玻璃气体放电管与陶瓷气体放电管的纳秒脉冲响应特性比较
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气体介质与脉冲参数对纳秒脉冲放电特性的影响
钟郑涛;陈韬;何邦全;赵华
【期刊名称】《燃烧科学与技术》
【年(卷),期】2024(30)2
【摘要】在定容弹内研究了介质压力、介质成分以及纳秒脉冲电源所控制的4个
脉冲参数(脉冲输出电压、脉冲宽度、脉冲次数、脉冲频率)对纳秒脉冲放电过程的影响.结果表明:介质压力上升,首个脉冲和首个击穿脉冲的电极释放电压均上升,高压维持数增加,首个击穿脉冲的放电能量上升.增大脉冲输出电压可以减少高压维持数,但不改变击穿电压.增大脉冲宽度同样不改变击穿电压,但明显提升了首个击穿脉冲
的放电能量.改变容弹内介质中CO_(2)的浓度,首个脉冲和首个击穿脉冲的释放电压、放电能量、高压维持数均增加.升高脉冲频率增强了在不同环境条件下脉冲击穿能力,但不影响能量注入总量.在确保击穿的情况下,脉冲次数的增加则能显著增大脉冲注入的能量,增大粒子云团面积,有助于实际点燃过程.
【总页数】9页(P187-195)
【作者】钟郑涛;陈韬;何邦全;赵华
【作者单位】天津大学先进内燃动力全国重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TK411
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1.玻璃气体放电管与陶瓷气体放电管的纳秒脉冲响应特性比较
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关于陶瓷气体放电管及其主要参数放大器和光接收机的信号输入、输出接线柱上,通常都和“地”之间接一只陶瓷气体放电管,用以避雷和防止干扰脉冲损坏放大模块、光接收组件。
当发生钢绞线和电源线相碰的事故以后,由于陶瓷气体放电管击穿放电持续时间比较长,内部的电极往往融化失效,损坏的比例极高;遭雷击时,也会有较高比例的陶瓷气体放电管损坏。
损坏的陶瓷气体放电管有一部分引脚烧断、或短路,比较容易发现和检出,但是有相当一部分从外表上看不出来,也没有短路,维修人员往往以为好的而没有将其更换。
损坏的陶瓷气体放电管在修理时必须更换新管,否则,这些光光接收机和放大器极容易遭雷击和脉冲干扰危害而引起放大模块和光接收组件损坏!许多各地同仁反应,修理过的光接收机和放大器比较容易再次损坏,其中最主要的原因就可能就是损坏的陶瓷气体放电管没有更换!更换陶瓷气体放电管时必须注意换进原来型号的管子,因为不同型号的陶瓷气体放电管的性能参数是不一样的。
下面简要介绍陶瓷气体放电管的基本结构和基本特性,并附表列出两个厂家的产品参数供同仁参考。
陶瓷气体放电管内部有二个相对的针柱形金属电极,每个电极由支架和敷了钡(容易发射电子)的钨丝所组成,极间距离1.2mm左右(因此是互相绝缘的),放电管内部涂有氧化钠和消气剂,充有80~200毫米汞柱的氖气或氩气。
有线电视上用的陶瓷放电管的极间电容通常≤2pf,因此它接在光接收机、放大器的信号输出、输入端子上对信号影响极微;陶瓷放电管的击穿放电时间通常≤2微妙(10-6s级),比雷击电流数十微妙的波头时间要短些,因此能保护器件免遭雷击。
但是两者的时间处于同一个数量级,而且差距很小,因此陶瓷放电管一定要直接接在光接收机、放大器的信号输出、输入端子上,中间不可有电感线圈隔着,否则会造成延时,致使雷击电流波头电流到达之前不能导通放电,达不到防雷保护的作用。
另一种防雷器件叫“压敏电阻”,它的击穿放电时间通常达到10-8s级,比陶瓷气体放电管要快二个数量级,因此是很好的防雷器件,广泛用于交流电源电路的防雷保护。
气体放电管、压敏电阻的工作原理及特性【转】[ 2010-3-7 18:10:00 | By: dier1999 ]推荐一、气体放电管的工作原理及特征气体放电管一般采取陶瓷作为封装外壳,放电管内充斥电气机能稳固的惰性气体,放电管的电极一般有两个电极、三个电极和五个电极三种构造。
当在放电管的极间施加必定的电压时,便在极间产生不平均的电场,在电场的作用下,气体开端游离,当外加电压到达极间场强并超过惰性气体的绝缘强度时,两极间就会发生电弧,电离气体,发生“负阻特性”,从而立即由绝缘状态转为导电状态。
即电场强度超过气体的击穿强度时,就惹起间隙放电,从而限制了极间电压。
也就是说在无浪涌时,处于开路状态,浪涌到来时,放电管内的电极板关合导通。
浪涌消失机,极板复原到本来的状态。
气体放电管是一种开关型的防雷保护器件,一般用于防雷工程的第一级或第二级的掩护上;因为它的极间绝缘电阻大,因此寄生电容很小,所以用于对高频电子线路的保护有着显明的上风。
但是气体放电管因为其自身在放电时的时延性较大和动作敏锐性不够幻想,因而它关于上升陡度较大的雷电波头也难以进行无效的克制,所以气体放电管一般在防雷工程的运用上大多与限压型防雷器进行综合利用。
综上所述:气体放电管的长处是电畅通流畅容量大;寄生电容小;残压较低,普通900V左右;气体放电管的毛病是:1、放电时延性较大,动作敏锐度不够,呼应时光较慢,为80ns左右。
2、有续流,有利于对交换或20V以上的线路进行掩护,因而与火花间隙一样,具有续流的遮断问题。
3、无法进行劣化唆使和完成故障遥信功效,平安系数不高。
二、压敏电阻的工作原理及特征压敏电阻是一种以氧化锌为重要成份的金属氧化物半导体非线性的限压型电阻。
压敏电阻的伏安特征是持续和递减的,因而它不具有续流的遮断问题。
它的工作原理为压敏电阻的氧化锌和添加剂在必定的前提下“烧结”,电阻就会受电压的强烈影响,其电流跟着电压的升高而急剧上升,上升的曲线是一个非线性指数。
陶瓷气体放电管1. 简介陶瓷气体放电管是一种使用气体放电产生可见光和紫外线的装置。
它由外壳、电极、填充气体以及辅助电路等部分组成。
陶瓷气体放电管通常用于照明、显示、激光器、电子设备等领域。
它具有体积小、寿命长、发光效率高等特点,因此在现代科技发展中扮演着重要角色。
2. 结构陶瓷气体放电管的结构主要由以下几个部分组成:2.1 外壳陶瓷气体放电管的外壳通常采用陶瓷材料制成,具有良好的耐热性和耐压性。
外壳的设计旨在保护内部电路和装置,同时也确保放电发光的稳定性和安全性。
2.2 电极陶瓷气体放电管中的电极主要有阴极和阳极两种。
阴极是放电的主要部分,负责向气体中释放电子。
阳极则用于收集流经管内气体的电流。
电极通常采用导电材料制成,如钨、铝等。
2.3 填充气体陶瓷气体放电管的填充气体是产生放电的关键因素。
常见的填充气体有氖气、氩气、氙气等。
这些气体通常能够在放电时产生可见光和紫外线。
2.4 辅助电路陶瓷气体放电管中的辅助电路用于提供正常工作所需的电压和电流。
辅助电路包括电源、控制电路等。
3. 工作原理陶瓷气体放电管的工作原理是通过高电压激励填充气体,使其在管内产生放电现象。
当电极上施加足够高的电压时,阴极释放的电子会与填充气体中的原子或分子发生碰撞,激发其电子跃迁并发射光子,从而产生可见光或紫外线。
不同的填充气体和电极材料会导致不同的放电现象。
例如,氖气放电会产生红色光芒,氩气放电则产生蓝绿色光芒。
通过控制填充气体的种类和压强,可以实现不同颜色的光发射。
4. 应用领域陶瓷气体放电管在多个领域具有广泛的应用:4.1 照明陶瓷气体放电管在照明领域中被广泛使用。
其高发光效率和寿命长的特点使得其成为节能高效的照明设备。
此外,陶瓷气体放电管还可提供不同颜色的光源,满足不同场合的照明需求。
4.2 显示陶瓷气体放电管也广泛应用于显示技术中,如电视、屏幕和标牌等。
由于其发光效率高和对比度好,陶瓷气体放电管被认为是一种理想的显示设备。
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(>1000MQ)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(WIOOns),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1MQ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。
气体放电管选型/原理/应用/放电管检测方法/各国标准2011-11-2 17:57:16 心情: 开心气体放电管按照高效率弧光放电的气体物理原理工作。
从电气的角度看,气体放电管就是压敏开关。
一旦施加到放电管上的电压超过击穿电压,毫微秒内在密封放电区形成电弧。
高浪涌电流处理能力和几乎独立于电流的电弧电压对过压进行短路。
当放电结束,放电管熄灭,内阻立即返回数百兆欧姆。
气体放电管近乎完美的满足保护性元件的所有要求。
它能将过压可靠的限制在允许的数值范围内,并且在正常的工作条件下,由于高绝缘阻抗和低电容特性,放电管对受保护的系统实际上不发生任何影响。
一般来说,当浪涌电压超过系统绝缘的耐电强度时,放电管被击穿放电,从而在短时间内限制浪涌电压及减少干扰能量。
当具有大电流处理能力的弧光放电时,由于弧光电压低,仅几十伏左右,从而防止了浪涌电压的进一步上升。
气体放电管即利用这一自然原理实现了对浪涌电压的限制。
气体放电管主要参数:1)反应时间指从外加电压超过击穿电压到产生击穿现象的时间,气体放电管反应时间一般在μs数量极。
2)功率容量指气体放电管所能承受及散发的最大能量,其定义为在固定的8×20μs电流波形下,所能承受及散发的电流。
3)电容量指在特定的1mhz频率下测得的气体放电管两极间电容量。
气体放电管电容量很小,一般为≤1pf。
4)直流击穿电压当外施电压以500v/s的速率上升,放电管产生火花时的电压为击穿电压。
气体放电管具有多种不同规格的直流击穿电压,其值取决于气体的种类和电极间的距离等因素。
5)温度范围其工作温度范围一般在-55℃~+125℃之间。
6)绝缘电阻是指在外施50或100v直流电压时测量的气体放电管电阻‚一般>1010ω气体放电管的应用示例1)电话机/传真机等各类通讯设备防雷应用如图3所示。
特点为低电流量,高持续电源,无漏电流,高可靠性。
最大续流量对于ef系列,我们设定此特性为在浪涌衰减至下一过零的交流电压期间,从电流供应源通过放电管的最大允许电流。
左右,在它未导通前,会有一个幅度较大的尖脉冲漏过去。
若要抑制这个尖脉冲,有以下几种方法:a、在放电管上并联电容器或压敏电阻;b、在放电管后串联电感或留一段长度适当的传输线,使尖脉冲衰减到较低的电平;c、采用两级保护电路,以放电管作为第一级,以TVS管或半导体过压保护器作为第二级,两级之间用电阻、电感或自恢复保险丝隔离。
2、陶瓷气体放电管击穿电压一致性较差,离散性较大,误差为±20%。
一般不作并联使用。
3、直流击穿电压(DC-Spark-over Voltage)的选择:直流击穿电压的最小值应大于被保护线路的最大工作电压的1.2倍以上。
4、脉冲击穿电压(Impulse Spark-over Voltage)的选择:脉冲击穿电压要考虑浪涌防护等级,例如采用10/700μs的波形试验电压4000V,GDT的脉冲击穿电压要小于4000V,这样在测试时GDT才能导通,起到保护作用。
单纯从线路保护来讲,脉冲击穿电压越低,线路保护效果越好。
实际上,选定了GDT的直流击穿电压,它的脉冲击穿电压也随之确定了。
5、冲击放电电流(通流量)的选择:要根据线路上可能出现的最大浪涌电流或需要防护的最大浪涌电流来选择。
6、续流问题:为了使放电管在冲击击穿后能正常熄弧,在有可能出现续流的地方(如有源电路中),可以在放电管上串联压敏电阻或自恢复保险丝等限制续流,使它小于放电管的维持电流。
二、玻璃气体放电管:SPG(Spark Gap Protectors),玻璃气体放电管,也称强效气体放电管。
1、反应速度快(与陶瓷气体放电管不同,不存在冲击击穿的滞后现象)。
SPG 内部由半导体硅集成,在动作时,当外加电压增大至超过惰性气体的绝缘强度后,由于半导体硅的不稳定性作用,会使两极间的放电发展更为迅速。
因此:玻璃气体放电管的反应速度比陶瓷气体放电管要快。
2、通流容量较陶瓷气体放电管小得多。
3、击穿电压尚未形成系列值。
4、击穿电压分散性较大,为±20%。
GDTGDTGas Discharge TubesGas Discharge Tubes陶瓷气体放电管陶瓷气体放电管1.结构内部为空腔,里面有一种或几种惰性气体,采用陶瓷封装,利用惰性气体浓度不同,制成不同电压参数。
2.原理并联在电路中,当电路正常工作时,陶瓷放电管呈高阻态,当有过电压时,将内部的惰性气体击穿,从而将大部分能量泄放。
浪涌过后,陶瓷放电管恢复正常,从而起到保护电路的作用。
3.特点开关型过压保护器件反应速度100ns;最大通流量为100KA(8/20µs);使用寿命长;电压规格为70-6000V;电压偏差±20%;绝缘性能好,内阻1G-10G欧;缺点,残压高;电容小于3pF耐腐蚀,耐高低温能力强,使用寿命长。
4.技术参数DC Spark-over V oltage(直流火花放电电压(标称直流击穿电压)):施加缓慢升高的直流电压(一般为100V/S)时,GDT火花放电时刻的电压。
Maximum Impulse Spark-over V oltage(脉冲击穿电压(脉冲火花放电电压)):施加规定上升率和极性的冲击电压(一般为1000V/µs),在放电电流流过GDT之前,其两端子之间电压的最大值。
Nominal Impulse Discharge Current(标称脉冲放电电流):给定波形(8/20µs)的冲击电流峰值。
AC Discharge Current(交流放电电流):放电管能承受50HZ市电耐工频交流电流能力。
Impulse Life(脉冲寿命):在一定的电压波形和峰值下,能承受冲击的次数。
Minimum Insulation Resistance(最小绝缘电阻):放电管两端时间一定的电压而测试出来的绝缘阻值。
Maximum Capacitance(寄生电容):放电管两端的寄生电容值。
5.电气符号三级两级6.分类按照通流量(8/20µs)分:G H K L M N P W X Y Z2K 2.5K 3K 5K 10K 15K 20K 50K 60K 80K 100K7.命名方式2RM075L-82R:表示两级(3R表示三级);M:表示通流量为10KA075:表示标称直流击穿电压为75V;L:表示直插(M表示贴片);-8:表示惯纵直径。
气体放电管与固体放电管的不同点
市场中的放电管大致分为两大类:气体放电管和固体放电管,而气体放电管又根据材质的不一样分为陶瓷气体放电管和玻璃气体放电管。
虽然同为放电管,都可以提供浪涌防护、过压保护,但是其应用的范围领域以及产品本身还是有很多不同的。
气体放电管与固体放电管的不同点:
1、通流量不同。
陶瓷气体放电管的8/20μs波峰值电流常用的有5kA、10kA、20kA等几种(当然还有更大的,达100kA以上),10 /1000μs波峰值电流在几十至几百A之间;玻璃放电管的8/20μs波峰值电流现有500A、1kA、3kA三种;半导体过压保护器的10 /1000μs波峰值电流在几十至上百A之间。
2、反应速度不同。
陶瓷气体放电管最慢,玻璃放电管和半导体放电管的响应速度都很快,在ns量级;
3、电容不同。
陶瓷气体放电管和玻璃放电管的电容都很小,在3pF以下,特别适用于高数据传输率的应用上;半导体放电管的容值范围在几十至百pF,是这三种过压保护器件中电容值最大的,由于电容量较高,只适用于低频数据传输。
4、击穿电压精准度不同。
陶瓷气体放电管最低,玻璃放电管较低,半导体放电管的击穿电压可以做得很准确;
5、脉冲击穿电压不同。
陶瓷气体放电管,半导体放电管高,玻璃放电管的击穿电压可以做得很高,最高的达5kV。
6、防护应用不同。
气体放电管多英语高功率一级保护,而固体放电管更适用于低功率的二级保护。
7、失效模式不同。
气体放电管失效模式为开路,固体放电管失效模式为短路。
600v陶瓷放电管600V陶瓷放电管是一种常用的电子元件,主要用于电路中的放电保护。
本文将从陶瓷放电管的工作原理、特点以及应用领域等方面进行阐述。
一、工作原理陶瓷放电管是一种利用气体的电离特性来实现放电保护的元件。
它由一个陶瓷管和两个电极构成,内部充填有特定的气体。
当电路中的电压超过设定值时,陶瓷放电管会发生电离,导通电流,起到保护电路的作用。
当电压下降到设定值以下时,陶瓷放电管会恢复到非导通状态。
二、特点1. 高电压承受能力:600V陶瓷放电管能够承受高达600V的电压,适用于高压电路中的放电保护。
2. 快速响应速度:陶瓷放电管具有快速的响应速度,当电路电压超过设定值时,能够迅速导通电流,起到保护作用。
3. 高温稳定性:陶瓷材料具有良好的高温稳定性,能够在高温环境下正常工作。
4. 长寿命:由于其使用陶瓷材料,600V陶瓷放电管具有较长的使用寿命,能够长时间稳定地工作。
三、应用领域600V陶瓷放电管广泛应用于各种电子设备和电路中的放电保护。
具体应用领域包括:1. 电力系统:在电力系统中,600V陶瓷放电管可用于保护变压器、发电机等设备,防止过电压对设备的损坏。
2. 通信设备:在通信设备中,600V陶瓷放电管可用于保护传输线路和通信设备,防止雷击等外界干扰对设备的影响。
3. 汽车电子:在汽车电子中,600V陶瓷放电管可用于保护汽车电路,防止由于电池过压或短路等原因引起的故障。
4. 工业控制:在工业控制领域,600V陶瓷放电管可用于保护PLC、变频器等设备,提高设备的可靠性和稳定性。
5. 光伏发电:在光伏发电系统中,600V陶瓷放电管可用于保护光伏组件和逆变器,防止过电压对设备的损坏。
600V陶瓷放电管是一种常用的电子元件,具有高电压承受能力、快速响应速度、高温稳定性和长寿命等特点。
它在电力系统、通信设备、汽车电子、工业控制和光伏发电等领域中有着广泛的应用。
通过使用600V陶瓷放电管,可以有效保护电子设备和电路,提高其可靠性和稳定性。