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等离子清洗机中交变电场对气体放电有什么影响?

返回列表 来源:普乐斯 浏览: 发布日期:2019-05-25 10:00【
文章导读:等离子清洗机变化的电场中,电场频率和电极间距对放电会产生重要的影响,反应在表面处理效果上比较明显,具体是什么原理呢?今天我们来探讨一下:
图1 水平电极间距在40mm的放电
图1 水平电极间距在40mm的放电
为了避免 等离子清洗机的电场频率对放电的影响,必须使电极间带电粒子的四分之一周期内完全到达电极,以不形成间隙中的空间电荷;为此当给定电极间距时交变电场频率应受到的限制,否则放电过程将受到空间电荷的影响,先考虑极板间的正离子的运动,假定交变电场E=E 0cosωt,K +为正离子的迁移率(迁移率=带电粒子速度/电场强度),经过计算得出对于给定的极间距离d,交变场最大的频率为:
ƒ max=K +E 0/2πd
如果频率确定,则极间相应距离为:
d max=K +E 0/2πƒ
这表明当d>d max时,则当电场改变极性之前,正离子不能到达阴极消失。在临界状态,即半周期内,正离子来回通过间隙一次,则临界频率ƒ c是ƒ max的二倍。
ƒ c=K +E 0/πd
下2图表示正离子在电场频率ƒ max<ƒ<ƒ c时的运动情况。
图2 正离子空间电荷运动示意图
图2 正离子空间电荷运动示意图
a.ωt=0,电子崩中电子进人阳极,间隙中只剩下正离子,正离子以K +E速度向
阴极移动。
b.ωt=π/6,正离子移动d/3的距离。
c.ωt=π/2,正离子移动2d/3的距离,这时电场为零。
d.ωt=5π/6,电场改变极性,正离子移动改变方向。
e.ωt=π,正离子到达阳极,新阴极产新电子崩。
f. ωt=7π/6,间隙中所有正离子消失了。

由此可见,根据空间电荷的影响可以有以下三种情况:
ƒ<ƒ max时:无空间电荷积累,击穿条件和静态相似。
ƒ max<ƒ<ƒ c:间隙中存在部分空间电荷,击穿电压比静态略低。
ƒ>ƒ c时,正离子的积累加强了空间电荷,离子空间电荷将在极间振荡,击穿电压比静态更低。

如果 等离子清洗机的电场频率再提高,碰撞电离产生的电子也没有足够的时间到达阳极,将在间隙中振荡,并和气体碰撞,电场足够强时产生越来越多的电子,直到最后击穿,因而这时可以是无极放电,因为这时的阴极过程已不起作用了。

电子在 等离子清洗机的电极间的运动导致另一临界频率称为截止频率ƒ ce由于电子的迁移速度比离子大两个数量级;如果电子不能到达阳极,它们将通过复合、附着或扩散而消失,击穿将决定于损失的机制,经过计算得到截止频率为:
ƒ ce=K -E 0/πd
如下图3所示在大气压下d=1cm的均匀电场中, 等离子清洗机的交变场击穿电压和静态击穿电场之比频率的关系。
图3 交变场击穿电压和静态击穿电场之比频率的关系
图3 交变场击穿电压和静态击穿电场之比频率的关系
等离子清洗机在交变场情况下,击穿电压和气压的关系也与静态不同,巴邢定律在较高的频率下不再适用。目前,交变电场产生等离子体的方式在工业应用与研究中被广泛应用.。比如大气压低温等离子体放电用中频电源、低气压射频电源以及微波源等等。


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