CN206422966U - 一种螺环‑环式电极结构介质阻挡放电射流装置 - Google Patents
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Abstract
一种螺环‑环式电极结构介质阻挡放电射流装置，所述装置的高压电极为内径6.5mm、外径8.5mm、长85mm的不锈钢螺旋管，在它的外层紧密覆盖一内径8.3mm、外径12mm、长125mm的石英玻璃管；石英玻璃管的下端类似于圆锥体，并且有一个孔径为2.5mm的气体出口；该等离子体射流的有效功率和气体温度相对较低，并且有效功率、用于检测的气体分子转动温度和振动温度、电子激发温度、用于检测的气体原子密度、用于检测的气体分子密度和平均电子密度随峰值电压的增大而增大，其中用于检测气体的原子密度、用于检测气体的分子密度和平均电子密度的数量级分别达到了很低的数量级。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种介质阻挡放电装置，更加具体的说是一种螺环-环式电极结构介质阻挡放电射流装置。
背景技术
在大气介质阻挡放电中，有一种为体介质阻挡放电，另一种情况为沿面介质阻挡放电；同时所述的体介质阻挡放电的气体击穿电压比沿面介质阻挡放电的高；同时所述的体介质阻挡放电在相同能量下产生的活性粒子种类和数量比沿面介质阻挡放电的少，也就是说前者没有放电均匀；沿面介质阻挡放电根据电极结构又可分为“共面型”沿面介质阻挡放电电极结构和“非共面型”沿面介质阻挡放电电极结构。“共面型”沿面介质阻挡放电电极结构由于高压电极和低压电极在介质的同一侧，相当于介质厚度翻了一倍，所以与“非共面型”沿面介质阻挡放电电极结构相比，气体击穿电压相对比较高，并且相同能量下产生的活性粒子种类和数量相对比较少。
发明内容
本实用新型克服了现有技术条件不足，提供一种螺环-环式电极结构介质阻挡放电射流装置，本实用新型解决的技术方案是：本实用新型所述装置的高压电极为内径6.5mm、外径8.5mm、长85mm的不锈钢螺旋管，在它的外层紧密覆盖一内径8.3mm、外径12mm、长125mm的石英玻璃管；石英玻璃管的下端为圆锥体形状，并且有一个孔径为2.5mm的气体出口；在石英玻璃管的外壁距气体出口12mm处，紧密缠绕着长45mm、厚0.28mm的铜箔，并作为环状接地电极；所述装置采集距气体出口下方5.3mm处射流的光谱信号时，在该处水平放置了一个厚1.5mm的石英玻璃板，而测量射流长度时把石英玻璃板去掉；本实用新型采用高纯度气体(纯度为99．999％)从上方气体入口进入，并利用质量流量计控制其流量为2lpm；电源采用幅值0-25 kV，频率为10 kHz的交流电源；电源输出电压利用高压探头测量得到，同时所述装置输出电流通过测量与接地电极串联的100欧姆电阻上的电压得到，所述装置的李萨如图形通过与接地电极串联150 nF电容得到，并记录在装置所使用的示波器上；所述特征发射光谱由光谱仪的1000 grooves／mm光栅采集得到，并且光纤探头固定在石英玻璃板下方4 mm处；放电照片与射流长度是由尼康数码相机(COOLPIX S600)拍照得到。
本实用新型的有益效果：所述装置可以降低等离子体射流源工作的峰值电压，使等离子体射流源能够在峰值电压2.01KV下，将气体击穿，同时可以提高活性氧原子密度。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构示意图。
图2是本实用新型的峰值电压2.01KV典型波形图。
图3是本实用新型峰值电压6.5KV时介质电容波形周期变化图。
图4是本实用新型峰值电压6.5KV典型波形图。
图5是本实用新型有效功率随峰值电压的变化图。
图6是本实用新型等离子体射流长度随峰值电压变化的照片图。
具体实施方式
下面应用具体实例对本实用新型进行一般说明。
实施例：本实用新型主要以高纯度气体为实验气体，本实用新型输入了峰值电压为2.01 kV和6.3 kV，得出工作电压、总电流、位移电流、传导电流的典型波形，以及峰值电压为2.01 kV时，介质电容在两个周期内的变化。从图2中可以看出，当峰值电压为2.01kV时，观察到位移电流峰值与传导电流峰值是不同的，位移电流比较大，在这个实验效果图中，可以分析出位移电流在总电流中所占的比例是相对很多的；同时所述的传导电流和总电流相比要小很多；所述传导电流的正负峰值为1.04mA和1.019mA，同时所述总电流的正负峰值是2.14mA和2.10mA。
从图3中可以看出，介质电容在两个周期内出现了4个极大值和3个极小值，这是因为通过零点导致的，去除了多个极值之后对其平均，所得到的值为11.60 pF。介质电容在随时间变化时出现了负值，这是因为位移电流和在相位上不同步导致的。从图4中可以看出，峰值电压为6.5 kv时，传导电流远大于位移电流，也就是说总电流中位移电流的成分占据了很小的比例，这种情况和图2中的现象是不同的，由所述现象可以得出，在工作电压增大的情况下，总电流的最大值逐渐和传导电流的最大值接近；同时由所述现象可以观察到，传导电流的正负峰值分别为8.63mA和9.33mA，同时所述总电流的正负峰值为12.25mA和12.85mA。
如图5所示，可以看出在电压增大的情况下，有效功率也随着相对应的增大；同时所述现象可以知道，二者的增大形式类似线性增大；同时在峰值电压最小为5.0 kV时，有效功率为4.71W，当峰值电压为7.017 kV时，有效功率为8.71W。
所述装置的照片可以了解到，在峰值电压逐渐增大的情况下，等离子体射流的长度也是相对应增大的；所述峰值电压变为6.61 kV时，所述等离子体射流长度的变化就比较不明显了；所述峰值电压逐渐增加，射流区域的轴向电场和电子具有的迁移速率逐渐增大，同时和高纯度气体原子接触增多，所述射流长度增加；所述装置继续增加峰值电压后，结果并不理想，在所述高纯度气体原子碰撞过于频繁后，就会减小电子和所述高纯度气体原子的迁移率，同时它们的扩散速率增加；所述电子和原子会与离子体射流周围附近的不同气体分子发生碰撞操作，导致所述电子迁移速率比较大。
在气体流量的作用下等离子体射流长度首先经历层流模式，在这种模式后经历的是过度模式，在前两种模型经历过后，最后经历的模型为湍流模式；在所述层流模式中，将所述气体流量进行增加处理，所述气体的轴向速度增多，在这种情况下它的射流浓度也是增多的；所述气体的射流的径向流速相对应的变小，同时所述径向气体浓度相应的变小；这种情况最终导致射流长度的增加；在过渡模式中，增加气体流量的情况下，气体射流的径向流速将会变得比较大，同时在这种情况下会导致空气的供应量增加；在正常情况下，装置所采用的高纯度气体比较容易电离，这是在与空气相对比的情况下，这种情况多数是由于空气中的电负性气体比较多，容易吸引电子，所述高纯度气体原子与不同电子之间的摩擦机会就会相应的变少；这种情况会导致射流长度的变小。
所述在湍流模型中，气体流量增加，空气的进入量会比较多，同时相对应的轴向速度也会变得比较大，渗透到射流内部的空气含量会相对应的变少；同时射流中高纯度气体原子和电子之间的碰撞次数维持在固定水平，这种情况就保证了射流长度的恒定。
本实用新型将等离子体射流远端处的形状类似于圆锥体，这样设置的原因是等离子体射流的气体出口是轴对称的，同时在出口比较远的地方，空气沿径向扩散进入高纯度气体射流的浓度相对比较大，这样就会在等离子体射流的远端处形成了一个圆锥形的等离子层空气界面；所述等离子体射流装置的高压电极为不锈钢螺旋管，低压电极为铜箔环状电极；通过对其进行详细的电学和光学特性诊断，发现有效功率、氮分子转动温度和振动温度、电子激发温度、氧原子密度、氮分子密度和平均电子密度随峰值电压的增大，几乎是线性地增大。
本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (1)
1.一种螺环-环式电极结构介质阻挡放电射流装置，其特征是高压电极为内径6.5mm、外径8.5 mm、长85mm的不锈钢螺旋管，在它的外层紧密覆盖一内径8.3mm、外径12mm、长125mm的石英玻璃管；石英玻璃管的下端为圆锥体形状，并且有一个孔径为2.5mm的气体出口；在石英玻璃管的外壁距气体出口12mm处，紧密缠绕着长45mm、厚0.28mm的铜箔，并作为环状接地电极；所述装置采集距气体出口下方5.3mm处射流的光谱信号时，在该处水平放置了一个厚1.5mm的石英玻璃板，而测量射流长度时把石英玻璃板去掉。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105699359A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-06-22 | 大连理工大学 | 大气压空气中获取环状均匀等离子体的实验装置及方法 |
| CN107454729A (zh) * | 2017-10-12 | 2017-12-08 | 哈尔滨理工大学 | 一种螺环‑环式电极结构介质阻挡放电射流装置 |
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