Диссертация (1150471), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Вчастности, изучалась зависимость динамического пробойного потенциала от быстротынарастания напряжения и влияния предионизации разрядного промежутка предыдущимпробойным импульсом (эффект памяти).При осуществлении пробоя длинной трубки в азоте последовательностью импульсовнапряжения был обнаружен следующий эффект: при определенной частоте следованияпробой происходил лишь в каждом втором импульсе. На рис.5.1 представлен примеросциллограммы последовательности разрядных импульсов, в которой пробои происходят свдвое меньшей частотой.
При этом в отсутствующем импульсе тока напряжение на трубкедостигает максимального значения, равного напряжению источника. И, тем не менее, этогонапряжения оказывается не достаточным для пробоя. Это, очевидно, является результатомвлияния предыдущего разрядного импульса.8i, мА6420051015202505101520253,53,0Uт, кВ2,52,01,51,00,50,0t, мсРис.5.1 Осциллограммы импульсов разрядного тока (верхний график) и напряжения натрубке (нижний график). p = 1 Торр, Rб =520 кОм, U0 =3.3 кВ, заземленный катод.Таким образом, наблюдается эффект памяти для напряжения пробоя.
В работах,рассмотренных в обзоре литературы (гл.1), эффект памяти определяется для короткихразрядов как зависимость времени запаздывания пробоя от интервала времени послепредыдущего разряда. Влияние предшествующего разрядного импульса на напряжение72пробоя ранее не изучалось - ни для коротких, ни для длинных разрядных промежутков. Сдругой стороны, очевидно, что при конечной скорости роста напряжения на промежуткемежду этими двумя проявлениями эффекта памяти имеется однозначная связь.Длядетальногоизученияэтогоявлениявместопростойпериодическойпоследовательности импульсов мы использовали последовательность их пар, как описано вглаве 2.
При этом эффект памяти наблюдался как зависимость напряжения пробоя второгоимпульса от промежутка времени, прошедшего после первого разряда. Эффект исследовалсядля различной формы фронтов импульсов напряжения: пропорционального [(1 – ехр(−t/τ)]2,52,52,02,0Uтруб., кВUтруб., кВ3,0(будем3,0далее для краткости называть его «экспоненциальным»),и линейно растущего.1,51,01,51,00,50,50,00,00246082468t, мсt, мс(б)(а)3,02,02,5Uтруб., кВ1,5Uтруб., кВ2,01,51,01,00,50,50,00,0024t, мс6802468t, мс(в)(г)Рис.5.2 Осциллограммы напряжения на разрядной трубке.
р = 1 Торр, Rб = 520 кОм,напряжение источника 2,8 кВ, катод заземлен, задержка: 0.2 мс (а) 0.5 мс (б), 0,6мс (в),2 мс (г).Первые исследования показали, что проявление эффекта сложным образом зависит отнапряжения источника и величины тока в установившемся разряде. При этом эффект могвидоизменяться, переходя от отсутствия пробоя к сильному затягиванию момента пробоя инормальному загоранию второго разряда при изменении только лишь интервала времени73между импульсами. Во всех случаях пробойное напряжение первого импульса неиспытывало особенностей, наблюдаемых для второго импульса. На рис.5.2 представленаситуация, когда при сохранении величин разрядного тока и напряжения источникапоследовательное увеличение задержки между импульсами в паре приводит к изменениювида эффекта памяти.Из приведенных графиков видно, что при определенных условиях относительнонебольшое изменение интервала между импульсами может приводить к резкому изменениюкартины эффекта.
При этом воспроизводимость этой картины существенно зависит отчистоты газа, поверхностей стенок и электродов, а также точности выставленияэлектрических параметров. Эксперименты, результаты которых легли в основу настоящейработы, проводились при максимальном напряжении источника, достаточном дляисключения случаев отсутствия пробоя. В такой постановке эксперимента эффект памятиможно было наблюдать как зависимость динамического напряжения пробоя второгоимпульса от промежутка времени, прошедшего после первого разряда.Графики на рис.5.2 демонстрируют главную особенность обнаруженного эффекта: вопределенном диапазоне задержек пробойное напряжение второго импульса превосходитнапряжение пробоя первого импульса. Это явление было названо нами аномальнымэффектом памяти (АЭП).
Отсутствие пробоя в последующем импульсе при наличии его впредыдущем импульсе при зажигании длинной разрядной трубки наблюдалось ранее [32](гл. 1), но не изучалось подробно.Как и в случае ТФ, была обнаружена зависимость эффекта памяти от полярностинапряжения источника. Описанный выше АЭП наблюдается при положительной полярностиимпульсов, при отрицательной же полярности очень слабый аномальный эффект можнополучить лишь в специальных условиях (см. текст ниже).Известно, что динамический пробойный потенциал зависит от быстроты нарастаниянапряжения [40].
Это обстоятельство мотивировало проведение в данной работеисследований влияния скорости роста напряжения на характеристики эффекта памяти. Дляэтих целей пробой производился импульсами с линейно растущим фронтом, так как в этомслучае параметр dU/dt определяется однозначно. При различных фиксированных значенияхdU/dt исследовались зависимости вида: Ub2 = f(Δt), где Δt – интервал времени от окончанияпредыдущего разрядного импульса, Ub2 – динамическое пробойное напряжение второгоимпульса.Правильная интерпретация результатов таких измерений требует знания самойзависимости динамического пробойного потенциала от скорости роста напряжения.
Из74литературных источников известно лишь, что в случае коротких разрядных промежутковтакая зависимость имеет монотонно возрастающий характер. Информация о возникновенииособенностей на такой зависимости при переходе к длинным разрядным трубкамотсутствует. Это обстоятельство послужило причиной проведения предварительныхизмерений зависимостей Ub = Ub(dU/dt) при пробое трубки простой последовательностьюимпульсов линейно растущего напряжения.5.2.Изучениезависимостидинамическогонапряженияпробояотэкспериментальных условийИсследования проводились для разных частот повторения импульсов в диапазоне от0,1 Гц до 50 Гц и наклонов фронта напряжения от 5∙105 до 107– 108 В/с для четырехбалластных резисторов: 100 кОм, 260 кОм, 520 кОм, и 1 МОм, при напряжении источника3,6 кВ. Длительность импульса от момента приложения напряжения составляла 10 мс.Каждая из экспериментальных точек на представленных ниже графиках получаласьусреднением по 50 измерениям. Погрешности, показанные на рисунках, найдены из разбросарезультатов и представляют собой стандартное отклонение единичного измерения.Погрешность средних значений в √≈ 7 раз меньше.
Измерения проводились как дляположительной, так и для отрицательной полярности напряжения источника.При положительной полярности импульсов напряжение пробоя демонстрируетразличное поведение в зависимости от периода следования импульсов. На рисунке 5.3приведена зависимость Ub(dU/dt) для периода следования 1с.3,02,82,62,4<Ub>, кВ2,22,01,81,61,41,21,06107dU/dt, В/с10Рис.5.3 Зависимость среднего пробойного напряжения от dU/dt. р = 0.6 Торр, частота75следования импульсов 1 Гц, Rб = 260 кОм.Из графика видно, что в этом случае измеряемая величина носит статистическийхарактер, на что указывает большой разброс значений.
Для усредненных значенийпробойных потенциалов получается монотонно растущая зависимость. При уменьшениипериода ход зависимости кардинально меняется. На рис.5.4а представлены зависимостипробойного напряжения для периодов импульсов 200, 100 и 50 мс.
Из графика длянапряжения видно, что имеется слабо выраженный максимум при dU/dt ≈ 106В/с снебольшими осцилляциями Ub, затем резкий, почти двукратный спад и примерно постоянноезначение в области 107 - 108 В/с. Для большей части точек статистический разброс значенийпробойного напряжения отсутствует уже при 200 мс. Исключения составляют точки вобласти минимальных значений dU/dt, для них наблюдается относительно высокий разбросзначений.1,71,850 мс100 мс200 мс1,61,51,61,5<Ub>, кВ1,4<Ub>,кВ260 кОм520 кОм1100 кОм100 кОм1,71,31,21,11,01,41,31,21,11,00,90,90,8671010dU/dt, В/с8100,86710(а)10810dU/dt, В/с(б)Рис.5.4 Зависимость среднего пробойного напряжения от dU/dt.
p = 0.6 Торр. а) периодыповторения импульсов 50, 100, 200 мс, Rб = 260 кОм; б) Rб = 260, 520, 100 кОм и1,01 МОм, период повторения 200 мс.Увеличение балластного сопротивления, т.е. уменьшение величины силы тока вустановившемся разряде, не приводит к заметным изменениям полученной зависимости(рис.5.4б). При увеличении давления спад становится более резким, на рис.5.5а этонаблюдение демонстрируется сравнением кривых для 0,6 Торр и 1,0 Торр. Также можноотметить, что график для большего давления лежит целиком выше.Начиная с некоторой частоты повторения импульсов, максимум при малых значенияхdU/dt начинает снижаться. Так, при уменьшении периода до 15 мс пробойное напряжениеснижается на 400 В, а статистический разброс принимает минимальные значения, около760,3% (рис.5.5б). Оказалось, что, в зависимости от того, лежит ли величина dU/dt слева отскачка зависимости Ub(dU/dt) или справа, временной ход межэлектродного напряжения вобласти пробоя выглядит существенно по-разному.
На рис.5.6а показаны осциллограммынапряжения для двух значений dU/dt: до скачка (dU/dt = 1.8∙106 В/с) и после скачка (7.1∙107В/с). Если в первом случае напряжение пробоя в 1.6 раза превышает напряжение наустановившемся разряде Ust, то во втором оно на 20% меньше.2,21,71 Торр0,6 Торр2,0200 мс15 мс1,61,51,8<Ub>, кВ<Ub>, кВ1,41,61,41,21,31,21,11,01,00,90,80,867106810dU/dt, В/с7101081010dU/dt, В/с(а)(б)Рис.5.5 Зависимость среднего пробойного напряжения от dU/dt, а) p =0,6 и 1,0 Торр,Rб = 260 кОм, период повторения импульсов 200 мс; б) Rб = 260 кОм, периоды повторенияимпульсов 200 мс и 15 мс.Ситуация, когда Ub>Ust, является обычной и объясняется разогревом газа в разряде иналичием вторичных процессов ионизации. Обратная картина выглядит непривычной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
