壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置。該裝置包括一個能夠耐壓耐溫的壓力氣罐、等離子體激勵器、泵組、加熱器、高速采集裝置和各種傳感器等等組成。等離子體激勵器可以將電線接入壓力氣罐中連接放電件，利用泵組能夠讓壓力氣罐中的壓力在0-1.1MPa范圍內變動，利用加熱片可以將其中的氣體加熱到100℃，高速采集裝置可以采集放電時候的電流和電壓，還可以通過安裝其他傳感器測量等離子體亮度等參數(shù)。利用本發(fā)明，能夠為研究氣體放電等離子體實驗提供不同壓力和溫度的反應環(huán)境，同時可以用于小件材料表面改性和臭氧生成等其他用途。
【專利說明】壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體放電等離子領域，尤其涉及一種可以提供不同壓力和溫度環(huán)境的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置。
【背景技術】
[0002]等離子體是由大量相互作用的但仍處于非束縛狀態(tài)下的帶電粒子組成的宏觀體系，是固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之外物質的第四態(tài)。將等離子體按照其中重粒子(分子、離子)的溫度的高低，可以分為熱平衡等離子體和非熱平衡等離子體，后者又稱為“冷”等離子體。冷等離子體主要由氣體放電產生，其中的重粒子溫度略高于室溫，而電子溫度很高。冷等離子體中除了有相當數(shù)量的電子和離子之外，還有大量的中性粒子(原子、分子和自由基、紫外光子)，它們比通常的化學反應器所產生的活性粒子種類更多、活性更強、更易于和所接觸的材料表面發(fā)生反應，因此冷等離子體被用來對材料表面進行處理、醫(yī)療器械的殺菌消毒等領域。
[0003]同時，近些年得到進一步發(fā)展的等離子測量技術也展現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢。利用等離子體電壓和電流隨著氣動特性變化為原理的等離子體探針在航空航天等需要超高頻測量的行業(yè)中有著巨大的潛力。這些方面的研究都需要能夠提供恒定壓力范圍和溫度范圍的氣體環(huán)境，所以能夠安全穩(wěn)定運行的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置的出現(xiàn)就顯現(xiàn)出了其重要性和必要性。

【發(fā)明內容】

[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，以能夠提供絕對壓力為ο-l.1MPa之間的壓力環(huán)境，能夠承受最高100°C的氣溫，測量高頻動態(tài)電信號，為需要穩(wěn)定壓力和溫度范圍的實驗提供氣體環(huán)境，并用于小件物品的材料表面改性和臭氧產生。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，該裝置包括:
[0008]圓筒形的壓力氣罐01，用于為氣體放電提供不同壓力和溫度的氣體環(huán)境，罐體頂端和底端均安裝有法蘭蓋；
[0009]安裝于壓力氣罐頂端法蘭蓋上的安全閥02，用于防止充壓過高而產生危險，當超過壓力氣罐所能夠承受的最高壓力時自動開啟放氣；
[0010]開在壓力氣罐側壁的高壓線入口 03和地線出口 09，高壓線11通過高壓線入口 03接入壓力氣罐中，地線10通過地線出口 09從壓力氣罐中引出；
[0011]對稱設置于壓力氣罐側壁的兩個觀察窗12，用于觀察壓力氣罐內部的放電現(xiàn)象；
[0012]開在壓力氣罐側壁的傳感器接口 13，用于為各種傳感器接入壓力氣罐中提供氣密性良好的通路；
[0013]泵組14，用于通過抽氣和充氣改變壓力氣罐內的空氣壓力；
[0014]閥門15，用于打開和關閉連接壓力氣罐與泵組之間的通路；
[0015]等離子體激勵器05，通過高壓線11和地線10，為等離子體放電件進行氣體放電提供合適電壓和頻率的交流電；
[0016]連接于高壓線的電壓探頭04，用于將高壓線的高電壓衰減后供高速示波器或板卡07采集；
[0017]連接于地線的電流探頭06，用于將地線中的電流放大后供高速示波器或板卡07米集；
[0018]高速示波器或板卡07，用于采集并顯示電壓探頭和電流探頭傳輸?shù)碾娦盘枺?br> [0019]電腦08，用來儲存和處理高速示波器或板卡07采集到的數(shù)據(jù)。
[0020]上述方案中，所述壓力氣罐01采用的材料為碳鋼，工作介質為空氣，所承受壓力為絕對壓力0-1.1MPa，所承受溫度為100°C，所述法蘭蓋采用螺栓與罐體固接。
[0021]上述方案中，所述地線10和高壓線11連接于壓力氣罐內部的等離子體放電件的電極。
[0022]上述方案中，從所述傳感器接口 13接入的傳感器及部件至少包括高精度氣壓表、熱電偶、照度計和加熱片。其中:所述高精度氣壓表用于測量壓力氣罐01內部的氣體壓力，量程為絕對壓力ο-1.1MPa，精度為0.4級，長期使用溫度不超過80°C;所述熱電偶為鎧裝熱電偶，用于測量壓力氣罐01內部的氣體溫度，量程為0-500°C ;所述照度計，用于測量壓力氣罐01內部等離子體亮度；所述加熱片,用于給壓力氣罐01內部的氣體加熱使其溫度升高，從而可以提供不同溫度的氣體環(huán)境。
[0023]上述方案中，所述等離子體激勵器05由可產生高壓高頻電的標準波形交流電源及其控制器構成，控制器用于控制產生的交流電的幅值。
[0024]上述方案中，所述電壓探頭04、電流探頭06與高速示波器或板卡07配合使用。
[0025]上述方案中，所述計算機08具有配置較高的處理器、較大的內存以及較大的存儲量，以適合海量數(shù)據(jù)的高速處理運算。其中，所述配置較高的處理器至少為Intel公司的酷睿i7四核處理器，所述較大的內存至少為8G，所述較大的存儲量至少為1T。
[0026](三)有益效果
[0027]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0028]1、本發(fā)明提供的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，能夠為氣體放電提供不同壓力和不同溫度的氣體環(huán)境，從而可以為等離子體研究和材料表面處理等提供實驗
T D O
[0029]2、本發(fā)明提供的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，在高壓線和地線與金屬壓力氣罐的連接處采用了“聚四氟乙烯套筒+法蘭蓋”的結構，能夠有效防止高壓擊穿和爬電的現(xiàn)象發(fā)生，增加了安全性。
[0030]3、本發(fā)明提供的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，集成了高速示波器或板卡與電腦組合的采集系統(tǒng)，能夠實時觀測和處理實驗數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】[0031]圖1為依照本發(fā)明實施例的壓力溫度可調的氣體放電等離子發(fā)生裝置的組成簡圖。
【具體實施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，本發(fā)明提供的具體參數(shù)值無需嚴格遵守，而是在可接受的誤差容限或設計約束內近似于所述值。
[0033]如圖1所示，圖1為依照本發(fā)明實施例的壓力溫度可調的氣體放電等離子發(fā)生裝置的組成簡圖，該壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置包括圓筒形的壓力氣罐01、安裝于壓力氣罐頂端法蘭蓋上的安全閥02、開在壓力氣罐側壁的高壓線入口 03和地線出口 09、對稱設置于壓力氣罐側壁的兩個觀察窗12、開在壓力氣罐側壁的傳感器接口 13、泵組14、閥門15、連接于高壓線11和地線10的等離子體激勵器05、連接于高壓線的電壓探頭04、連接于地線的電流探頭06、高速示波器或板卡07和電腦08，其中:
[0034]圓筒形的壓力氣罐01能夠耐壓耐溫，用于為氣體放電提供不同壓力和溫度的氣體環(huán)境，罐體頂端和底端均安裝有法蘭蓋，法蘭蓋采用螺栓與罐體固接。安裝于壓力氣罐頂端法蘭蓋上的安全閥02用于防止充壓過高而產生危險，當超過壓力氣罐所能夠承受的最高壓力時自動開啟放氣。高壓線11通過高壓線入口 03接入壓力氣罐中，地線10通過地線出口 09從壓力氣罐中引出，地線10和高壓線11連接于壓力氣罐內部的等離子體放電件的電極。對稱設置于壓力氣罐側壁的兩個觀察窗12用于觀察壓力氣罐內部的放電現(xiàn)象。開在壓力氣罐側壁的傳感器接口 13用于為各種傳感器接入壓力氣罐中提供氣密性良好的通路。泵組14用于通過抽氣和充氣改變壓力氣罐內的空氣壓力，閥門15用于打開和關閉連接壓力氣罐與泵組之間的通路。等離子體激勵器05用于為等離子體放電件進行氣體放電提供合適電壓和頻率的交流電。等離子體激勵器05由可以產生高壓高頻電的標準波形交流電源及其控制器構成，控制器用于控制產生的交流電的頻率和幅值。連接于高壓線的電壓探頭04用于將高壓線的高電壓衰減后供高速示波器或板卡07采集。連接于地線的電流探頭06用于將地線中的電流放大后供高速示波器或板卡07采集。高速示波器或板卡07用于采集并顯示電壓探頭和電流探頭傳輸?shù)碾娦盘?，電腦08用來儲存和處理高速示波器或板卡07采集到的數(shù)據(jù)。
[0035]壓力氣罐01采用的材料為碳鋼，工作介質為空氣，所承受壓力為絕對壓力0-1.1MPa，所承受溫度為100°C。從傳感器接口 13接入的傳感器及部件至少包括高精度氣壓表、熱電偶、照度計和加熱片，其中:高精度氣壓表用于測量壓力氣罐01內部的氣體壓力，量程為絕對壓力0-1.1MPa，精度為0.4級，長期使用溫度不超過80°C ;熱電偶為鎧裝熱電偶，用于測量壓力氣罐01內部的氣體溫度，量程為0-500°C;照度計用于測量壓力氣罐01內部等離子體亮度；加熱片用于給壓力氣罐01內部的氣體加熱使其溫度升高，從而可以提供不同溫度的氣體環(huán)境。計算機08具有配置較高的處理器、較大的內存以及較大的存儲量，以適合海量數(shù)據(jù)的高速處理運算，其中，配置較高的處理器至少為Intel公司的酷睿i7四核處理器，較大的內存至少為8G，較大的存儲量至少為1T。
[0036]壓力氣罐01的上下法蘭蓋可以打開，將等離子體放電件放入氣罐中，將等離子體激勵器05的高壓線11和地線10分別接到等離子體放電件的兩個電極上，然后將法蘭蓋安裝好，保持氣罐氣密性良好。然后根據(jù)圖1所示將其他部件都連接好，泵組14包括一臺真空泵和充氣泵，使用時根據(jù)所需的壓力開啟其中一臺泵工作；密切監(jiān)控氣壓表的讀數(shù)，將氣罐內的氣體壓力調節(jié)到所需的壓力值以后，依次關閉閥門15和泵14。然后開啟等離子體激勵器05，調節(jié)到合適的電壓峰值和頻率，即可在放電件中產生等離子體，然后利用高速示波器或者板卡07采集所需要的數(shù)據(jù)，通過電腦08對數(shù)據(jù)進行儲存和處理。
[0037]觀察窗12為對向布置,一共有兩個,可以通過觀察窗在壓力氣罐外部布置高速攝像機或者ICCD相機等對等尚子體放電的現(xiàn)象進行拍攝和記錄。
[0038]本發(fā)明提供的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，通過真空泵和充氣泵能夠使氣罐內的絕對壓力從0-1.1MPa范圍內變化，設定好所需壓力值，當抽氣或者充氣達到所需的壓力值時，泵自動停止，此時關閉閥門15，從而使氣罐內的壓力值保持恒定。高壓線入口 03是等離子體激勵器05的高壓線進入氣罐的入口，地線出口 09是地線接出氣罐的出口，二者均采用“聚四氟乙烯套筒+法蘭蓋”的結構，能夠在保證氣密性的同時防止爬電現(xiàn)象的產生。
[0039]等離子體激勵器05由可以產生高壓高頻電的標準波形交流電源和其控制器組成，控制器控制產生的交流電的頻率和幅值；本實施例中采用CTP — 2000K的低溫等離子體實驗電源，電壓輸出范圍為0-30KV，頻率為20KHz ;等離子體激勵器接出高壓線11和地線10連接于連接等離子體壓力探針；等離子體激勵器并不局限于某一具體的產品，只要是可以產生高壓高頻標準波形的可控交流電源即可。
[0040]電壓探頭04、電流探頭06與高速示波器或板卡07配合使用。電壓探頭04、電流探頭06與高速示波器或板卡07分別采用P6015A高壓探頭、TCPA300電流探頭以及DP03034數(shù)字熒光彩色示波器；電壓探頭04采用1000: I的比例將等離子體激勵器05的高電壓值衰減為低電壓，電流探頭06采用互感原理，將回路中的電流按照1: 5或者1: 10的比例放大，供高速示波器或板卡07采集。DP03034數(shù)字熒光彩色示波器帶寬為300MHz，采集速度為2.5GS/s，5M記錄長度，有4個模擬輸入通道；高速采集板卡采用PX1-5154高速采集卡，兩個模擬信號輸入通道，帶寬為IGHz，采集速度為2GS/s。
[0041]需要研究溫度對于放電的影響時，可以給壓力氣罐內部的加熱片通電，通過熱電偶測量出來的溫度即可觀測內部氣體溫度的變化。
[0042]該壓力氣罐由具有壓力容器生產資質的廠方制造，其中配備的閥門、氣泵以及各種傳感器都可以在市面上直接買到或者訂做，并不局限于某種特定型號。電壓探頭、電流探頭和高速示波器已經詳細介紹過，在此也不再贅述。
[0043]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，該裝置包括: 圓筒形的壓力氣罐(01)，用于為氣體放電提供不同壓力和溫度的氣體環(huán)境，罐體頂端和底端均安裝有法蘭蓋； 安裝于壓力氣罐頂端法蘭蓋上的安全閥(02)，用于防止充壓過高而產生危險，當超過壓力氣罐所能夠承受的最高壓力時自動開啟放氣； 開在壓力氣罐側壁的高壓線入口(03)和地線出口(09)，高壓線(11)通過高壓線入口(03)接入壓力氣罐中，地線(10)通過地線出口(09)從壓力氣罐中引出； 對稱設置于壓力氣罐側壁的兩個觀察窗(12)，用于觀察壓力氣罐內部的放電現(xiàn)象；開在壓力氣罐側壁的傳感器接口(13)，用于為各種傳感器接入壓力氣罐中提供氣密性良好的通路； 泵組(14)，用于通過抽氣和充氣改變壓力氣罐內的空氣壓力； 閥門(15)，用于打開和關閉連接壓力氣罐與泵組之間的通路； 等離子體激勵器(05)，通過高壓線(11)和地線(10)為等離子體放電件進行氣體放電提供合適電壓和頻率的交流電； 連接于高壓線的電壓探頭(04)，用于將高壓線的高電壓衰減后供高速示波器或板卡(07)采集； 連接于地線的電流探頭(06)，用于將地線中的電流放大后供高速示波器或板卡(07)米集； 高速示波器或板卡(07)，用于采集并顯示電壓探頭和電流探頭傳輸?shù)碾娦盘枺? 電腦(08)，用來儲存和處理高速示波器或板卡(07)采集到的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，所述壓力氣罐(01)采用的材料為碳鋼，工作介質為空氣，所承受壓力為絕對壓力ο-l.1MPa，所承受溫度為100°C，所述法蘭蓋采用螺栓與罐體固接。
3.根據(jù)權利要求1所述的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，所述地線(10)和高壓線(11)連接于壓力氣罐內部的等離子體放電件的電極。
4.根據(jù)權利要求1所述的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，從所述傳感器接口(13)接入的傳感器及部件至少包括高精度氣壓表、熱電偶、照度計和加熱片。
5.根據(jù)權利要求4所述的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于， 所述高精度氣壓表用于測量壓力氣罐(01)內部的氣體壓力，量程為絕對壓力0-1.1MPa,精度為0.4級，長期使用溫度不超過80°C ； 所述熱電偶為鎧裝熱電偶，用于測量壓力氣罐(01)內部的氣體溫度，量程為0-500°C ； 所述照度計，用于測量壓力氣罐(01)內部等離子體亮度； 所述加熱片，用于給壓力氣罐(01)內部的氣體加熱使其溫度升高，從而可以提供不同溫度的氣體環(huán)境。
6.根據(jù)權利要求1所述的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，所述等離子體激勵器(05)由可產生高壓高頻電的標準波形交流電源及其控制器構成，控制器用于控制產生的交流電的幅值。
7.根據(jù)權利要求1所述的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，所述電壓探頭(04)、電流探頭(06)與高速示波器或板卡(07)配合使用。
8.根據(jù)權利要求1所述的壓力溫度可調的氣體放電等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，所述計算機(08)具有配置較 高的處理器，至少為Intel公司的酷睿i7四核處理器，內存至少為8G，存儲量至少為1T，以適合海量數(shù)據(jù)的高速處理運算。
【文檔編號】H05H1/24GK103906336SQ201410147983
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權日:2014年4月14日
【發(fā)明者】李帆, 張文強, 林峰 申請人:中國科學院工程熱物理研究所