气体放电管+结构与+参数

•气体放电原理气体放电原理气体放电原理气体放电原理•气体放电管的结构及其组成气体放电管的结构及其组成气体放电管的结构及其组成气体放电管的结构及其组成•气体放电管的电气参数特性气体放电管的电气参数特性气体放电管的电气参数特性气体放电管的电气参数特性•气体放电管耐流特性气体放电管耐流特性气体放电管耐流特性气体放电管耐流特性•气体放电管典型保护原理及应用气体放电管典型保护原理及应用气体放电管典型保护原理及应用气体放电管典型保护原理及应用气体放电管结构气体放电管结构气体放电管结构气体放电管结构与与与与参数及其测试方法参数及其测试方法参数及其测试方法参数及其测试方法a.电压电流随时间关系图b.放电管伏安特性图Vs:击穿电压(Spark-overvoltage)Vgl:辉光电压(Glowvoltage)Va:弧光电压(Arcvoltage)Ve:息弧电压(Extinctionvoltage)G:辉光放电区(Glowmoderange)A:弧光放电区(Arcmoderange)一一一一、、、、气体放电管交流放电过程气体放电管交流放电过程气体放电管交流放电过程气体放电管交流放电过程1一一一一、、、、气体放电微观过气体放电微观过气体放电微观过气体放电微观过程程程程EPCOS04/20041一一一一、、、、气体放电微观过程气体放电微观过程气体放电微观过程气体放电微观过程EPCOS04/20042一一一一、、、、气体放电管微观放电过程气体放电管微观放电过程气体放电管微观放电过程气体放电管微观放电过程---汤生放电汤生放电汤生放电汤生放电气体放电分为两大类气体放电分为两大类气体放电分为两大类气体放电分为两大类：：：：非自持放电和自持放电，放电从非自持过渡到自持的现象称为气体击穿。这种放电现象与理论是本世纪初由科学家汤生提出的。非自持放电是指在存在外致电源的条件下放电才能维持的现象；自持放电是指去掉外致电离源的情况下放电仍能维持的想象。T0区区区区：：：：剩余电离粒子和电子在电场的作用下定向运动，电流从零开始逐渐增加，当极间电场足够大时，所有带电粒子都可到达电极，这时电流到达某一最大值。由于剩余电离产生的带电粒子密度一般很弱，所以T0区域饱和电流值仍然很小（约10^-12A量级)。T1区区区区：阴极发射的电子在电场的作用下获得足够的能量，它们与气体分子碰撞并产生电离，导致带电粒子增加，放电电流随之上升。T2区区区区：：：：电子与气体分子碰撞产生正离子，电流进一步增大。这里从阴极发射的最原始的电子是由某种光电效应产生的，如果这种光电效应突然消失，那么汤生放电区域的电流会立即中断，所以这种属于非自持放电。当作用在放电管两端的电压大于某一临界值Vs时，放电管的电流会突然迅速上升，如此时移去外界电离源放电会照旧维持，气体出现某种类型的自持放电，如辉光放电和弧光放电。这时气体产生了击穿或着火，其临界电压值Vs就称为击穿电压。2一一一一、、、、气体放电管微观放电过程气体放电管微观放电过程气体放电管微观放电过程气体放电管微观放电过程---汤生放电汤生放电汤生放电汤生放电汤生放电理论就是在此放电基础上引入三系数来描述由电子和正离子产生气体电离的汤生放电理论就是在此放电基础上引入三系数来描述由电子和正离子产生气体电离的汤生放电理论就是在此放电基础上引入三系数来描述由电子和正离子产生气体电离的汤生放电理论就是在此放电基础上引入三系数来描述由电子和正离子产生气体电离的机理机理机理机理：：：：汤生第一电离系数汤生第一电离系数汤生第一电离系数汤生第一电离系数αααα，，，，汤生第二电离系数汤生第二电离系数汤生第二电离系数汤生第二电离系数ββββ，，，，以及汤生第三电离系数以及汤生第三电离系数以及汤生第三电离系数以及汤生第三电离系数γγγγ。。。。电子和中性粒子使之电离的电子和中性粒子使之电离的电子和中性粒子使之电离的电子和中性粒子使之电离的αααα过程对放电起主要作用过程对放电起主要作用过程对放电起主要作用过程对放电起主要作用。。。。第三系数第三系数第三系数第三系数γγγγ又称正离子的表面电离系数又称正离子的表面电离系数又称正离子的表面电离系数又称正离子的表面电离系数，，，，表示每个正离子打在阴极上所引起的次级电表示每个正离子打在阴极上所引起的次级电表示每个正离子打在阴极上所引起的次级电表示每个正离子打在阴极上所引起的次级电子发射数子发射数子发射数子发射数。。。。2一一一一、、、、气体放电管击穿气体放电管击穿气体放电管击穿气体放电管击穿---帕邢定律帕邢定律帕邢定律帕邢定律气体击穿后的放电形式与电极形状气体击穿后的放电形式与电极形状气体击穿后的放电形式与电极形状气体击穿后的放电形式与电极形状、、、、极间距离极间距离极间距离极间距离、、、、气压以及外电路的特性有关气压以及外电路的特性有关气压以及外电路的特性有关气压以及外电路的特性有关，，，，在气体在气体在气体在气体种类和阴极材料都确定的情况下种类和阴极材料都确定的情况下种类和阴极材料都确定的情况下种类和阴极材料都确定的情况下，，，，式中式中式中式中A,B,γγγγ都是常数都是常数都是常数都是常数，，，，可见可见可见可见Vs仅是仅是仅是仅是pd乘积的乘积的乘积的乘积的函数函数函数函数，，，，实验已经充分的证明了这一点实验已经充分的证明了这一点实验已经充分的证明了这一点实验已经充分的证明了这一点，，，，Vs随随随随pd的变化规律关系称为帕邢定的变化规律关系称为帕邢定的变化规律关系称为帕邢定的变化规律关系称为帕邢定律律律律。。。。即在放电空间里即在放电空间里即在放电空间里即在放电空间里，，，，气体的击穿电压只是气压和极距乘积的函数气体的击穿电压只是气压和极距乘积的函数气体的击穿电压只是气压和极距乘积的函数气体的击穿电压只是气压和极距乘积的函数。。。。2一一一一、、、、气体放电管击穿气体放电管击穿气体放电管击穿气体放电管击穿---潘宁效应潘宁效应潘宁效应潘宁效应（（（（penningeffect)实验发现实验发现实验发现实验发现，，，，在适当的良种气体组成的混合气体中在适当的良种气体组成的混合气体中在适当的良种气体组成的混合气体中在适当的良种气体组成的混合气体中，，，，它的着火电压会低于单种气体的着它的着火电压会低于单种气体的着它的着火电压会低于单种气体的着它的着火电压会低于单种气体的着火电压火电压火电压火电压，，，，目前在氩目前在氩目前在氩目前在氩-汞以及氖汞以及氖汞以及氖汞以及氖-氩混合气体中都发现了这种现象氩混合气体中都发现了这种现象氩混合气体中都发现了这种现象氩混合气体中都发现了这种现象，，，，这种效应称为潘宁效这种效应称为潘宁效这种效应称为潘宁效这种效应称为潘宁效应应应应。。。。可用简式表示可用简式表示可用简式表示可用简式表示：：：：实验证明实验证明实验证明实验证明，，，，A的激发能越接近的激发能越接近的激发能越接近的激发能越接近B的电离能的电离能的电离能的电离能，，，，这种激发转移几率越大这种激发转移几率越大这种激发转移几率越大这种激发转移几率越大。。。。另外另外另外另外，，，，混合气体混合气体混合气体混合气体的碰撞截面积是单质气体的的碰撞截面积是单质气体的的碰撞截面积是单质气体的的碰撞截面积是单质气体的10倍以上倍以上倍以上倍以上，，，，这导致发生碰撞转移的几率也大这导致发生碰撞转移的几率也大这导致发生碰撞转移的几率也大这导致发生碰撞转移的几率也大，，，，由此可见潘由此可见潘由此可见潘由此可见潘宁效应对降低着火电压的作用宁效应对降低着火电压的作用宁效应对降低着火电压的作用宁效应对降低着火电压的作用。。。。2一一一一、、、、气体放电管放电过程气体放电管放电过程气体放电管放电过程气体放电管放电过程---辉光放电辉光放电辉光放电辉光放电辉光放电是一种重要的放电形式辉光放电是一种重要的放电形式辉光放电是一种重要的放电形式辉光放电是一种重要的放电形式，，，，是汤生放电的进一步发展是汤生放电的进一步发展是汤生放电的进一步发展是汤生放电的进一步发展，，，，主要区别在于辉光放电主要区别在于辉光放电主要区别在于辉光放电主要区别在于辉光放电有较大的电流有较大的电流有较大的电流有较大的电流。。。。因放电管出现特有的光辉而得名因放电管出现特有的光辉而得名因放电管出现特有的光辉而得名因放电管出现特有的光辉而得名，，，，辉光放电可分为亚辉光辉光放电可分为亚辉光辉光放电可分为亚辉光辉光放电可分为亚辉光、、、、正常辉光正常辉光正常辉光正常辉光及反常辉光放电三种类型及反常辉光放电三种类型及反常辉光放电三种类型及反常辉光放电三种类型。。。。辉光放电是一种自持放电辉光放电是一种自持放电辉光放电是一种自持放电辉光放电是一种自持放电，，，，放电电流大小为毫安级放电电流大小为毫安级放电电流大小为毫安级放电电流大小为毫安级，，，，它是靠正离子轰击阴极所产生的它是靠正离子轰击阴极所产生的它是靠正离子轰击阴极所产生的它是靠正离子轰击阴极所产生的二次电子发射来维持的二次电子发射来维持的二次电子发射来维持的二次电子发射来维持的。。。。辉光放电很明显分为以下几个区域辉光放电很明显分为以下几个区域辉光放电很明显分为以下几个区域辉光放电很明显分为以下几个区域：：：：阴极位降区阴极位降区阴极位降区阴极位降区：：：：阴极与阴极与阴极与阴极与a之间之间之间之间，，，，这里有很大的电场强度这里有很大的电场强度这里有很大的电场强度这里有很大的电场强度。。。。负辉区负辉区负辉区负辉区：：：：ab之间之间之间之间，，，，这里电离和激发主要由阴极位降加速下的快速电子碰撞气体原子而这里电离和激发主要由阴极位降加速下的快速电子碰撞气体原子而这里电离和激发主要由阴极位降加速下的快速电子碰撞气体原子而这里电离和激发主要由阴极位降加速下的快速电子碰撞气体原子而引起引起引起引起。。。。法拉第暗区法拉第暗区法拉第暗区法拉第暗区：：：：bc之间之间之间之间，，，，这里电子能量太低这里电子能量太低这里电子能量太低这里电子能量太低，，，，不足以激发气体原子不足以激发气体原子不足以激发气体原子不足以激发气体原子，，，，在在在在ac之间的电子之间的电子之间的电子之间的电子流主要是扩散电子流流主要是扩散电子流流主要是扩散电子流流主要是扩散电子流。。。。正柱区正柱区正柱区正柱区：：：：cd之间之间之间之间，，，，这里电场强度为常数这里电场强度为常数这里电场强度为常数这里电场强度为常数。。。。阳极辉区阳极辉区阳极辉区阳极辉区：：：：阳极附近的发光区阳极附近的发光区阳极附近的发光区阳极附近的发光区。。。。一一一一、、、、气体放电管放电过程气体放电管放电过程气体放电管放电过程气体放电管放电过程---弧光放电弧光放电弧光放电弧光放电弧光放电是一种自持放电弧光放电是一种自持放电弧光放电是一种自持放电弧光放电是一种自持放电，，，，它的主要特点是维持电压低它的主要特点是维持电压低它的主要特点是维持电压低它的主要特点是维持电压低，，，，通常只有通常只有通常只有通常只有30伏以内伏以内伏以内伏以内。。。。由于弧由于弧由于弧由于弧光电流很大光电流很大光电流很大光电流很大，，，，单靠正离子轰击阴极不能提供这么多电子单靠正离子轰击阴极不能提供这么多电子单靠正离子轰击阴极不能提供这么多电子单靠正离子轰击阴极不能提供这么多电子，，，，更多的电子应该是阴极自身更多的电子应该是阴极自身更多的电子应该是阴极自身更多的电子应该是阴极自身发射电子发射电子发射电子发射电子。。。。弧光放电分为三个区域弧光放电分为三个区域弧光放电分为三个区域弧光放电分为三个区域：：：：阴极位降区阴极位降区阴极位降区阴极位降区：：：：区域很短区域很短区域很短区域很短10^-4m，，，，压降压降压降压降10V，，，，电流密度很大电流密度很大电流密度很大电流密度很大（（（（10^10A/m2),这这这这个区域对于阴极发射电子及维持放电很重要个区域对于阴极发射电子及维持放电很重要个区域对于阴极发射电子及维持放电很重要个区域对于阴极发射电子及维持放电很重要。。。。阳极位降区