Способ определения электропроводности движущейся низкотемпературной плазмы

 

Изобретение относится к низкотемпературной плазме, в частности к плазме продуктов сгорания при высоком давлении. Целью изобретения является повышение точности определения. Способ определения электропроводности движущейся низкотемпературной плазмы включает в себя подачу переменного электрического напряжения на частоте и помещенные в плазму электроды, определение ω, для которой достигается постоянство измеряемых сопротивлений межэлектродного промежутка при фиксированном межэлектродном расстоянии R_мэ(ω₁)=R_мэ(ω₂), ω₁ и ω₂ - частоты, на которых проводят измерения R_мэ, на частоте ω₁ или ω₂ проведение измерения сопротивления плазмы R_мэ, находящейся между электродами при различных межэлектродных расстояниях и определение электропроводности плазмы по разности полученных значений сопротивлений плазмы. В результате измерения электропроводности плазмы на частоте ω₁ или ω₂ исключается погрешность измерений, вносимая сопротивлениями слоев пространственного заряда. 1 ил.

Изобретение относится к низкотемпературной плазме, в частности к плазме продуктов сгорания при высоком давлении. Цель изобретения - повышение точности определения электропроводности плазмы. Указанная цель достигается тем, что в способе определения электропроводности движущейся низкотемпературной плазмы, включающем подачу электрического напряжения на помещенные в плазму электроды, измерение сопротивлений плазмы R_мэ, находящейся между электродами, при различных межэлектродных расстояниях и определение электропроводности плазмы по разности полученных значений сопротивления плазмы, на электроды подают переменное напряжение, предварительно измеряют сопротивление плазмы в зависимости от изменяемой частоты напряжения при фиксированном межэлектродном расстоянии, при этом определяют частоты ω₁иω₂, для которых достигается постоянство измеряемых сопротивлений R_мэ(ω₁) = R_мэ( ω₂), а затем проводят измерения сопротивлений плазмы R_мэна частоте ω₁или ω₂. Сущность способа состоит в том, что при измерении сопротивления межэлектродного промежутка исключаются сопротивления слоев пространственного заряда у электродов. На фиг. 1 приведена схема замещения импеданса межэлектродного промежутка, заполненного плазмой, при приложении к электродам переменного напряжения с круговой частотой ω , иллюстрирующая изобретение, где 1, 2 - электроды, помещенные в плазму, 3, 4 - сопротивления слоя пространственного заряда R_п.з., 5, 6 - емкости слоя пространственного заряда С_п.з., 7, 8 - сопротивления квазинейтральной области теплового пограничного слоя R_т.сл, 9 - сопротивление области квазинейтральной однородной плазмы R_пл. Активное сопротивление межэлектродного промежутка, как видно на фиг. 1, равно: R_мэ = R_пл + 2R_т.сл +2R_пз[1 + (R_пз˙С_пз˙ω)²]^-1. (1) При выполнении условия (R_пз · С_пз· ω²) >> 1 активная составляющая импеданса межэлектродного промежутка, обусловленная слоем пространственного заряда, становится пренебрежимо малой, и сопротивление плазмы между электродами практически приближается к предельной величине R_мэ = 2R_т.сл + R_пл . Обычно R_п.з. по порядку величины близко к R_т.сл, в связи с чем сопротивление R_мэ становится практически не зависящим от частоты при выполнении условия (R_пз˙С_пз· ω)² ≥ 10. (2) Поскольку априорный расчет таких параметров как R_пз, С_пззатруднителен, проводятся измерения R_мэ при межэлектродном расстоянии l₁, по крайней мере, на двух частотах ω₁, ω₂. При получении равенства (в пределах погрешности измерения сопротивления межэлектродного промежутка) R_мэ(ω₁)= R_мэ(ω₂) можно считать, что выполняется вышеуказанное условие (2). Затем производится измерение R_мэ при другом межэлектродном расстоянии l₂ на частоте ω₁ или большей и определяется разность сопротивлений для межэлектродных расстояний l₁ и l₂. Электропроводность плазмы вычисляют, зная площадь электрода и геометрию растекания тока. Примером осуществления предлагаемого способа является определение электропроводности потока плазмы продуктов сгорания пропана в воздухе, создаваемой двухкамерной горелкой Меккера, при наличии щелочной присадки. Присадка подается во внутренний факел горелки, который характеризуется постоянными по сечению температурой и скоростью потока. Температура плазмы составляет 2200 К, скорость потока плазмы - 5 м/с, диаметр внутреннего факела - 25 мм. Во внутренний факел вводятся электроды из нержавеющей стали. Площадь электрода S = 1,8 см², расстояние между электродами варьируется от 20 до 10 мм. Электроды устанавливаются симметрично относительно оси потока. Измерение сопротивления (активной части импеданса) плазмы, находящейся между электродами, производится с помощью измерителя добротности на частотах, превышающих 1 МГц. В качестве примера приведем результаты замеров в одном из режимов работы. Для l₁ = 20 мм на частоте 5 МГц R_мэ = 90 кОм, на частоте 7,5 МГц R_мэ = 88 кОм, т.е. R_{мэ со} = const = 89 кОм. Для l₂ = 10 мм на частоте 5 МГц R_мэ = 49 кОм. Откуда Δ R_мэ = 40 кОм. Поскольку ΔR_мэ=ΔR_пл= · , где К_г = 0,3 - геометрический фактор, имеем σ= =4,4·10^-4 Ом/м Предложение позволяет повысить точность определения электропроводности движущейся плазмы за счет устранения систематической ошибки.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ДВИЖУЩЕЙСЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ, включающий подачу электрического напряжения на помещенные в плазму электроды, измерение сопротивления плазмы M_мэ, находящейся между электродами при различных межэлектродных расстояниях и определение электропроводности плазмы по разности полученных значений сопротивлений плазмы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения электропроводности, на электроды подают переменное напряжение, предварительно измеряют сопротивление плазмы в зависимости от изменяемой частоты напряжения при фиксированном межэлектродном расстоянии, при этом определяют частоты ω₁ и ω₂ , для которых достигается постоянство измеряемых сопротивлений R_мэ(ω₁) = 1 R_мэ(ω_i ) , а затем проводят измерения сопротивления плазмы R_мэ на частоте ω₁ и ω₂ .

РИСУНКИ

Рисунок 1