1 以往研究中對大氣壓等離子清洗機DBD均勻放電的判斷誤區
1-1 人們對均勻放電判斷的一個誤區是透過肉眼和長時間曝光照片來判斷放電是否均勻
該方法只能看到時間積分的影象。透過採用不同曝光時間獲得的DBD影象,雖然放電對應的實驗條件完全相同,放電細絲的數量及其分佈的均勻度卻均隨著曝光時間的增大而增加。因此,對於細絲放電,僅憑長曝光時間的影象或肉眼觀察,可能給人一種均勻放電的假象。
1-2 人們對均勻放電判斷的另一個誤區是依據電流波形或李薩如圖形。
在外加電壓的每半個週期內,如果只有一個電流脈衝,則認為其屬於均勻放電。該方法比前面的肉眼觀察方法前進了一步,但仍然不夠準確。因為它只能判斷氣隙中放電是否同步進行,而不能判斷放電是否均勻地分佈於整個電極表面。簡單地說,它只能判斷放電在時間上的一致性,而不能判斷放電在空間上的均勻性。至於李薩如圖形判斷法,它將放電電荷在阻擋介質上產生的電壓作為示波器y輸入,外加電壓作為x輸入。若所得到的四邊形的左右兩邊陡直向上,則判斷為均勻放電。顯然,該方法和電流波形法沒有本質區別,因而存在相同的缺陷。
綜上所述,只有拍攝曝光時間10ns左右的放電影象才能展現氣隙中真實的放電形態,才能準確判斷放電是否存在細絲。人們對大氣壓DBD均勻放電的屬性判斷也存在誤區,即把它們統稱為大氣壓輝光放電。實際上均勻放電包括湯生放電和輝光放電兩種不同的放電形式。這部分的詳細介紹在之後的文章也將予以展開。
2 實現大氣壓等離子清洗機DBD均勻放電的必要條件
均勻放電的定義既已明確,那麼是否可能實現大氣壓均勻放電,或者說實現這種放電必要條件是什麼?長期的DBD研究結果表明,實現大氣壓下均勻放電的難度非常大。目前,人們僅在大氣壓惰性氣體(氦氣、氖氣)中實現了輝光放電,在特定條件下的氮氣和空氣中實現了湯生放電,除此之外的絕大部分都是細絲放電,導致這種結果的原因可以這樣來理解。電子雪崩中電子數的倍增可以用下式表示:
公式中,a是電子碰撞電離係數。
前面提到,電子從陰極到陽極經歷的碰撞次數N正比於pd,大氣壓下N的數值非常大。α/p正比於αλe代表電子每一次碰撞平均產生的電子數,也就是電子平均碰撞電離的能力。既然大氣壓下電子經歷大量的碰撞不可避免,只能靠降低a/p(即減弱電子碰撞電離能力)來減少每一次碰撞產生的電子數,以抑制電子雪崩的過度發展而轉變為流注。因此,大氣壓下抑制細絲形成的唯一途徑是降低a/p。根據氣體放電理論,我們知道:
公式中,E是電場;A和B都是依賴於氣體種類的常數。顯然,在大氣壓下降低a/p意味著要降低放電時的電場,也就是說大氣等離子清洗機必須在低電場下發展電子雪崩才可以避免流注的產生。
1 以往研究中對大氣壓等離子清洗機DBD均勻放電的判斷誤區
1-1 人們對均勻放電判斷的一個誤區是透過肉眼和長時間曝光照片來判斷放電是否均勻
該方法只能看到時間積分的影象。透過採用不同曝光時間獲得的DBD影象,雖然放電對應的實驗條件完全相同,放電細絲的數量及其分佈的均勻度卻均隨著曝光時間的增大而增加。因此,對於細絲放電,僅憑長曝光時間的影象或肉眼觀察,可能給人一種均勻放電的假象。
1-2 人們對均勻放電判斷的另一個誤區是依據電流波形或李薩如圖形。
在外加電壓的每半個週期內,如果只有一個電流脈衝,則認為其屬於均勻放電。該方法比前面的肉眼觀察方法前進了一步,但仍然不夠準確。因為它只能判斷氣隙中放電是否同步進行,而不能判斷放電是否均勻地分佈於整個電極表面。簡單地說,它只能判斷放電在時間上的一致性,而不能判斷放電在空間上的均勻性。至於李薩如圖形判斷法,它將放電電荷在阻擋介質上產生的電壓作為示波器y輸入,外加電壓作為x輸入。若所得到的四邊形的左右兩邊陡直向上,則判斷為均勻放電。顯然,該方法和電流波形法沒有本質區別,因而存在相同的缺陷。
綜上所述,只有拍攝曝光時間10ns左右的放電影象才能展現氣隙中真實的放電形態,才能準確判斷放電是否存在細絲。人們對大氣壓DBD均勻放電的屬性判斷也存在誤區,即把它們統稱為大氣壓輝光放電。實際上均勻放電包括湯生放電和輝光放電兩種不同的放電形式。這部分的詳細介紹在之後的文章也將予以展開。
2 實現大氣壓等離子清洗機DBD均勻放電的必要條件
均勻放電的定義既已明確,那麼是否可能實現大氣壓均勻放電,或者說實現這種放電必要條件是什麼?長期的DBD研究結果表明,實現大氣壓下均勻放電的難度非常大。目前,人們僅在大氣壓惰性氣體(氦氣、氖氣)中實現了輝光放電,在特定條件下的氮氣和空氣中實現了湯生放電,除此之外的絕大部分都是細絲放電,導致這種結果的原因可以這樣來理解。電子雪崩中電子數的倍增可以用下式表示:
公式中,a是電子碰撞電離係數。
前面提到,電子從陰極到陽極經歷的碰撞次數N正比於pd,大氣壓下N的數值非常大。α/p正比於αλe代表電子每一次碰撞平均產生的電子數,也就是電子平均碰撞電離的能力。既然大氣壓下電子經歷大量的碰撞不可避免,只能靠降低a/p(即減弱電子碰撞電離能力)來減少每一次碰撞產生的電子數,以抑制電子雪崩的過度發展而轉變為流注。因此,大氣壓下抑制細絲形成的唯一途徑是降低a/p。根據氣體放電理論,我們知道:
公式中,E是電場;A和B都是依賴於氣體種類的常數。顯然,在大氣壓下降低a/p意味著要降低放電時的電場,也就是說大氣等離子清洗機必須在低電場下發展電子雪崩才可以避免流注的產生。