介质阻挡放电中放电波形的改善

介质阻挡放电中放电波形的改善 ()第 26 卷 第 6 期 Vol . 26 No . 6 河北大学学报 自然科学版 ( )Jo ur nal of Hebei U niversit y Nat ural Science Editio n 2006 年 11 月Nov. 2006 介质阻挡放电中放电波形的改善 张连水 ,党 伟 ,毛少娟 ()河北大学 物理科学与技术学院 ,河北 保定 071002 摘 要 :在常压尖 - 尖电极结构介质阻挡放电中 ,测量了放电电流波形随放电间隙以及外加电感的变 化 ,由此给出了放电电流脉冲宽度随放电间隙 、外加电感线圈电感量的变化关系 ,并对此进行了定性解释 ,为 优化介质阻挡放电放电结构提供了一种新的途径 . 关键词 :介质阻挡放电 ;放电波形宽度 ;放电间隙 中图分类号 :O 434 . 2文献标识码 :A() 文章编号 :1000 - 1565 200606 - 0591 - 03 Optimization of Discharge Wavef orm in Dielectric Barrier Discharge ZHAN G Lia n- shui ,DAN G Wei ,MAO Shao-jua n ( )College of Physics Science and Technology , Hebei U niversit y , Bao ding 071002 , China Abstract :Changes of discharge current wavefo r m wit h different discharge space and inductance in elect ro2 circuit are tested under no r mal p ressure in Dielect ric Barrier Discharge system wit h needle - needle elect ro des. The article p resent s t he relatio nship s of discharge current p ulse widt h wit h discharge space and inductance re2 spectively , t hen supplies qualitatively explanatio ns fo r t he relatio nship s. A new way is p rovided to op timize Di2 elect ric Barrier Discharge st ruct ure . Key words :Dielect ric Barrier Discharge ; discharge current wavefo r m widt h ; discharge space ( ) 介质阻挡放电 dielect ric barrier discharge ———DBD又称无声放电 ,是在 2 个放电电极中至少有一个电 极被绝缘介质覆盖的放电形式. 由于 DBD 放电等离子体可以在常压或更高气压下产生 ,适于在极端条件下 1 - 2 工作 ,因此具有广阔的应用前景. 目前 ,DBD 已在大气污染治理 、臭氧合成 、照明光源 、材料表面改性等 方面都得到了广泛应用. 最近 ,毛志国 、罗毅和赵艳辉等人研究了外加电压 、放电间隙 、介质材料 、以及放电结 3 - 6 构对介质阻挡放电的影响. 认为放电波形及放电脉冲宽度是影响放电效率的重要因素 . 特别是 DBD 放 电在污染气体治理方面 ,放电波形至关重要. 在利用放电等离子体方法所进行的污染气体治理中 ,自由基和 活性原子起着关键性作用 ,而自由基和活性原子主要产生于放电阶段高能电子与污染气体分子的碰撞解离 6 - 7 过程. 适当增大放电波形的脉冲宽度 , 能提高自由基和活性原子的产额 , 从而提高污染气体的脱除效 率 . 本文在常温 、常压条件下 ,研究了放电电极间隙以及外加电感对 DBD 放电放电波形的影响 ,为进一步优 化 DBD 放电结构和提高放电效率提供了参考依据 ,这对推动 DBD 放电在工业及科研等领域的应用具有一 定意义. 收稿日期 :2005 - 12 - 18 () 作者简介 :张连水 1956 - ,男 ,河北保定人 ,河北大学教授 ,主要从事激光光谱方面的研究 . 1 实验过程 1 . 1 实验装置 实验系统如图 1 所示 ,反应室由玻璃制成 ,相距一定间隔的 2 根钨针组成尖 - 尖放电电极系统. 使用前 2 根钨针均经过尖化及 表面光滑处理 , 其中一支电极放电部分包以玻璃介质 层 , 厚 度 为 1,2 mm ,2 放电电极分别与交流高压电源的输出端相连. 实验所 用高压交流电源输出电压 0,10 000 V 连续可调 ,输出波形为准正 弦波 ,频率为7 460 Hz. 电源与放电电极间串联 0 , 0 . 05 m H 可调 Ω电感和50 测量电阻. 放电管内充以 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 大气压的空气. 改变放电 ( 间隙 d 和 外 加 电 感 L , 用 数 字 示 波 器 美 国 Tekt ro nix 公 司 , ) TDS3052对放电波形及脉冲宽度进行实时测量 . 为了提高测量精 图 1 实验装置 Ω 度 ,测试电缆及数字示波器均采用 50 匹配. Fig. 1 Experiment setup diagra m 1 . 2 放电过程 8 根据汤生电子雪崩放电理论,放电间隙内电场强度达到一 定数值时 ,引起阴极电子发射 ,放电开始. 初始电子在向阳极运动过程中 ,被电场加速获得能量而撞击气体分 子 ,使之激发电离并产生新电子. 新电子同样获得能量继续引发电子碰撞电离 ,形成电子雪崩过程. 产生的带 电粒子在电场作用下分别向 2 电极扩散. 带电粒子不能穿透有介质层覆盖的电极 ,只能积累于介质层表面 , 集聚的带电粒子会产生与外加电场反向的内建电场 ,内建电场削弱外加电场. 随着带电粒子的积聚 ,2 电极 间的电场强度随之减弱 ,直至放电熄灭 . 当外加电场极性改变时 ,内建电场会加强外电场 ,促进下一放电脉冲 的形成. 因此 DBD 放电是一个击穿 、熄灭的交替放电过程. 2 实验结果与讨论 2 . 1 放电电流脉冲宽度随放电间隙的变化 实验中 2 放电电极间隙在 0 . 5,6 . 5 mm 范围内可调 ,每次改变 0 . 5 mm ,用数字示波器 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 放电电流波 ( 形 ,测量放电电流脉冲宽度. 图 2 为标准大气压下放电间隙 d = 4 . 5 mm 情况下的放电电流波形 放大 50 ) τ倍. 取波形半最大值所对应的时间间隔作为放电电流的脉冲宽度 . 改变放电间隙 ,放电电流脉冲宽度也随 之改变. 图 3 为放电电流脉冲宽度随放电间隙的变化曲线. 从图中可以看出 ,放电电流脉冲宽度随放电间隙 τ 的增大而增大 . 当放电间隙 d 为 0 . 5 mm 时 , 放电电流脉冲宽度仅为 5 . 02 ns ,而当放电间隙 d 增大至 τ 6 . 0 mm时 ,放电电流脉冲宽达到 326 . 63 ns. 为了得到放电电流脉冲宽度随放电间隙的变化关系 ,对相应实验数据进行曲线拟合 ,发现放电电流脉冲 宽度并非随放电间隙线性增大. 当放电间隙小于 4 . 0 mm 时 ,放电电流脉冲宽度随放电间隙增大而缓慢加 宽 ,当放电间隙大于 4 . 0 mm 时 ,放电电流脉冲宽度随放电间隙增大急剧加宽. 两者关系满足 d τ() 1 = 5 . 0 + 0 . 09 ×4 . 5 . 对于上述变化关系 ,可以作定性的解释. 放电气体中带电粒子主要是电子和正离子. 电子质量远小于离 μ子质量 ,所以电子的定向迁移速度 远大于离子定向迁移速度 ,因此放电电流波形主要由电子运动行为决 定 . 放电电流波形的形成分为 2 个过程 ,一是放电波形的上升沿部分 ,二是下降沿部分. 对于上升沿部分 ,初 始电子从阴极出发向阳极运动形成电流 ,伴随电子雪崩 ,放电电流增大 ,当电子到达阳极时电流达到最大值. 对于下降沿部分 ,由于带电粒子的定向迁移速度并非完全相同 ,迁移速度大的带电粒子首先到达放电电极 , 第 6 期 张连水等 :介质阻挡放电中放电波形的改善 ?593 ? 位降区占了放电间隙的主要部分. 由于该区域电场强度较强 ,带电粒子的定向迁移速度较大 ,所以放电电流 脉冲宽度随放电间隙的变化比较缓慢 ;而当放电间隙 d 大于 4 mm 时 ,正柱区长度在放电间隙中所占比例越 来越大 ,且正柱区中电场强度较弱 ,带电粒子的定向迁移速度较小 ,所以放电电流脉冲宽度随放电间隙增大 而快速加宽. 对于上升沿阶段 ,电子在放电间隙间的渡跃时间可表示为 d ( ).2 t = μ μ ()= k×E. 3 e 7 () k为电子迁移率. 从 2式看 ,放电电流的上升沿时间应正比于放电间隙 d ,但是对于尖 - 尖电极系 e 统的电场分布 ,电场强度 E 并非常数 , 且与 d 有关. 所以上升沿时间随放电间隙增大而延长 ,但不满足线性 关系. ( 图 2 放电电流脉冲波形 d = 4 . 5 mm) 图 3 放电电流脉冲宽度随放电间隙 d 变化曲线 Fig. 3 Change of pulse width with different discharge space Fig. 2 Discharge wavef orm( d = 4 . 5 mm) 2 . 2 放电电流脉冲宽度随外加电感的变化 DBD 的电流脉冲宽度除了受放电间隙的影响外 ,还受电源 电压波形及负载感抗的影响. 在放电回路中串入电感 ,也会改变 放电电流的脉冲宽度 ,为此测量了放电电流脉冲宽度随所串入 电感 电 感 量 的 变 化 . 在 实 验 测 量 过 程 中 , 取 放 电 间 隙 d = 3 . 5 mm ,改变外加电感 L 数值 ,用数字示波器记录放电波形并 测量脉冲宽度 . 从图 4 可以看出 ,放电电流脉冲宽度随串入电感 电感量的增大而增大 ,总体效应基本满足线性变化关系. 拟合直 线方程为 ()τ4 = 9 . 096 8 + 333 . 864 5 ×L . 而且放电电流脉冲宽度随电感量变化在线性变化的基础上还出 () 现了振荡 加点折线. 实验结果表明 ,当放电间隙 d = 3 . 5 mm , 图 4 脉冲电感变化曲线 τ 串入电 感 量 L = 0 时 , 脉 冲 宽 度为 8 . 07 ns , 而 串 入 电 感 量 Fig. 4 Change curve of pulse width τL = 0 . 042 m H时 , 达到 23 . 22 ns. 可见通过改变电感量的大小 with diff erent inductance 可实现放电电流脉冲宽度的控制. ()下转第 667 页 别均一样 ,只是错误提示信息不同 ,一个是违反 Primary Key 约束 ,一个是违反 U nique Key 约束 ,由于这 2 个 约束的不同 ,导致错误状态不一样 ,主键的状态为 1 ,U nique Key 的状态为 2 ,根据这 2 个状态的不同 ,可将数 据库返回的系统信息转换为便于理解的交互信息 ,在本例可提示到用户在哪个具体字段的输入上发生了问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 . 其他常见的 Insert 语句错误代码还有 515 和 8152 等 ,515 是插入空值错误 ,代码 8152 是字符数超过所允 许的长度错误 ,不同的错误代码可根据需要做出适当的文字消息提示 ,这 2 类错误的避免也可在前台客户端 脚本验证程序中做出验证 . 4 结论 在 B/ S 架构的数据库应用程序中 ,位于中间层的 Web 服务器集中完成数据的逻辑处理 ,用户对数据库 6 的每一次访问操作 ,都经 Web 服务器处理后将结果显示给用户. 在客户端编写脚本对用户输入的信息做 基本的筛选判断 ,能有效地减少往返服务器和数据库的次数 ,结合服务器端对数据库的异常错误的截获处 理 ,可开发出具有良好交互功能的 、高效稳定的 Web 应用程序. 参 考 文 献 : 1 桂思强 . ASP. net 与数据库程序 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 M . 北京 :中国铁道出版社 ,2002 . 2 微软公司 . ASP. N E T 安全应用程序开发 M . 北京 :清华大学出版社 ,2003 . 3 李建忠 . Microsof t . N E T 框架程序设计 M . 北京 :清华大学出版社 ,2003 . 罗晓沛 ,侯炳辉 . 系统 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 师教程 M . 北京 :清华大学出版社 ,2003 . 4 5 周 绪 ,韦文斌 . SQL Server 应用与提高 M . 北京 :清华大学出版社 ,2000 . 6 张友生 ,徐 锋 . 系统分析师技术指南 M . 北京 :清华大学出版社 ,2004 . ()责任编辑 :孟素兰 ()上接第 593 页 结论 3 d 及外串电感 L 对放电电流脉冲宽 在常温大气压条件下 ,研究了空气尖 - 尖电极 DBD 系统放电间隙 度的影响. 研究结果表明 ,放电电流脉冲宽度随放电间隙 d 及外加电感量 L 的增大而增大 ,并利用电子雪崩 放电理论对其进行了定性解释. 实验结果对 DBD 放电波形的改善及注入功率的提高提供了实验参考.参 考 文 献 : 1 J RO T H R. Treat ment of metals , Polymer films , and fabrics wit h a One At moshere U niform Glow Discharge Plasma ( ) ( ) OAU GD PFOR Increased Surface Energy and Directio nal Etching J . Acta Metallur gica sinica English let ters, 2001 , () 14 6:391 - 407 . DU M I TRASCU N . Roughness modificatio n of surface t reated by a p ulsed dielect ric barrier discharge J . IO PP , Plasma sources 2 () Science and Technology ,2002 11:127 - 134 . () ( ) 毛志国 ,冉俊霞 ,尹增谦 ,等 . 不同气压下氩气介质阻挡辉光放电的特性研究 J . 河北大学学报 自然科学版,2004 ,24 6: 3 589 - 593 . () 罗 毅 ,方 志 ,邱毓昌 ,等 . 介质阻挡放电影响因素的分析 J . 高压电器 ,2004 ,40 2:81 - 83 . 4 () 赵艳辉 ,周建刚 ,吴晓东 ,等 . 不同结构介质阻挡放电的放电特性 J . 大连海事大学学报 ,2004 ,30 3:59 - 61 . 5 () 魏恩宗 ,高 翔 ,骆仲泱 ,等 . 电晕放电烟气脱硝机理探讨 J . 电站系统工程 ,2003 , 19 5:1 - 3 . 6 ( ) 王文春 ,刘 峰 ,张家良 ,等 . 利用发射光谱研究脉冲电晕放电中的自由基 J . 光谱学与光谱分析 , 2004 , 24 11: 1288 - 7 1292 .