1703

Исследование газоразрядной плазмы зондовым методом

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Цель работы - ознакомиться с зондовым методом исследования плазмы и приобрести навыки экспериментального определения основных параметров плазмы в газоразрядном приборе: потенциала плазмы, температуры электронного газа, концентраций заряженных частиц.

Русский

2013-01-06

54.25 KB

37 чел.

Федеральное агентство по образованию

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Промышленная электроника»

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТРОНОЙ РАБОТЕ №2

по  теме «Исследование газоразрядной плазмы зондовым методом»

                                                          

 

                                              Тольятти 2012

  1.  Цель работы.

Цель работы - ознакомиться с зондовым методом исследования плазмы и приобрести навыки экспериментального определения основных параметров плазмы в газоразрядном приборе: потенциала плазмы, температуры электронного газа, концентраций заряженных частиц, скачка потенциала окол о стенки.

2.Принципиальная схема и описание лабораторной установки.

Объектом исследования является тиратрон VL типа МТХ-90 заполненный неоном. В качестве зонда используется его сетка, имеющая цилиндрическую формую. Последнее обстоятельство сказывается на форме участка аb зондовой характеристики, который имеет не горизонтальный, как у плоского зонда, а наклонный характер.

Питание анодной цепи тиратрона осуществляется от источника Ea. Анодный ток тиратрона задаётся резистором R2 и переменным резистором R1 и измеряется миллиамперметром РА1, подключаемым к гнёздам XS1 и XS2.

Отрицательный потенциал относительно анода подаётся на зонд от источника Ез, регулируется переменным резистором R3 и измеряется вольтметром PV, который подключается к гнёздам XS7 и XS8 стенда. Положительный (электронный) ток зонда, направленный во внешней цепи тиратрона от анода к сетке, измеряется миллиамперметром РА2, подключаемым к гнёздам XS3 и XS4 стенда. Отрицательный (ионный) ток зонда измеряется миллиамперметром РА3, подключаемым к гнёздам XS5 и XS6 стенда. Отключение РА2 и подключение РА3 осуществляется переключателем SA при нулевом значении тока зонда. Для подключения миллиамперметра РА2 переключатель SA должен находиться в правом положении, а для подключения миллиамперметра РА3 – в левом.

Измерительные приборы смонтированы в специальном блоке, внешний вид лицевой панели которого приведён на рис.5. Миллиамперметры РА1 и РА2 объединены в одном корпусе, причём миллиамперметру РА1 соответствует шкала 1, а миллиамперметру РА2 – шкала 2. Входными гнёздами РА1 являются XS1 и XS2 блока, а входными гнёздами РА2 – XS3 и XS4. При подключении миллиамперметров РА1…РА2 к лабораторному стенду необходимо обратить внимание на соответствие полярности гнёзд, указанной на лицевой панели блока, направлению тока, протекающего через каждый прибор.


  
                                                                                             


                                     

Внешний вид лицевой панели блока измерительных приборов.


Питание лабораторного стенда и блока измерительных приборов осуществляется однофазным переменным напряжением 220 В. 50 Гц. Для подключения стенда к сети на его передней панели установлен тумблер S, о появлении напряжения свидетельствует загорание сигнальной лампы HL Блок измерительных приборов подключается к сети через розетку на боковой панели стенда; включение блока производится тумблером S "Сеть" .

3.Программа работы.

3.1.Ознакомиться с зондовым методом исследования плазмы, схемой измерений, назначением переключателей и регулирующих органов.

3.2.Снять зондовые характеристики при двух различных значениях анодного тока тиратрона.

3.3.Обработкой полученных характеристик определить потенциал Uп плазмы в точке расположения зонда, плотности je0 и ji0 беспорядочных электронного и ионного токов, скачок потенциала US около изолированной стенки, температуру Те электронного газа и концентрацию ne электронов в плазме.

4.Ход работы.

4.1.Ход работы к пункту 3.1.

Собрали схему измерений, подключив измерительные приборы. Перед

включением лабораторной установки ручки переменных резисторов R1 и R3 повернули в крайнее левое положение, переключателем SA подключили миллиамперметр РА2. Подали напряжение на стенд и блок измерительных приборов.

4.2.Ход работы к пункту 3.2.

Вращением рукоятки резистора R1 добились зажигания тиратрона, после чего установили анодный ток Ia= 2 мА. Изменяя потенциал зонда резистором R3 от нуля до максимального значения, сняли показания миллиамперметра РА2 (при положительном токе зонда) или микроамперметра РА3 (при отрицательном токе зонда). Для более точного определения точек с и g зондовой характеристики уменьшили интервалы варьирования потенциала зонда в районе указанных точек. Учесть, что переход через точку с сопровождается резким изменением тока зонда. Сняли также зондовую характеристику при анодном токе Ia= 4 мА. Результаты измерений занесли в табл.1

Таблица 4.1.

Зондовая характеристика. Напряжение Uз зонда, В.

Напряжение,U 

Ток анода, мА

2

4

-0,6

2

-17,9

4

-19

2

-19,2

3,8

-20,7

1,8

-21,6

3,75

-22,2

1,56

-22,8

3,6

-23

0,8

-23,7

1,27

-24

0,6

-24,3

0,4

-24,6

0,6

-25

0,25

-25,2

0,15

-25,6

-0,05

-26,3

0,13

-26,6

-0,1

-27

-0,05

-27,9

-0,15

-28,6

-0,1

-29,3

-0,2

-29,7

-0,2

-30,3

-0,25

-32,4

-0,15

-32,9

-0,2

-0,3

-35

-0,35

-37,5

-0,25

-37,6

-0,4

4.3Ход работы к пункту 3.3

Для тока анода Ia = 2 мА построили зондовую характеристику и определили на ней положение характерных точек a, b, c, g. Определили потенциал плазмы, равный потенциалу зонда в точке с (рис 4.1).


Плотность беспорядочного ионного тока определяется по формуле

=2.5/80*10-6=0.03*10-6                                                          (4.1)

где Sз – поверхность зонда (для тиратрона МТХ-90  Sз = 8010-6м2)

Величину и плотность беспорядочного электронного тока зонда можно найти по формулам

Ie0 = Iзa + |Ii0|=2*10-3+2.25*10-3=4.25*10-3         (4.2)

=4.25*10-3/80*10^-6=0.05*103         (4.3)

где Iзa – ток зонда при потенциале зонда, равном потенциалу плазмы (т.е. в точке с).

Для определения температуры Тс электронного газа нужно построили зависимость lnIe = f(Uзп) (рис4.2) . Для этого нужно вначале рассчитать величины Uзп, Ie и lnIe , воспользовавшись формулами:

Uзп = UзUп                 (4.5)

Uзп1=-20.7-(-19)= -1.7

Uзп2=-22.2-(-19)= -3.2

Uзп3= -23.7-(-19)= -4.7

Uзп4= -24-(-19)= -5

Uзп5= -24.3-(-19)=-5.3

и

Ie = Iз + |Ij0|                            (4.6)

Ie1=2*10-3+2.25*10-3=4.25*10-3

Ie2=1.8*10-3+2.25*10-3=4.05*10-3

Ie3=1.27*10-3+2.25*10-3=3.52*10-3

Ie4=0.6*10-3+2.25*10-3=2.85*10-3

Ie5=0.4*10-3+2.25*10-3=2.65*10-3

lnIe1=1.44*10-3

lnIe2=1.39*10-3

lnIe3=1.25*10-3

lnIe4=1.04*10-3

lnIe5=0.97*10-3

=0.8/2=0.4                                                                    (4.7)

1.6*10-19/ 1.38*10-23*0.4=1.16*104                                        (4.8)         

=(4.03*1015*0.05*103)/(1.16*103)1/2=0.20    (4.9)

Проделали эти расчёты только для участка cg зондовой характеристики. После окончания построения графика зависимости lnIe = f(Uзп) для определения величины  Те воспользовались формулами (4.7) и (4.8).

Для определения концентрации электронов в плазме воспользовались формулой (4.9).

Точка g зондовой характеристики отличается тем, что в ней электронный ток зонда равен ионному току и суммарный ток равен нулю, что характерно для граничащей с плазмой диэлектрической стенки. Поскольку, таким образом, потенциал, соответствующий точке g , есть потенциал, который приняла бы стенка тиратрона в точке расположения зонда, разность потенциалов точек g и с представляет собой скачок потенциала US между плазмой и стенкой.

Вместе с тем величину  US  можно рассчитать по формуле

=8.63B               (4.10)

Все перечисленные выше построения и расчёты проделали также для значения анодного тока Ia = 4 мА. Рассчитанные параметры занесли в табл.4.2.

                                                                                                                      Таблица4.2.

Зависимости Uп, ji0, jе0, Te, ne  и US от анодного тока Ia.

Анодный ток

Ia, мА

Uп, В

ji0, A/м2

jе0, A/м2

Te, K

ne,м-3

US

Из характеристик, В

По уравнению, В

2

-19

0,053*103

4.25*10-3

1.16*104

0.20*1014

9

8.63

4

-18

0.03*10-6

0.11*103

1.16*104

0.41*1014

7.2

22.02

 


5.Вывод.

5.1 Ознакомились с зондовым методом исследования плазмы, схемой измерений, назначением переключателей и регулирующих органов.

Сняли зондовые характеристики при двух различных значениях анодного тока тиратрона.

Обработкой полученных характеристик определили потенциал Uп плазмы в точке расположения зонда, плотности je0 и ji0 беспорядочных электронного и ионного токов, скачок потенциала US около изолированной стенки, температуру Те электронного газа и концентрацию ne электронов в плазме.

6.Список использованной литературы.

6.1.Чернявский Н.И.  «Вакуумная и плазменная электроника» и «Физические основы электронной техники» 2007г.

7.Список контрольных вопросов.

  1.  Что такое газоразрядная плазма, каковы её основные свойства?
  2.  Какие процессы протекают в газоразрядной плазме?
  3.  Каковы основные положения диффузионной теории плазмы среднего давления?
  4.  В чём заключается зондовый метод определения параметров плазмы?
  5.  Как объясняется характер зондовой характеристики?
  6.  Чем объясняется то, что ионный ток на зонд меньше электронного?
  7.  Как зависят параметры плазмы от величины анодного тока?
  8.  Что характеризует температура электронного газа и какова её связь со средней скоростью движения электронов в плазме?
  9.  Как зависит плотность беспорядочного электронного тока на зонд от параметров плазмы (концентрации электронов, температуры электронного газа)?
  10.  Что называется максвелловским распределением электронов по скоростям?
  11.  Что может служить доказательством максвелловского распределения по скоростям электронов газоразрядной плазмы?

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20437. Разделение приложений по уровням 76 KB
  Например сервер распределенной базы данных может постоянно выступать клиентом передающим запросы на различные файловые серверы отвечающие за реализацию таблиц этой базы данных. В этом случае сервер баз данных сам по себе не делает ничего кроме обработки запросов. Однако рассматривая множество приложений типа клиентсервер предназначенных для организации доступа пользователей к базам данных многие рекомендовали разделять их на три уровня: уровень пользовательского интерфейса; уровень обработки; уровень данных. Уровень обработки обычно...
20438. CASE-средства 1.81 MB
  В предыдущей лекции было рассказано о видах диаграмм UML и даны некоторые рекомендации относительно последовательности их построения. Мы уже знаем что нотация UML специально разрабатывалась в расчете на то чтобы диаграммы можно было легко рисовать от руки. В этой лекции мы познакомимся с некоторыми подобными пакетами а именно: IBM Rational Rose; Borland Together; Microsoft Visio; Sparx Systems Enterprise Architect; Gentleware Poseidon; SmartDraw; Dia; Telelogic TAU G2; StarUML; другие программы UML отличное средство моделирования но как...
20439. Rational Rose DataModeler 29.5 KB
  Унифицированный язык объектноориентированного моделирования Unified Modeling Language UML явился средством достижения компромисса между этими подходами. Существует достаточное количество инструментальных средств поддерживающих с помощью UML жизненный цикл информационных систем и одновременно UML является достаточно гибким для настройки и поддержки специфики деятельности различных команд разработчиков. Таким языком оказался UML. Создание UML началось в октябре 1994 г.
20440. CASE-средства 39.5 KB
  Microsoft Visio Visio решение для построения диаграмм от Microsoft. По словам разработчиков Visio помогает преобразовать технические и бизнесконцепции в визуальную форму. Visio имеет некоторые дополнительные возможности но все же повторим по большей мере это только средство для иллюстрирования документов MS Office не дотягивающее до уровня пакетов которые мы описывали ранее. Изобразительные же возможности Visio действительно весьма широки: Используя предопределенные фигуры Visio Professional draganddrop и мастера вы можете...
20441. Эволюция CASE-средств 99.5 KB
  Таким образом CASEтехнологии не могут считаться самостоятельными методологиями они только делают более эффективными пути их применения. CASE ≈ не революция в программо технике: современные CASEсредства являются естественным продолжением эволюции всей отрасли средств разработки ПО. Традиционно выделяют шесть периодов качественно отличающихся применяемой техникой и методами разработки ПО которые характеризуются использованием в качестве инструментальных следующих средств: ассемблеров дампов памяти анализаторов компиляторов...
20442. Варианты архитектуры клиент-сервер 122 KB
  Варианты архитектуры клиентсервер Разделение на три логических уровня обсуждавшееся в предыдущем пункте наводит на мысль о множестве вариантов физического распределения по отдельным компьютерам приложений в модели клиентсервер. Серверы реализующие все остальное то есть уровни обработки и данных. Проблема подобной организации состоит в том что на самом деле система не является распределенной: все происходит на сервере а клиент представляет собой не что иное как простой терминал. Многозвенные архитектуры Один из подходов к организации...
20443. Введение в UML 54.5 KB
  Модель физического уровня в языке UML отражает компонентный состав проектируемой системы с точки зрения ее реализации на аппаратурной и программной платформах конкретных производителей. Сущности в UML В UML определены четыре типа сущностей: структурные поведенческие группирующие и аннотационные. Структурные сущности это имена существительные в моделях на языке UML.
20444. Document Object Model 54 KB
  Модель DOM не накладывает ограничений на структуру документа. Любой документ известной структуры с помощью DOM может быть представлен в виде дерева узлов каждый узел которого представляет собой элемент атрибут текстовый графический или любой другой объект. Изначально различные браузеры имели собственные модели документов DOM не совместимые с остальными.
20445. Диаграмма развертывания (deployment diagram) 62 KB
  Для представления общей конфигурации и топологии распределенной программной системы в UML предназначены диаграммы развертывания. Диаграмма развертывания предназначена для визуализации элементов и компонентов программы существующих лишь на этапе ее исполнения runtime. Те компоненты которые не используются на этапе исполнения на диаграмме развертывания не показываются.