×
10.07.2015
216.013.60b5

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПЛАЗМЫ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ измерения плавающего потенциала в плазме и может использоваться для диагностики параметров плазмы газового разряда. При реализации способа зонд размещают внутри соленоида, размеры которого много меньше размеров плазмы, а его конструкция обеспечивает установление потенциала зонда на уровне потенциала пространства в месте его размещения. Это достигается путем локального замагничивания электронов внутри соленоида таким образом, что на зонд они могут поступать только путем диффузии поперек линий магнитной индукции. В этом случае при достижении достаточной величины магнитной индукции поток электронов на зонд снижается до значения потока ионов, а потенциал зонда становится равным потенциалу плазмы в данной точке пространства. 2 ил.
Основные результаты: Способ измерения потенциала плазмы (пространства), включающий размещение в объеме плазмы зонда и измерение возникающей между ним и опорным зондом разности потенциалов пассивным методом, отличающийся тем, что зонд находится внутри соленоида с размерами, много меньшими линейных размеров плазмы, в котором с помощью внешнего источника тока создается локальное магнитное поле, а конструкция соленоида такова, что поступление электронов на электрод возможно только при движении поперек магнитных силовых линий, что приводит к выравниванию идущих на него токов ионов и электронов и установлению на электроде потенциала, равного потенциалу плазмы (пространства).
Реферат Свернуть Развернуть

Использование: диагностика параметров плазмы. Цель изобретения - повышение оперативности и надежности результатов измерения потенциала плазмы.

Известны методы определения потенциала плазмы (UП), в основе которых лежит применение зондов Ленгмюра в различных вариациях. Теория интерпретации зондовых измерений достаточно сложная и не всегда однозначная [1-4]. Проблема состоит в том, что прямо измерить величину UП, например, относительно заземленного электрода с помощью обычного зонда невозможно из-за возникновения вокруг него слоя объемного заряда. Изолированный зонд при этом будет находиться под плавающим потенциалом (UПП). В то же время для интерпретации зондовых характеристик необходимо знать потенциал измерительного зонда (UЗ) относительно потенциала плазмы (потенциала пространства), тогда как из экспериментов известен потенциал зонда относительно некоторого опорного электрода, например заземленного электрода(UПЗ). В соответствии с классическими представлениями UП определяется как потенциал точки перегиба ВАХ зонда [3]. Однако у экспериментальных ВАХ зонда из-за влияния ряда факторов (загрязнение поверхности зонда, сток электронов на зонд, колебания потенциала плазмы, и др.) явно выраженный перегиб часто отсутствует. Поэтому для определения UП используются характерные точки на графике второй производной зондового тока по потенциалу зонда. Хотя единого мнения нет, в большинстве работ UП определяется исходя из условия равенства второй производной нулю. Одним из методов экспериментального определения UП является использование нагреваемых эмитирующих зондов: при эмиссии электронов зондом ВАХ эмитирующего и неэмитирующего зондов в области электронного тока насыщения (область положительных значений UЗ на ВАХ) совпадают, но различаются при отрицательных UЗ.

Принимается, что потенциал зонда, при котором ВАХ начинают различаться, и является потенциалом плазмы. Еще более сложной является интерпретация результатов зондовых измерений в плазме, создаваемой переменными полями (ВЧ и СВЧ разряды), а также в плазме в присутствии колебаний потенциала плазмы. В этом случае возможны дополнительные искажения ВАХ зонда [4-5]. Они связаны с тем, что слой пространственного заряда у зонда является нелинейным элементом и при воздействии на него переменного напряжения происходит преобразование частоты и, в частности, в переменном сигнале появляется постоянная составляющая (выпрямление на слое как нелинейном элементе). Это ведет к появлению дополнительного (к внешнему напряжению) смещения зонда, причем величина этого смещения зависит от потенциала зонда. Все методы уменьшения этой погрешности (пассивные и активные) связаны с уменьшением переменного напряжения на слое объемного заряда. Основная идея предлагаемого метода измерения UП заключается в устранении условий возникновения слоя объемного заряда у вводимого в разряд зонда.

Для измерения потенциала плазмы разработано устройство, основные элементы которого показаны на фиг.1, где: 1 - корпус, 2 - обмотка, 3 - плоский зонд, 4 - изолятор вывода зонда, 5 - выводы обмотки. Оно представляет собой фторопластовую катушку с внешним ⌀15, высотой 10 и внутренним отверстием ⌀7 мм, на которую были намотаны 600 витков медного провода ⌀0,2 мм. С помощью этой обмотки внутри катушки создавалось постоянное магнитное поле с силовыми линиями, параллельными ее оси. Внутри отверстия катушки размещался плоский зонд площадью 30 мм2. Плоский зонд углублялся в корпус катушки так, что его поверхность уходила за пределы проекции отверстия на плоскость, перпендикулярную его оси, на 0,5 мм. Зонд был изготовлен из нержавеющей стали. Разность потенциалов между зондом и заземленным электродом определялась по величине тока в цепи, включающей в себя LC-фильтр, микроамперметр и ограничительные сопротивления величиной до 120 Мом, что позволяло поддерживать ток в цепи не более 3 мкА. Это обеспечивало сведение к минимуму искажений, вносимых зондом в разряд. Схема измерений была пассивная, т.е. никакого дополнительного смещения на зонд не подавалось.

Принцип работы устройства связан с замагничиванием электронной компоненты плазмы, в результате чего коэффициент диффузии ионов в направлении, перпендикулярном магнитным силовым линиям, становится больше, чем аналогичный коэффициент для электронов. В результате, в пределе при увеличении тока через обмотку плоский зонд 3 заряжается относительно потенциала плазмы положительными ионами до потенциала величиной ~кБТi/e, где Тi - температура ионов. Средняя энергия ионов в положительном столбе плазмы газового разряда составляет ~0,1 эВ [6], что примерно на два порядка меньше энергии электронов. В то же время магнитное поле указанной ориентации не препятствует движению заряженных частиц вдоль его силовых линий. Измерения предлагаемым способом проводились в емкостном разряде при частоте ВЧ-напряжения 13,56 МГц в камере высотой 230 и радиусом 63 мм, экранированной заземленным кожухом. Измерения проводились в центре положительного столба плазмы. Потенциал зонда с ростом тока через обмотку будет стремиться к UП, с учетом поправки на величину порядка кБТi/е. На фиг.2 представлены зависимости потенциала зонда относительно земли от величины идущего через соленоид тока, полученные в газе SF6 при Р=6,65·10-2 Па, Г=3,1·10-3 м3·Па·с-1, UВЧ=380(1); 520(2); 740(3) В. Они иллюстрируют изменение разности потенциалов между плоским зондом и заземленным электродом с ростом тока IВ. Ход этих зависимостей определяется преимущественно уменьшением плавающего потенциала зонда.

Постоянное магнитное поле непосредственно не влияет на энергию заряженных частиц, хотя известно, что при создании такого поля во всем объеме разрядной камеры (РК) может повышаться температура и концентрация электронов благодаря увеличению времени их жизни в разряде. Это связано с уменьшением их ухода на стенки РК. Однако предлагаемый способ измерения UП предполагает локальность создаваемого магнитного поля при условии, что объем плазменного столба много больше размеров вводимого в него устройства. Поэтому времена жизни и соответственно средние по всему объему плазмы энергии частиц меняются незначительно. Таким образом, напряжения насыщения на представленных на фиг.2 зависимостях стремятся к потенциалу плазмы при различных значениях ВЧ-напряжения на потенциальном электроде. Если предварительно задать достаточно большую величину тока IВ, то можно проводить прямое измерение UП с погрешностью порядка кБТi/е, т.е. ~0,1 В.

Сравнение результатов определения потенциала плазмы предлагаемым способом и полученных путем измерения потенциала торможения поступающих на заземленный электрод положительных ионов по известной методике [7] хорошо согласуется.

Список используемых источников

1. Mott-Smith H., Langmuir I. // Phys. Rev. 1926. V.28. №5. P.727.

2. Козлов О.В. Электрический зонд в плазме. М.: Атомиздат. 1969.

3. Чен Ф. Электрические зонды // Диагностика плазмы / Под ред. Р. Хаддлстоуна и С.М. Леонарда. М.: Мир, 1967.

4. Иванов Ю.А., Лебедев Ю.А., Полак Л.С. Методы контактной диагностики в неравновесной плазмохимии. М.: Наука, 1981.

5. Овсянников А.А., Энгельшт В.А., Лебедев Ю.А. и др. Диагностика низкотемпературной плазмы. Новосибирск: Наука, 1994.

6. Ю.П. Райзер // Основы современной физики газоразрядных процессов. М.: Наука. 1980.

7. Suzuki K., Okudaira S., Kanomata I. // Solid Stat. Sci. and Technol. 1979. V.126. №6. Р.1024.

Способ измерения потенциала плазмы (пространства), включающий размещение в объеме плазмы зонда и измерение возникающей между ним и опорным зондом разности потенциалов пассивным методом, отличающийся тем, что зонд находится внутри соленоида с размерами, много меньшими линейных размеров плазмы, в котором с помощью внешнего источника тока создается локальное магнитное поле, а конструкция соленоида такова, что поступление электронов на электрод возможно только при движении поперек магнитных силовых линий, что приводит к выравниванию идущих на него токов ионов и электронов и установлению на электроде потенциала, равного потенциалу плазмы (пространства).
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПЛАЗМЫ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПЛАЗМЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 28 items.
10.09.2013
№216.012.68e9

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение может быть использовано в радиолокации и измерителях скорости движущихся объектов, автомобилей и др. Достигаемый технический результат - определение нерадиальных проекций вектора скорости цели при низких требованиях к когерентности применяемых сигналов. Указанный результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492504
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.02.2014
№216.012.9fc3

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение относится к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта и может быть использовано в измерителях скорости движущихся объектов, автомобилей и др. Достигаемый технический результат - возможность определения нерадиальных проекций вектора скорости цели при низких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506607
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.06.2014
№216.012.d492

Сырьевая композиция для изготовления керамических изделий

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении керамических изделий различного назначения - клинкерного и кислотоупорного кирпичей, керамической плитки для полов и др. Техническим результатом изобретения является повышение прочности на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520189
Дата охранного документа: 20.06.2014
27.09.2014
№216.012.f7f4

Шихта для изготовления гранитокерамических изделий

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности, к технологии гранитокерамических изделий, и может быть использовано для изготовления лицевого керамического кирпича, элементов отделки зданий, плитки для полов, кровельных материалов и т.д. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529313
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.10.2014
№216.012.fb51

Мотор-колесо

Изобретение относится к электротрансмиссиям подвижных объектов и может использоваться в электроприводе мобильных агрегатов, например электроробокаров, электропогрузчиков и электротягачей. Изобретение направлено на уменьшение массы неподрессорных частей, повышение надежности. Это достигается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530183
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.01.2015
№216.013.1a44

Многофункциональный солнечный коллектор

Изобретение относится к гелиотехнике и предназначено для преобразования солнечного излучения в тепловую и электрическую энергию. Оно может быть использовано для альтернативного энергообеспечения зданий и сооружений. Многофункциональный солнечный коллектор состоит из корпуса 1 с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538152
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.04.2015
№216.013.3cbb

Узловое сопряжение колонны с монолитным перекрытием

Изобретение относится к строительству, в частности к узловому сопряжению колонны с монолитным перекрытием. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности. Узловое сопряжение состоит из сходящихся балок, выполненных с преднапряженной арматурой, полки плиты и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547035
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3eab

Опорная часть моста

Изобретение относится к области мостостроения. Верхний балансир опорной части моста оборудован системой подачи смазочного материала с внешней стороны опорной части моста через выполненные механической обработкой, взаимно перпендикулярные вертикальные короткие каналы круглого сечения и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547531
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.4123

Цифровой модем командной радиолинии цм крл

Изобретение относится к области приемо-передающих устройств и может быть использовано в командных радиолиниях для передачи командной информации с базовой станции на борт (и в обратном направлении). В цифровом модеме командной радиолинии во время передачи сигнал с выхода модулятора подвергается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548173
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.06.2015
№216.013.54c3

Способ получения этанола

Способ предусматривает получение этанола путём вываривания этилового спирта из бражки в бражной колонне, очистки бражного дистиллята от головных и промежуточных примесей в эпюрационной колонне, работающей по методу глубокой гидроселекции, ректификации эпюрата в спиртовой колонне, выделения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553220
Дата охранного документа: 10.06.2015
Showing 1-10 of 35 items.
10.09.2013
№216.012.68e9

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение может быть использовано в радиолокации и измерителях скорости движущихся объектов, автомобилей и др. Достигаемый технический результат - определение нерадиальных проекций вектора скорости цели при низких требованиях к когерентности применяемых сигналов. Указанный результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492504
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.11.2013
№216.012.7e5d

Составной отвал автогрейдера

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам, в частности к автогрейдерам. Отвал автогрейдера включает отвал и выдвижные секции, симметрично расположенные относительно его вертикальной оси. Выдвижные секции установлены сзади отвала, выполнены в форме секторов и шарнирно соединены с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498022
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7eb3

Ветроэлектрогенераторная установка

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветроэлектрогенераторная установка содержит башню, поворотное устройство, несущую конструкцию, вертикальные валы с вращающимися в разные стороны ветроколесами с лопастями, хвостовую плоскость, статорные и роторные элементы. Несущая конструкция выполнена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498108
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.02.2014
№216.012.9fc3

Способ определения нерадиальной проекции вектора скорости цели

Изобретение относится к радиолокационным способам определения скорости движущегося объекта и может быть использовано в измерителях скорости движущихся объектов, автомобилей и др. Достигаемый технический результат - возможность определения нерадиальных проекций вектора скорости цели при низких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506607
Дата охранного документа: 10.02.2014
10.03.2014
№216.012.a96e

Способ управления процессом полимеризации при производстве бутилкаучука

Изобретение относится к способу управления процессом получения бутилкаучука. Способ осуществляют путем сополимеризации в реакторе изопрена и изобутилена в инертном растворителе в присутствии катализатора. Способ включает контуры регулирования расходов шихты, катализатора, стоппера, жидкого и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509089
Дата охранного документа: 10.03.2014
10.05.2014
№216.012.c29c

Безредукторный ветроэлектроагрегат

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии. Безредукторный ветроэлектроагрегат содержит башню с поворотным основанием, ветроколесо, роторные элементы, статор, направляющее устройство, полюсные наконечники, катушки двух типов: рабочие и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515569
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.06.2014
№216.012.d492

Сырьевая композиция для изготовления керамических изделий

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении керамических изделий различного назначения - клинкерного и кислотоупорного кирпичей, керамической плитки для полов и др. Техническим результатом изобретения является повышение прочности на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520189
Дата охранного документа: 20.06.2014
20.07.2014
№216.012.e189

Статор ветроэлектроагрегата

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэлектрогенераторам с преимущественно тихоходными ветроколесами. Статор ветроэлектроагрегата содержит катушку, источник возбуждения и магнитопроводы, причем согласно изобретению статор содержит нижний ферромагнитный уголок и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523523
Дата охранного документа: 20.07.2014
27.09.2014
№216.012.f7f4

Шихта для изготовления гранитокерамических изделий

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности, к технологии гранитокерамических изделий, и может быть использовано для изготовления лицевого керамического кирпича, элементов отделки зданий, плитки для полов, кровельных материалов и т.д. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529313
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.10.2014
№216.012.fb51

Мотор-колесо

Изобретение относится к электротрансмиссиям подвижных объектов и может использоваться в электроприводе мобильных агрегатов, например электроробокаров, электропогрузчиков и электротягачей. Изобретение направлено на уменьшение массы неподрессорных частей, повышение надежности. Это достигается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530183
Дата охранного документа: 10.10.2014
+ добавить свой РИД