不同气压下氦气介质阻挡辉光放电的特性研究.pdf

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1、不同气压下氦气介质阻挡辉光放电的特性研究李成柳刘文正刘星严伟（北京交通大学电气工程学院，北京100044）[摘要]大气压下辉光放电(APGD)在空气净化中有良好的应用前景。本文选取了大气压下普遍认为较易产生辉光放电的氦气作为反应气体，分别在不同气压（数百帕直至大气压）下，将其以一定的流速通过覆有介质材料的两平板电极之间，利用频率可变的高频电源，产生了介质阻挡辉光放电。采用日本Kando小组提出的修正的朗缪尔探针法，测得了等离子体的电子温度和电子密度。通过对不同气压下的放电电压和电流及等离子体参数的比较

2、，讨论了压强变化对于氦气环境下稳定辉光放电的影响。为进一步研究大气压下辉光放电的机理，实现大气压下空气环境中稳定的辉光放电提供了重要参考。[关键词]大气压辉光放电介质阻挡langmuir探针法放电特性一引言放电腔体隔直电容辉光放电等离子体低温等离子体中存在着大量的种类繁多的活性粒子，在医疗灭菌、AD表面改性，等离子体显示等领域都有许多重要电源的应用，有着很好的应用前景。目前，在实际工业生产中，广泛使用的是低气压辉光放电等BC离子体，但这种方式的真空系统所需的投资和运行费用较高。大气压下的辉光放电可以克

3、服以上的不足，可以在较低成本下实现流水线生产，有着更高的经济效益。图1大气压下辉光放电实验装置原理图常压下，尤其是空气中的辉光放电非常难A送气系统B抽真空系统C流量计D真空计以产生，长期以来一直是研究的难点。1988实验选用电源为自制的高频高压电源，年，日本的Kanada在惰性气体中实现了大气220V市电通过调压器经Boost电路和逆变电压下的辉光放电，之后法国、美国等研究小组路输出到高频变压器，变压器副边接平板放电也对大气压下的均匀辉光放电进行了实验研电极。输出频率为20KHz~50KHz可调，输出

4、究，在某些方面取得了很大进展。但人们对大空载电压最高可达2.5KV功能，最大输出功气压下辉光放电的产生机理仍不十分清楚，有[1]率1000W。待进一步研究。-2本文选取了普遍认为容易产生辉光放电的利用上述装置，先将系统气压抽至10，氦气作为反应气体，通以频率可变的高频高压然后通入纯氦气体（³99.99%），以此来改电源，在大气压下产生了介质阻挡辉光放电。变放电的压力环境，分别在不同的气压下，通并测量了等离子体的电子温度、电子密度。过增大或减小电源逆变环节输出脉宽和调压器电压的方式来控制单位周期的注入能

5、量，直至实现稳定的辉光放电，观察相应的等离子体二实验装置和实验过程放电的电压电流波形变化，并用langmiuor探大气压下辉光放电实验装置图如图1所针法对等离子体参数进行测量。示，放电腔体为一圆柱形不锈钢容器，采用了单端介质阻挡电极结构，电极是直径为6cm三不同气压下等离子体的电参数比较的平行板电极，其中一个电极上覆盖厚度为在氦气中，保持一定的电源频率（数十千1mm，直径9cm的聚四氟乙烯介质，两电极赫兹）和电源电压，通过调节电源脉冲宽度来板间距3mm。控制每周期内电源注入的能量，则随着脉宽的不断扩大

6、，极板间先出现起始辉光放电（设为A时刻），再到辉光覆盖整个电极板平面（设为B时刻），发光强度不断增强，直到出现丝状放电（设为C时刻）。图2和图3分别为气4压5.0´10Pa时B时刻和接近丝状放电时的辉光放电电压电流波形曲线。4图45.0´10Pa下丝状放电电流波形和起始放电电压一样，在电极板间隙和介质4的材料厚度一定时，平板电极被完全覆盖形成图25.0´10Pa下B时刻时电压电流波形稳定辉光放电时的电压在同一气压下并不随放电电源外电路参数改变（改变逆变电路占空比和调压器电压）而发生变化，它只随着气压升

7、高而增大，如图5所示，其变化趋势也与起始放电电压趋于一致。KV3图35.0´104Pa下接近丝状放电时电压电流波形2.521.5从图中可以看到，放电电压幅值随着每周期内1放电能量的大而增大，并逐渐接近正弦波，其0.5放电起始电压u、接近丝状放电时的电压值s0KPa050100150uf分别为us=1080V，uf=1640V；峰值电流A时刻电压B时刻电压有所增加，但电流波形变化不大，辉光覆盖极图5A、B时刻电压随气压变化关系曲线板时刻电流峰值i和临界丝状放电时刻电流s随着气压由低到高，辉光覆盖电极板时

8、刻峰值i分别为i=102.5mA，i=126.4mA。fsf的电流峰值不断上升，其变化规律如图6所在介质阻挡辉光放电中，放电的每半个周期都示，在6.0´104Pa时，电流峰值可达到53mA。产生一个尖峰电流值，这与如图4所示的丝状4在6.0´10Pa以上情况，需要调低电源脉宽放电电流波形有很大不同，后者在每半个周期以限制辉光放电向丝状放电转化。由以上现象[2]内，放电电流由多个微放电组成。可以得出，辉光放电等离子体吸收的功率òuidtP=也随着气压升高而