“介质阻挡放电”功率测量

主要有三种：功率表法，电压电流积分法和李萨如图形法1）功率表法：一般接在升压变压器的低电压侧，测量结果包括了变压器的损耗，而且灵敏度不够，不能反应电流的脉冲特征。虽然又很多缺点，但实现简单，因此仍是目前臭氧发生器领域功率测试的国家标准方法。2）电压电流积分法：这种方法似乎没有什么问题，但是因为丝状放电中有大量的电流窄脉冲，测量准确度受到影响。同时，该方法测量结果包括了介质电容和气隙电容上的无功功率，很难从测量结果中剔除。3）李萨如图形法：这种方法上世纪70年代才有人采用，因为引入了测量电容将电流脉冲平滑化，所以一般说来准确度要高一些，同时测量结果中不包括介质电容的影响。虽然如此，该方法也很有局限，（最大的局限就是一般只能应用到交流电压下的介质阻挡放电）介质阻挡放电就是交流电。对于准确测量介质阻挡放电的功率，尤其是有功功率，目前尚无比较完美的方法。辉光放电向丝状放电转化的原因一般情况下，介质阻挡辉光放电都是不能稳定的，经过一段时间后会转化为丝状放电。辉光放电是一种很均匀的放电形式，但是一些干扰因素会影响局部区域的均匀性，从而触发辉光放电向丝状放电转化。这些干扰因素包括：气体发热、等离子化学反应、电极表面效应、放电区域边缘处放电不均等。电子在介质表面扩展是导致向丝状放电转化的直接原因。假设某位置受到干扰导致 放电不均，这必将引起该位置所对应的介质表面电荷沉积不均（假设沉积得多一些），于是，下半个周期该位置处就会提前放电。由于电子在介质表面的扩展，该位 置周围气隙上的电压会随着该位置提前放电而迅速降低，这就抑制了该位置周围区域的放电，这种作用（促进该位置处的放电、抑制其周围的放电）是一种正反馈过 程，最终转化为丝状放电。汤逊放电理论与流注放电理论简介（翻译自B.Elliason的综述文章）间隙击穿的机理有两种，一种是汤逊理论，另一种是流注理论。二者适用范围不同，一般nd较小时，气体击穿是汤逊放电；nd较大就是流注放电。汤逊放电中，气体间隙击穿只能产生很少的空间电荷，雪崩和阴极二次电子发射形成反馈（二次电子发射主要由离子和紫外光子碰撞阴极引起），维持放电。阴极材料对放电过程影响很大，材料表面逸出功越小，二次电子发射就越容易。大气压下的气体放电大多是流注放电。在流注放电情况下，第一次雪崩击穿过程中就会产生大量的空间电荷，这 些空间电荷在传播路径上数量指数增长，它们形成的本征电场（自感应电场）会在雪崩头部与外施电场叠加，从而加强了雪崩头部与阳极间的电场强度。流注放电的 击穿机理有两种：1）正流注。由于很高的局部本征场作用，雪崩尾部的高能电子被加速，它们会快速离开（逸散电子）并引导放电通道向阳极发展。这些由逸散电子所产生的放电通 道会导致流注以很快的速度传播，远远快于只考虑电子漂移速度的情况。一旦空间电荷到达阳极，由空间电荷形成的电场就会发生反转，进而形成高强度的电场波向 阴极传播，电离路径上的原子和分子，仿佛一个向阴极扩展的电子波。这样在空间电荷通过间隙后，一个导电通道就形成了。中等间隙距离下容易导致这样的正流注 放电。2）负流注。雪崩发展过程中，一些激发的原子和分子会发射出紫外的光子，这些光子会产生两方面作用：一是碰撞阴极表面产生二次电子发射，增强雪崩的强度， 促进放电通道的形成；二是导致雪崩头部与电极之间原子和分子的电离。Garllimberti把电离产生的电子称为种子电子，这些种子电子会导致新的次雪 崩，次雪崩与主雪崩的结合会加速放电向阴极的扩展。这一过程反复进行，间接导致了空间电荷向阴极传播，形成负流注。这一理论用于解释负极性电晕放电中的流 注传播比较有效。微放电对臭氧发生器性能的影响介质阻挡放电最初用途就是生成臭氧，这方面的工业化应用已经有100多年历史了，尽管如此，臭氧生成效率迄今仍然不够高。介质阻挡放电中一般都是微放电形式，所谓微放电，就是大量的细微快脉冲放电， 其产生位置具有随机性，放电时间为10ns量级，整体看来是均匀而散漫的放电，类似辉光放电。微放电的特性对臭氧发生器性能影响最为直接，而目前国外相关 研究人员也正在从微放电入手，研究如何提高臭氧发生器的性能。概括的讲，微放电对臭氧生成主要有三方面影响：1） 氧气的分解效率决定于放电间隙的约化电场强度和电子携带的能量比率。电子携带的能量比例越高效率越高，因为重粒子携带的能量都损失掉了。2） 氧原子结合成臭氧的效率取决于于微放电通道中氧原子的浓度，氧原子浓度太高会促进O+O+M=O2+M和O+O3=2O2两个反应，从而降低O3生成效率。3） 臭氧的合成与分解是气隙温度的函数，而温度很大程度上取决于间隙中放电的平均能量密度。所以，为了从微放电入手提高臭氧生成效率，上面红色部分必需综合的加以考量。低温等离子体的应用现状（随意总结，不全）低温等离子体应用在材料处理、食品和医疗器械消毒、空气净化和废水处理、臭氧合成、飞机隐形、紫外光源和激光器、等离子平板显示器、生物改性等多个方面， 其中尤以材料处理最受人关注。在国外，芯片晶元的制造一般有两种方式，一是激光刻蚀，二是等离子刻蚀，而且后者更加受到研究人员的关注。在国内，塑料汽车 零件等也往往是通过低温等离子制造的。低温等离子材料处理技术已经成为当今制造业一项重要的高端技术，而且具有广阔的发展前景。前天晚上南京corona实验室的万工给我打电话，也谈到低温等离子应用现状和发展前景。前景就不说了，相当乐观。目前国内现状，以南京苏曼公司为例，其 盈利主要来源三方面：1）以汽车制造为主的材料处理；2）大型工矿企业废气废水处理；3）航天器和潜艇等室内空气净化。虽然只是一个公司的应用现状，但我 认为具有窥一斑知全貌的效果。低温等离子体领域一些专业名词翻译3streak photograph条纹照片，也叫纹影摄影weighting function权重函数solid angle立体角BNC香蕉头（接头的一种形式）diffusion coefficient扩散系数influence matrix影响线矩阵fixed grid points固定网格结构moving grid system移动网格系统charge carrier载流子，载荷dark space暗区creep discharge爬电,creep distance(爬距)photo effect光电效应relaxation time弛豫时间reaction kinetics反应动力学elastic loss弹性损失runaway electron逸散电子term项，方程中的一项normal component法向分量tangential component切向分量Gedanken experiment想象实验electronic excitation电子激发microwave oven微波炉binary collision二体碰撞EEDF电子能量分布函数mass质量activation energy活化能reactant反应物viz.即，也就是discharge poisoning放电中毒SOS半导体开关dew point露点AFM原子力显微镜turing pattern图灵斑图aspect ratio纵横比focal length焦距point charge点电荷unit vector单位向量flue gas废气、烟气pinch-effect箍缩效应Bipolar diffusion effect双极扩散效应static potential静息电位electrostatic potential静电势theromoionic field emission热致电场发射permittivity介电常数Cartesian geometry笛卡尔几何，解析几何equipotential contour等位线，等高线Hermstein glow明显的连续的辉光电晕区，但扩展范围有限，不足以产生流注axial component轴向分量SOR逐次超松弛法interpolation内插法，插值法partial differential equation偏微分方程substantial increase大幅度增长constitutive relations本质关系finite difference有限差分in series with与串连weighted average加权平均derivative导数，微商dependent variable因变量Euler欧拉contribution影响，分担，贡献difference scheme差分格式upper row上一行momentum conservation动量守恒Navier-Stokes equation粘性流体方程harmonic expansion谐波（傅立叶）展开look-up table查表，对照表blast wave冲击波concluding remarks结论radial direction径向mass density质量密度heat capacity热容ideal gas理想气体viscosity tensor粘性张量