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关于电压阻挡放电的阐述

[编辑:九洲风机] [时间:2018-01-13]

实验装置如图1所示,放电发生在两个圆形平行电极板之间,上面电极板为镀了一层透明导电膜的半径为10cm,厚度为1mm的石英玻璃,下面电极板为半径为6.5cm,厚度为1cm的不锈钢金属。上面电极板与电源的高压输出端相连接,下面电极通过一个20D的无感取样电阻接地。放电间隙可调,本实验取2-3mm。电源由三部分组成:信号发生器,功率放大器,变压器。输出正弦波电压,输出频率在300Hz-10kHz范围内连续可调,输出峰-峰电压在0-40kV内连续可调。上电极通过高压探头(TektronixP6015A)和示波器(TektronixTDS3032B)相连,取样电阻两端加上一个电流探头(TektronixTCP202)同样和示波器(TektronixTDS3032S')相连。通过可改变气流速度的九州风机在平行于极板的间隙中吹入气流。气流速度由流量计测得。实验中的照片由曝光时间为1/1200s的数码相机记录。

图1:放电装置图

放电装置图

在大气压下空气中一般很难实现均匀的辉光放电,主要的放电形式为丝状的介质阻挡放电,而介质阻挡放电是一种典型的大气压放电方式,放电通道通常表现为大童密集的丝。所以从微观上看,放电在空间分布上是很不均匀的。但由于介质层的负反馈作用,放电所产生的等离子体属于低温等离子体,而且由于放电丝在空间上的随意游动性,所以从宏观上看,放电等离子体在空间分布上是均匀的,正是这一点成为利用这一放电技术进行表面处理的基本前提。大气压下空气中的介质阻挡放电主要受电压,频率,极板间隙的影响,下面我们将分别讨论在各种参数影响下的介质阻挡放电形式。

 

在外电场E,的作用下,气体中的电子被加速,如果获得足够的能量就会产生电离。当E,达到某一值E„时就会产生电子雪崩,空气被击穿,空间中产生大量电子和离子。这些带电粒子在电极表面的绝缘层沉积下来并建立一内电场E2,该内电场的方向与外电场的方向相反。若忽略空间电荷的场,则放电空间的总电场由(E,+E2)决定。当随着放电的发展,电极上积累的电荷足够多时,总电场低到不能再使电子加速到足够的能量而使放电熄灭。这样从放电到熄灭形成一个电流脉冲。由于外加电场是交流电场,则反向的外电场又重复上述过程而形成一个反向的电流脉冲。连续的交流电场产生一连串交替反射的电流脉冲。所以这是一个放电着火又熄灭的暂态过程。介质阻挡放电的特点是电流路径上除了放电间隙以外,在电极间还有加上一个或多个绝缘介质,介质可以覆盖在电极上或者悬挂在放电空间,当放电电极上加载足够的交流电压时,电极间的气体即使在很高气压下也会被击穿而形成介质阻挡放电。介质的存在避免了电极之间的直流击穿放电的形成,从而可以在放电间隙得到空间上分布都较均匀的气体放电。通常放电空间的九洲风机气体压强可达大气压水平或更高,所以这种放电属于高气压下的非平衡放电。常用的气压范围为104_106Pa,频率范围为50Hz_lMHz,气体间隙从几微米到几厘米变化时,相应的放电电压也在几百伏到上万伏特变化。

本实验先将放电间隙固定在3mm,放电频率固定在2kHz,然后详细讨论电压对介质阻挡放电的影响,最后进行比较得出结论。当放电间隙在3mm,放电频率在2kHz时,我们发现当放电电压加到7kV左右时,由于边缘效应在介质板和电极的边缘首先发生气体击穿,形成放电通道,但放电十分微弱,只是局部的微弱放电。当我们继续升高电压,我们会发现放电慢慢增强。当电压达到8kV时,流光通道数目进一步增加,而半径进一步减小,放电强度也进一步增强,肉眼己经看不到运动的趋势,看到的只是均匀的接近类辉光的稳定的放电斑图。我们考虑这应该与介质表面沉积的壁电荷的记忆效应和微放电通道的相互作用有关,其中主要是微放电电流的洛伦兹吸引力,介质表面的壁电荷和放电通道中的空间电荷之间的库仑力,还有放电区间中的约束势这三者相互影响最后达到一个平衡态。


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