張?zhí)┖?，?想，張申昊，吳曉麗，姚方源，雷東強(qiáng) ，王志峰

(1.中國科學(xué)院電工研究所，北京 100190；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國科學(xué)院太陽能熱利用與光伏系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；4.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，呼和浩特 010051；5.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力學(xué)院，呼和浩特 010050)

0 引言

近年來，太陽能熱發(fā)電技術(shù)因具有較大的發(fā)展?jié)摿Χ鴤涫荜P(guān)注，槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)電成本最低、技術(shù)相對成熟的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。槽式太陽能集熱管是該系統(tǒng)中將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的核心部件，其真空性能的優(yōu)劣直接關(guān)乎整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，但通過分析此類系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程后發(fā)現(xiàn)，槽式太陽能集熱管真空失效屬于共性技術(shù)問題[1-4]。若槽式太陽能集熱管發(fā)生真空失效，其真空狀態(tài)的環(huán)形空間內(nèi)就會因存在氣體而增大集熱管自身的熱損失，從而導(dǎo)致槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率顯著下降。尤其是當(dāng)槽式太陽能集熱管的環(huán)形空間內(nèi)是壓力為133 Pa的氫氣(H2)時(shí)，集熱管的熱損失會比其真空性能良好時(shí)的熱損失高4倍以上。因此，如何檢測槽式太陽能集熱管的真空性能和減小該類集熱管的熱損失引起了諸多研究人員的關(guān)注[5-10]。

Burkholder等[5]、Price等[11]用ThermaCAMTMS40紅外相機(jī)對運(yùn)行中的槽式太陽能集熱管進(jìn)行了測試，并根據(jù)槽式太陽能集熱管玻璃的溫度初步判斷出其熱損失，但該方法不能檢測出熱損失是由真空失效還是膜層失效造成的。同樣，Setien等[12]使用便攜式紅外攝像機(jī)對運(yùn)行中的槽式太陽能集熱管進(jìn)行了拍攝，并利用玻璃管的表面溫度對槽式太陽能集熱管內(nèi)環(huán)形空間的氣壓進(jìn)行了判斷，當(dāng)玻璃管的表面溫度在300 ℃以上、環(huán)形空間內(nèi)為空氣時(shí)，僅能判斷出環(huán)形空間內(nèi)氣壓范圍為10-5～10-2Pa時(shí)的氣壓，其他情況下的氣壓難以確定。Espinosa-Rueda等[13]采用射頻電源對運(yùn)行中的槽式太陽能集熱管進(jìn)行了放電測試，但僅探測出了一支槽式太陽能集熱管存在氬氣(Ar)的情況，說明此種測試的范圍和能力均較小。張磊等[14]針對當(dāng)前槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中槽式太陽能集熱管會真空失效這一共性技術(shù)問題進(jìn)行了闡述，提出了通過吸氣劑鏡面來判定槽式太陽能集熱管真空性能的方法，但該方法難以有效判定槽式太陽能集熱管實(shí)際的真空性能，研究者還給出了國內(nèi)需要盡快出臺關(guān)于槽式太陽能集熱管真空失效的測試方法、評價(jià)方法及解決措施的建議。徐榮吉等[15]利用熱平衡法對槽式太陽能集熱管的熱性能進(jìn)行了測試，為槽式太陽能集熱管的漏熱量測試等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了參考。唐振等[16]利用直接蒙特卡洛方法，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對槽式太陽能集熱器中太陽能集熱管的真空夾層的換熱性能進(jìn)行了數(shù)值模擬，并驗(yàn)證了熱損失隨壓力變化的關(guān)系，結(jié)果表明：當(dāng)集熱管壁面溫差一定時(shí)，環(huán)形空間內(nèi)的壓力越大，熱損失就越大。付旭強(qiáng)等[17]利用穩(wěn)態(tài)平衡方法測試了槽式太陽能集熱管的熱損失并給出了擬合公式，為界定槽式太陽能集熱管熱性能的優(yōu)劣提供了重要的理論參數(shù)。

綜上可知，現(xiàn)階段的研究多是利用槽式太陽能集熱管的熱損失狀況或利用吸氣劑鏡面對槽式太陽能集熱管的真空性能進(jìn)行評判，但關(guān)于槽式太陽能集熱管真空性能無損測試方法的研究卻相對較少。因此，本文提出了一種基于氣體放電原理對槽式太陽能集熱管真空性能進(jìn)行無損測試的方法，專門針對槽式太陽能集熱管環(huán)形空間內(nèi)可能出現(xiàn)的主要?dú)怏w(H2及空氣)進(jìn)行測試，根據(jù)槽式太陽能集熱管環(huán)形空間內(nèi)氣體放電時(shí)產(chǎn)生的光譜特性來判斷氣體類型和空間內(nèi)氣體的壓力，并與由四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)得到的結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，以證明該方法的有效性與可行性。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 實(shí)驗(yàn)平臺

實(shí)驗(yàn)平臺由真空系統(tǒng)、槽式太陽能集熱管及槽式太陽能集熱管真空性能無損檢測設(shè)備組成。其中，真空系統(tǒng)中的四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)可用于驗(yàn)證本文所提測試方法的測試結(jié)果。將槽式太陽能集熱管放置在支撐架上，并通過連接裝置與真空系統(tǒng)相連；槽式太陽能集熱管真空性能無損檢測設(shè)備中的氣體電離施加裝置放置在槽式太陽能集熱管上。實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)成如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)成Fig.1 Composition of experiment plantform

1.1.1 槽式太陽能集熱管

本實(shí)驗(yàn)采用的槽式太陽能集熱管的內(nèi)部為金屬吸熱管、外部為玻璃管；該集熱管的長度為4.06 m，金屬吸熱管的外徑為70 mm，玻璃管的外徑為125 mm、壁厚為3 mm。

1.1.2 槽式太陽能集熱管真空性能無損檢測設(shè)備

槽式太陽能集熱管真空性能無損檢測設(shè)備主要包括高頻電源、Maya 2000 Pro光譜儀，以及氣體電離施加裝置。

1)高頻電源。高頻電源的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 高頻電源的主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of high frequency power supply

2) Maya 2000 Pro光譜儀。Maya 2000 Pro光譜儀具有較高的靈敏度，非常適合測量深紫外光(真空狀態(tài)下的紫外光)、紫外-可見光和可見-近紅外光。光譜儀通過SMA905連接器連接光纖，使用過程中將光纖的探頭插入夾具的觀察洞內(nèi)，然后放電時(shí)的光信號會由光纖探頭導(dǎo)入光譜儀。Maya 2000 Pro光譜儀采用HC-1型光柵作為色散元件，該光柵可覆蓋200～1100 nm波段的電磁波，當(dāng)平行光通過光柵時(shí)，不同波長的光會因折射率不同而發(fā)生不同角度的偏轉(zhuǎn)，如此可將原來的平行光依據(jù)其波長按一定順序分離出來，并有規(guī)律地排列在一起；然后通過電荷耦合器件(CCD)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號后由USB數(shù)據(jù)傳輸至電腦；再利用OceanView軟件對整個(gè)測量過程進(jìn)行控制，并記錄下200～1100 nm波段的發(fā)射光光譜圖。Maya 2000 Pro光譜儀的工作原理圖如圖2所示。

圖2 Maya 2000 Pro光譜儀的工作原理圖Fig.2 Working principle diagram of Maya 2000 Pro spectrometer

1.2 測試方法

實(shí)驗(yàn)步驟為：首先，對槽式太陽能集熱管的環(huán)形空間做質(zhì)譜檢測實(shí)驗(yàn)，以確保環(huán)形空間內(nèi)的氣體為純氣體；其次，依據(jù)介質(zhì)阻擋放電原理[18]，對氣體放電的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并根據(jù)不同類型氣體放電時(shí)特征譜線對應(yīng)的波長來判斷氣體類型；最后測試環(huán)形空間中氣體(本文以純H2和空氣為例進(jìn)行分析)的壓力(下文簡稱為“環(huán)形空間內(nèi)氣壓”)范圍。

介質(zhì)阻擋放電方式通常是由正弦波形的交流高壓電源驅(qū)動(dòng)介質(zhì)阻擋放電，隨著供給電壓的增大，用于測試的氣體會由絕緣狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)至放電狀態(tài)，并在最后發(fā)生擊穿。通過氣體發(fā)生絲狀放電、彌散放電及輝光放電時(shí)的特征譜線、發(fā)光等離子體的顏色和形狀來初步判斷槽式太陽能集熱管的環(huán)形空間是否處于真空狀態(tài)下，若其處于非真空狀態(tài)下時(shí)，則需要判斷環(huán)形空間內(nèi)可能存在的氣體類型。由于不同類型的氣體會對應(yīng)不同的特征譜線，因此可以通過特征譜線對應(yīng)的波長來確定環(huán)形空間中的氣體類型，然后再根據(jù)特征譜線的光譜強(qiáng)度來確定環(huán)形空間內(nèi)氣壓范圍。最后進(jìn)行對比驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)中，真空系統(tǒng)通過與槽式太陽能集熱管連接來控制槽式太陽能集熱管內(nèi)環(huán)形空間的真空狀態(tài)。真空系統(tǒng)的連接方式示意圖如圖3所示。其中，V1～V6均為真空閥門；G1、G2均為真空計(jì)；P1為機(jī)械泵；P2為分子泵。

圖3 真空系統(tǒng)的連接方式示意圖Fig.3 Schematic diagram of vacuum system connection method

V1～V6的作用是通過開、關(guān)氣路來控制氣流的大小，從而調(diào)節(jié)槽式太陽能集熱管環(huán)形空間的真空度；P1是利用機(jī)械方法，周期性地改變其內(nèi)部吸氣腔的容積，使真空系統(tǒng)中的氣體不斷通過其進(jìn)氣口膨脹進(jìn)入到吸氣腔中，然后通過壓縮經(jīng)排氣口從P1排出；P2是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將動(dòng)量傳輸給氣體分子，使其獲得定向速度，氣體分子被推至P2的排氣口后，會被前級抽走；四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)可通過測試分析不同質(zhì)荷比的離子來判斷真空狀態(tài)下殘余氣體的類型；G1、G2是用于測量真空度的傳感器。

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1 槽式太陽能集熱管環(huán)形空間的質(zhì)譜檢測實(shí)驗(yàn)

依據(jù)圖1放置好各部件，打開V1、V2及P1，對真空系統(tǒng)及槽式太陽能集熱管的環(huán)形空間抽真空。

進(jìn)行環(huán)形空間純H2的質(zhì)譜檢測實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要排盡流量計(jì)導(dǎo)管內(nèi)的空氣。當(dāng)G2通過測量得到的氣壓低于10 Pa時(shí)，打開P2，對槽式太陽能集熱管環(huán)形空間及真空系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)24 h的抽高真空；當(dāng)G2通過測量得到的氣壓低于10-6Pa時(shí)，關(guān)閉V2，打開V3及流量計(jì)，將少量純H2充入到槽式太陽能集熱管內(nèi)后，關(guān)閉V3及流量計(jì)，記錄此時(shí)G2通過測量得到的氣壓值。將四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)的前端管道內(nèi)抽氣至本底真空度后，在質(zhì)譜分析軟件上點(diǎn)亮“極燈絲”按鈕，得到真空系統(tǒng)在本底真空度下的質(zhì)譜圖；然后微調(diào)V4，使環(huán)形空間內(nèi)的H2進(jìn)入四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)；再利用軟件得到真空系統(tǒng)在此時(shí)的質(zhì)譜圖，以查看環(huán)形空間內(nèi)的H2是否為純H2，若是純H2，則排氣工作完成，并記錄此氣壓下所測氣體放電時(shí)的離子電流強(qiáng)度；若不是純H2，則重復(fù)上述操作直到是純H2為止。

進(jìn)行環(huán)形空間空氣的質(zhì)譜檢測實(shí)驗(yàn)時(shí)，緩慢且微微打開V2并迅速關(guān)閉；記錄此時(shí)G2測量得到的氣壓值，再利用四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)測試此時(shí)的質(zhì)譜圖，記錄此氣壓下所測氣體放電時(shí)的離子電流強(qiáng)度。

重復(fù)操作上述2種實(shí)驗(yàn)，可得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并獲得所測氣體放電時(shí)的離子電流強(qiáng)度隨環(huán)形空間內(nèi)氣壓變化的擬合曲線。

2.2 氣體放電穩(wěn)定性測試方式

本文采用介質(zhì)阻擋放電方式對氣體的放電穩(wěn)定性進(jìn)行測試。測試方式為：在測試前設(shè)置高頻電源的輸出電流為0.01 A，當(dāng)環(huán)形空間內(nèi)的氣體放電能夠產(chǎn)生等離子體時(shí)，檢查高頻電源的輸出電流和輸出電壓的大小是否保持不變，若保持不變，則說明氣體放電穩(wěn)定；然后繼續(xù)增大高頻電源的輸出電流，再次測試氣體的放電穩(wěn)定性；當(dāng)氣體的放電功率迅速變化且無恒定值，放電電流急速變大時(shí)，說明氣體開始不穩(wěn)定放電，若繼續(xù)增大高頻電源的輸出電流將導(dǎo)致氣體被擊穿。最后統(tǒng)計(jì)氣體穩(wěn)定放電時(shí)的輸出電流范圍。

2.3 環(huán)形空間內(nèi)氣壓范圍的測試

對槽式太陽能集熱管環(huán)形空間內(nèi)的氣體在穩(wěn)定放電時(shí)的壓力范圍進(jìn)行測試，具體的測試步驟為：1)向環(huán)形空間充入少量純H2或空氣，由真空計(jì)G2測量環(huán)形空間氣壓；2)當(dāng)高頻電源的輸出電流為最大值時(shí)，觀察環(huán)形空間內(nèi)的氣體是否能穩(wěn)定放電，若不能，則繼續(xù)增大環(huán)形空間內(nèi)氣壓，直到氣體可以穩(wěn)定放電，將此時(shí)的環(huán)形空間內(nèi)氣壓作為下限值；3)在保持高頻電源輸出最大電流的同時(shí)，不斷增大環(huán)形空間內(nèi)氣壓，直到環(huán)形空間氣體不再穩(wěn)定放電為止，將此時(shí)的環(huán)形空間內(nèi)氣壓作為上限值。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同氣體的放電穩(wěn)定性測試結(jié)果分析

氣體的穩(wěn)定放電過程為：隨著環(huán)形空間內(nèi)氣壓的升高，氣體的放電模式均為先輝光放電(形狀都為電極空間內(nèi)的圓柱體，但長度不斷變化)，接著為彌散放電(先是在電極表面呈圓柱曲面狀，然后出現(xiàn)斑塊)，然后為絲狀放電(電極空間內(nèi)逐漸出現(xiàn)絲狀放電通道，且放電通道的輪廓逐漸清晰)。各種氣體均會在一定的氣體壓力下穩(wěn)定放電，低于或高于這個(gè)氣體壓力都不會穩(wěn)定放電。

3.1.1 純H2的放電穩(wěn)定性測試結(jié)果

環(huán)形空間內(nèi)氣壓在20～500 Pa時(shí)，純H2的放電模式為輝光放電，如圖4所示，環(huán)形空間內(nèi)純H2的發(fā)光等離子體呈圓柱狀，分布在環(huán)形空間，隨著環(huán)形空間內(nèi)氣壓逐漸升高，純H2的發(fā)光等離子體的顏色從紅色逐漸變?yōu)樽霞t色，由發(fā)光等離子體形成的圓柱的長度逐漸變長，并在環(huán)形空間內(nèi)氣壓為40 Pa時(shí)達(dá)到最長，之后其長度逐漸變短。

環(huán)形空間內(nèi)氣壓在500～1000 Pa時(shí)，純H2的放電模式為彌散放電，純H2的發(fā)光等離子體為圓柱曲面狀，分布在金屬管外壁和玻璃管內(nèi)壁表面，且僅在夾具內(nèi)側(cè)；隨著環(huán)形空間內(nèi)氣壓的升高，發(fā)光等離子體的顏色變?yōu)樽霞t色。

圖4 輝光放電模式下不同環(huán)形空間內(nèi)氣壓時(shí)純H2的發(fā)光等離子體的變化Fig.4 Variation of luminescent plasma of pure H2 at different pressures in the annular space under glow discharge mode

3.1.2 空氣的放電穩(wěn)定性測試結(jié)果

環(huán)形空間內(nèi)氣壓在3～220 Pa時(shí)，空氣的放電模式為輝光放電。在該放電模式下，隨著環(huán)形空間內(nèi)氣壓的升高，空氣的發(fā)光等離子體的顏色由紫紅色變?yōu)榈仙?，且長度逐漸變長；環(huán)形空間內(nèi)氣壓為30 Pa時(shí)空氣的發(fā)光等離子體長度達(dá)到最長，隨后其長度逐漸縮短，具體如圖5所示。

圖5 輝光放電模式下不同環(huán)形空間內(nèi)氣壓時(shí)空氣的發(fā)光等離子體的變化Fig.5 Variation of luminescent plasma of air at different pressures in the annular space under glow discharge mode

環(huán)形空間內(nèi)氣壓在220～380 Pa時(shí)，空氣的放電模式為彌散放電。隨著環(huán)形空間內(nèi)氣壓的升高，空氣的發(fā)光等離子體逐漸出現(xiàn)斑塊，且個(gè)數(shù)越來越多，與此同時(shí)，電極空間內(nèi)的光照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。環(huán)形空間內(nèi)氣壓在380～800 Pa之間時(shí)，空氣的放電模式為絲狀放電；當(dāng)環(huán)形空間內(nèi)氣壓為400 Pa時(shí)，電極空隙開始形成絲狀放電通道，隨著環(huán)形空間內(nèi)氣壓升高，絲狀放電通道的輪廓逐漸清晰，但放電通道的個(gè)數(shù)有減少的趨勢。

3.2 不同氣體放電時(shí)的光譜分析

3.2.1 純H2放電時(shí)的光譜分析

對槽式太陽能集熱管環(huán)形空間內(nèi)的純H2進(jìn)行了放電實(shí)驗(yàn)，利用Maya 2000 Pro光譜儀得到不同環(huán)形空間內(nèi)氣壓下純H2放電時(shí)的光譜圖，具體如圖6所示。需要說明的是，圖中的每組數(shù)據(jù)都是經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)后得到的，且每個(gè)光譜都具有很好的重復(fù)性。

圖6 不同環(huán)形空間內(nèi)氣壓下純H2放電時(shí)的光譜圖Fig.6 Spectra of pure H2 discharge at different pressures in annular space

由圖6可以看出，純H2放電時(shí)在波長為655 nm處有特征峰，且此特征峰的光譜強(qiáng)度最大；隨著環(huán)形空間內(nèi)氣壓的升高，655 nm處的特征峰的光譜強(qiáng)度逐漸降低，這是因放電擊穿電壓不同引起的，隨著環(huán)形空間內(nèi)氣壓升高，放電電壓逐漸降低，當(dāng)形成的電場相對較弱時(shí)，參與躍遷的電子會減少，產(chǎn)生的光子量也會降低，所以氣體放電時(shí)的輻射減少，光譜強(qiáng)度下降。

3.2.2 空氣放電時(shí)的光譜分析

不同環(huán)形空間內(nèi)氣壓下空氣放電時(shí)的光譜圖如圖7所示。

通過對比圖6和圖7可以發(fā)現(xiàn)，空氣在環(huán)形空間內(nèi)氣壓為5和140 Pa情況下放電時(shí)，其光譜圖中特征譜線的峰值普遍低于純H2在環(huán)形空間內(nèi)氣壓為100、190 Pa情況下放電時(shí)特征譜線的峰值，這是由于空氣中混有除H2以外的其他氣體，此時(shí)的H2含量會低于相近環(huán)形空間氣壓下純H2的含量導(dǎo)致的。

圖7 不同環(huán)形空間內(nèi)氣壓下空氣放電時(shí)的光譜圖Fig.7 Spectra of air discharge at different pressures in annular space

3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

分別利用四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)和本文提出的槽式集熱管真空性能無損測試方法對環(huán)形空間內(nèi)的氣體類型和氣壓進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖8～圖9所示。

圖8 四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)的測試結(jié)果Fig.8 Test results of quadrupole mass spectrometer residual gas analysis system

圖9 本文測試方法測得的氣體輝光放電時(shí)的光譜圖Fig.9 Spectrum of gas glow discharge measured by test method in this paper

由圖8可知，通過四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)測得槽式太陽能集熱管環(huán)形空間內(nèi)的氣體為純H2，并通過真空計(jì)獲得測試期間環(huán)形空間內(nèi)氣壓為89 Pa。由圖9可知，利用本文提出的方法對氣體放電時(shí)的光譜進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)在451.0、484.6和655.1 nm處均有特征譜線，符合純H2輝光放電時(shí)的特征譜線，這說明環(huán)形空間內(nèi)的氣體為純H2。其中，波長為451.0 nm和波長為655.1 nm時(shí)的特征譜線對應(yīng)的光譜強(qiáng)度分別為748 counts、6123 counts，而由該光譜強(qiáng)度可分析得到環(huán)形空間內(nèi)氣壓為86.5 Pa，相較于四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)測試時(shí)根據(jù)真空計(jì)得到的89 Pa，誤差為3%，說明這2種測試結(jié)果的吻合度較高。由此可知，本文提出的槽式太陽能集熱管真空性能無損測試方法的誤差較小，可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果，驗(yàn)證了本測試方法的準(zhǔn)確性和可行性。

4 展望

本文對于槽式太陽能集熱管環(huán)形空間中主要可能存在的H2和空氣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析和討論，獲得了氣體放電時(shí)的特征譜線及其與環(huán)形空間內(nèi)氣壓的關(guān)系，并通過與四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)的測試結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了本文提出的采用氣體放電與光譜分析相結(jié)合進(jìn)行槽式太陽能集熱管真空性能無損測試的可行性和準(zhǔn)確性。由于槽式太陽能集熱管在運(yùn)行過程中其環(huán)形空間內(nèi)有存在氮?dú)?N2)、H2、Ar、氦氣(He)等多種氣體的可能性，因此，今后需要對這些氣體的放電特性和光譜特征進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，從而完善該真空性能無損測試技術(shù)，使其更廣泛地應(yīng)用于槽式太陽能集熱管中所含氣體類型和環(huán)形空間內(nèi)氣壓的測試，解決當(dāng)前槽式太陽能熱發(fā)電站運(yùn)行和維護(hù)中缺乏實(shí)時(shí)在線探測技術(shù)的難題。本技術(shù)已通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并可為玻璃、電真空等相關(guān)領(lǐng)域的真空性能進(jìn)行無損探測，在真空行業(yè)具有巨大的應(yīng)用市場。

5 結(jié)論

本文提出了一種基于氣體放電原理的槽式太陽能集熱管真空性能無損測試的方法，并針對槽式太陽能集熱管環(huán)形空間內(nèi)可能出現(xiàn)的H2及空氣進(jìn)行了測試，根據(jù)槽式太陽能集熱管環(huán)形空間內(nèi)氣體放電時(shí)所產(chǎn)生的光譜特性來判斷氣體類型和環(huán)形空間內(nèi)壓力，并將該方法測得的結(jié)果與四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)測得的結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證測試，得到以下結(jié)論：

1)環(huán)形空間內(nèi)氣壓在20～500 Pa時(shí)，H2的放電模式為輝光放電，等離子體分布在環(huán)形空間中；隨著環(huán)形空間內(nèi)氣壓升高至500～1000 Pa，H2的放電模式變?yōu)閺浬⒎烹?。在此過程中，環(huán)形空間內(nèi)H2放電時(shí)發(fā)光等離子體的顏色、形狀及長度變化非常明顯。

2)環(huán)形空間內(nèi)氣壓在3～220 Pa時(shí)，空氣的放電模式為輝光放電；環(huán)形空間內(nèi)氣壓在220～380 Pa時(shí)，空氣的放電模式為彌散放電；環(huán)形空間內(nèi)氣壓在380～800 Pa時(shí)，空氣的放電模式為絲狀放電。

3)通過分析氣體放電時(shí)的光譜特性可以得出氣體的特征譜線，并以此來判斷氣體的類型，作為混合氣體的空氣也可以通過不同的特征譜線及各特征譜線的光譜強(qiáng)度來判斷空氣的組分，并通過將本測試方法與四極質(zhì)譜儀殘余氣體分析系統(tǒng)的驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，誤差僅為3%，證明了本測試方法的準(zhǔn)確性和可行性。