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传感器与微系统（Transducer and MicrosystemTechnologies）
2017年第36卷第9期
DOI:10.13873/J.10009787(2017)09002203
新型辉光放电装置设计与关键参数研究*
程明，俞建成，张俊良，吴焕铭
（宁波大学信息科学与工程学院，浙江宁波315211）
要：基于针-网放电结构，设计了一种新型的辉光放电装置，并研究了放电针数量、针间距、放电间距摘
和载气流速等因素对放电稳定性、起辉电压、放电功率及放电能量密度的影响。实验表明：载气流可带走放电产生的不均匀热量，使得放电更加稳定；电极间距越小，起辉电压越低，越容易向火花放电过渡；针间
距越大，单针的放电功率也越大。放电能量密度不仅受针间距的影响，还受到放电针数量的影响。关键词：群光放电；针-网结构；等离子体；放电功率；能量密度
中图分类号：0539
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2017)09-0022-03
Designofnovelglowdischargedeviceandresearch
onkeyparameters*
CHENG Ming, YU Jian-cheng, ZHANG Jun-liang, WU Huan-ming
( School of Information Science and Engineering, Ningbo University,Ningbo 315211,China)
Abstract: Based on needle-mesh discharge structure, design a new kind of glow discharge device, and study on influence of pin number, pin spacing, discharge spacing and carrier gas flow rate and other factors on discharge stability,threshold voltage, power and power density. Experiments show that the heat can be carried out by the carrier air, which makes the discharge more stable, The smaller the electrode spacing is, the lower the threshold voltage is,the easier the transition to spark discharge ; the greater the spacing of needles is, the greater discharge power of single needle is, Energy density of discharge is not only affected by spacing of needle,but also mumbers of discharge needle.
Key words: glow discharge; needle-mesh structure; plasma; discharge power; energy density
0引言
维持辉光放电并尽可能提高电离效率具有重要的意义[-3]。近年来，放电条件如电源类型、电极间距、温度和载气流速等因素对效电特性的影响成为研究热点（4,5]。放电结构包括针-板"】、针-柱{7】、针-强面*】等；电极材料包括不锈钢、铜、钨等。CodyRB等人(9i在针-板放电结构的基础上，发现通人一定的情性气体，可以实现稳定的辉光放电；AkishevY课题组[10]在针-板放电的结构基础上采用高压直流电源，降低了对电源的要求，筒化了匹配电路；任春生课题组"]在多针放电的基础上提出了加大电极间距放电，在击穿电压较高的情况下，可以有效抑制放电向火花过渡。辉光放电离子化效率是研究辉光放电离子源的关键，而离子化效率由放电结构和外部条件共同影响，所以，找到最佳的放电条件成为当务之急。
本文采用多针-网放电结构，阴极独立的效电针在辉光收稿日期：2017-05-22
阶段时，单针产生的辉光区域逐渐扩大直至针与针之间的放电区域相互融合，形成一个整体的等离子区。阳极通透的网结构配合轴向气流在稳定辉光放电的同时能够节省载气的通入量。在该基础上通过控制变量法探究针的数量、电极间距和载气流速等因素对放电稳定性、起辉电压、放电功率和放电能量密度的影响，并测得该条件下起辉电压与针数量、电极间距的关系曲线及针间距对放电功率和放电
能量密度的影响。辉光放电原理
气体放电存在击穿临界值，称之为击穿电压2)，当电极间的电压大于临界值，气体放电会由电晕放电进人辉光放电，此时放电电流持续增大，极间电压下降并逐渐保持稳定，这个状态称之为稳定的辉光放电。图1为常见的辉光放电装置结构。
在一定压强P和电极间距d下，气体放电满足帕形邢定
*基金项日：国家白然科学基金资助项目（61501273，11504189）；浙江省自然科学基金资助项日（LY16B050002）；宁波大学王宽诚率福基金资助项目