201781气体放电解析

大型DBD臭氧发生器
电弧放电：电流密度大，温度高，电弧放电可用于焊接、
冶炼、照明、喷涂等。
刷状放电（丝状放电、流注放电）：
气体放电原理 通常情况下，气体是良好的绝缘体，不能传导电流。但是，在强电场、
光辐射、粒子轰击和高温加热等条件下，气体原子中的电子可从中获得能量， 从而可从低能级提到高能级，这种原子称为受激原子。当所获得能量大到一定 数值时，原子被电离成自由电子和正离子。如果许多原子都被电离，这时气体 就成为电离气体。而此时，由大量电离气体产生出的可以自由移动的带电粒子， 在电场作用下形成电流，使绝缘的气体成为良好的导体。这种电流通过气体、 绝缘气体成为良好导体的现象就被称为气体放电过程。
气体放电按电场均匀性分类
极不均匀电场：（电晕放电） 正电晕放电、负电晕放电 均匀电场：平板放电 稍不均匀电场
电晕放电：极不均匀电场所特有的一种 自持放电形式
极性效应：放电过程与电极的极性有关
介质阻挡放电的电极结构 均匀电场和极不均匀电场示意图
气体放电各过程的特点及应用
电晕放电：电晕放电的特征是伴有“嘶嘶”的响声，有 时有微弱的辉光，发生在极不均匀电场中的强电场区， 有棒板、线筒（板）电极等。可用于工业污染治理、除 尘器、静电喷涂装置、臭氧发生器，负电晕放电可以产 生负离子，可以做负离子机。
气体放电分类及其特性
罗洪春 2017.8.1
目录
一、气体放电的分类 1、气体放电过程的分类 2、气体放电电极结构的分类 3、气体放电按供电方式分类 4、气体放电按电场均匀性分类 5、气体放电各过程的特点及应用 二、气体放电原理 1、汤森理论 2、流注理论 三、电晕放电 1、电晕放电的各过程的基本特性 2、不均匀电场中放电的极性效应 四、 1、稍不均匀电场和极不均匀电场的不同特点 2、匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析
气体放电过程的分类
（1）按气体放电形成条件来分 非自持放电：依赖外界电离 自持放电：电晕放电、辉光放电、火花放电、 电弧放电。形成自持放电的条件可以通过汤森 理论来确定。
（2）按照气体放电明暗现象来分 暗放电现象：不发光的气体放电现象，包括汤 森放电、电晕放电。 光放电现象：发光的放电现象，比如辉光放电、 火花放电、电弧放电。
加强棒极附近电场
正空间电荷积聚， 加强了电离
削弱了正空间电荷外 部朝向板极的电场
积聚的正空间电荷在 间隙深处减弱电场
棒极附近易于形成流 注，起始电晕电压低
不利于流注向间隙深处 发展，放电发展困难， 故其击穿电压高
稍不均匀电场和极不均匀电场的不同特点
放电具有稍不均匀 场间隙的特点击穿 电压与电晕起始电 压相同
? 加电场前，外电离因素（光照射）在极 板间产生带电粒子，但带电粒子制作杂 乱无章的热运动，不产生电流；
正电晕放电类型，从左向右为：起始流 负电晕放电类型，从左向右：特里切 光、辉光电晕、流光电晕、火花放电。 尔脉冲、无脉冲电晕、火花放电。
不均匀电场中放电的极性效应
负极性棒－板间隙的电晕起始电压比正极性棒－板电极低 负极性棒－板间隙击穿电压比正极性棒－板电极高
负极性（负棒 —正板）
正空间电荷 （负极性）
流注形成示意图
电晕放电的一般描述
⑴ 电晕放电的概念
? 电晕放电——极不均匀电场所特有的一种自持放电现象
；
⑵ 发生电晕放电现象的条件
? 电场极不均匀时，曲率大的电极附近很小范围内带电粒子已达相当 数值时，间隙中大部分区域带电离子数值都仍然很小，放电达到自 持放电后，间隙没有击穿。
? 电场越不均匀，击穿电压和电晕起始电压间的差别也越大。
（3）按气体放电电压电流性质来分 1、按放电气体中电流密度的增加顺序 本底电离区、饱和区、汤森放电区、电
晕放电区、火花放电。 2、按放电电极所加电压的增加顺序 脉冲放电、辉光放电、流注放电、火
花放电。
典型的气体放电伏安特性
气体放电电极结构的分类
针板放电 针针放电 板板放电 针筒放电 介质阻挡放电 气体放电按供电方式分类 直流放电 交流放电：交流放电按频率又可分为低 频和高频，微波放电通常采用的频率为 2450MHz 脉冲放电
击穿电压
流注理论：pd值较大时的情况
特点：由电子崩形成 ---〉会产生电离特强，发展 速度更快的新放电区：流注放电；快一个数量级； 有分支
形成条件 ：空间电荷到达一定数量引起电场畸变； 复合产生光电离
电子崩空间电荷对原均匀电场的畸变。（ a） 电子崩示意图，（ b）崩空间中的电荷浓度 分布，（ c）空间电荷的电场，（ d）合成电 场。
汤森理论
汤逊机理认为二次电子的来源是正离子撞击阴极，使阴极表面发生电子 逸出（称二次电子发射），总电子数n0 ，电子在与气体分子碰撞时会引起后 者电离，发展成电子崩,总电子数n，自持放电条件是在气隙内初始电子崩消 失前产生新的电子来取代外电离因素产生的初始电子，即n = n0 。汤森理论 适用于气压比较低、气压与极距的乘积（Pd）比较小的情况，实验表明当 pd<200Toor?cm(1Toor=133.32Pa)时，主要是汤森机制起作用。
辉光放电：在电晕放电基础下，放电电流大，电场分布 均匀，大面积的均匀放电，发出柔弱的辉光，尤其适合 于等离子体材料表面改性。
火花放电：在电晕放电基础下，提高外加电压，而电源
的功率不太大时，高压电极间的气体在强电场的作用下
被击穿，产生明亮、曲折、狭窄且有分叉的电火花，并
伴随爆裂声，比如雷电。可以做日光灯的启辉器。
放电过程不稳 定，分散，属 于过渡区
放电具有极不均匀 场间隙的特点电晕 起始电压明显低于 击穿电压
半径为r 的球间隙的放电特性与极间距d的关系
电场不均匀系数： f ? Emax Ea
U Ea ? d
式中，U为极间电压；d为极间距离。
均匀电场下气体间隙中电流随电压变化的分析
I
oa段 随着电压升高，电流增大，到达极板的 带电粒子数量和速度也随之增大。
电晕放电由于局部强场区的放电过程造成。
电晕放电的各过程的基本特性
很薄的光晕层
明亮的类似闪 电的火花
电晕放电
正电晕—起始流光—辉光电晕—流光电晕—火花放电
断断续续的随 机电流脉冲
流光频率和强 度随电压பைடு நூலகம்断
升高
电流脉冲逐渐 减弱直至消失
负电晕—特里切尔脉冲—无脉冲电晕—火花击穿
电流脉冲具有 周期性
电压持续升高 导致火花击穿