第二章气体放电的物理过程
本章节教学内容要求：
气体分子的激发与游离，带电质点的产生与消失
汤森德气体放电理论：电子崩的形成，自持放电的条件，帕邢定律。
流注理论：长间隙击穿的放电机理，极性效应，先导放电，雷云放电及电晕。
必要说明：1）常用高压工程术语
击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。
闪络：沿固体介质表面的气体放电（亦称沿面放电）
电晕：由于电场不均匀，在电极附近发生的局部放电。
击穿电压（放电电压）Ｕb（ｋＶ）：使绝缘击穿的最低临界电压。
击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Ｅb（ｋＶ／ｃｍ）：发生击穿时在绝缘中的最小平均电场强度。Ｅｂ＝Ｕｂ／Ｓ（Ｓ：极间距离）
一般在常压大气中，Ｅｂ＝３０ｋＶ／ｃｍ，当Ｓ较小为ｃｍ且电场为均匀分布时；
Ｅｂ＝５００ｋＶ／ｍ，当Ｓ较大接近ｍ时。
放电：（狭义与广义）气体绝缘的击穿过程。
辉光放电：当气体压力低，电源容量小时，放电表现为充满整个气体间隙两电极之间的空间辉光，这种放电形式称为辉光放电。
火花放电：在大气压力或更高的压力下，电源容量不大时变现出来的放电。主要表现为：从一电极向对面电极伸展的火花而不是充满整个空间。火花放电常常会瞬时熄灭，接着有突然出现。
电晕放电：在不均匀电场中，曲率半径很小的电极附近会出现紫兰色的放电晕光，并发出“兹兹”的可闻噪声，此种现象称为电晕放电。如不提高电压，则这种放电就局限在很小的范围里，间隙中的大部分气体尚未失去绝缘性能。电晕放电的电流很小
电弧放电：在大气压力下，当电源容量足够大时，气体发生火花放电之后，便立即发展到对面电极，出现非常明亮的连续电弧，此称为电弧放放电。电弧放电时间长，甚至外加电压降到比起始电压低时电弧依然还能维持。电弧放电电流大，电弧温度高。
电气设备常常以一个标准大气压作为绝缘的情况，这是可能发生的是电晕放电，火花放电或者是电弧放电。
2）常见电场的结构
均匀场：板－板
稍不均匀场：球－球
极不均匀场：（分对称与不对称）
棒－棒对称场
棒－板不对称场
线－线对称场
§２－１气体中带电质点的产生和消失
一．带电粒子的产生（电离过程）
气体中出现带电粒子，才可在电场作用下发展成各种气体放电现象，其来源有两个：一是气体分子本身发生电离，二气体中的固体或液体金属发生表面电离。
激励能：一个原子的外层电子跃迁到较远的轨道上去的现象称为激励，其值为两个能级
之间的差值。
电离能：当外界加入的能量很大，使电子具有的能量超过最远轨道的能量时，电子就会变成自由电子，使得一个中性原子变成一个自由电子和一个带正电的离子，这个过程称为电离，达到电离所需要的最小能量称为电离能。
㈠碰撞电离
定义：气体介质中粒子相撞，撞击粒子传给被撞粒子能量，使其电离。在放电形成时期主要取决于电子与气体分子的撞击.
条件：
⑴撞击粒子的总能量＞被撞粒子的电离能
能量包括动能与位能
无电场时，动能小
有电场作用时，带电粒子在电场方向加速，但离子体积大，易碰撞损失动能，所以电场中造成碰撞电离的主要因素是电子。
⑵一定的相互作用的时间和条件通过复杂的电磁力的相互作用达到两粒子间能量转换
主要影响因素有：
电场强度（外加电压及间隙距离），空气密度，气体分子性质等
㈡光电离
定义：在光照射下，将光子能量传给粒子，游离出自由电子。由光电离而产生的自由电子亦称为光电子。光电离在气体放电中很重要。
必要条件：光子的能量大于气体粒子的电离能
光子来源：紫外线、伦琴射线、γ射线、宇宙射线
气体本身反激励，异号粒子复合也产生光子
㈢热电离
定义：气体的热状态造成的电离，实质仍是碰撞电离和光电离（热辐射产生的光子能量大且数目多），能量来自气体分子的热能。 1000K数量级
Ｔ↑→分子动能↑→碰撞电离
Ｔ↑→热辐射光子的能量、数量↑→光电离
热电离是热状态下碰撞电离和光电离的综合
高温时，气体分子分解或化合，电离能将改变
㈣表面电离
气体中的电子也可从金属电极表面游离出来。游离需要能量，称逸出功，一般小于气体的电离能，表面电离在气体放电过程中有重要的作用。
获得逸出功的途径：
⑴热电子发射：金属电极加热，分子动能
⑵强场发射：电极加上强电场
⑶二次电子发射：高能量粒子撞击金属电极表面（正离子撞击阴极）
⑷光电子发射：短波光照射金属表面
㈤负离子的形成
中性分子或原子与电子相结合。将放出能量称亲和能Ｅ，气体分子的这种俘获电子的
性质被称为电负性。
电负性大 , 易形成负离子
负离子现象对气体放电的发展起抑制作用
二．气体中带电粒子的消失
１．中和
受电场力作用流入电极，中和电量
２．扩散（分子热运动）
带电粒子由高浓度区向低浓度区移动，使空间各处的浓度趋于均匀的过程。３．复合
带有异号电荷的粒子相遇，发生电荷的传递，中和而还原为中性粒子的过程。
复合时有能量释放：光热声等。－空间光电离
§２－２气体放电机理
一:概述
外加电压很小时，气隙中的电流是由外界因素所造成的电子和离子所形成的。随电压↑，这些质点中和后，电流饱和，仍有极微小的泄漏电流。
（泄漏电流：当外加电场强度尚不能在气隙中，产生碰撞游离时，气隙中的电流是由外界电离因素，引起的电子和离子所形成的，其数量极小，故电流极小。）
场强高达某一定值后，气体发生连续的碰撞电离，象雪崩似的增长，称电子崩。电流大增。
（电子崩：外界电离因子在阴极附近产生一个初始电子如果空间的电场强度足够大，该电子在向阳极运动时就会引起碰撞电离，产生出一个新电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多的电子。依次类推，电子数以几何级数不断增多，象雪崩似的发展，这种急剧增大的空间电流被称为电子崩。）
3．Ｅ＜Ｅcr （临界场强：由非自持放电转入自持放电的场强）时，电子崩有赖外界游离因素，为非自持放电。
４．Ｅ＞Ｅcr 时，电子崩仅由电场的作用而自行维持和发展，为自持放电。
两者间区别：在于是否依赖外界游离因素。
５．此后的发展随电场情况不同分别表现为：
1、均匀电场各处的场强差异不大，任意一处一旦形成自持放电，气体整个间隙击穿
2、不均匀电场：自持放电形成电晕
（1）、若间距较小即（Ｓ小）：Ｕ↑→火花放电
（2）、若间距较大（Ｓ大）：Ｕ↑→刷形放电，Ｕ↑↑→火花放电（电源功率大时，火花击穿迅速变成电弧）
二、汤森德气体放电理论（均匀电场）
一、下面结合均匀电场气隙的击穿过程的说明介绍两种气体放电理论
要点：气隙的击穿就是各种形式的游离持续发展的过程，条件不同（影响最大的是δ·Ｓ值。δ：气体的相对密度，Ｓ：极间距离），各种游离所起作用的强弱不同，气隙击穿的机理也就有不同。
（１）当δ·Ｓ值较小时，电子的撞击游离和正离子撞击阴极造成的表面游离起主要作用，气隙击穿电压大体是δ·Ｓ值的函数——汤森德机理，δ·Ｓ＜０.２６ｃｍ
（２）当δ·Ｓ值较大时，实验表明，数据、现象与汤森德机理有矛盾，提出流注机理
二．δ·Ｓ值较小时气隙的击穿过程（汤森德机理） 【需画图说明，参见备课笔记】 ㈠ 汤森德气体放电机理适用范围：
低气压、短间隙（δ·Ｓ＜ ０.２６cm ）；和汤森德气体放电机理其相关的3个参数： α电子游离系数（电子，气体分子，1cm,自由电子数）、
β正离子游离系数（正离子，气体分子，1cm,自由电子数）、
γ表面游离系数（正离子，阴极表面，自由电子数），
上述个各个数值均为平均值。
㈡ 放电过程描述：
⑴电子的撞击游离发展形成电子崩即带电质点的大量产生；
参数α（气体性质、大气压力、电场强度、均匀电场下为常数）β作用小可以忽略。
初始激发电子数为0N ；到达阳极的电子数为as x e N N 0=
若00=N ，则产生的电子数和正离子数也为0即只有碰撞游离因素，是不能维持放电发展的。这种需要依靠外界游离因素支撑的放电称为非自持放电。
若10=N ，则产生的电子数和正离子数均为)1(-as e
⑵电子崩产生的正离子撞击到阴极表面时造成金属表面游离（至少一个电子逸出） 当电压继续升高到c U 后，电流急剧增加，气隙转入良好的导电状态。由于电压的增加，游离将更为剧烈同时产生更多的正离子。从上所述，一个电子在经过一段距离s 后，产生的阳离子个数为)1(-as e
个，这些正离子到达阴极以后，又能产生新的电子（γ作用，1<<γ） 则)1(-as e 个正离子撞击阴极产生的电子数为)1(-as e γ，即表面至少逸出一个电子，则即使外界的游离因素不复存在，气隙中的游离过程也能够进行下去。这种只需要依靠电场就能够维持下去的放电称为自持放电。放电进入自持阶段，并最终击穿。
由此，均匀电场中由非自持放电转入为自持放电的条件为：
1)1(≥-as e γ
此时具有清晰的物理含义。由于偶然的一个因素而产生的一个电子从阴极出发在间隙中引起强烈的电离，游离出的全部正离子)1(-as e 达到阴极能由γ过程在阴极表面上至少逸
出一个电子，放电转入自持阶段。即自持放电的条件（不需要外界游离因素的存在可致气隙击穿）
由非自持放电转入自持放电的电压称为起始放电电压0U 。
对于均匀电场，则气隙被击穿，此后可形成辉光放电或火花放电或电弧放电，起始放电电压0U 就是气隙的击穿电压b U 。
对于不均匀电场，则在大曲率电极周围电场集中的区域发生电晕放电，而击穿电压b U 要比起始放电电压0U 要高好多。
以上所描述的均匀电场气隙的击穿放电的理论称为汤森德气体放电理论。
由1)1(≥-as e γ推倒可得到)(s f U b δ=的关系
（三）帕邢定律
当气体和电极材料一定时，气体的击穿电压是气压δ和间隙距离S 乘积的函数。在汤森德理论提出以前，就已经被帕邢从实验中总结出来了，故称为帕邢定律。
图－－均匀电场的帕邢曲线
帕邢定律：击穿电压Ｕb ＝ｆ（δ·Ｓ）（与δ·Ｓ的积有函数关系）
1889年由实验结果总结出
解释：a ） 设Ｓ不变 δ↑→λｅ 短，聚能少，有效碰撞几率小→Ｕｂ↑
δ↓→λｅ 长，但气体分子少，碰撞少 →Ｕｂ↑
实用意义：将气隙抽真空或加大气隙气压，均能提高气隙的绝缘强度（Ｕｂ↑） b ）设δ不变,Ｓ↑→E ↓得一定的Ｅ，必须Ｕｂ↑
Ｓ↓→Ｅ大, 但电子在全程中的碰撞次数少，必须Ｕｂ↑
有上述的介绍可以看出：当δ·Ｓ出现的乘积为很大和很小时，Ｕｂ都会体现出很大的值，即曲线会呈现出U 型的分布，也就是两者之间有Ｕｂｍｉｎ。
㈤ 汤森德放电机理的局限性
当气隙气压升高至大气压，δＳ过大时，汤森德机理存在不足：
1、放电形式：在大气压下放电不再是辉光放电，而是火花通道（具有分支和不连续）
2、放电时间：放电时间短于正离子在通道中到达阴极的行程时间（电子崩产生使得均压电场中气体整个间隙击穿）
3、与电极材料关系：阴极材料在放电过程中作用不大，即使没有γ作用，依然能自持放电。
52
1
1
5 2
3
3
不能解释的原因：
1、没有考虑到电离出来的空间电荷会使电场畸变，从而对放电过程产生影响。
2、没有考虑到光子在放电过程中的作用。
三．流注机理
1939年，雷泽在实验的基础上建立起来了流注理论！流注形成的条件及自持放电及空间光电离！
δＳ值较大时气隙的击穿过程
流注机理认为电子的碰撞游离和空间光游离是形成自持放电的主要因素，并强调空间电荷畸变电场的作用！此理论目前主要只是对放电过程作定性的描述，定量计算尚不成熟。
较均匀电场
1、分析过程
（一） 空间电荷对原有电场的影响
电子崩的头部集中着大部分的正离子和几乎全部电子。原有均匀场强在电子崩前方和尾部处都增强了，在这两个强场区中间出现了一个电场强度很小但电子和正离子浓度却最大的区域，使此处产生强烈的复合并发射出许多光子，成为引发新的空间光电离的辐射源。如下图所示。
（二）空间光电离的作用
上面所说的辐射源向气隙空间各处发射光子而引起光电离。如果光子位于强场区，二次电子崩将以更大得多的电离强度向阳极发展，或汇入崩尾。
二次电子崩：当外施电压达到气隙的最低击穿电压时，情况就发生了质的变化。在此情况下电子崩的崩头和崩尾将走完整个间隙，由于崩头和崩尾的电子和正离子此时非常多，使得崩头和崩尾的外围的场强大为增加。同时，崩中部的合成场强很弱，故在此处会给电子和中性质点结合形成负离子以很大的概率，当负离子和正离子相复合时便会产生大量的光子。崩头强烈的电离过程必然会伴随着强烈的激励和反激励，强烈的反激励会放出大量的光子。前面两个过程中所产生的光子向空间周围发射，相比而言发射到阳极的光子起不到什么作用直接进入到阳极。发射到崩尾的光子，造成了空间光电离，电离出的电子在崩尾局部强化了的电场中形成许多衍生的电子崩。
正流注：衍生电子崩的崩头部的电子汇合到主崩尾部正空间电荷区，使主崩本体区域成为正负质点的混合通道，该处的场强较弱，此处不存在强烈的电离，这里的电子大多成为了负离子。主崩尾部外缘为衍生崩的崩尾正空间电荷区，这些正空间电荷大大加强了崩尾外围的电场，使在此区域内不断造成新的衍生电子崩，并不断的汇合到主崩的尾部来。就一个衍生电子崩的方向来看，其发展方向是向着阴极发展的，这一过程称为正流注，意思是x
(b
从正极出发的。
当流注通道发展到接近阴极时，通道端部与阴极间的场强急剧增加。在此区域内发生及其强烈的电离，电离出的大量电子沿流注通道流向阳极，并从电场中获得加速和动能，在碰撞后又传给通道中的气体分子，使通道中的温度上升达几千度，通道内部发生热游离，整个通道就转化为火花通道，气隙的击穿也就完成了。
上述的描述是在外施电压不是很高的情况下，电子崩需要经过整个间隙，才能在其头部聚集足够的电子，达到火花击穿时的这个电压，就是间隙的最低击穿电压。
当外部电压很高时，则主崩不需要经过整个间隙，其头部即已积累到足够多的空间电荷以发展流注了，除了正流注，还有负流注。
负流注：当外加电压足够强时，主崩不需经过整个间隙距离就可发展流注。主崩头部局部电场最强，极易发展衍生电子崩，其后，主崩头部的电子和衍生崩尾的正离子形成混合通道。这些新的衍生崩与主崩汇合成迅速向阳极推进的流注，称为负流注。起源也是光电子。正负流注同时发展，还可出现分支。、
流注：这些电离强度和发展速度远大于初始电子崩的新放电区（二次电子崩）不断汇入初崩通道，这一过程称为流注。
流注理论认为：在初始阶段，气体放电以碰撞电离和电子崩的形式出现，但当电子崩发展到一定程度后，某一初始电子崩的头部积聚到足够数量的空间电荷，就会引起新的强烈电离和二次电子崩，这种强烈的电离和二次电子崩是由于空间电荷使局部电场大大增强以及发生空间光电离的结果，这是放电即转入新的流注阶段。
(a(b(c
图－－流柱的形成
２．流注放电过程的三个阶段
⑴电子崩阶段
当外加电压不是很高时，电子在奔向阳极的途中，不断地发生撞击游离，形成电子崩，崩内的电子数和正离子数随电子崩发展的距离按指数规律急剧增长。电子在崩头并扩散成球形，正离子滞后在崩尾。空间电荷将使电源电场畸变。当电场畸变严重时（电子崩快走完间隙时，崩头电子和崩尾正离子总数很高），崩头的强烈游离伴随反激励，放出光子，同时，中部弱电场中的复合也放出大量的光子，在崩尾强化了的电场中形成许多衍生电子崩。
⑵流注阶段
衍生电子崩和主崩汇合后，形成正负电荷的混合通道，称为流注通道，这种现象称为流注。其中的电子大多形成负离子，周围加强的电场中不断产生新衍生崩并汇入主崩尾部。就一个衍生电子崩的方向来看是向着阳极推进的，但从整个间隙的放电发展来看，衍生电子崩却是一个一个的向着阴极扩展的，称为正流注（从正极出发的）。
⑶主放电阶段
当流注通道发展到接近阴极时，通道端部与阴极间的场强急剧升高，在这区域内发生极强烈的游离，大量电子沿流注通道流向阳极，在通道内发生热游离（几千度），放电就由
流注过渡到火花或电弧的形式（电源功率大小决定），间隙击穿。
可见：流注过程是由于空间电荷的存在积累到一定数量，引起电场畸变，由光电子衍生出新的电子崩，流注发展，产生伴有强烈热游离的主放电，最后导致间隙击穿。 均匀电场中，一旦形成流注，放电就能自持发展，直到整个间隙击穿。所以，在均匀电场中形成流注的条件，就是间隙的击穿条件。
3、不均匀电场（流注理论进行解释）
4、适用范围：
当cm s 26.0<δ时用汤森德理论，cm s 26.0>δ时用流注理论
大气压、短间隙、不均匀、均匀电场中的放电过程
§２－3 电晕放电
电晕放电简介
1 ．电晕的形成及特点
在极不均匀电场中，最大场强与平均场强相差很大，当外加电压和平均场强还较低时，在电极尖端附近的局部场强已很大，足以产生强烈的游离。但由于电极较远处的场强仍很小，所以次游离不能扩展。伴随着游离过程，存在着正负离子的复合和反激励，发出大量的光辐射和“丝丝”的声音以及兰色的晕光，这就是电晕。
特点：自持放电;电流小(微安级）
2．电晕的危害
有声、光的产生和能量损耗；产生的高频脉冲电流含有许多高次谐波，造成无线电干扰；使空气局部游离，产生的臭氧和氧化氮等会腐蚀金属器具；电风的产生及影响等。
有利的一面：可削弱输电线上雷电冲击电压波的幅值和陡度，除尘，负氧离子发生器
3．输电线路的电晕与防治措施
根本的途径是设法限制和降低导线的表面电场强度（改进电极的形状，增大电极曲率半径均压环、屏蔽环）。可采用扩径导线和空心导线，更加合适的措施是采用分裂导线（同时分裂导线还可以降低线路电抗，我国330千伏线路采用双分裂导线，架设的500千伏线路将采用4分裂导线）。
§２－3不均匀电场气隙的击穿
电力工程中大多是不均匀电场，其气隙的击穿有显着的极性效应和较长的放电时延，因而与所加电压波形有显着关系。
不均匀电场中大多数为不对称：棒－板，线－板
少数为对称分布：棒－棒，线－线
分析方法应采用流注机理
极性效应：当电极的正负电性不同时，气体击穿电压值也不相同，这种现象叫极性效应。高压直流输电过程中的诸多问题（直流输电线路上的电晕，直流电场效应、直流架空线路绝缘等）都离不开极性效应的基础理论。
一．短间隙的击穿
如尖－板不均匀电场中
气隙的击穿有很强的极性效应
形成过程1、电子崩，2、流注阶段，3、主放电阶段
1 ．正棒－负板：
电子崩是从场强小的区域向场强大的区域发展，此时对电子崩发展是很有利的。电子崩的电子立即进入正棒极，使前方电场被留下的正离子加强，造成发展正流注的有利条件。流注形成后，头部仍为正电荷，使流注进一步向阴极发展。
正流注的发展是连续的，速度很快 ，与负棒极相比，击穿同一间隙所需要的电压要小。
2 ．负棒－正板：
初崩是从负极棒向正极板发展的，因此电子崩先经过强场区，场强愈来愈弱。初崩留下的正空间电荷虽然增强了负尖极电场，但削弱前方（阳极方向）空间电场，使流注的向前发展受到了抑制。必须升高电压，使初崩通道发展成流注通道，才能产生二次电子崩。
负流注的发展是阶段式的，平均速度比正尖极流注小，同时同一气隙所需要的电压也比正流注高很多。
主放电阶段：
当正负流注发展到对面电极时，间隙被充满正负离子混合质的、具有较大电导的通道所贯穿。在电源电压作用下，间隙内发生更强烈的游离，通道的电导和温度急剧增大，通道失去绝缘，气隙击穿。
二．长间隙的击穿
长间隙击穿的三个阶段：１．电晕放电，２．先导放电，３．主放电
１．电晕放电：
当外加电压升高，棒电极附近的场强Ｅ足够大时，棒极附近出现局部自持放电现象，称为电晕，此时的间隙电压称为电晕起始电压（起晕电压）。不均匀电场中，Ｕ电晕 ＜Ｕｂ。 ２．先导放电：
先导通道：继流注之后发展起来的二次过程，通道中伴有热游离。
在通道前方由于热游离而形成炙热的等离子体通道，其电导极大，但轴向场强很小，可看作棒极向板极的延伸。 先导通道的形成及不断伸长、发展即为先导放电。先导过程有很强的极性效应 ，不同极性的先导过程有着不同的特性，必须分别讨论。
1、 正先导过程（正棒-负板）
当间隙距离较大时，欲使得间隙被击穿，必须将电压升的很高，由于电场是极不均匀的，故正棒附近的场强将达到很大的数值，使得棒前方广阔的范围里都同时出现强烈的电离，发展成为电子崩和流注。电离出来的自由电子循着各流注通道最终都汇聚到棒极上来，越靠近棒极，流注的密度越大，电流密度也越大，在强电场的作用下，携带了大量的能量，使得
该处气体的温度升到104K 的数量级，造成热电离，在棒极前方形成了炽热的等离子通道，
称为先导通道。由于热电离，通道具有相当高的电导和很小的轴向场强，近似把棒极电位带
E q-
到通道的前端，好像把棒极延伸到通道的前端一样，这就使得通道前端的场强大增，在此区域内引起新的强流注。这样循环往复使得通道前端的场强始终保持着很强的场强，使得这样过程继续向前发展，直到对面的电极。
先导过程实质上是继流注以后发展起来的二次过程。长间隙火花放电与短间隙火花放电的本质区别在于：长间隙炽热的导电通道是在放电发展过程中建立的，而不是在整个间隙被流注通道贯穿后建立的，所以长间隙击穿的平均场强小于短间隙击穿的平均场强。
2、负先导过程（负棒-正板）
负先导过程比正先导过程建立要复杂，对负先导的研究也不如正先导清楚，故只能描述一下大致的过程。
当很高的电压加到间隙上，在负棒前方的宽广区域中，立即发展大量散射的负流注。负流注中的电子远离棒极，直到离棒极较远处（该处的场强已减弱到不足以使电子产生碰撞电离的程度，在该处电离已经停止），电子便会逐渐被气体分子所俘获，形成大量的负离子。原来的流注区中则留下大量的正空间电荷。这些正空间电荷大大的加强了棒极附近的原来就已经很强的电场，使得该区域中产生非常强烈的电离。高场强和大电流密度使得棒极附近气体加热到很高的温度，产生热电离，形成具有高电导和低轴向场强的负先导通道。所以就近似把棒极电位传到通道的前端。但前方空间中大量的负空间电荷，使得通道前端的合成场强大为减弱，通道发展因而停顿下来。待通道前端的负空间电荷被电场力驱散，先导通道的前方场强再次增强，进而又发展成为新的负流注。接着，大致再重复上述的过程使得先到通道一级一级的向前发展。当负先导通道发展到接近贯穿气隙时。流注区前缘大量的负空间电荷使得对面的电极附近的电场大大增强，导致从对面电极发出迎面的发电，开始是电子崩和流注，随后形成正先导通道。
负先导具有分级发展的特性，其延伸的平均速度与正先导相比，为正先导的1/5-1/3。３、主放电过程
在先导通道接近板极时，在剩余的一小段间隙中场强剧增，发生强烈的电离过程，在这一小段通道中强烈电离出来的与下电极异号电荷，迅速流向下极，而形成的的同号电荷则沿通道迅速流向上极，同时中和先导通道中多余的与之异号的空间电荷，这个过程称为主放电过程。
主放电把先导通道改造成火花通道（如果电源的功率足够大，则变为电弧通道），气隙击穿。
综上所述：
在极不均匀电场中，气隙较小时，气隙放电大致可分为电子崩、流注、主放电过程。在极不均匀电场中，长气隙放电则可以分为电子崩、流注、先导过程、主放电过程；间隙越长，则先导过程和主放电过程发展的就越充分。
§２－4雷电放电简介
1 ．雷电的极性：由流入大地的电荷的极性决定，９０％为负性雷
2 ．三个阶段
（1）先导放电：
延续约几毫秒，先导通道逐级向下发展，高电导，高温，最高电压可达１０～１００ｋＶ。
（2）主放电：
先导通道的前端接近被击物体时，场强较大，空气间隙击穿，巨大的电流导入大地（几百千安），并在与大地的反向电荷中和时释放能量，伴有巨大的轰鸣和突发亮光。造成雷电放电的最大破坏作用
（3）余光放电：
主放电后，剩余电荷沿雷电通道继续流向大地，形成电流幅值衰减的几次较小的放电，并伴有相对较弱的亮光
3 ．后续分量
原因可能是雷云中存在几个电荷聚集中心
主放电电流幅值较小，但电流波前时间比第一分量小得多，易造成过电压
各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物体上过电压、电动力和爆破力的主要因素
在余光阶段流过较长时间的电流则是造成雷电热效应的重要因素之一
4. 特点 (主放电）
a）幅值高：如放电电流可高达数百千安
b）时间短：仅数十微秒
本章小结：
１．汤森德机理：适用范围，自持条件，帕邢定律
２．流注机理：发展，适用范围，三个阶段
３．汤森德与流注机理的异同点
4．电晕放电：特点，限制电晕的方法。
5．不均匀电场放电：极性效应，先导放电
6．雷云放电：三个阶段，特点
实验室气体管道说明及安装 1.1实验室气体管道系统技术说明 1.1.1编制依据参照国家规 标准规（描述、罗列本招标文件适用的主要标准和规） 下列规、规程和标准通过引用构成了本技术文件的组成部分。本技术文件涉及到的规、规程和标准，除注明年号者外，应为最新版本。所有工程的制造、检验及验收除应符合本技术文件外，尚应符合图样以及订货技术协议的有关规定： ?GB50016－2006《建筑设计防火规Code for Fire Prevention of Building Design》?GB50235－2010 《工业金属管道施工规Code for construction of industrial metallic piping》 ?JGJ91－93《科学实验建筑设计规Design Code for construction of scientific Lab 》 ?GB 50316-2000《工业金属管道设计规Design code for industrial metallic piping》(2008年版) ?GB 50177-2005《氢气站设计规Design Code for H2 station》 ?GB/T 20801-2006《压力管道规工业管道Design Code for Pressure Pipelines》?GB16912-2008 《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》 ?GB50236-2011 《现场设备、工业管道焊接工程施工规》 ?GB50184-2011 《工业金属管道工程施工质量验收规》 ?SH/T3103-2009 《石油化工中心化验室设计规》 ?电子工业部气体管道安全管理规程 ?GB4962-2008 《氢气使用安全技术规程》 ?SH 3501-2011 《石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规》当上述文件与本技术文件条件的要求发生矛盾时，原则上按照较严者的要求执行， 或书面形式向买方提出，由买方负责联络设计方提出处理意见；以上标准均采用 最新版本。
放电管特性及选用 吴清海 放电管的分类 放电管主要分为气体放电管和半导体放电管，其中气体放电管由烧结的材料不同分为玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管，玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管具有相同的特性。 气体放电管主要有密封的惰性气体组成，由金属引线引出，用陶瓷或是玻璃进行烧结。其工作原理为，当加在气体放电管两端的电压达到气体电离电压时，气体放电管由非自持放电过度到自持放电，放电管呈低阻导通状态，可以瞬间通过较大的电流，气体放电管击穿后的维持电压可以低到30V以内。气体放电管同流量大，但动作电压较难控制。 半导体放电管由故态的四层可控硅结构组成，当浪涌电压超过半导体放电管的转折电压V BO时放电管开始动作，当放电管动作后在返送装置，的作用下放电管两端的电压维持在很低（约20V以下）时就可以维持其在低阻高通状态，起到吸收浪涌保护后级设备的作用。半导体放电管的保护机理和应用方式和气体放电管相同。半导体放电管动作电压控制精确，通流量较小。 放电管动作后只需要很低的电压即可维持其低阻状态，所以放电管属于开关型的SPD。当正常工作时放电管上的漏电流可忽略不计；击穿后的稳定残压低，保护效果较好；耐流能力较大；在使用中应注意放电管的续流作用遮断，在适当场合中应有有效的续流遮断装置。 气体放电管 气体放电管：气体放电管由封装在小玻璃管或陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成；其电气性能主要取决于气体压力，气体种类，电极距离和电极材料；一般密封在放电管中的气体为高纯度的惰性气体。放电管主要由：电极、陶瓷管(玻璃管)、导电带、电子粉、Ag-Cu 焊片和惰性气体组成。 在放电管的两电极上施加电压时，由于电场作用，管内初始电子在电场作用下加速运动，与气体分子发生碰撞，一旦电子达到一定能量时，它与气体分子碰撞时发生电离，即中性气体分子分离成电子和阳离子，电离出来的电子与初始电子在行进过程中还要不断地再次与气体分子碰撞发生电离，从而电子数按几何级数增加，即发生电子雪崩现象，另外，电离出来的阳离子也在电场作用下向阴极运动，与阴极表面发生碰撞，产生二次电子，二次电子也参加电离作用，一旦满足： r(ead-1)=1 时放电管由非自持放电过渡到自持放电，管内气体被击穿，放电管放电，此时放电电压称为击穿电压Vs。其中，r表示一个正离子轰击阴极表面而
一、气体灭火系统功能及动作原理程序方框图
二、 灭火系统结构示意图 1、 组合多区分配系统 1、灭火剂贮瓶框架 2、灭火剂贮瓶 3、集流管 4、液流单向阀 5、高压软管 6、瓶头阀 7、启动管路 8、安全阀 9、气流单向阀 10、选择阀 11、压力讯号器 12、启动阀 13、启动钢瓶 14、启动瓶框架 15、火灾自动报警气体灭火控制器 16、控制线路 17、手动启动控制盒 18、放气灯 19、声光报警 20、喷嘴 21、火灾探测器 22、灭火剂输送管道 23、低压安全泄漏阀 2、 单元独立系统 1、灭火剂贮瓶框架 2、灭火剂贮瓶 3、集流管 4、液流单向阀 5、瓶头阀 6、安全阀 7、高压软管 8、启动管路 9、压力讯号器 1 0、启动阀 11、低压安全泄漏阀 12、启动钢瓶 13、火灾自动报警气体灭火控制器 14、控制线路 15、手动启动控制盒 16、放气灯 17、声光报警器 18、灭火剂输送管道 19、喷嘴 20、火灾探测器
三、ZM（4.2）和ZM（2.5）系统技术参数 系统灭火方式：全淹没，最大单区保护面积：800m2；最大单区保护容积：3600m3； 系统公称工作压力(20℃)：一级为2.5MPa、二级为4.2MPa； 系统使用最大工作压力：一级为4.2MPa、二级为6.7MPa； 系统使用最小工作压力：一级为2.0MPa、二级3.6MPa； 灭火剂最大充装密度：一级为≤1120kg/m3；二级焊接钢瓶为≤950kg/m3；二级无缝钢瓶为≤1120kg/m3启动瓶充装压力(20℃)：6.0MPa； 喷头设计工作压力：一级≥0.6MPa；二级≥0.7MPa； 单支喷头保护半径R：喷头安装高度＜1.5m时，R≤4.5m；喷头安装高度＞1.5m时，R≤7.5m。 喷头保护高度：最大安装高度h≤6.5m；最小安装高度h≥0.3m 系统有延时启动功能：延时30S； 灭火剂喷射时间：≤10s； 灭火系统工作环境温度：0℃~+50℃； 系统启动方式：自动、电气手动、机械应急手动操作； 系统启动电源：DC24V±3V、1.1A； 灭火剂贮存瓶规格：70L、90L、120L、150L、180L。 四、系统型号规格和标记示例 1、系统型号规格 系统改进代号。如：A、B、C……。 20℃时系统公称工作压力(MPa)。如：4.2MPa；2.5MPa。 单个贮存容器容积(L)。 七氟丙烷灭火剂 自动灭火装置。 2、标记示例 例1标记：ZM70（4.2） 表示为七氟丙烷自动灭火系统，20℃时公称工作压力为4.2MPa，各贮存灭火剂容器容积为70L。 五、灭火系统工作原理 六、 1、自动控制：将火灾自动报警气体灭火控制器上控制方式选择键拨到“自动”位置时，灭火系统处于自动控制状态，当保护区发生火情，火灾探测器发出火灾信号，报警灭火控制器即发出声、光信号，同时发出联动指令，关闭连锁设备，经过一段延时时间，发出灭火指令，打开启动阀释放启动气体，启动气体通过启动管道打开相应的选择阀和容器阀（瓶头阀），释放灭火剂，实施灭火。 2、电气手动控制：将火灾自动报警气体灭火控制器上控制方式选择键拨到“手动”位置时，灭火系统处于手动控制状态。当保护区发生火情，可按下手动控制盒或控制器上启动按钮即可按规定程序启动灭火系统释放灭火剂，实施灭火。在自动控制状态，仍可实现电气手动控制。
? 仪器知识? 正文 气体传感器的分类及各类优缺点介绍 发布日期：2010-09-23 浏览次数：34 气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰 气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。 早在上个世纪70年代，气体传感器就已经成为传感器领域一个大系，属于化学传感器一个分支。目前流行于市场气体传感器大约有如下一些种类： 1、催化燃烧式气体传感器 这种传感器是白金电阻表面制备耐高温催化剂层，一定温度下，可燃性气体其表面催化燃烧，燃烧是白金电阻温度升高，电阻变化，变化值是可燃性气体浓度函数。 催化燃烧式气体传感器选择性检测可燃性气体：凡是可以燃烧，都能够检测；凡是不能燃烧，传感器都没有任何响应。当然，『凡是可以燃烧，都能够检测』这一句有很多例外，，总来讲，上述选择性是成立。 催化燃烧式气体传感器计量准确，响应快速，寿命较长。传感器输出与环境爆炸危险直接相关，安全检测领域是一类主导位传感器。 缺点：可燃性气体范围内，无选择性。暗火工作，有引燃爆炸危险。大部分元素有机蒸汽对传感器都有中毒作用。 目前这种传感器主要供应商中国、日本、英国（发明国）！目前中国是这种传感器最大用户（煤矿），也拥有最佳传感器生产技术，尽管不断有各种各样代理商宣传上干扰社会
对这种传感器认识，毕竟，催化燃烧式气体传感器主流制造商国内。 2、半导体式气体传感器 它是利用一些金属氧化物半导体材料，一定温度下，电导率环境气体成份变化而变化原理制造。比如，酒精传感器，就是利用二氧化锡高温下遇到酒精气体时，电阻会急剧减小原理制备。 半导体式气体传感器可以有效用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体检测。尤其是，这种传感器成本低廉，适宜于民用气体检测需求。 下列几种半导体式气体传感器是成功：甲烷（天然气、沼气）、酒精、一氧化碳（城市煤气）、硫化氢、氨气（包括胺类，肼类）。高质量传感器可以满足工业检测需要。 缺点：稳定性较差，受环境影响较大；尤其，每一种传感器选择性都唯一，输出参数能确定。，不宜应用于计量准确要求场所。 目前这种传感器主要供应商日本（发明者），其次是中国，最近有新加入了韩国，其他国家如美国这方面也有相当工作，始终没有汇入主流！中国这个领域投入人力和时间都不亚于日本，多年来国家政策导向以及社会信息闭塞等原因，我国流行于市场半导体式气体传感器性能质量都远逊于日本产品，相信，市场进步，民营资本进一步兴起，中国产半导体式气体传感器达到和超越日本水平已经指日可待！ 3、电化学式气体传感器 相当一部分可燃性、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化还原。利用这
仅供参考[整理] 安全管理文书 气体钢瓶基本知识 日期：__________________ 单位：__________________ 第1 页共5 页
气体钢瓶基本知识 气瓶是指在正常环境下(－40～60℃)可重复充气使用的，公称工作压力为0～30MPa(表压)，公称容积为0．4～1000L的盛装永久气体、液化气体或溶解气体等的移动式压力容器。 一、气瓶的分类 (一)按充装介质的性质分类 1．永久气体气瓶 永久气体(压缩气体)因其临界温度小于－10℃，常温下呈气态，所以称为永久气体，如氢、氧、氮、空气、煤气及氩、氦、氖、氪等。这类气瓶一般都以较高的压力充装气体，目的是增加气瓶的单位容积充气量，提高气瓶利用率和运输效率。常见的充装压力为15MPa，也有充装20～30MPa。 2．液化气体气瓶 液化气体气瓶充装时都以低温液态灌装。有些液化气体的临界温度较低，装入瓶内后受环境温度的影响而全部气化。有些液化气体的临界温度较高，装瓶后在瓶内始终保持气液平衡状态，因此，可分为高压液化气体和低压液化气体。 (1)高压液化气体。临界温度大于或等于－10℃，且小于或等于70℃。常见的有乙烯、乙烷、二氧化碳、氧化亚氙、六氟化硫、氯化氢、三氟甲烷(F－13)、三氟甲烷(F－23)、六氟乙烷(F－116)、氟己烯等。常见的充装压力有15MPa和12．5MPa等。 (2)低压液化气体。临界温度大于70℃。如溴化氢、硫化氢、氨、丙烷、丙烯、异丁烯、1，3-丁二烯、1-丁烯、环氧乙烷、液化石油气等。《气瓶安全监察规程》规定，液化气体气瓶的最高工作温度为60℃。 第 2 页共 5 页
第二章气体放电的物 理过程
第二章气体放电的物理过程 本章节教学内容要求： 气体分子的激发与游离，带电质点的产生与消失 汤森德气体放电理论：电子崩的形成，自持放电的条件，帕邢定律。 流注理论：长间隙击穿的放电机理，极性效应，先导放电，雷云放电及电晕。必要说明：1）常用高压工程术语 击穿：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道。 闪络：沿固体介质表面的气体放电（亦称沿面放电） 电晕：由于电场不均匀，在电极附近发生的局部放电。 击穿电压（放电电压）Ｕb（ｋＶ）：使绝缘击穿的最低临界电压。 击穿场强（抗电强度，绝缘强度）Ｅb（ｋＶ／ｃｍ）：发生击穿时在绝缘中的最小平均电场强度。Ｅｂ＝Ｕｂ／Ｓ（Ｓ：极间距离） 一般在常压大气中，Ｅｂ＝３０ｋＶ／ｃｍ，当Ｓ较小为ｃｍ且电场为均匀分布时； Ｅｂ＝５００ｋＶ／ｍ，当Ｓ较大接近ｍ时。 放电：（狭义与广义）气体绝缘的击穿过程。 辉光放电：当气体压力低，电源容量小时，放电表现为充满整个气体间隙两电极之间的空间辉光，这种放电形式称为辉光放电。 火花放电：在大气压力或更高的压力下，电源容量不大时变现出来的放电。主要表现为：从一电极向对面电极伸展的火花而不是充满整个空间。火花放电常常会瞬时熄灭，接着有突然出现。
电晕放电：在不均匀电场中，曲率半径很小的电极附近会出现紫兰色的放电晕光，并发出“兹兹”的可闻噪声，此种现象称为电晕放电。如不提高电压，则这种放电就局限在很小的范围里，间隙中的大部分气体尚未失去绝缘性能。电晕放电的电流很小 电弧放电：在大气压力下，当电源容量足够大时，气体发生火花放电之后，便立即发展到对面电极，出现非常明亮的连续电弧，此称为电弧放放电。电弧放电时间长，甚至外加电压降到比起始电压低时电弧依然还能维持。电弧放电电流大，电弧温度高。 电气设备常常以一个标准大气压作为绝缘的情况，这是可能发生的是电晕放电，火花放电或者是电弧放电。 2）常见电场的结构 均匀场：板－板 稍不均匀场：球－球 极不均匀场：（分对称与不对称） 棒－棒对称场 棒－板不对称场 线－线对称场 §２－１气体中带电质点的产生和消失 一．带电粒子的产生（电离过程）
2.1气体放电管 2.1.1简介 气体放电管是在放电间隙内充入适当的气体介质，配以高活性的电子发射材料及放电引燃机构，通过银铜焊料高温封接而制成的一种特殊的金属陶瓷结构的气体放电器件。它主要用于瞬时过电压保护，也可作为点火开关。在正常情况下，放电管因其特有的高阻抗(>1000MΩ)及低电容 (<2pF)特性，在它作为保护元件接入线路中时，对线路的正常工作几乎没有任何不利的影响。当有害的瞬时过电压窜入时，放电管首先被击穿放电，其阻抗迅速下降，几乎呈短路状态，此时，放电管将有害的电流通过地线或回路泄放，同时将电压限制在较低的水平，消除了有害的瞬时过电压和过电流，从而保护了线路及元件。当过电压消失后，放电管又迅速恢复到高阻抗状态，线路继续正常工作。 气体放电管是一种间隙式的防雷保护元件，它在通信系统的防雷保护中已获得了广泛应用。放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。由于放电管的极间绝缘电阻很大，寄生电容很小，对高频电子线路的雷电防护具有明显的优势。 气体放电管的基本特点是：通流量容量大，绝缘电阻高，漏电流小。但残压高，反应时间慢(≤100ns)，动作电压精度较低，有续流现象。 Figure 1气体放电外观图 2.1.2气体放电的伏安特性 气体放电管的伏安特性通常与管子的哪些电极间施加什么极性的电压没有关系。现以一个直流放电电压为150V的二极放电管为例，来说明放电管伏安特性的基本特征。下图是按电子元件伏安特性的惯用画法，即以电压为自便量，画作横坐标；以电流为应变量，画作纵坐标。由于电流的范围很大，其变化常达几个数量级，所以电流用对数坐标表示。 如图所示的伏安特性上，当逐渐增加两电极间的电压时，放电管在A点放电，A点的电压称为放电管的直流放电电压。在A到B之间的这段伏安特性上，其斜率（即动态电阻du/di）是负的，称为负阻区。如果200V的直流电压源经1MΩ的电阻加到放电管上，放电管即工作在此区间，这时的放电具有闪变特征。BC段为正常辉光放电区，在此区间内电压基本不随电流而变，当辉光覆盖整个阴极表面时，电流再增加，电压也不增加。CD段称为异常辉光放电区。直流放电电压为90V~300V放电管，其辉光放电区BD的最大电流一般在0.2A～1.5A 之间。当电流增加到足够大时放电E点突然进入电弧放电区，即使是同一个放电管，放电由辉光转入电弧时的电流值也是不能精确重复的。在电弧放电时，处在电场中加速了的正离子轰击阴极表面，阴极材料被溅射到管壁上，阴极被烧蚀，使间隙距离增加，管壁绝缘变坏。在采用合适的材料后，放电管可以做到导通10KA、8/20μs电流数百次。在电弧区，放电管
气体基础知识题集 一．名词解释 1．压力：垂直均匀作用在物体表面上的力叫做压力。 2．温度：是衡量物体冷热程度的物理量。 3．密度：单位体积的物质所具有的质量。 4．体积：是指一个物体占有空间的大小。 5．容积：是容器或其它能容纳物质的物体的内部体积。 6．标准状态（气体）：指压力为1标准大气压，温度为0℃的状态。 7．高压液化气体：临界温度在-10～70℃的各种气体。 8．液化石油气：以丙烷和异丁烷为主要成分的混合物，其中丙烷组分不得超过65%的摩尔分数。 9．永久气体：临界温度低于-10℃的各种气体。 10．低压液化气体：临界温度大于70℃的各种气体。 11．易燃气体：是指与空气混合的爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差大于等于20%的气体。 二．判断题 1．物理变化时，物质本身发生变化。（×） 2．化学变化时，物质本身生成新物质。（√） 3．常压下，随着温度的降低，所有气体均可液化。（√）4．蒸发是一个吸热过程。（√） 5．随着压力的升高，所有液体均可液化。（×）
6．气体能否液化，与温度和压力有关。（√） 7．气体具有可压缩性和热胀冷缩的特点。（√） 8．在一定的温度和压力下，同体积的不同气体摩尔数不同。（×）9．液化石油气瓶在向外输送液化石油气时，气相和液相处于平衡状态，（×） 10．物质气、液、固三态之间的相互转变是相变过程。（√）11．永久气体不能液化。（×） 12．永久气体也可液化。（√） 13．液化石油气属于低压液化气体。（√） 14．气瓶超装越多，爆炸的危险性越大。（√） 15．盛装一氧化碳、煤气最好使用铝合金气瓶，主要是避免应力腐蚀破坏。（√） 16．沸点就是液化点。（√） 17．使气态氧变为液态氧的主要措施是降温。（√） 18．乙炔属于低压液化气体。（×） 19．空气、氧气、氮气按《气瓶安全监察规程》分类属于高压液化气体。（×） 20．临界温度越低、气体越易液化。（×） 21．在正常环境温度下瓶内气体处于气液两相平衡状态。（×）22．永久气体在充装或使用过程中允许出现充装或使用压力超过公称工作压力的情况。（×） 23．永久气体是通过控制气瓶充装终了时的重量来控制气体的充
习题1 第36页 1.简要分析汤逊理论与流注理论对气体放电过程、电离因素以及自持放电条件 的观点有何不同？ 答：汤逊理论理论实质：电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。流注理论认为形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸变，流注理论认为二次电子的主要来源是空间的光电离。 2.解释α、β、γ、η系数的定义。 答：α系数：它代表一个电子沿着电场方向行径1cm长度，平均发生的碰撞电离次数。 β系数：一个正离子沿着电场方向行径1cm长度，平均发生的碰撞电离次数。 γ系数：表示折合到每个碰撞阴极表面的正离子，使阴极金属平均释放出的自由电子数。 η系数：即一个电子沿电场方向行径1cm时平均发生的电子附着次数。 3.均匀电场和极不均匀电场气隙放电特性有何不同？ 答：在均匀电场中，气体间隙内流注一旦形成，放电达到自持的程度，气隙就被击穿。不均匀电场分稍不均匀和极不均匀，在同样极间距离时稍不均匀电场的击穿电压比均匀电场的均匀电场气隙的要低，在极不均匀电场气隙中自持放电条件即是电晕起始条件，由发生电晕至击穿的过程还必须升高电压才能完成。 4.对极间距离相同的正极性棒-板、负极性棒-板、板-板、棒-棒四种电极布局的 气隙直流放电电压进行排序？ 答：负极性棒-板最高，其次是棒-棒和板-板，最小的是正极性棒-板。 5.气隙有哪些放电现象？ 答：在极不均匀电场中，气隙完全被击穿以前，电极附近会发生电晕放电，产生暗蓝色的晕光，这种特殊的晕光是电极表面电离区的放电过程造成的。在外电离因素和电场作用下，产生了激发、电离、形成大量的电子崩，在此同时也产生激发和电离的可逆过程-复合，这就是电晕。 6.如何提高气隙的放电电压？ 答：一是改善气隙中的电场分布，使之均匀化，二是设法削弱或抑制气体介质中的电离过程。 7.简述绝缘污闪的发展过程及防污措施。 答：绝缘子污闪是一个复杂的过程，大体可分为积污、受潮、干区形成、局部电弧的出现和发展等阶段，采用措施抑制或阻止各阶段的形成和转化，就能有效地阻止污闪事故。 防污措施：1.增大爬电比距 2.清扫表面积污 3.用防污闪涂料处理表面 4.采用半导体釉和硅橡胶的绝缘子。 8.雷击放电过程与实验室的长气隙放电过程有何主要区别？
高中物理专题-理想气体状态方程 【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅲ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅲ卷)(多选)如图,一开口向上的导热汽缸内,用活塞封闭了一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上,使其缓慢下降。环境温度保持不变,系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中 () A.气体体积逐渐减小,内能增知 B.气体压强逐渐增大,内能不变 C.气体压强逐渐增大,放出热量 D.外界对气体做功,气体内能不变 E.外界对气体做功,气体吸收热量 【母题来源二】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（山东卷） 【母题原题】(2020·山东等级考)一定质量的理想气体从状态a开始,经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a,其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0, 2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0),以下判断正确的是( ) A.气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功 B.气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量 C.在c→a过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 D.气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量 【母题来源三】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国Ⅰ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅰ卷)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体),甲罐的容积
为V,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为1 p。现通过连接两罐的细管把 2 甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等。求调配后 ①两罐中气体的压强; ②甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。 【母题来源四】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅱ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅱ卷)潜水钟是一种水下救生设备,它是一个底部开口、上部封闭的容器,外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气,以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便,将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒;工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下,如图所示。已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g,大气压强为p0,H?h,忽略温度的变化和水密度随深度的变化。 (1)求进入圆筒内水的高度l; (2)保持H不变,压入空气使筒内的水全部排出,求压入的空气在其压强为p0时的体积。
气体传感器基本知识 传感器是对信息有感受的器件。 按照传感器感知的信息种类分类：传感器分为物理量（物理信息）传感器、化学量（化学信息）传感器、生物量（生物信息）传感器。 物理量传感器包括:力学量，光学量，热学量，电学量传感器。即力、光、热、电。力学量中常见:压力，加速度，位移；光学量中常见:可见光，红外，紫外。热学量中常见:低温，中温，高温。电学量中常见:电流，电压，电场，电磁等； 化学量传感器:成份、浓度。 生物量传感器:血压、血糖、血脂、心率等。 按照传感过程中信息和传感器的作用过程的属性分类：传感器可以分为物理类、化学类、生物类 气体传感器是测量气体成分和浓度的化学量传感器。 气体传感器按气体与传感器的作用方式分类:物理类，化学类、生物类。 物理类即传感作用过程是物理过程，即传感作用过程不导致气体化学性质发生变化。化学类即传感作用过程是化学过程，即传感作用过程导致气体化学性质发生变化。生物类即传感作用过程是生物过程，即传感作用过程通过生物活动导致气体化学性质发生变化。 常见的物理类气体传感器:热传导、红外吸收，表面声波，QCM 等； 化学类:半导体，催化，电化学等;
生物类在普通工业、家庭不太常用。 在常见的气体传感器PID严格讲是另类:为物理化学类。即物理方法导致化学变化。 气体传感器门类众多，一下进介绍几种常见的不同工作原理的气体传感器 半导体气体传感器： 原理:在一定的温度条件下，被测气体到达半导体敏感材料表面时将与其表面吸附的氧发生化学反应,并导致半导体敏感材料电阻发生变化，其电阻变化率与被测气体浓度呈指数关系，通过测量电阻的变化即可测得气体浓度。单支半导体气体传感器通过选择性催化、物理或化学分离等方式在已知环境中可以实现对气体的有限识别。大规模半导体气体传感器阵列可以实现对未知环境中气体种类的精确识别。 半导体顾名思义是电导率介于绝缘体与导体之间的物质。半导体气体传感器的敏感材料就这么一种物质。常见的气体敏感材料分为表面控制型和体控制型。表面控制即电阻由晶粒表面和晶粒晶界控制，体控制即电阻由晶粒尺寸和载流子浓度控制。用于气体传感器的半导体材料除具有半导体的属性外还需要具备以下条件:a、易获得，b、在较低温度下对氧气和目标气体有很好的吸附能力；c、自身有良好催化特性；d、机械结构可调；e、电性能可调；f、烧结性能好；g、氧气和被测气体在室温或一定的温度条件下，在其表面有很好的化学反应能力、并在该温度下对反应产物有较好的脱附能力；h、与其它
防雷基础知识 一、雷电的基本知识 1、雷电的基本概念 大气的运动形成了云层。云层在运动过程中因为剧烈摩擦生电以及云块切割磁力线，就逐步积聚电荷。雷电是带电云层与另一带电云层，或者云层与大地之间的放电现象。在雷雨云下部的负电荷逐步积聚，带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，其电场场度一般在超过25Kv／㎝时，就会开始电离并向下梯级式放电，与地面上的物体（建筑物等）形成的向上先导感应形成雷电通路，并随之开始主放电，发出明亮的闪电和隆隆雷声。这种雷击称为负极性下行先导雷击，约占全部对地雷击中的90﹪以上，其余还有正极性下行先导雷击、负极性上行先导雷击两种。只有先导没有主放电的就是闪电。通常的雷击灾害一般是云层与地面之间的放电造成的。 一般认为，当先导从雷云向下发展的时候，它的梯级式跳跃只受到周围大气的影响，没有一定的方向和袭击对象，但它的最后一次跳跃既最后一个梯级就不同了，它必须在这最终阶段选择被击对象。此时，地面上可能有不止一个的物体（比如树木、建筑物等）在它的电场影响下产生向上先导，趋向与下行先导会合。 最后一次跳跃的距离称为闪击距离。从接闪器来说，它可以在这个距离内把雷电吸引到自己身上，而对于此距离之外的下行先导，接闪器将无能为力。闪击距离是一个变量，它和雷电流幅值有关，幅值大相应闪击距离大，反之，闪击距离小。因此，防雷装置的接闪器可以把较远的强的闪电引向自身，但对较弱的闪电则有可能失去对建筑物的有效保护。 2、雷电的主要特性和活动规律 雷电有如下几个特点： 冲击电流大我国所测得的雷电流最大幅值达200KA，一般的雷电流也有几十KA。一次雷电流为200KA的雷击，能使在2Km远处感应产生大于0.6GS的电磁场。而对计算机而言，电磁场干扰能量≥0.3GS则可使计算机数据混乱或丢失；≥0.75GS则可使计算机造成假性损坏；≥2.4GS则可使计算机瘫痪。 时间短一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电。一次放电过程一般是40-100μs。 变化梯度大雷电流变化梯度有的可达10KA/μs。雷电流波型是一种冲击脉冲波形。试验用的8∕20μs波型的雷电流放电器，能将10KA的电流传导出来。国际电工委员会（IEC）要求使用10/350μs波型的放电器，它的电荷量相当于8/20μs脉冲情况下电荷量的约20倍。既波头时间10μs，半值时间350μs。 冲击电压高强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。 雷电的活动规律： 我国的雷电活动，夏季最活跃，冬季最少。全球分布是赤道附近最活跃，随纬度升高而分别向北向南减少，极地最少。一般来说湿热地区比干燥地区、山区比平原雷电活动多。 雷电活动还有一定的选择性。一般来说土壤电阻率较小或土壤电阻率突变的地区；山坡
中文名称：甲烷传感器 英文名称：methane transducer 定义：将空气中的甲烷浓度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。应用学科：煤炭科技（一级学科）；煤矿监测与控制（二级学科） 概述 GJG 100H ( B ）型红外甲烷传感器（管道用）是一种专门用以监测煤矿瓦斯抽放放管道内瓦斯气固定式本质安全型检测仪表。 仪器采用特殊的防尘、防水等措施，可有效克服管道内目标多种参数变化带来的影响，实现 0 % CH4 一 1 00 % CH 。范围内瓦斯气体的准确测量并就地显示，同时 浓度值转换成标准电信号传输给关联设备。本传感器还具有声光报警、断电信号输出，故障功能。 1 . 1 产品特点 1 . 1 . 1 GJGIOOH ( B ）型传感器采用非色散红外气体检测技术检测甲烷气体浓度，具有测量精度 校周期长、重复性好、测量范围宽、使用寿命长、不受其它气体影响等优点。 1 . 1 . 2 GJG10OH ( B ）型传感器在设计上采用高性能单片微机和高集成数字化电路，结构简单、 靠、调试、维护方便。 1 . 1 . 3 GJG100H ( B ）型传感器的零点、灵敏度及报警点皆采用红外调节。 1 . 1 . 4 GJG10OH ( B ）型传感器除可连续检测瓦斯，还具有声光报警、断电信号输出，故障自检等 实现了一机多用。 . 1 . 5 GJG100H ( B ）型传感器的电源部分采用了高效率的开关电源，整机低功耗设计，增加了 的传输距离。 1 . 1 . 6 GJG100H ( B ）型传感器具有故障自检功能，使用、维护方便。 1 . 1 . 7 GJG10OH ( B ）型传感器的外壳采用了高强度结构设计，抗冲击能力强。 1 . 2 主要用途和适用范围 1 . 2 . 1 主要用途 GJG100H ( B ）型传感器主要用于煤矿瓦斯抽放管道瓦斯气体浓度的连续检测。 1 . 2 . 2 适用范围煤矿瓦斯抽放管道及其它输气管道高浓度瓦斯气体监测场所。 1 . 3 规格型号规格：固定式、瓦斯浓度连续监测。型号： GJG100H ( B ）。 1 , 4 型号的组成及其代表意义旦江旦丝旦旦旦设计序列号红外测量范围： ( 0 . 00 ％一 100 . 0 % ) CH 。 工作原理：光学甲烷传感器 1 . 5 使用环境条件 1 . 5 . 1 煤矿瓦斯抽放管道或含有瓦斯危险的场所 1 . 5 . 2 工作温度：一 20 ℃一＋ 50 ℃； 1 . 5 . 3 相对湿度：延 99 % ，无冷凝； 1 . 5 . 41 作压力： 50 kPa ? 130 kPa ; 1 . 5 . 5 风速：蕊巧 m / s ; 1 . 6 防爆类型及防爆标志防爆类型：矿用本安型，防爆标志： Exibl 。 2 工作原理及结构特征 2 . 1 工作原理 GJGlooH ( B ）型红外甲烷传感器（管道用）采用国际先进的NDIR 非色散红外气体分析技术测量 烷气体浓度。根据朗一伯比尔定律，每种具有极性分子结构的气体都有对应的红外线特征吸收波
第２８卷第８期２００９年８月 大学物理 ＣＯＬＬＥＧＥＰＨＹＳＩＣＳ Ｖ０１．２８Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２００９气体液化的历程 缪华，张华 （上海理工大学制冷技术研究所，上海２０００９３） 摘要：气体液化的发展经历了一个曲折而漫长的过程，刚过去的２００８年是氦气液化１００周年．通过回顾气体液化的历程，说明人类认识知识是个循序渐进的辩证过程，同时也纪念为此做出杰出贡献的杜瓦、昂内斯等科学家．关键词：气体液化；辩证过程；温度测定；空气分离 中图分类号：０４－０９文献标识码：Ａ文章编号：１０００－０７１２（２００９）０８－００４３－０３ 人类真正向低温进军是从气体的液化开始的． １７８４年，英国化学家拉瓦锡曾预言：假如地球突然 进入寒冷的地区，空气无疑将不再以看不见的流体 形式存在，它将回到液态．从那时候起，拉瓦锡的预 言就一直激励着人们去实现气体的液化并由此得到 极低的温度，使气体变成液体．这听起来如同神话一 股，但是科学家不仅相信了这个神话，而且使它成为 了现实． 要使气体液化就需要有足够低的低温热源．首 先是用低温热源把气体的显热吸收掉，把气体冷却 到它的冷凝温度，这时气体就变为饱和蒸气．接着再 在该冷凝温度下继续吸收它的冷凝潜热，气体就从 饱和蒸气变为液体．这就是气体的液化过程．很显然，具有足够低的低温热源是使气体液化的重要条件．但是有很多气体的液化温度要低于或远远低于地球上自然环境所能达到的最低温度，所以这些气体的液化必须依靠人工制冷． １温度测定法与温标 １６世纪末，伽利略制成了第一个温度计，如图１所示．玻璃管与玻璃泡相连，管内有有色液体，倒置于水杯之中．当被测温度的物体与玻璃泡接触时，泡内空气就会因热胀冷缩而发生体积变化，使有色液柱上升或下降，再由玻管上标有“热度”（即现在所说的“温度”）的刻度读出．１７０９一１７１４年，迁居荷兰的德国玻璃工华伦海特经过研究，把冰、水、氯化铵的混合物平衡温度定为０下，人体温度定为９６下，其间分为９６格，每格为１下．这就是华氏温标．１７４２ 图ｌ伽利略制成的第一个温度计 年，瑞典物理学家、天文学家摄尔修斯制成的水银温度计则把水的沸点和冰的熔点分别定为００Ｃ和１０００Ｃ，其间分为１００格，每格为１ｏＣ，这就是得到广泛流行的实用温标——摄氏温标．１７５０年，摄尔修斯接受同事斯特默尔的建议，把上述两定点的温度对调，这才成为现在的摄氏温标即百分温标．上述温标都是经验温标，由于经验温标有极大的局限性，满足不了日益发展的科学技术与生产的需要，因此必须有一种确定温度的方法使测温与测温手段无关，从而能准确地定义被测的热状态的值．这就是热力学温标（开氏温标）．根据热力学第二定律，开尔文提出了用理想热机来决定温度的温标．１９２７年，第七届国际计量大会确定它为最基本的温标．１９５４年大会又决定把２７３．１６Ｋ这一水的三相点 收稿日期：２００８—０８—０４；修回日期：２００９—０３－２３ 作者简介：缪华（１９８５一），女，江苏无锡人，上海理工大学制冷技术研究所２００７级硕士生
气体放电物理知识要点总结 1．气体放电过程中一般存在六种基本粒子：电子，正离子，负离子，光子，基态原子（或分子），激发态原子（或分子）。2．光子能量,其中为光的频率，h为普朗克常数。 3．原子能量由原子内部所有粒子共同决定，通常人们感兴趣的是原子最外层电子即价电子，因为气体放电过程主要是由最外层 电子参加的。原子通常处于稳定的能级，成为基态（基态能量 E1），当价电子从外界获得额外能量时，它可以跳跃到更高能级，此时原子处于激发态（激发态能量E2），电子处于激发态的时 间很短，然后会跃迁到基态或低激发态，并以光子形式释放出 能量（）。 当电子获得的能量超过电离能时，电子就与原子完全脱离而成 为自由电子，原子变为正离子。 4．正离子也可被电离，负离子是电子附着到某些原子或分子上而形成的。负离子的能量等于原子或分子的基态能量加上电子的 亲和能。气体放电中的带电粒子是电子和各种离子（正离子和 负离子）。每种离子都将影响气体放电的电特性，电子的作用通 常占主导地位。 5．波数等于波长的倒数，表示在真空中每厘米的波长个数。即 6. 原子所处的状态取决于其核外电子的运动状态，可用四个量子数来描述。
主量子数n(n=1,2,3…), 它是由电子轨道主轴的尺寸决定； 轨道角量子数l，(l=0,1,2,3…n-1),它是由椭圆轨道的短轴和长轴之比决定。 轨道磁量子数m l,其取值范围为，它是由轨道相对于磁场的位置决定的； 自旋磁量子数. 7．在光谱中，将电子组态用规定的符号来标志，轨道角量子数用字母s,p,d,f等表示，相应的l值分别为0，1，2，3等。 电子组态所形成的原子态符号可以表示为 第二章.气体放电的基本物理过程 1．带电离子的产生方式：碰撞电离，光电离，热电离，金属表面电离 2．电子与原子碰撞时，若碰撞不引起原子内部的变化，这种碰撞称为弹性碰撞，若电子能量足够大，电子与原子碰撞后，可引起原子内部发生变化，即引起原子的激发或电离，这种碰撞称为非弹性碰撞。碰撞激发：若电子动能比原子的电离能小，但比原子激发能大，则电子与原子碰撞时，可使得原子激发。 碰撞电离：若电子动能比原子的电离能大很多，那么在非弹性碰撞之后，除了电子传递给原子一部分能量外，仍保留一部分动能，它以较低速度继续运动，并且原子被电离释放出一个电子。 分级电离：若被激发的原子再次与电子碰撞，那么电子的动能也可传
加气站学习资料 一、气体的基本知识 1、物质的三态 任何物质在特定的条件下，都可以以气态、液态和固态的形式存在，并且可以以两种或三种状态同时存在。 分子-构成物质而且保持物质性质的最小颗粒。 固态：有固定的形状和大小，密度最大，压缩性最小。 液态：有一定的体积，无一定的形状。 气态：无一定的体积和形状，有很大的压缩性，密度比液态、固态都小。 2、三态的转变中存在的物理变化过程： ⑴气化：物质从液态变成气态的过程。在此过程中，要吸收大量的热。 有两种方式：蒸发与沸腾。 液体开始沸腾时的温度叫沸点。 ⑵液化：物质从气态变成液态的过程。 ⑶凝固：物质从液态变成固态的过程。 ⑷升华：物质从固态不经液态直接变为气态的 过程。 ⑸溶化：物质从固态变成液态的过程。 开始溶化时的温度叫熔点 3、压力（压强）和温度 ⑴压强：单位面积上所承受的均匀分布并垂直于这个面积上的作用力称为压强。P=F/A 单位：1Pa=1N/m2 106Pa=1MPa 1Kgf/cm2=0.098MPa≈0.1MPa ⑵气体压强：气体对气瓶的压力是由于运动的气体分子撞击瓶壁而产生的。决定气体压强大小的因素有两个：①与气体压缩程度有关；②与气体的温度有关。 ⑶温度：①华氏温度（0F）；②摄氏温度（0C）③绝对温度T（K） 4、相和相平衡 物质的形态，也成为相。液相，气相。 当有两种相共存时，如液相和气相组成同一体系时通常由界面分开。物质形态的改变称 为相变，在相变的过程中物质分子要通过两相之间的界面，从一个相迁移到另一个相中去，当迁移停止时就称为相平衡。平衡状态取决于温度和压力。 在密闭容器中，气、液两相达到动平衡，称为饱和状态。液面上的蒸汽称为饱和蒸汽，压力称为饱和蒸汽压力。 5、临界状态 ⑴临界温度：指某种气体温度降到某一温度以下时，对其施加压缩则气体变成液体，这一温度叫做临界温度。 ⑵临界压力：气体在临界温度下，使其液化所需要的最小压力，称为临界压力。 ⑶临界密度：气体在临界压力和临界压力下的密度，称为临界密度。 6、气体的基本定律 ⑴玻义耳-马略特定律：温度不变时，一定质量的气体的压强和它的体积成反比。 ⑵查理定律：体积不变时，一定质量的气体的压强与热力学温度（T）成正比。 ⑶盖.吕萨克定律：压强不变时，一定质量的气体的体积与热力学温度（T）成正比。 ⑷理想气体的状态方程：P1V1/T1=P2V2/T2=P3V3/T3=···=常数
半导体放电管和气体放电管的基础知识 气体放电管的结构及特性 开放型气体放电管放电通路的电气特性主要取决于环境参数，因而工作的稳定性得不到保证。为了提高气体放电管的工作稳定性，目前的气体放电管大都采用金属化陶瓷绝缘体与电极进行焊接技术，从而保证了封接的外壳与放电间隙的气密性，这就为优化选择放电管中的气体种类和压力创造了条件，气体放电管内一般充电极有氖或氢气体。气体放电管的各种电气特性，如直流击穿电压、冲击击穿电压、耐冲击电流、耐工频电流能力和使用寿命等，能根据使用系统的要求进行调整优化。这种调整往往是通过改变放电管内的气体种类、压力、电极涂敷材料成分及电极间的距离来实现的。气体放电管有二极放电管及三极放电管两种类型。有的气体放电管带有电极引线，有的则没有电极引线。从结构上讲，可将气体放电管看成一个具有很小电容的对称开关，在正常工作条件下它是关断的，其极间电阻达兆欧级以上。当浪涌电压超过电路系统的耐压强度时，气体放电管被击穿而发生弧光放电现象，由于弧光电压低，仅为几十伏，从而可在短时间内限制了浪涌电压的进一步上升。气体放电管就是利用上述原理来限制浪涌电压，对电路起过压保护作用的。 随着过电压的降低，通过气体放电管的电流也相应减少。当电流降到维持弧光状态所需的最小电流值以下时，弧光放电
停止，放电管的辉光熄灭。气体放电管主要用来保护通信系统、交通信号系统、计算机数据系统以及各种电子设备的外部电缆、电子仪器的安全运行。气体放电管也是电路防雷击及瞬时过压的保护元件。气体放电管具有载流能力大、响应时间快、电容小、体积小、成本低、性能稳定及寿命长等特点;缺点是点燃电压高，在直流电压下不能恢复截止状态，不能用于保护低压电路，每次经瞬变电压作用后，性能还会下降。 半导体放电管也称固体放电管是一种PNPN元件，它可以被看作一个无门电极的自由电压控制的可控硅，当电压超过它的断态峰值电压或称作雪崩电压时，半导体放电管会将瞬态电压箝制到元件的开关电压或称转折电压值之内。电压继续增大时，半导体放电管由于负阻效应进入导通状态。只有在当电流小于维持电流时，元件才会复位并恢复到它的高阻抗状态。半导体放电管的优点包括它的快速响应时间，稳定的电气性能参数以及长期使用的可靠性。其响应速度是气体放电管的千分之一，而寿命是气体放电管的10倍以上。半导体放电管是负阻元件，其能量转移特性使之不会被高电压是你坏。这一点是远胜于TVS二极管的。另一方面，半导体放电管也能做到较高的浪涌电流和很低的电容值。 半导体放电管主要用作电子通讯和数据通讯电路的首级和二级过电压保护器。一、半导体放电管的结构和工作原理