專利名稱：研究直流輝光等離子體的實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種研究直流輝光等離子體特性的實(shí)驗(yàn)裝置，屬于直流輝光等離子體
背景技術(shù)：
等離子體技術(shù)是一個(gè)關(guān)系國家能源、環(huán)境、國防安全的重要技術(shù)。直流輝光等離子技術(shù)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單、成本較低而受到廣泛的應(yīng)用，但在國內(nèi)，關(guān)于輝光等離子體技術(shù)的研究和教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于輝光等離子體技術(shù)在工程中的應(yīng)用，高等理工院校在人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中缺乏關(guān)于等離子體理論和實(shí)踐方面的訓(xùn)練，造成這一現(xiàn)象的主要原因在于等離子體設(shè)備價(jià)格昂貴，基本需要進(jìn)口，價(jià)格一般在50-500萬元，一般的大專院校和研究機(jī)構(gòu)無法問津，普通研究機(jī)構(gòu)和一般高?；旧蠜]有機(jī)會(huì)得到關(guān)于等離子體技術(shù)應(yīng)用方面的訓(xùn)練，這對我們國家開展等離子技術(shù)的研究和應(yīng)用是不利的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價(jià)格低廉，實(shí)驗(yàn)效果好的研究直流輝光等離子體的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置的工作氣體、工作氣壓、電極距離等影響等離子體的參數(shù)均可靈活地加以單獨(dú)或組合調(diào)控；利用該裝置可以系統(tǒng)研究輝光等離子體的激發(fā)原理和影響因素，不僅可以開設(shè)多個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而且可以開設(shè)研究性實(shí)驗(yàn)，從而推廣輝光等離子體技術(shù)的研究、教學(xué)和應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的它主要由直流輝光放電的機(jī)構(gòu)及配套電路組成，所述的放電機(jī)構(gòu)至少包括有一內(nèi)置有放電電極的低壓放電管，其內(nèi)置有測試探針，并開設(shè)有抽氣口和充氣口，其內(nèi)充入有空氣、氫氣、二氧化碳、氮?dú)庵兄辽僖环N工作氣體。
所述的抽氣口接于一真空泵，并可使低壓放電管內(nèi)的真空氣壓在10Pa-400Pa；充氣口通過一流量計(jì)接至工作氣體的氣源。
所述的低壓放電管內(nèi)軸向兩端放置有可在軸線50-150mm范圍內(nèi)移動(dòng)的放電電極。
所述的低壓放電管的兩端通過兩個(gè)支架進(jìn)行固定，且在其兩端還設(shè)置有兩個(gè)各通過循環(huán)水接口接至循環(huán)水泵的水冷支座。
所述的配套電路至少包括有高壓電路、輝光產(chǎn)生電路和輝光等離子參數(shù)測量電路，高壓電路由調(diào)壓器、高壓變壓器和整流二極管D1-D4組成，輝光產(chǎn)生電路由電容C和正、負(fù)電極組成，兩電極的間距為50-150mm，輝光等離子參數(shù)測量電路有輝光放電參數(shù)測量電路和電子濃度、溫度測量電路組成。
所述的輝光放電參數(shù)測量電路至少由電流測量電路和電壓測量電路組成。
本發(fā)明具有如下主要優(yōu)點(diǎn)其一.該裝置的工作氣體、工作氣壓、電極距離等影響等離子體的參數(shù)均可靈活地加以單獨(dú)或組合調(diào)控，并可測量這些參數(shù)；利用該裝置可以系統(tǒng)研究輝光等離子體的激發(fā)原理和影響因素。
其二.整個(gè)放電管結(jié)構(gòu)透明，可以清除地看到低壓氣體放電的各個(gè)階段，特別適合輝光等離子體的研究和教學(xué)使用。
其三.結(jié)構(gòu)簡潔，操作方便，性能價(jià)格比很高，適合批量生產(chǎn)，有利于推廣使用。
其四.可測量湯森(Townsend)第一電離系數(shù)并驗(yàn)證帕邢(Paschen)定律。
其五.通過測量探針的伏安特性，可計(jì)算出電子濃度和溫度。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是發(fā)明的電路連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明主要由直流輝光放電機(jī)構(gòu)及配套電路組成。所述的放電機(jī)構(gòu)至少包括有一內(nèi)置有放電電極1、4的低壓放電管2，其內(nèi)置有測試探針3，并開設(shè)有抽氣口18和充氣口19，其內(nèi)充入有空氣、氫氣、二氧化碳、氮?dú)庵兄辽僖环N工作氣體。所述的抽氣口18接于一真空泵，并可使低壓放電管2內(nèi)的真空氣壓在10Pa-400Pa；充氣口19通過一流量計(jì)接至工作氣體的氣源。所述的低壓放電管2內(nèi)軸向兩端放置有可在軸線50-150mm范圍內(nèi)移動(dòng)的放電電極1、4。所述的低壓放電管2的兩端通過兩個(gè)支架進(jìn)行固定，且在其兩端還設(shè)置有兩個(gè)各通過循環(huán)水接口接至循環(huán)水泵的水冷支座。
本發(fā)明所述的配套電路至少包括有高壓電路、輝光產(chǎn)生電路和輝光等離子參數(shù)測量電路，高壓電路由調(diào)壓器7、高壓變壓器(8)和整流二極管D1-D4組成，輝光產(chǎn)生電路由電容C和正、負(fù)電極組成，兩電極的間距為50-150mm，輝光等離子參數(shù)測量電路有輝光放電參數(shù)測量電路和電子濃度、溫度測量電路組成。所述的輝光放電參數(shù)測量電路至少由電流測量電路和電壓測量電路組成。
圖1所示，本發(fā)明主要包括有低壓放電管2、放電電極1、4、測試探針3、真空系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)。低壓放電管2的兩端通過兩個(gè)支架12固定，設(shè)有抽氣口18和充氣口19，通過抽氣口18被真空泵15抽成氣壓為10Pa-400Pa的真空，通過充氣口19、流量計(jì)20接至氣源22，通入工作氣體，這些氣體可以是空氣、氫氣、二氧化碳和氮?dú)獾榷喾N氣體，氣體的流量通過流量計(jì)20來調(diào)節(jié)，低壓氣體在一定的條件下在放電管2內(nèi)產(chǎn)生輝光；放電電極1、4位于低壓放電管2的軸向兩端，并且可以在沿軸線50-150mm范圍內(nèi)移動(dòng)，用以改變氣體放電的距離；測試探針3位于兩個(gè)放電電極1、4之間，用于測量探針3與放電負(fù)電極之間的伏安特性，并依此伏安特性來計(jì)算電子濃度和溫度；設(shè)有真空系統(tǒng)，采用旋片式真空泵15抽真空，采用熱阻真空計(jì)16測量工作氣壓；設(shè)有水冷系統(tǒng)，低壓放電管2的兩端的水冷支座5各有兩個(gè)循環(huán)水接口13、17、21、23，接至循環(huán)水泵14，由循環(huán)水泵14產(chǎn)生的循環(huán)水，對低壓放電管2實(shí)施水冷保護(hù)。
圖2所示，本發(fā)明所述的配套電路主要包括高壓電路、輝光產(chǎn)生電路和輝光等離子參數(shù)測量電路等。
高壓產(chǎn)生電路由調(diào)壓器7、高壓變壓器8、整流二極管D1～D4組成，輝光產(chǎn)生電路由電容C和正、負(fù)電極組成，兩電極的間距是50-150mm。輝光等離子參數(shù)測量電路由輝光放電參數(shù)測量電路和電子濃度、溫度測量電路組成。輝光放電參數(shù)測量電路由電流測量電路(6)和電壓測量電路組成，電流測量電路用于測量放電電流的大小，測量范圍為直流10-6A-0.5A，分為3個(gè)或4個(gè)量程，量程的切換由開關(guān)K1～K3實(shí)現(xiàn)；電壓測量電路由分壓電阻R和電壓表V1組成，測量范圍為直流100～1000V；電子濃度、溫度測量電路由探針3、毫安表11、電壓表10、可調(diào)電阻R1及電源E9組成，通過測量探針3與負(fù)電極4之間的伏安特性曲線，可以求得電子濃度和溫度。
上述電路的連接關(guān)系見圖2所示調(diào)壓器7的初級(jí)線圈，連接220V交流電源；調(diào)壓器7的次級(jí)線圈接高壓變壓器8的初級(jí)線圈，高壓變壓器8的次級(jí)線圈的兩端接整流電路，整流電路由四個(gè)橋接的高壓二極管組成，整流電路的負(fù)輸出接放電管2的陰電極和電容C的負(fù)端，整流電路的正輸出接電流測量電路6、電壓測量電路和電容C的正端，電流測量電路6的另外一端接到低壓放電管2的正極1。電源E9經(jīng)可調(diào)電阻R1形成可變電壓，R1的輸出電壓接至電壓表V210正端，并通過毫安表11接到電子探針3，電壓表V2負(fù)端接到低壓放電管2的負(fù)電極4。
本發(fā)明的工作過程是1.如圖1、2所示通電后，調(diào)壓器7和高壓變壓器8將220V交流電壓升至所需電壓，啟動(dòng)真空泵15，對低壓放電管2抽真空，當(dāng)放電管2通入一定氣壓的氣體后，根據(jù)不同的高壓，測量放電管2的伏安特性，隨著電壓的升高，放電電流隨著增大，選擇合適的電流測量電路的量程。隨著電壓的由低到高，低氣壓放電可分為三個(gè)階段暗放電、輝光放電和電弧放電。根據(jù)測得的放電管2的伏安特性便可求得湯森(Townsend)第一電離系數(shù)。在保持氣體壓力p和電極距離d的乘積不變的條件下，取不同的p、d值，根據(jù)測量的結(jié)果就可驗(yàn)證帕邢(Paschen)定律。
權(quán)利要求
1.一種研究直流輝光等離子體的實(shí)驗(yàn)裝置，它主要由直流輝光放電的機(jī)構(gòu)及配套電路組成，其特征在于所述的放電機(jī)構(gòu)至少包括有一內(nèi)置有放電電極(1、4)的低壓放電管(2)，其內(nèi)置有測試探針(3)，并開設(shè)有抽氣口(18)和充氣口(19)，其內(nèi)充入有空氣、氫氣、二氧化碳、氮?dú)庵兄辽僖环N工作氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究直流輝光等離子體的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的抽氣口(18)接于一真空泵，并可使低壓放電管(2)內(nèi)的真空氣壓在10Pa-400Pa；充氣口(19)通過一流量計(jì)接至工作氣體的氣源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的研究直流輝光等離子體的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的低壓放電管(2)內(nèi)軸向兩端放置有可在軸線50-150mm范圍內(nèi)移動(dòng)的放電電極(1、4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的研究直流輝光等離子體的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的低壓放電管(2)的兩端通過兩個(gè)支架進(jìn)行固定，且在其兩端還設(shè)置有兩個(gè)各通過循環(huán)水接口接至循環(huán)水泵的水冷支座。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究直流輝光等離子體的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的配套電路至少包括有高壓電路、輝光產(chǎn)生電路和輝光等離子參數(shù)測量電路，高壓電路由調(diào)壓器(7)、高壓變壓器(8)和整流二極管D1-D4組成，輝光產(chǎn)生電路由電容C和正、負(fù)電極組成，兩電極的間距為50-150MM，輝光等離子參數(shù)測量電路有輝光放電參數(shù)測量電路和電子濃度、溫度測量電路組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的研究直流輝光等離子體的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的輝光放電參數(shù)測量電路至少由電流測量電路和電壓測量電路組成。
全文摘要
一種研究直流輝光等離子體的實(shí)驗(yàn)裝置，它主要由直流輝光放電的機(jī)構(gòu)及配套電路組成，所述的放電機(jī)構(gòu)至少包括有一內(nèi)置有放電電極的低壓放電管，其內(nèi)置有測試探針，并開設(shè)有抽氣口和充氣口，其內(nèi)充入有空氣、氫氣、二氧化碳、氮?dú)庵兄辽僖环N工作氣體；所述的抽氣口接于一真空泵，并可使低壓放電管內(nèi)的真空氣壓在10Pa－400Pa；充氣口通過一流量計(jì)接至工作氣體的氣源；所述的低壓放電管內(nèi)軸向兩端放置有可在軸線50－150mm范圍內(nèi)移動(dòng)的放電電極；所述的低壓放電管的兩端通過兩個(gè)支架進(jìn)行固定，且在其兩端還設(shè)置有兩個(gè)各通過循環(huán)水接口接至循環(huán)水泵的水冷支座；它具有結(jié)構(gòu)簡潔，操作方便，性能價(jià)格比很高，適合批量生產(chǎn)，有利于推廣使用等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B25/00GK1825388SQ200610050020
公開日2006年8月30日 申請日期2006年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者馬志斌, 鄭志榮 申請人:杭州大華儀器制造有限公司