CN107845557A - 一种气体放电设备的离子产生电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气体放电设备的离子产生电路，属于电路领域，本发明为高压电路板(3)为正离子发射电路板或负离子发射板。正离子发射电路板包括电阻R1、R2、R3，若干个电容和若干个二极管，电容相互串联连接形成电容回路。电源一端经电阻R1与电容回路一端连接，电源另一端与电容回路另一端连接。电容回路折中位置断开接入一个二极管，金属电极的输入端经电阻R3和电阻R2与电容回路的折中位置的一个二极管一端连接，二极管相互串联连接形成串联二极管折链。本发明能够使得电路中每个电器元件承受较低的电压，具有漏电小、可靠性高和稳定的优点，在实际电路中相应增加升压级数，产生更高的输出电压。
Description
技术领域
本发明涉及放电装置领域，特别是涉及一种气体放电设备的离子产生电路。
背景技术
电流通过气体时，电离的气体产生各种放电现象，例如自然界的闪电、人造气体放电光源(日光灯、高压钠灯、高压汞灯、激光器)。气体放电的形式多样，包括辉光放电、弧光放电、火花放电、电晕放电、高频微波放电。
实验室常见的气体放电装置主要使用升压变压器产生高压，激发放电玻璃管内的气体发光，例如使用感应圈、高压直流电源、火花发生器等。这些实验装置存在高压触电风险，操作时需要保证接地良好，只能够单纯演示气体放电，无法改变操作条件而获得不同的实验结果。
现有的气体放电设备的离子产生均是使用变压器等或者常见的升压电路等把电压提高，然而常常是电压不稳定和设备比较大的问题，同时长生的电压不可调，不能根据需要把电压调高或调小等。
发明内容
本发明提供一种气体放电设备的离子产生电路，具有操作安全，能够进行需要调节电压的大小，解决现有放电装置的离子长生电路的电压不可调和不稳定的问题。
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
一种气体放电设备的离子产生电路，包括静电高压发生器、空气电荷收集器和实验装置，实验装置设置在静电高压发生器的上方，空气电荷收集器设置在静电高压发生器的周边，其特征在于，所述静电高压发生器包括玻璃球壳体、电源、高压电路板、金属电极、真空泵、抽气阀、真空表、真空管和绝缘外罩；
所述高压电路板设置在玻璃球壳体内，所述金属电极设置在高压电路板上，所述高压电路板通过导线与玻璃球壳体外的电源连接，所述真空泵通过真空管与玻璃球壳体连通，所述真空管上设置有抽气阀，所述真空表设置在真空管上，所述绝缘外罩设置在玻璃球壳体的外部；
所述空气电荷收集器包括支撑架、金属球壳、金属管、导线、氖管、电容器和火花放电器；所述金属管横向设置在支撑架顶部，所述金属管两端均设置有金属球壳，所述导线的一端与金属探头连接设置在金属管内部，另一端分别与电容器和火花放电器的一端连接，所述电容器和火花放电器的另一端均接地；
所述实验装置包括灯管、金属支架、上下滑动金属夹子、左右滑动金属夹子和导线，所述灯管通过上下滑动金属夹子横向设置在金属支架上，左右滑动金属夹子设置在灯管上，通过导线与金属支架连接；
所述高压电路板为正离子发射电路板或负离子发射板；
所述正离子发射电路板包括电阻R1、R2、R3，若干个电容和若干个二极管，电容相互串联连接形成电容回路，电源一端经电阻R1与电容回路一端连接，电源另一端与电容回路另一端连接，电容回路折中位置断开接入一个二极管，金属电极的输入端经电阻R3和电阻R2与电容回路的折中位置的一个二极管一端连接，二极管相互串联连接形成串联二极管折链，串联二极管折链输入端与电容回路折中位置的二极管输出端连接，串联二极管折链的输出端与电阻R1的与电容连接端连接，串联二极管折链相邻两个二极管的输入端与输出端间与电容回路中的两个电容连接处连接，电容和二极管的个数相同。
本发明进一步限定，正离子发射电路板包括电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13和二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13，电源一端经电阻R1与电容C2一端和二极管D1输出端连接，电源另一端电容C1一端连接，电容C1的另一端与二极管D1输入端、二极管D2输出端和电容C3一端连接，电容C2的另一端与二极管D2输入端、二极管D3输出端和电容C4一端连接，电容C3的另一端与二极管D3输入端、二极管D4输出端和电容C5一端连接，电容C4的另一端与二极管D4输入端、二极管D5输出端和电容C6一端连接，电容C5的另一端与二极管D5输入端、二极管D6输出端和电容C7一端连接，电容C6的另一端与二极管D6输入端、二极管D7输出端和电容C8一端连接，电容C7的另一端与二极管D7输入端、二极管D8输出端和电容C9一端连接，电容C8的另一端与二极管D8输入端、二极管D9输出端和电容C10一端连接，电容C9的另一端与二极管D9输入端、二极管D10输出端和电容C11一端连接，电容C10的另一端与二极管D10输入端、二极管D11输出端和电容C12一端连接，电容C11的另一端与二极管D11输入端、二极管D11输出端和电容C13一端连接，电容C12的另一端与二极管D12输入端和二极管D13输出端连接，电容C13的另一端与二极管D13输入端连接，电阻R2一端与二极管D13输入端连接，另一端经电阻R3与金属电极连接。
本发明进一步限定，高压电路板使用绝缘塑料盒封装起来，金属电极直竖塑料盒上端。
本发明进一步限定，金属电极的长度为8厘米-12厘米，玻璃球壳体顶端与绝缘外罩顶端的距离为5厘米-10厘米。
本发明的优点与效果是：
本发明能够使得电路中每个电器元件承受较低的电压，具有漏电小、可靠性高和稳定的优点，在实际电路中相应增加升压级数，产生更高的输出电压。
附图说明
图1是本发明放电装置的结构示意图；
图2是本发明高压电路板原理图。
图中标号：1玻璃球壳体、2电源、3高压电路板、4金属电极、5真空泵、6抽气阀、7真空表、8真空管、9绝缘外罩、10支撑架、11金属球壳、12金属管、13导线、14氖管、15电容器、16火花放电器、17灯管、18金属支架、19上下滑动金属夹子、20左右滑动金属夹子、21导线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，包括静电高压发生器、空气电荷收集器和实验装置，实验装置设置在静电高压发生器的上方，空气电荷收集器设置在静电高压发生器的周边。静电高压发生器用于产生高压静电情况，为本设备的核心部分，空气电荷收集器通过进行收集电荷实验的设备，空气电荷收集器可以根据需要进行设置多个。实验装置主要是用于在实验条件改变部分，根据实验的需要进行不同的改变。
静电高压发生器包括玻璃球壳体1、电源2、高压电路板3、金属电极4、真空泵5、抽气阀6、真空表7、真空管8和绝缘外罩9。高压电路板3设置在玻璃球壳体1内。金属电极4设置在高压电路板3上。高压电路板3通过导线与玻璃球壳体1外的电源2连接。真空泵5通过真空管8与玻璃球壳体1连通。真空管8上设置有抽气阀6。真空表7设置在真空管8上。绝缘外罩9设置在玻璃球壳体1的外部。玻璃球壳体1为密闭的高强度玻璃球壳。在密封的高强度玻璃球壳体1内，设计能够产生高压的电路板3，电路板上固定一根金属电极4，电极4的长度约为10厘米左右，根据球壳的大小(直径约为20厘米)适当调节，电路板3和外接220伏交流电源连接。玻璃球壳的中间部分开有小孔，与真空泵5连接。通过抽气阀门对密闭的球壳进行抽气，减小球壳内的气体压强与密度。真空表7可以显示球壳内的气体压强，抽气装置通过真空橡皮管连接起来。整个静电高压装置被绝缘透明的PVC材料包裹，玻璃球壳与PVC外罩上端的距离控制在5—10厘米。
如图2所示，正离子发射电路板包括电阻R1、R2、R3，若干个电容和若干个二极管，电容相互串联连接形成电容回路，电源2一端经电阻R1与电容回路一端连接，电源2另一端与电容回路另一端连接。电容回路折中位置断开接入一个二极管，金属电极4的输入端经电阻R3和电阻R2与电容回路的折中位置的一个二极管一端连接，二极管相互串联连接形成串联二极管折链。串联二极管折链输入端与电容回路折中位置的二极管输出端连接。串联二极管折链的输出端与电阻R1的与电容连接端连接，串联二极管折链相邻两个二极管的输入端与输出端间与电容回路中的两个电容连接处连接。把交流电压峰值提高到3600伏特。实际电路中相应增加升压级数，产生更高的输出电压。金属电极4用来发射离子。整个高压电路搭建到PCB(印刷线路板)，用绝缘塑料盒封装起来，使金属电极4直立在塑料盒的上端。各个电容器C1——C13采用串联方式，它们通过输出放电，金属电极4的电压是全部电容器两端的电压之和。通过连接电阻R1，R2，R3，限制电路中的电流大小。电容器设定范围：采用0.1uf(微法)到0.5uf(微法)的电容器，它的大小决定电路中产生离子数量的多少。
具体的电路元器件：
D1——D13：采用型号1N4007通用硅材料整流二极管。利用二极管单向导电性，把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。
电解电容器：0.3uf,400V。
电阻R1：100欧姆，1W。
电阻R2、R3：10兆欧(MΩ)，0.125W。
正离子发射电路板包括电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13和二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13，电源一端经电阻R1与电容C2一端和二极管D1输出端连接，电源另一端电容C1一端连接，电容C1的另一端与二极管D1输入端、二极管D2输出端和电容C3一端连接，电容C2的另一端与二极管D2输入端、二极管D3输出端和电容C4一端连接，电容C3的另一端与二极管D3输入端、二极管D4输出端和电容C5一端连接，电容C4的另一端与二极管D4输入端、二极管D5输出端和电容C6一端连接，电容C5的另一端与二极管D5输入端、二极管D6输出端和电容C7一端连接，电容C6的另一端与二极管D6输入端、二极管D7输出端和电容C8一端连接，电容C7的另一端与二极管D7输入端、二极管D8输出端和电容C9一端连接，
电容C8的另一端与二极管D8输入端、二极管D9输出端和电容C10一端连接，电容C9的另一端与二极管D9输入端、二极管D10输出端和电容C11一端连接，电容C10的另一端与二极管D10输入端、二极管D11输出端和电容C12一端连接，电容C11的另一端与二极管D11输入端、二极管D11输出端和电容C13一端连接，电容C12的另一端与二极管D12输入端和二极管D13输出端连接，电容C13的另一端与二极管D13输入端连接，电阻R2一端与二极管D13输入端连接，另一端经电阻R3与金属电极(4)连接
空气电荷收集器包括支撑架10、金属球壳11、金属管12、导线13、氖管14、电容器15和火花放电器17。金属管12横向设置在支撑架10顶部。金属管12两端均设置有金属球壳11。导线13的一端与金属探头连接设置在金属管12内部，另一端分别与电容器15和火花放电器的一端连接，所述电容器15和火花放电器的另一端均接地。在高压球壳周围空间，存在大量被电离的带电粒子。空气电荷收集器能够吸附空间的带电粒子，把它们收集到特定的电容器。通过电容器与火花放电线圈连接，产生断续的电火花，由于放电线圈之间的电场强度较大，在强电场作用下空气击穿而发生尖端放电。
用长度为30厘米的金属管12(铜、铝)充当金属探头，负责捕获空气中的电荷，金属管两端各焊接半圆形的金属球壳11，球壳的直径约为5厘米。电荷密度与导体表面的曲率半径有关，导体半径越大，电荷密度越大，附近的电场强度也越大，容易击穿空气形成放电。加入金属球壳11，与金属管12形成封闭的空腔导体，空气中的流动电荷容易集中在导体外表面，避免尖锐物体的电场强度过大，形成尖端放电而损失电荷。
在金属管12的几何中心位置，用中空的绝缘材料管(如PVC管)作为支撑架，支撑架固定在绝缘的底座上。支撑架的高度要比金属管长度略大一些，根据需要和设计规模而确定。在金属管探头的几何中心位置，焊接一个金属螺丝钉，固定一根高压绞合导线13的上端接头，导线13的下端用电工胶带缠绕在支撑杆的外表面，连接到氖管14和电容器15，在电容器两端设计一个火花放电器16，保证电容器15接地良好。
实验装置包括灯管17、金属支架18、上下滑动金属夹子19、左右滑动金属夹子20和导线21，所述灯管17通过上下滑动金属夹子19横向设置在金属支架18上，左右滑动金属夹子20设置在灯管17上，通过导线21与金属支架18连接。本装置包括金属支架18，底部和地面良好接触；长度为70厘米的红色日光灯管17(红色发光现象比较明显)，沿着金属支架上下移动的金属夹子19，套在灯管17上自由移动的金属夹子20，连接金属夹子20与金属支架18的导线21。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。
Claims (4)
1.一种气体放电设备的离子产生电路，包括静电高压发生器、空气电荷收集器和实验装置，实验装置设置在静电高压发生器的上方，空气电荷收集器设置在静电高压发生器的周边，其特征在于，所述静电高压发生器包括玻璃球壳体(1)、电源(2)、高压电路板(3)、金属电极(4)、真空泵(5)、抽气阀(6)、真空表(7)、真空管(8)和绝缘外罩(9)；
所述高压电路板(3)设置在玻璃球壳体(1)内，所述金属电极(4)设置在高压电路板(3)上，所述高压电路板(3)通过导线与玻璃球壳体(1)外的电源(2)连接，所述真空泵(5)通过真空管(8)与玻璃球壳体(1)连通，所述真空管(8)上设置有抽气阀(6)，所述真空表(7)设置在真空管(8)上，所述绝缘外罩(9)设置在玻璃球壳体(1)的外部；
所述空气电荷收集器包括支撑架(10)、金属球壳(11)、金属管(12)、导线(13)、氖管(14)、电容器(15)和火花放电器(17)；所述金属管(12)横向设置在支撑架(10)顶部，所述金属管(12)两端均设置有金属球壳(11)，所述导线(13)的一端与金属探头连接设置在金属管(12)内部，另一端分别与电容器(15)和火花放电器的一端连接，所述电容器(15)和火花放电器的另一端均接地；
所述实验装置包括灯管(17)、金属支架(18)、上下滑动金属夹子(19)、左右滑动金属夹子(20)和导线(21)，所述灯管(17)通过上下滑动金属夹子(19)横向设置在金属支架(18)上，左右滑动金属夹子(20)设置在灯管(17)上，通过导线(21)与金属支架(18)连接；
所述高压电路板(3)为正离子发射电路板或负离子发射板；
所述正离子发射电路板包括电阻R1、R2、R3，若干个电容和若干个二极管，电容相互串联连接形成电容回路，电源(2)一端经电阻R1与电容回路一端连接，电源(2)另一端与电容回路另一端连接，电容回路折中位置断开接入一个二极管，金属电极(4)的输入端经电阻R3和电阻R2与电容回路的折中位置的一个二极管一端连接，二极管相互串联连接形成串联二极管折链，串联二极管折链输入端与电容回路折中位置的二极管输出端连接，串联二极管折链的输出端与电阻R1的与电容连接端连接，串联二极管折链相邻两个二极管的输入端与输出端间与电容回路中的两个电容连接处连接，电容和二极管的个数相同。
2.根据权利要求1所述的一种气体放电设备的离子产生电路，其特征在于：所述正离子发射电路板包括电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13和二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13，电源一端经电阻R1与电容C2一端和二极管D1输出端连接，电源另一端电容C1一端连接，电容C1的另一端与二极管D1输入端、二极管D2输出端和电容C3一端连接，电容C2的另一端与二极管D2输入端、二极管D3输出端和电容C4一端连接，电容C3的另一端与二极管D3输入端、二极管D4输出端和电容C5一端连接，电容C4的另一端与二极管D4输入端、二极管D5输出端和电容C6一端连接，电容C5的另一端与二极管D5输入端、二极管D6输出端和电容C7一端连接，电容C6的另一端与二极管D6输入端、二极管D7输出端和电容C8一端连接，电容C7的另一端与二极管D7输入端、二极管D8输出端和电容C9一端连接，电容C8的另一端与二极管D8输入端、二极管D9输出端和电容C10一端连接，电容C9的另一端与二极管D9输入端、二极管D10输出端和电容C11一端连接，电容C10的另一端与二极管D10输入端、二极管D11输出端和电容C12一端连接，电容C11的另一端与二极管D11输入端、二极管D11输出端和电容C13一端连接，电容C12的另一端与二极管D12输入端和二极管D13输出端连接，电容C13的另一端与二极管D13输入端连接，电阻R2一端与二极管D13输入端连接，另一端经电阻R3与金属电极(4)连接。
3.根据权利要求1所述的一种气体放电设备的离子产生电路，其特征在于：所述高压电路板(3)使用绝缘塑料盒封装起来，金属电极(4)直竖塑料盒上端。
4.根据权利要求1所述的一种气体放电设备的离子产生电路，其特征在于：所述金属电极(4)的长度为8厘米-12厘米，玻璃球壳体(1)顶端与绝缘外罩(9)顶端的距离为5厘米-10厘米。
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| CN201710669854.2A CN107845557A (zh) | 2017-08-08 | 2017-08-08 | 一种气体放电设备的离子产生电路 |
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2017
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