千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電裝置，其特征在于，包括：透明容器，用于盛放待放電的液相介質(zhì)；兩個(gè)金屬放電電極；光纖探頭；電流探針，用于檢測(cè)所述液相介質(zhì)的放電電流，與示波器相連；電壓探針，用于檢測(cè)所述液相介質(zhì)的放電電壓，與示波器相連。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電測(cè)試方法。通過(guò)本裝置可以測(cè)量乙醇水溶液放電的電學(xué)參數(shù)與發(fā)射光譜，為今后研究乙醇水溶液加入其他有機(jī)溶質(zhì)催化和弱化放電反應(yīng)提供了支持。
【專利說(shuō)明】
千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于形成液相高電壓交流放電等離子體的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體是與固、液、氣三態(tài)并存的，物質(zhì)存在的第四態(tài)。至今，對(duì)水中放電的研究大多從應(yīng)用角度出發(fā)，而對(duì)水中脈沖放電等離子體特性的研究較少。由于在液體中放電復(fù)雜，使得對(duì)水中脈沖放電預(yù)擊穿過(guò)程的機(jī)理研究并不充分。早期液體放電的應(yīng)用主要是在兩電極施加直流電壓，由于離子流在電極附近的作用而產(chǎn)生氧氣和氫氣，實(shí)際效果為電解效應(yīng)，并無(wú)法形成有效放電等離子體。
[0003]液相高電壓交流放電與直流液相放電的不同之處在于，在交流液相放電中，等離子體將體現(xiàn)出不同的性質(zhì)，與直流電解效應(yīng)完全不同。液相高電壓交流放電技術(shù)在深海光源的開(kāi)發(fā)、等離子體液相聚合領(lǐng)域都有良好的應(yīng)用前景。在液相放電情況下等離子體聚合有聚合度高，單體利用率高，聚合速度快于氣體放電等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于放電等離子體環(huán)境后，能極大地提高原料的利用率，節(jié)約能源。作為尚未被廣泛研究的交流高電壓液相放電，具有良好應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種液相高電壓交流放電裝置及采用該裝置的方法。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電裝置，其特征在于，包括:
[0006]透明容器，用于盛放待放電的液相介質(zhì)；
[0007]兩個(gè)金屬放電電極，放入透明容器內(nèi)的液相介質(zhì)中，一個(gè)金屬放電電極接地，另一個(gè)金屬放電電極與可控頻率、電壓可調(diào)的高電壓交流電源的正極相連；
[0008]光纖探頭，放置于透明容器的正前方，與光譜儀相連，通過(guò)光纖探頭及光譜儀記錄液相介質(zhì)放電瞬間的放電光譜；
[0009]電流探針，用于檢測(cè)所述液相介質(zhì)的放電電流，與示波器相連；
[0010]電壓探針，用于檢測(cè)所述液相介質(zhì)的放電電壓，與示波器相連。
[0011]優(yōu)選地，所述透明容器內(nèi)設(shè)有固定架，所述金屬放電電極通過(guò)固定架固定在所述透明容器內(nèi)。
[0012]優(yōu)選地，所述兩個(gè)金屬放電電極的兩端間距可調(diào)。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0014]步驟1、搭建上述的乙醇水溶液交流放電裝置；
[0015]步驟2、配置一定濃度的乙醇水溶液后，將乙醇水溶液倒入所述透明容器；
[0016]步驟3、逐步提升高電壓交流電源輸出的交流電壓，當(dāng)開(kāi)始放電時(shí)，在示波器上讀取數(shù)據(jù)，并記錄當(dāng)前濃度的乙醇水溶液放電電壓曲線和放電電流曲線，同時(shí)利用光譜儀記當(dāng)前濃度的乙醇水溶液放電瞬間的放電光譜；
[0017]步驟4、配置不同濃度的乙醇水溶液后，返回步驟3，從而測(cè)量得到不同濃度的乙醇水溶液的放電電壓曲線、放電電流曲線與放電光譜。
[0018]通過(guò)本發(fā)明可以測(cè)量乙醇水溶液放電的電學(xué)參數(shù)與發(fā)射光譜，為今后研究乙醇水溶液加入其他有機(jī)溶質(zhì)催化和弱化放電反應(yīng)提供了支持，此研究可以為深海光源、有機(jī)溶液污水處理，管道除垢，電廠放電等現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)提供幫助。液相放電等離子體技術(shù)在節(jié)約能源，提高合成物質(zhì)的效率，降低成本，安全操作和環(huán)境保護(hù)等方面都有很大改進(jìn)，是一種很有前景的新技術(shù)，其應(yīng)用必將有重大的發(fā)展，將會(huì)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明提供的一種千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電裝置的示意圖；
[0020]圖2為濃度46%乙醇水溶液放電電壓波形；
[0021 ]圖3為濃度46%乙醇水溶液放電電流波形；
[0022]圖4為濃度50%乙醇水溶液放電電壓波形；
[0023]圖5為濃度50%乙醇水溶液放電電流波形；
[0024]圖6為濃度50%乙醇水溶液可見(jiàn)光光譜；
[0025]圖7為濃度54%乙醇水溶液放電電壓波形；
[0026]圖8為濃度54%乙醇水溶液放電電流波形；
[0027]圖9為濃度54%乙醇水溶液可見(jiàn)光光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0029]結(jié)合圖1，本發(fā)明提供的一種千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電裝置包括電源部分、透明容器I和電極部分。
[0030]在本實(shí)施例中，透明容器I采用光學(xué)石英燒瓶，便于放電光譜的拍攝。在光學(xué)石英燒瓶?jī)?nèi)裝有待放電的液相介質(zhì)，通常為溶解有機(jī)溶質(zhì)的有機(jī)溶劑，有機(jī)液相介質(zhì)作為載體。在光學(xué)石英燒瓶設(shè)置固定支架，兩根不銹鋼材質(zhì)的放電電極兩端插入固定支架，且兩根放電電極兩端的間距可調(diào)。由于在液相介質(zhì)中放電比較困難，所以放電電極一半為金屬針尖發(fā)生尖端放電，以降低放電所需要的電壓。
[0031]本實(shí)施例的電源部分采用一個(gè)可控頻率(6?20kHz)、電壓可調(diào)的高電壓交流電源2 ο高電壓交流電源2的正極接兩根放電電極中的一根，另一根放電電極則接地。本實(shí)施例分別用電流探針4及電壓探針5檢測(cè)液相介質(zhì)的放電電流及放電電壓，電流探針4及電壓探針5均與示波器相連。
[0032]在本實(shí)施例中，將光纖探頭3用支架架好，垂直放置于光學(xué)石英燒瓶正前方，打開(kāi)光譜軟件，調(diào)試設(shè)備參數(shù)，扣除暗光譜，待到溶液放電的瞬間，記錄放電光譜。
[0033]本發(fā)明的具體操作步驟如下:
[0034]步驟1、搭建如圖1所示的乙醇水溶液交流放電裝置；
[0035]步驟2、配置一定濃度的乙醇水溶液后，將乙醇水溶液倒入透明容器I;
[0036]步驟3、逐步提升高電壓交流電源2輸出的交流電壓，當(dāng)開(kāi)始放電時(shí)，在示波器上讀取數(shù)據(jù)，并記錄當(dāng)前濃度的乙醇水溶液放電電壓曲線和放電電流曲線，同時(shí)利用光譜儀記當(dāng)前濃度的乙醇水溶液放電瞬間的放電光譜；
[0037]步驟4、配置不同濃度的乙醇水溶液后，返回步驟3，從而測(cè)量得到不同濃度的乙醇水溶液的放電電壓曲線、放電電流曲線與放電光譜。
[0038]實(shí)施例1
[0039]使用本發(fā)明提供的液相等離子體放電實(shí)驗(yàn)裝置，配置46%濃度的乙醇水溶液，連接電壓和電流探頭，調(diào)節(jié)至匹配頻率，然后慢慢升高電源電壓，直至放電為止。液體未擊穿前，電極附近產(chǎn)生細(xì)密的小氣泡層;隨著電壓的升高，氣泡越來(lái)越多;開(kāi)始放電后，電極之間產(chǎn)生明亮的紫光，并伴隨有大量細(xì)密的小氣泡產(chǎn)生，發(fā)出響亮的劈啪聲。放電電壓、電流波形如圖2、圖3所示。
[0040]實(shí)施例2
[0041]使用本發(fā)明提供的液相等離子體放電實(shí)驗(yàn)裝置，配置50%濃度的乙醇水溶液，連接電壓和電流探頭，調(diào)節(jié)至匹配頻率，然后慢慢升高電源電壓，直至放電為止。液體未擊穿前，電極附近產(chǎn)生比較細(xì)密的小氣泡層;隨著電壓的升高，氣泡漸漸增多;開(kāi)始放電后，電極之間產(chǎn)生明亮的紫光，并伴隨有大量的中等氣泡產(chǎn)生，發(fā)出響亮的劈啪聲。放電電壓、電流波形如圖4、圖5所示。可見(jiàn)光光譜如圖6所示。
[0042]實(shí)施例3
[0043]使用本發(fā)明提供的液相等離子體放電實(shí)驗(yàn)裝置，配置54%濃度的乙醇水溶液，連接電壓和電流探頭，調(diào)節(jié)至匹配頻率，然后慢慢升高電源電壓，直至放電為止。液體未擊穿前，電極附近產(chǎn)生少量氣泡;隨著電壓的升高，氣泡變多；當(dāng)開(kāi)始放電后，電極之間產(chǎn)生明亮的紫光并伴隨有大量的較大氣泡產(chǎn)生，發(fā)出響亮的劈啪聲。放電電壓、電流波形如圖7、圖8所示?？梢?jiàn)光光譜如圖9所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電裝置，其特征在于，包括: 透明容器(I)，用于盛放待放電的液相介質(zhì)； 兩個(gè)金屬放電電極，放入透明容器(I)內(nèi)的液相介質(zhì)中，一個(gè)金屬放電電極接地，另一個(gè)金屬放電電極與可控頻率、電壓可調(diào)的高電壓交流電源(2)的正極相連； 光纖探頭(3)，放置于透明容器(I)的正前方，與光譜儀相連，通過(guò)光纖探頭(3)及光譜儀記錄液相介質(zhì)放電瞬間的放電光譜； 電流探針(4)，用于檢測(cè)所述液相介質(zhì)的放電電流，與示波器相連； 電壓探針(5)，用于檢測(cè)所述液相介質(zhì)的放電電壓，與示波器相連。2.如權(quán)利要求1所述的一種千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電裝置，其特征在于，所述透明容器(I)內(nèi)設(shè)有固定架，所述金屬放電電極通過(guò)固定架固定在所述透明容器(I)內(nèi)。3.如權(quán)利要求1所述的一種千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電裝置，其特征在于，所述兩個(gè)金屬放電電極的兩端間距可調(diào)。4.一種千赫茲級(jí)頻率的乙醇水溶液交流放電測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、搭建如權(quán)利要求1所述的乙醇水溶液交流放電裝置； 步驟2、配置一定濃度的乙醇水溶液后，將乙醇水溶液倒入所述透明容器(I); 步驟3、逐步提升高電壓交流電源(2)輸出的交流電壓，當(dāng)開(kāi)始放電時(shí)，在示波器上讀取數(shù)據(jù)，并記錄當(dāng)前濃度的乙醇水溶液放電電壓曲線和放電電流曲線，同時(shí)利用光譜儀記當(dāng)前濃度的乙醇水溶液放電瞬間的放電光譜； 步驟4、配置不同濃度的乙醇水溶液后，返回步驟3，從而測(cè)量得到不同濃度的乙醇水溶液的放電電壓曲線、放電電流曲線與放電光譜。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK106054042SQ201610629962
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月3日
【發(fā)明人】唐曉亮, 董思遠(yuǎn), 龐家玉, 郭少孟, 邱高
【申請(qǐng)人】東華大學(xué)