等离子清洗机中交变电场对气体放电有什么影响？

图1 水平电极间距在40mm的放电

为了避免等离子清洗机的电场频率对放电的影响，必须使电极间带电粒子的四分之一周期内完全到达电极，以不形成间隙中的空间电荷；为此当给定电极间距时交变电场频率应受到的限制，否则放电过程将受到空间电荷的影响，先考虑极板间的正离子的运动，假定交变电场E=E₀cosωt，K⁺为正离子的迁移率（迁移率=带电粒子速度/电场强度），经过计算得出对于给定的极间距离d，交变场最大的频率为：
ƒ_max=K⁺E₀/2πd
如果频率确定，则极间相应距离为：
d_max=K⁺E₀/2πƒ
这表明当d>d_max时，则当电场改变极性之前,正离子不能到达阴极消失。在临界状态，即半周期内，正离子来回通过间隙一次，则临界频率ƒ_c是ƒ_max的二倍。
ƒ_c=K⁺E₀/πd
下2图表示正离子在电场频率ƒ_max<ƒ<ƒ_c时的运动情况。

 
图2 正离子空间电荷运动示意图

a.ωt=0，电子崩中电子进人阳极，间隙中只剩下正离子，正离子以K⁺E速度向
阴极移动。
b.ωt=π/6，正离子移动d/3的距离。
c.ωt=π/2，正离子移动2d/3的距离，这时电场为零。
d.ωt=5π/6，电场改变极性，正离子移动改变方向。
e.ωt=π，正离子到达阳极，新阴极产新电子崩。
f. ωt=7π/6，间隙中所有正离子消失了。
 
由此可见，根据空间电荷的影响可以有以下三种情况：
ƒ<ƒ_max时：无空间电荷积累，击穿条件和静态相似。
ƒ_max<ƒ<ƒ_c：间隙中存在部分空间电荷，击穿电压比静态略低。
ƒ>ƒ_c时，正离子的积累加强了空间电荷，离子空间电荷将在极间振荡，击穿电压比静态更低。
 
如果等离子清洗机的电场频率再提高，碰撞电离产生的电子也没有足够的时间到达阳极，将在间隙中振荡，并和气体碰撞，电场足够强时产生越来越多的电子，直到最后击穿，因而这时可以是无极放电，因为这时的阴极过程已不起作用了。
 
电子在等离子清洗机的电极间的运动导致另一临界频率称为截止频率ƒ_ce由于电子的迁移速度比离子大两个数量级；如果电子不能到达阳极，它们将通过复合、附着或扩散而消失，击穿将决定于损失的机制，经过计算得到截止频率为：
ƒ_ce=K^-E₀/πd
如下图3所示在大气压下d=1cm的均匀电场中，等离子清洗机的交变场击穿电压和静态击穿电场之比频率的关系。

图3 交变场击穿电压和静态击穿电场之比频率的关系

等离子清洗机在交变场情况下，击穿电压和气压的关系也与静态不同，巴邢定律在较高的频率下不再适用。目前,交变电场产生等离子体的方式在工业应用与研究中被广泛应用.。比如大气压低温等离子体放电用中频电源、低气压射频电源以及微波源等等。
 

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