Газоразрядное устройство Советский патент 1990 года по МПК H01T19/00 

Изобретение относится к технике электрических разрядов в газах и может быть использовано для генерирования электромагнитного излучения в широком диапазоне частот.

Целью изобретения является повышение надежности газоразрядного устройства.

На фиг. 1 представлена электрическая схема газоразрядного устройства с одним пьезоэлементом и подвижным электродом в виде стержня; на фиг. 2 и 3 - схемы устройства с двумя пьезоэлементами и подвижным электродом в виде нити и управления пьезоэлементами соответственно от источника питания и дополнительного генератора.

Газоразрядное устройство (фиг. 1) содержит неподвижный плоский электрод 1, подключенный через ограничительный резистор 2 к выводу источника питания (не показан), и подвижный стержневой электрод 3

с острием, обращенным к неподвижному электроду 1. Подвижный электрод 3 установлен на крае двуслойного пластинчатого биморфного пьезоэлемента 4. другой край которого закреплен в неподвижной опоре 5. Электрод 3 соединен с токопроводящей обкладкой 6 первого слоя 7 пьезоэлемента 4, подключенной через переменный резистор 8 к другому выводу источнике питания, который соединен с токопроводяш.ей обкладкой 9 второго слоя Ю пьезоэлемента 4. Для подключения устройства к источнику питания служат клеммы 11 и 12.

В устройстве (фиг. 2) подвижный электрод 3 выполнен в виде металлической нити, натянутой между двумя пьезоэлементами 4. При этом токопроводящие обкладки 6 и 9 слоев пьезоэлементов 4 включены параллельно резистору 8.

сд

со с

N3

На фиг. 3 вместо переменного резистора параллельно обкладкам 6 и 9 слоев 7 и 10 пьезоэлементов 4 включен модулирующий генератор 13.

Источником электромагнитного излучения в газовом разряде являются ускоренно движущиеся заряды. Чем выше ускорение, тем интенсивнее излучение. Нестационарный неустановившийся электрический разряд в газе сопровождается рядом прерывистых явлений, связанных с образованием и распространением стримеров. Этими прерывистыми явлениями и определяется сопутствующее газовому разряду электромагнитное излучение. В предлагаемом газоразрядном устройстве используется вибрация подвижного электрода относительно неподвижного электрода .

Для работы газоразрядного устройства на его клеммы подается такое напряжение, при котором между электродами в их исходном состоянии возникает самостоятельный неустановившийся газовый разряд, характеризующийся переходом одного вида самостоятельного тока в другой (короны в стример, стримера в канальную стадию искры, канальной стадии искры в дугу). При этом мощность источника питания не должна превышать той величины, при которой неустановившийся газовый разряд может перейти в установивщуюся форму разряда (дугу). Поскольку рабочий режим (самостоятельный, неустановившийся разряд) газоразрядного устройства состоит в протекании прерывистого тока разряда, то этот режим можно разделить на интервалы наличия импульса тока и бестоковую паузу.

Пусть на газоразрядное устройство фиг. 1) подано постоянное напряжение питания: плюс на клемме 12 и минус на клемме 11. При возникновении тока в случае пробоя разрядного промежутка ток протекает от клеммы 12 через резистор 2, электрод 1, электрод 3, токопроводящую обкладку 6 первого слоя 7 биморфного пьезо- элемента 4 и регулировочный резистор 8 к клемме 11. Напряжение на регулировочном резисторе 8 является одновременно напряжением, приложенным к биморфному пьезо- элементу 4. Под действием этого напряжения биморфный пьезоэлемент 4 изгибается и подвижный электрод 3 с коническим заострением на рабочем конце перемещается к неподвижному плоскому электроду 1. Это достигается соответствующей установкой биморфного пьезоэлемента 4. Уменьшение расстояния между электродами 1 и 3 приводит к увеличению тока. Напряжение на регулировочном резисторе 8 возрастет, изгиб биморфного пьезоэлемента 4 увеличится, а расстояние между электродами 1 и 3 еще более уменьшится и т. д. Этот процесс происходит до тех пор, пока не прекратится увеличение тока разряда или изгиб биморфного пьезоэлемента 4.

При уменьшении тока разряда напряжение на регулировочном резисторе 8 уменьшается, изгиб биморфного пьезоэлемента 4 также уменьшается, а расстояние между электродами 1 и 3 увеличивается. Происходит уменьшение тока. Напряжение на регулировочном резисторе 8 уменьшается, изгиб биморфного пьезоэлемента 4 уменьшается, а расстояние между электродами 1 и 3 euie более увеличив-ается и т. д. Этот процесс

происходит до тех пор, пока не прекратится ток или изгиб биморфного пьезоэлемента 4.

Таким образом, соответствуюш,ее включение биморфного пьезоэлемента 4 обеспечивает более резкое увеличение и уменьшение тока разряда и, следовательно, высокий уровень сопутствующего электромагнитного излучения. Изменяя величину регулировочного резистора 8, можно изменять величину изгиба биморфного пьезоэлемента 4.

0 В бестоковую паузу биморфный пьезоэлемент 4 и подвижный электрод 3 занимают исходное состояние. При следующем импульсе, тока разряда указанный цикл работы газоразрядного устройства повторя5

При питании газоразрядного устройств а

переменным напряжением в один из полупериодов (положительный) происходят указанные процессы. В другой из полупериодов (отрицательный) биморфный пьезоэле0 мент 4 изгибается в противоположную сторону и расстояние между электродами увеличивается. Следовательно, в отрицательный полупериод скорость изменения тока разряда меньше, чем в положительный полупериод питающего напряжения.

5 В газоразрядном устройстве (фиг. 1) может быть использован подвижный электрод в виде стержня из тугоплавкого металла диаметром 1 мм и углом у вершины конуса на рабочем конце электрода 110-130°. При этом длина стержня должна исключить

° влияние металлизированной обкладки биморфного пьезоэлемента на электрическое поле между неподвижным и подвижным электродами.

В газоразрядном устройстве (фиг. 2)

с для исключения влияния металлизированной поверхности биморфного пьезоэлемента на электрическое поле между неподвижным I и подвижным 3 электродами изготовляют подвижный электрод в виде профилированной нити из тугоплавкого металла, которая

0 крепится к двум биморфным пьезоэлемен- там 4. Функционирование газоразрядного устройства (фиг. 2) аналогично функционированию устройства (фиг. 1). Биморфные пьезоэлементы 4 изгибаются одновременно, обеспечивая изменение расстояния между

5 подвижным 3 и неподвижным 1 электродами. Профиль нити может быть выполнен в виде окружности, треугольника, прямоугольника и т. д. Допустимые нагрузки на пьезоэлемент ограничивают массу используемой в газоразрядном устройстве профилированной

нити.

При необходимости получения определенных временных характеристик электромагнитного излучения может быть использовано газоразрядное устройство (фиг. 3). Если в газоразрядном устройстве (фиг. 1 и 2) напряжение на биморфном пьезоэлементе представляет собой напряжение на регулировочном резисторе, то в газоразрядном устройстве (фиг. 3) напряжение на биморфные пьезоэлементы 4 подается от дополнительного модулирующего генератора 13.

Величина перемещения биморфных элементов может изменяться в широких пределах и зависит от величины напряжения, приложенного к их поверхности. Варьируя толщиной и длиной биморфных пьезоэлемен- тов, можно существенно изменять величину перемещения и допустимые нагрузки.

В устройстве используют пьезоэлементы со следующими размерами: длина 60 мм, ширина 10 мм, толщина 0,3 мм. При напряжении питания газоразрядного устройства 10 кВ и резисторе для ограничения тока разряда 8 МОм, сопротивлении регулировочного резистора 180 кОм, что соответствует падению напряжения до 220 В, получают амплитуду колебаний свободного конца биморфного пьезоэлемента около 3 мм.

При использовании в устройстве пластин из цирконаттитана свинца согласно выполненным расчетам при напряжении питания газоразрядного устройства 10 кВ и сопротивлении резистора для ограничения тока разряда 8 МОм сопротивление регулировочного резистора может быть порядка 180 кОм (для работы в цепи с источником питания переменного тока) и 330 кОм (для

работы в цепи с источником питания постоянного тока).

Газоразрядное устройство характеризуется высоким уровнем напряженности элек- тромагнитиого излучения в широком диапа- зоне частот, надежностью в работе и простотой что позволяет рекомендовать его к применению в генераторах электромагнитного излучения (щума).

10

Формула изобретения

1. Газоразрядное устройство, содержащее неподвижный плоский электрод, напротив которого расположен подвижный электрод, и источник питания, подключенный первым выводом через ограничительный резистор к плоскому электроду, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено по крайней мере одним биморфным пьезоэлементом. выполнен- 0 ным в виде двуслойной пластины, один край которой закреплен в введенной неподвижной опоре, на противоположном краю которой установлен на поверхности первого слоя пьезоэлемента подвижный электрод, электрически соединенный с токопроводя щей обкладкой первого слоя пьезоэлемента, причем второй вывод источника питания подключен к токопроводящей обкладке первого слоя пьезозлемента через введен- ный резистивный элемент, а к токопроводяoQ щей обкладке второго слоя пьезоэлемента - непосредственно.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подвижный электрод выполнен в виде стержня с острием, направленным в сторону неподвижного электрода.

3.Устройство по п. I, отличающееся тем, что подвижный электрод выполнен в виде металлической нити, натянутой между двумя пьезоэлементами.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение надежности. Подвижный электрод устройства установлен на одном из краев двуслойного пластинчатого биморфного пьезоэлемента, другой край которого закреплен на неподвижной опоре. При протекании разрядного тока появляется падение напряжения на переменном резисторе, который подключен к токопроводящим обкладкам слоев пьезоэлемента, что вызывает отклонение его свободного края с установленным на нем электродом, изменение протяженности разрядного промежутка и интенсивности электромагнитного излучения разряда. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

УУ

10

Фиг.1

Фиг.З

(риг.г

г CZI

/2