爆规定浓度的爆炸性气体，即电路的本质安全性能.除简单的电感性电路外，还涉及到开关变换器的本质安全性能以及本质安全系统的性能.IEC火花试验装置是检验电路本质安全性能的设备，灵敏度和稳定性是试验装置的重要参数.电感电路分断放电过程可分为3个阶段，建弧阶段、电弧放电和辉光放电阶段[1].建弧阶段时间很短，成弧后电压立即达到最小建弧电压；电弧放电过程中电压上升同时电流下降，是放电的主要阶段；辉光放电阶段由于存在电感与杂散电容，电压振荡衰减为电源电压值，而电流则振荡衰减为0.对本质安全电路火花放电的研究包括建模、仿真和试验.电弧的放电模型包括电流线型衰减模型、静态伏安特性模型[2]和动态伏安特性模型以及放电机理[3].文献[4]使用电路仿真软件Simplorer对电路进行了仿真，文献[5]利用MATLAB对电弧放电进行了仿真.但目前的仿真既没有包括完整的火花放电全过程，更没有从IEC 火花试验装置结合的角度来分析实际打火过程对于放电结果的影响.本文从此目的出发来仿真火花放电的全过程，以促进对于火花放电机理的了解.1 标定电路的火花放电过程1.1 标定电路火花试验前，需要通过标定电路来保证火花试验装置的灵敏度是否合格，因此标定电路具有特别的意义.标定电路是由开路电压24V和95mH空芯电感组成的直流电路，镉盘电极情况下通以110mA的最小点燃电流[6].图1 标定电路其中C是考虑切换电路时火花试验装置的电极间潜伏电容所组成的等效电容，而通常假定该电容是固定的.1.2 断开电弧过程当电路断开时，由于电感的存在，电流不能突变而电压突变，在电极间隙处产生很高的电势，电极间产生电弧放电.电弧放电结束后，由于电极间存在电容，电路会产生振荡，断开处的电压最后恢复至电源电压，电流降为0.实际测得火花试验装置断开过程的完整波形如图2所示.图2 火花试验装置断开过程的电压和电流波形1.3 断开电弧的数学模型基于动态伏安特性的电感性本质安全电路电弧放电数学模型.得到了电弧放电电压、电流的解析表达式[7]：(1)(2)式中：Varcmin为最小建弧电压，单位为V；I为电路断开前电流，单位为A；L为电路电感，单位为mH；R为电路电阻，单位为Ω.由电压和电流的解析式可得电弧电阻的表达式如下：(3)电弧放电时间的表达式如下：(4)将标定电路中的参数电感L=95mH，R=218Ω，I=0.11A代入，可以计算出电弧放电时间为219μs.2 火花试验装置IEC火花试验装置容器内布置一组电极,电极用于在规定的爆炸性试验混合物内产生闭合、开路火花.接触电极之一是由带有2道凹槽的旋转的隔电极盘组成；另一接触电极是由固定在极握上的4根钨丝组成.旋转的极握使钨丝在开槽的隔盘上滑动.其中一个电极是由4根长度为11mm、直径为0.2mm的钨丝均匀地固定在固定盘的四角上组成[6].另一个电极由直径为30mm、并与圆心对称开有2道深2mm、宽2mm的凹槽隔盘组成.钨丝的旋转速度为80rpm，镉盘旋转速度为19.2rpm，两者相对旋转，组成一对打火机构，如图3所示.1.被试电路连接处；2.阻爆容器；3.极握；4.钨丝；5.凹槽隔盘；6.齿轮图3 IEC火花试验装置电极接点结构3 钨丝与镉盘两电极分离时的电容分析在钨丝与镉盘两电极分离的过程中，由于间隔不断增大，在电弧放电结束之后，钨丝与镉盘间的电容会随他们之间间距d的增大而变小.该电容与电感彼此作用会产生电压振荡，因此有必要首先分析钨丝与镉盘分离时的实际电容.钨丝与镉盘的分离示意图如图4所示.(a)正视图(b)俯视图图4 钨丝与镉盘的分离示意钨丝和镉盘是两个横截面的半径分别为R1和R2的平行圆柱体，他们之间电容的大小与他们的间距有关.将镉盘与钨丝截面为圆柱形电容器保角变换成截面为平行板电容器.由平行板电容器电容公式C=ε0S/d可求出平行板电容器每单位长度电容值，也就是镉盘与钨丝单位长度的电容值.可得二者之间单位长度的电容和间距的关系为[8]：(5)式中R1为钨丝的半径，R1=0.1mm；R2为镉盘的半径，R2=15mm；L为钨丝与镉盘的圆柱轴距；ε0为真空介电常数.IEC火花试验装置电极间的分离速度[9]为：(6)式中v为分离速度，单位cm/s；t为分离时间，单位μs.所以电极间的分离的间距与时间的关系为：d =(7)式中d为电极间的分离间距，单位cm.所以钨丝与镉盘间的电容与分离的时间的关系为：(8)利用MATLAB画出电容和分离时间变化曲线如图5所示.其中t=0对应辉光放电的开始.图5 钨丝与镉盘间的电容与分离时间的关系由图5可以看出，在钨丝与镉盘在分离的过程中极间电容值快速减小，所以在电路断开的辉光放电阶段，杂散电容的值也是在减小，而不是固定不变的.其中在20μs附近，电容值减小不再明显；在50μs附近，电容值基本可以忽略. 在仿真时考虑钨丝与镉盘间的电容大小随钨丝与镉盘分离时间的变化，使仿真结果更加接近于实际波形.4 火花放电的MATLAB仿真4.1 仿真电路搭建在MATLAB里面搭建标定电路的仿真模型如图6所示.图6 仿真系统仿真电路里的电弧是根据公式3的电弧电阻数学模型用一个定制的非线性电阻来代替，具体的模型如图7所示.图7 电弧部分的仿真电路4.2 仿真结果分析标定电路电弧放电的仿真波形如图8所示，电弧放电可分为4个阶段.0～t1为第1阶段，触点处于闭合状态，电压为0V，电流为0.11A.t1时刻，触点断开，形成电弧，断开处电压达到建弧电压11V.t1～t2为第2阶段，即电弧阶段，在该过程中电路电流不能突变而缓慢减小，电压由于电极间接触电阻增大而增加.t2时刻电弧熄灭，进入第3阶段.t2～t3阶段由于线路分布电容的存在，电极电压为电容电压，电压开始振荡.t3时刻振荡结束，电极间电压恢复到电源电压24V，电流也减小为0，整个触点断开的放电过程结束.图8 电弧仿真波形比较图8和图2可以看出，仿真波形与实际波形保持了很好的一致性，证明了理论分析的正确性.5 结语通过对IEC火花试验装置标定电路断开过程中钨丝与镉盘间的电容进行分析，得到了电极间电容和电极分离时间之间的关系.得出在20μs附近，极间电容值减小不再明显，在50μs附近，极间电容值基本可以忽略的结论.基于动态伏安特性的电弧放电数学模型建立了电弧的MATLAB仿真模型，对标定电路断开过程中电弧放电的完整过程进行了仿真分析，得到了放电过程中电压和电流的仿真波形，与实际的波形保持了良好的一致性，证明了理论分析的正确性. 参考文献【相关文献】[1] 刘树林,刘健.本质安全开关变换器[M].北京：科学出版社,2008[2] 于月森.本质安全型开关电源基础理论与应用研究[D].徐州：中国矿业大学,2012[3] 钟久明,刘树林,王玉婷,等.基于模拟电荷法的微间隙场增强因子研究[J].电子学报,2016,44(4):1003-1008[4] 樊京.基于Simplorer的非爆炸性本安电路仿真方法研究[J].电气防爆,2012(2):1-4[5] 赵永秀,刘树林,马一博.爆炸性试验电感电路分断放电特性分析与建模[J].煤炭学报,2015,40(7):1698-1704[6] GB3836.4-2010爆炸性环境用电气设备本质安全电路和设备“i”[S].北京:国家标准总局出版社,2011[7] 孟庆海.本质安全电路电弧放电数学模型及非爆炸方法评价电路本质安全性能[D].徐州：中国矿业大学,1999[8] 郑民伟.两平行圆柱的电容、电势和电场[J].物理与工程,2007,17(3):14-16[9] 孟庆海,牟龙华,何学秋.电感性本质安全电路动态伏安特性参数的确定[J].中国矿业大学学报,2001,30(3):265-267。
NTC培训_ATC002 AES分析技术Ⅱ_火花源原子发射光谱分析
火花源原子发射光谱分析技术ⅡNTC 培训_ATC 002全国分析检测人员能力培训委员会2014-06第二部分仪器与操作技术z一仪器基本结构z二仪器辅助设备z三仪器操作技术z四仪器检定z五仪器维护一仪器基本结构光源 1.11.2检测系统1.3数据采集与处理系统1.4光学系统1.1 光源•1.1.2 火花光源•1.1.3 等离子体光源•1.1.4 其他光源•1.1.5 火花台z光源对试样具有两个作用过程。
首先，把试样中的组分蒸发离解为气态原子，然后使这些气态原子激发，使之产生特征光谱。
因此光源的主要作用是对试样的蒸发和激发提供所需的能量。
最常用的光源有直流电弧、交流电弧、电火花、激光光源、电感耦合等离子体（ICP）焰炬等等。
1.1.1 电弧光源z电弧光源是在两个电极之间加上直流或交流电，通电形成电弧放电，将电极上的分析物进行蒸发、原子化和激发。
分为直流电弧和交流电弧。
直流电弧发生器交流电弧发生器火花即电容放电高压火花采用12000伏的高压和较小电容量的高压火花光源，这类光源由于贮存电容器内的电压很高,足以击穿分析间隙,可以自行放电。
低压火花采用较低的电压(几百伏)及较大电容量，这类光源由于贮存电容器内的电压较低，不足以击穿分析间隙,因此它除了充放电线路以外还有一个引火装置。
高压火花光源z电源电压E经变压器B，产生10～25kV的高压，然后通过扼流圈D向电容器C充电，达到G的击穿电压时，通过电感L向G放电，产生振荡性的火花放电。
放电完了以后，又重新充电、放电，反复进行。
特点这种光源的特点是放电的稳定性好，放电的瞬间温度可高达10000K以，能产生激发电位很高的原子线和离子线，适用于定量分析及难激发元素的测定。
但这种光源每次放电后的间隙时间较长，电极温度较低，因而试样的蒸发能力较差，较适合于分析低熔点的试样。
缺点是，灵敏度较差，背景大，不宜作痕量元素分析；噪音较大；做定量分析时，需要有较长的预燃时间。
低压火花光源z直流电压DC2（几百伏）先对电容器Cap充电，电容器两端的充电电压加在分析间隙上，但因电压低，不能击穿分析间隙进行火花放电，需要采用脉冲高压电来引燃。
浙江省金华市2024高三冲刺(高考物理)苏教版考试(预测卷)完整试卷
浙江省金华市2024高三冲刺（高考物理）苏教版考试(预测卷)完整试卷一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题如图所示，物体A静止在光滑的水平面上，A的左边固定有轻质弹簧，与A质量相等的物体B以速度v向A运动并与弹簧发生碰撞，A、B始终沿同一直线运动，则A、B组成的系统动能损失最大的时刻是（）A．A开始运动时B．A的速度等于v时C．A和B的速度相等时D．B的速度等于零时第(2)题关于圆周运动，下列说法正确的是（ ）A．做圆周运动的物体受到的合力一定指向圆心B．做匀速圆周运动的物体的加速度不变C．做匀速圆周运动的物体的速度方向是运动轨迹的切线方向D．荡秋千时秋千落下过程的运动可以近似看做匀速圆周运动第(3)题如图为某燃气灶点火装置的原理图。
转换器将直流电压转换为正弦交流电压，并加在一理想变压器的原线圈上，理想变压器的原、副线圈的匝数比为n1：n2=1：1000，电压表为交流电表。
当变压器副线圈两端电压的瞬时值大于7070V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。
此时，电压表的示数至少为（ ）A．5B．5000C．10D．7070第(4)题物理学重大成就的发现，一般都是许多科学家智慧的集成。
获得方法中既有实验探究也有理论探究以及假说和已有规律的合理外推等。
人教版物理必修二教材讲解的关于科学巨匠牛顿发现万有引力定律过程中，大量使用了理论探究必需的推理依据。
以下给出的物理规律及结论中只有部分是推理用到的。
a．法拉第电磁感应定律b．开普勒第三定律c．机械能守恒定律d．广义相对论e．力的作用是相互的且具有相同的性质f．向心加速度a n=g．牛顿第二定律h．欧姆定律i．行星与太阳、地球与月亮间的引力特征在自然界中合理外推j．月-地检验k．光的衍射规律按照推理使用的先后排序正确的是（ ）A．bajeig B．bcfkgjC．bfgeji D．bdheji第(5)题如图，在坐标系xOy中，弧BDC是以A点为圆心、AB为半径的一段圆弧，AB=L，AO，D点是圆弧跟y轴的交点。
克服本安电路火花试验装置缺点采取的新方法及利用改进型装置得到的结果
克服本安电路火花试验装置缺点采取的新方法及利用改进型装置得到的结果[匈牙利] J.Hanko[摘 要] 在国际电工委员会出版物IEC79—3爆炸性环境用防爆电气设备的第三部分,所推荐的火花试验装置已作为标准用于检测和划分本质安全电气产品。
国家授权检验部门就可采用统一标准进行检验,这极大地推动了这种防爆型式的发展。
但装置本身存在一些缺点,匈牙利检验部门进行了一系列试验,全面克服了这些缺点,并讨论了利用改进试验装置获得的最小点燃曲线。
本质安全电路火花试验装置最早在西德标准V D E171中被确定为国家标准。
随后被IEC79-3、EN50020和通用标准3141(图1)引用,变成国际标准。
一、接触方式上述标准包含火花试验装置的接触形式。
被检电路的闭合与断开通过四根被固定的直径为0.2mm、长11mm的钨丝以及直径30mm且布槽的镉盘实现。
电极的一端与四方形的钨丝固定装置相连,另一端与镉盘相连。
固定装置以80r m i n的速度旋转,而镉盘以50∶12的比率反方向缓慢旋转。
固定装置与镉盘之间相距10mm,有1mm钨丝突出出来。
二、接触材料如上所述,试验装置的其中一个电极是镉盘,当检测直流电路时,它作为负极。
在其他同等环境下已经得出结论,发生于镉盘表面的火花最容易引爆气体。
大多数金属的氧化物都不如金属本身的导电性能强,但镉却是个例外。
因此镉盘表面的氧化物对灵敏度没有影响。
当用镉时,即使很低的电流都可以维持电弧。
(单位 mm)图1 本质安全电路火花试验装置 (上接第38页)49.21 充满非可燃颗粒材料的熔丝管的照明装置应按第23.1条的例外情况标志,当更换熔丝管时,在目测到的位置应标志警示词句“注意”和下列内容或等同词句,“危险环境点燃危险只能更换和原有熔丝管电压及电流额定值一样的熔丝管”。
制造厂应在标志“x”的位置上充满非可燃性颗粒材料的地方插入熔丝管标志。
49.22 如果一个制造厂生产的照明装置来自多个厂家的产品,则每个照明装置均应标上识别产品来自哪个厂家的特殊标志。
人教版九年级上册物理期末试题及答案(2)(K12教育文档)
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人教版九年级(上册）物理学科期末试题 1 一、选择题 （每题2分，共30分）1、下列现象中，能用分子热运动知识来解释的是（ ） A.春天，柳絮飞扬 B 。
夏天，槐花飘香 C.秋天，落叶飘零 D 。
冬天，雪花飘飘2、.在图15—5所示的内燃机工作的一个循环中，其四个冲程的顺序应当是（ ）A.乙、甲、丁、丙B.甲、乙、丙、丁C 。
乙、丁、甲、丙D 。
甲、乙、丁、丙 3、关于燃料的热值，以下说法正确的是( ) A.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关 B.容易燃烧的燃料，热值一定大C 。
煤的热值比干木柴大,燃烧煤放出的热量一定比干木柴的多D 。
0。
5 g 汽油和2 kg 汽油，它们的热值是一样的 4、用相同的酒精灯和同样的烧杯盛有质量相同的甲、乙两种液体加热，如图，反映的是温度随时间变化的图像, 从图中可以看出：( ） A ．甲的比热容大 B ．乙的比热容大C ．它们的比热容一样大D ．无法判断5、如图所示，有关电与磁的下列描述中,正确的是（ ）A.甲图是研究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系 B.乙图是发电机的原理图C.丙图是探究电磁感应现象的装置图D.图丁发现电流磁效应的物理学家是法拉第6、电磁铁被广泛应用于生产、生活中．下列产品中没有用到电磁铁的是（ ）7、如图所示，装订线Ａ．三灯并联，且都亮Ｂ．三灯串联，且都亮Ｃ．L1L2并联后与L3串联，三灯都亮Ｄ．L1L2并联，L3被短路，只有L1 L2亮8、如图，电源电压不变，闭合开关S后，灯L1、L2都发光，一段时间后，其中一盏灯突然熄灭,而电流表、电压表的示数都不变,则产生这一现象的原因是（）A 灯L1短路B 灯L2短路C 灯L1断路D 灯L2断路9、几位同学学习了欧姆定律后，根据I=U/R，导出了R=U/I.于是他们提出了以下几种看法，你认为正确( )A.导体电阻的大小跟通过导体中的电流成反比B。
电磁点火装置中电磁继电器的响应速度和延迟时间研究
电磁点火装置中电磁继电器的响应速度和延迟时间研究电磁点火装置作为一种常见的点火系统，广泛应用于汽车、发电机和其他热能设备中。
电磁继电器是电磁点火装置的核心组件之一，其功能是控制火花塞的开关，并控制着发动机的点火时机。
因此，电磁继电器的响应速度和延迟时间对于点火系统的性能至关重要。
首先，了解电磁继电器的原理是研究其响应速度和延迟时间的基础。
电磁继电器是一种能够将电信号转换为机械运动的设备。
它由电磁线圈、铁芯、接点和辅助机构组成。
当电磁继电器接收到电信号时，电磁线圈中的电流会产生电磁场，使铁芯磁化。
磁化后铁芯吸引接点，完成接通或断开的动作。
响应速度是指电磁继电器由接收信号到完成动作所需要的时间。
这个过程中，电磁继电器需要经历一系列的响应步骤，包括电磁场的建立、铁芯磁化、接点吸合等。
这些步骤所需的时间可能会受到电磁继电器的结构、电流大小、接点负载和线圈电压等因素的影响。
为了研究电磁继电器的响应速度，可以通过实验方法进行测量。
首先，选择一个适当的电磁继电器进行测试。
接着，通过实验仪器发送不同的电流信号，记录电磁继电器从接收信号到完成动作的时间。
同时，可以调节不同的参数，如电流大小和线圈电压，以观察其对响应速度的影响。
在实验过程中，需要使用高精度的计时器来确保测量结果的准确性。
延迟时间是指电磁继电器由接收信号到电磁场消失所需的时间。
当电磁继电器接收到信号后，电磁场会储存能量，维持接点的闭合状态。
延迟时间包括电磁场能量的释放和接点的开启，这个过程可能会受到电磁继电器的结构、电感、电容等因素的影响。
为了研究电磁继电器的延迟时间，可以采用类似于响应速度研究中的实验方法。
通过实验仪器发送不同的信号后，记录电磁继电器在信号消失后，电磁场的衰减和接点的开启所需的时间。
同时，调节不同的参数，如电感和电容，来观察其对延迟时间的影响。
通过研究电磁继电器的响应速度和延迟时间，可以得出一些对电磁点火装置设计和优化有指导意义的结论。
电容器充放电实验、描绘小灯泡的伏安特性曲线和探究电磁感应现象、变压器实验(解析版)-高考物理真题汇编
电容器充放电实验、描绘小灯泡的伏安特性曲线和探究电磁感应现象、变压器实验考点47 观察电容器的充放电现象1. （2024年高考海南卷）用如图a 所示的电路观察电容器的充放电现象，实验器材有电源E 、电容器C 、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R 、单刀双掷开关1S 、开关2S 、导线若干（1）闭合开关2S ，将1S 接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3V 。
在此过程中，电流表的示数_____（填选项标号）A. 一直稳定在某一数值B. 先增大，后逐渐减小零C. 先增大，后稳定在某一非零数值（2）先后断开开关2S 、1S ，将电流表更换成电流传感器，再将1S 接2，此时通过定值电阻R 的电流方向_____（选填“a b ®”或“b a ®”），通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的I t -图像，如图b ，2s =t 时 1.10mA I =，图中M 、N 区域面积比为8∶7，可求出R =_____k W （保留2位有效数字）。
【答案】（1）B （2）①.a b ® ②. 5.2【解析】（1）电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大某一最大值，后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流在减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0。
故选B 。
（2）[1]根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电，将1S 接2，电容器放电，此时通过定值电阻R 的电流方向a b ®；[2]2s =t 时 1.10mA I =可知此时电容器两端的电压为2U IR=电容器开始放电前两端电压为12.3V ，根据I t -图像与横轴围成的面积表示放电量可得02s -间的放电量为()31Δ12.3 1.1010Q U C R C-=×=-´´2s后到放电结束间放电量为为32 1.1010C CR Q U -´¢=××D =根据题意1287Q Q =，解得 5.2kΩR =2. （2024年1月浙江选考·17）在“观察电容器充、放电现象”实验中，把电阻箱R （09999W :）、一节干电池、微安表（量程0300μA :，零刻度在中间位置）、电容器C （2200μF 、16V ）、单刀双掷开关组装成如图1所示的实验电路。
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速为 ８ ｒｍｎ 把 ｒ ０／ ｉ， 代人公式（ ） ３ ， ２ （ ） 得出钨丝旋转的 线速度和角速度为：
＝ １ ÷ × ＂ ＝０．９ ｍ ｓ ＝ ２ｒ ２８０ｍ ／ ｒ ｒ
Ｊ Ｊ
（） ２
图 ４ 钨 丝旋 转 圆 圈 和镉 盘 示 意 图
Ｑ
÷ ×－＝￣ｒ ｄｓ Ｊ ２ － ｒ ／ ｒ＇ｒ ｒ ＇ａ
（ ） 电容 时间 常数 Ｒ Ｏ ２ 时 ， ４当 Ｃ＞ ． １ 如果 不 放 慢火
当电容有 充足 的充 电时 间时 ， ≥ｔ即 ｔ≥３ ￡ ， ｌ Ｃ １
ＲＣ ≤ Ｏ ２１。 ．
（） ２ 当极握上两根钨丝时 ， 电容的充 电时间为 ：
ｔ＝（ ２ 盯一０３７ｒ ／ ￣０２ ｓ ． １ａ）ｔ ．６ ｏ
可保证 电容有足够的充 电时间。 在极握旋转过程 中， 试验 电路 中电容至少存在二
段充 电时间 ， 段为钨 丝划过 镉 盘上 凹槽 的时 间 ， 一 一 另
段为钨丝离开镉盘的旋转时间 ， 电容是否充足电， 取决
２ 电容充 电时 间的计算
如图１ 所示 ， 电压为 的电源， 设 通过电阻 尺向
收稿 日期： １ — ０ ０ ２ １ １ —１ ０
当电容有充足的充电时间时 ， ≥ｔ即 ｔ≥３ ｃ＝ ｔ ， ２ Ｒ ＝ ２ ＞
ＲＣ≤ Ｏ ０ ７。 ．８
（） ３ 当极握上有 四根钨丝时， 电容的充电时间为：
ｔ＝（ｔ２— ． １，）ｔ≈００ ９ ４ ａ ／ ０ ３７ｒ／ｏ ．６ ｓ ｔ
向旋转 ， 考虑钨丝划过镉盘的位置接近镉盘边缘 圆周 ， 钨丝划过镉盘凹槽的时间由公式（ ） ： ５得
ｔ＝／ 一 ）＝ ．１ ｓ ｓ（ Ｏ０ ｌ （） ５
如果试验电路中的电容在钨丝划过凹槽时有充足 的充电时间， 则要求大于 ３ 的时间常数 ， ｔ ＝ 倍 即 ≥ｔ
３Ｃ Ｒ Ｃ≤Ｏ ０３ 。此 时 ， 丝 戈 过 凹槽 的 时 间 能够 ．０ ７ 钨 保证试 验 电容有充 足 的充 电时 间 ， 钨丝 接 触 凹槽 时 能
够的充 电时间（ 不小于 ３ 的时间常数） 倍 。正常充 电
时间大 约 为 ２ ｍ ， 该 充 电 时 间不 充 分 时 ， 除 去一 ０ ｓ在 应 根或 多根金 属 丝 （ 丝 ） 钨 以增 大 充 电时 间或 放 慢 火 花
已充满 ， ＝ ５ ， 即 ９ ％Ｕ 代入公式（ ） １： ＝ ［一一 ］ Ｕ １ ｅ
４ 镉盘 凹槽与 电容 充电时间的关 系
如图２所示 ， 凹槽宽度为 ２ ｍ， ｍ 镉盘圆周半径 ｒ＝
１ ｒｍ ｏ ５ ａ
中由三角形余弦定理公式 （ ） 代人数值得 ： ６，
ｒ ＝ ｒ
２ １ 一 ＋Ｏ Ｏ ２×Ｏ Ｏ ×ｃｓ ｌ２ ｒ ｏ０ Ｘ
（） ６
ｃｓ一０ ８８ 一０ １８，， 以钨丝在镉 盘 ｏ ．７ ５ ．５５ｒ所 ｒ
摘 要： 根据 Ｇ ３３ ． ２０ Ｂ ８６４— ００标准规定 ， 对于电容 电路 的火花点燃试验 ， 必须保证电容有充足的充电时间。研 究了电容时问常数与钨丝数量的关系， 能够保证 电容电路 火花点燃试验的有效性。
关键词 ： 火花点燃试验 ； 钨丝数量； 电容 ； 时间常数
中 图分 类号 ：Ｍ１ Ｔ ３ 文献标识 码 ： Ｂ
图 ３ 钨丝 位置 尺寸图（ 位 ： ｍ） 单 ｍ
Ｂ
Ｃ
Ｅ点为极 握 上 钨丝 安装 位置 ， Ｃ点 为 极握 其 中 Ａ、
５ 钨丝数量与电容 时间常数 的关 系
钨丝固定在极握上 由电机带动旋转 ， 钨丝旋转路 径 和镉盘 圆周示 意 图见 图 ４ 。
的两个直角顶点 ， Ｂ点为极握旋转圆周 的圆心。Ｂ Ｅ为
钨丝旋转半径 ， 由图 ３ 计算得 出： Ｂ＝ Ｃ＝ ９ ￣ ｍ， Ａ Ｂ １ ＇ ４ｍ
Ｂ ＡＣ ＝ ＢＣ ＝４ 。 ＡＤ ＝ Ｄ ＝ ２ １ ｍｍ ， Ａ ５ ， Ｅ ．２ Ｂ ＝ Ｄ
２ ．５ ｍ， Ｅ＝２ ． ４ ｍ， 钨丝 旋 转半 径 ｒ ４ ４７ｍ Ｂ ４ ８ｍ 即 ＝２ ． ８ｍ ４ ｍ。Ｇ ３３ ． ２ｏ Ｂ ８６４— ２ １ ． ｏ １ （０ ２ Ｎ ． ）
文章编 号 ：０ ４— ８ Ｘ（０ ２） １ ０ ６ ０ １０ ２ ９ ２ １ ０ － ０ ４－ ３
对于火花 点燃试验中 电容时 间常数 与钨丝数量关系的研究
崔洪亮， 余爱生 ， 庄小豫
（ 油和化 学工业 电气产品防爆质量监督检验 中心 ， 石 天津 ３０ ３ ） ０ １ １
６ ５
８
＝
准中火花试验装置极握 和镉盘的尺寸 图， 中可计算 从 出钨丝旋转半径、 钨丝旋转的线速度和角速度。
，
× 订 ， ３ ． ６ ／ ２ ｒ ＝ ０ １ｍｍ ｓ
（） ４
假设钨丝始终垂直于镉盘表面旋转 ， 则钨丝始终 以圆弧的形式划过凹槽。最苛刻情况下 ， 一是钨丝 以
最短 圆弧 ｓ 划过 凹槽 ， ２ ｍ； ｓ ｍ 二是 镉 盘 与 钨 丝 反 方
ＣＵ／Ｈｏ ｇ ｌａ ｇ， ｎ —ｉ ｎ ＹＵ —ｈ ｎ ＺＨＡＮＧ ａ —ｕ Ａｉｓ ｅ ｇ， Ｘｉ ｏ ｙ
（ ｈｎ ｕ ｅｖ ｉ ｎ ｅｔ ｅｔ ｆ ｘ ｌ ｉ —ｒｏ ｕｌｙｆ ｅ ｏ ａ ａｄＣ ｅ ｃ ｎｕｔ － Ｃ ｉａＳｐ ｒｉｏ ａｄＴ ｓ Ｃ ｎ ｅｏ ｐｏ ｏ ｐｏｆ ａｉ ｒＰ ｔ ｌ ｍ ｎ ｈｍｉ Ｉｄ ｓ ｙＥ ｓｎ ｒ Ｅ ｓｎ Ｑ ｔ ｏ ｒｅ ｌ ａ ｒ ｌｃｒ ａ Ｂｏｕｔ，ｉ ｊ ０ １１ Ｃ ｉａ ｅｔｃ ｒｄ ｃｓＴａ ｉ ３０ ３ ，ｈｎ ） ｉ ｌ ｎｎ
时 ， ０ １ｍｍ ｓ由公式 （ ） 出时 间 也 会 更 短 。 ｔ＜３．６ ／ ， ， ５得
因为电容的正常充电时间大约为 ２ ｍ ， ０ ｓ 由以上分析可
知， 钨丝划过凹槽的时间一般不 足以保证试 验电容有 充足的充电时间， 所以在火花点燃试验 中计算火花数
量 时可 以不考 虑钨丝 划过镉 盘 凹槽 这段 时 间。
ｔ ＝ １ ６ ３ｒ ｔ ０ ６ １ ．８ ＂ ｏ ｒ ．３ ／
么极 握旋 转 一 周 产 生 ２个 火 花 。为 保 持 同 一 火 花 数 量， 应增加 相应 的转数 。 （ ） 电容 时 间常数 ０ ０７＜Ｒ ３当 ．８ Ｃ≤０２ ． １时 ， 花 火 点燃试验 只能保 留一 根 钨 丝 ， 么 极 握 旋转 一周 产 生 那 １ 火花 ， 应增 加相应 的转数 。 个 同样
试验装置的转动速度 。当除去金属丝时， 应增加转数 ，
图 １ 简单 电容 电路示意 图
以保持同一火花数量” 。本文通过计算钨丝在旋转过
程中电容的充 电时间， 得到电容时间常数与钨丝数量 的关系 ， 从而保证了电容电路在火花点燃试验 中有充
足 的充 电时间 。
得 ｔ－Ｒ （ Ｃ为 时间 常数 ） 当充 电时 间长 于 ３ Ｃ 即 ￣３ Ｃ Ｒ ， Ｒ ，
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｐ ｒ ｅ ｔｎ ｍｂ ｒｏ ｎ ｓ ｎ ｗ ｒ ｃ ｐ ｃｔｒ ｔ ｏ ｓａ ｔ ｓ ａｋ ｔｓ； ｕ ｅ ｆ ｕ ｇ ｔ ｉ ａ ａ ｉ ；ｉ ｃ ｎ ｔｎ ｔ ｅ ｅ； ｏ ｍｅ
１ 引言
对于电容电路 的火花点燃试验 ， Ｂ ８６４— ００ Ｇ ３３ ． ２０ 标准第 ｌ ．． 条 中明确规定 “ Ｏ４ １ 必须注意保证电容有足
：２ 则镉盘圆周旋转线速度由公式（ ） １， ４ 得：
＜ 电气开关＞ ２ １ ． ｏ １ （０ ２ Ｎ ． ）
数 量对 应 的 电容 充 电 时间 ， 而 得 出 电容 时 间常 数 与 从 钨 丝数 量 的关 系 。 （） １ 当极 握 上只有 一根 钨丝 时 ， 电容 充 电时间为 ：
于这两段充电时间是否大于 ３ Ｃ Ｒ。
初值为 ０的电容 Ｃ充电， 时刻电容 电压为 ， ｔ 电容充
电到两极板间电压为电源电压 的９ ％时 ， ５ 可认 为电容
３ 钨丝旋转速度的计算
图２为 ＩＣ ０７ —１ ：０６ Ｇ ３ ３ ． ２０ Ｅ ６０ ９ １２０ 、 Ｂ ８６４— ００标
＜ 电气开关＞ ２ １ ． ｏ１ （０ ２ Ｎ ． ）
花试验装 置 的转动速 度 ， 无 法保 证 电容 有 充 足 的充 则
电时 间 。
参考文献
［ ］ Ｇ ３３． — ００爆炸性气体环境 用电气设 备第 ４部分 ： １ Ｂ８６４ ２０ 本质安
全型… ’ ｓ ． ｉ［ ］ ｐ ｔ ｔ ｎｂ ｉ ｒ ｓ ｆｙ… ’ｓ ． ｒ ｅ ｉ ｙ ｎ ｉ ｉ ｓ ｅ ｉ［ ］ ｏ ｃｏ ｔｎ ｃ ａ ｔ
ｈ ｓ ｅ ｏ ｇ ｈ ｇｎ ｍｅ ｉ ｐ ｒ ｅ ｔ Ｔ ｅ ａｔ ｌ ａ ｔ ｄ ｅ ｈ ｅａｉｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ａ ａ ｉ ｒｔ ｏ ｓａ ｔ ｎ ｈ ａ ｎ ｕ ｈ ｃ ａ ｉ ｇ ｔ ｎ ｓ ａｋ ｔ ｓ． ｈ ｒ ｃｅ ｈ ｓ ｓ ｉ ｄ ｔ ｅ ｒ ｌｔ ｓ ｉ ｅｗｅ ｎ ｃ ｐ ｃｔ ｍｅ ｃ ｎ ｔｎ ｄ ｔ ｅ ｒ ｉ ｉ ｕ ｏ ｏ ｉ ａ ｎ ｍ ｅ ｆｔ ｎ ｓ ｎ ｗｉ ｓ ｉ ｒ ｅ ｕ ｒ ｎ ｅ ｅ ｓ ａ ｋ ｔ ｓ ａ ａｌｂ ｅ ｆｒ ｔ ｅ ｃ ｐ ｃ ｔ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ｕ ｂ ｒｏ ｇ ｔ ｒ ，ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｇ ａ ａ ｔｅ ｔ ｐ ｒ ｅ ｔ ｖ ｉ ｌ ｏ ｈ ａ ａ ｉ ｖ ｉ ｉ ｕ ｅ ｅ ｏ ｈ ａ ｉ ｃ ．
图 ２ 火花试验装置极握和镉盘尺寸图 （ 单位 ：ｌ ） ｎｎ ｌ