Курсовая работа (т): Дослідження температури заселеності рівнів атомарного та молекулярного спектрів в плазмі

Рис. 1.1.6. Калібрування поясу Роговського заданим прямокутним імпульсом а - 1 мкс, б - 4 мкс, в - 10 мкс, г - 100 мкс тривалості. Верхній імпульс з генератору імпульсів, нижній - сигнал поясу Роговського (тривалості розгортки осцилографа для верхнього та нижнього імпульсу однакові)

1.1.3 Вимірювання напруги

Напруга в дослідженнях вимірюється за допомогою омічно-ємнісного відкаліброваного подільника напруги з коефіцієнтом ділення 1:10000.

1.2 Опис експериментальної установки

1.2.1 Будова камери та загальна схема установки

Реакційна камера представляє собою довгу вертикальну кварцеву трубу, на нижньому кінці якої розташована форсунка, що розпилює рідину, утворюючи аерозоль. Особливості цієї форсунки описані в підрозділі 1.2.4. До форсунки під’єднується шланг, по якому подається повітря регульованого тиску з компресору і шланг, по якому подається вода з крану системи водопостачання.

За рахунок особливих властивостей аерозолю найважчі частинки найраніше розвертаються і починають осідати, тому регулюючи висоту робочої ділянки можна змінювати дисперсність аерозолю. Існує певна висота, на якій розвертаються найменші краплі аерозолю, і вона становить біля двох метрів. Саме таку довжину має кварцева труба. На другому кінці труби розташований водозборник, що не дає аерозолю потрапити за межі труби. На обраній робочій висоті розташовуються мідні електроди, між якими ініціюється електричний розряд. До електродів під’єднується коло подачі напруги, яке описане в підрозділі 1.2.2. Також в перпендикулярному до вісі електродів напрямку розташована вісь оптичної системи вимірювання радіуса крапель дифракційним методом, яка описана в підрозділі 1.2.3.

Вимірювання дифракційної картини розсіяння керується за допомогою блока керування, який описаний в підрозділі 1.2.5.

1.2.2 Схема подачі напруги на розрядну камеру та вимірювання параметрів напруги та струму на розрядному проміжку

Секція подачі напруги безпосередньо підключається до електродів камери (рис. 1.2.1) і складається з генератора високої напруги 1, баластного опору 2, конденсатора 3 з ємністю 15 нФ та комутатора 4, що являє собою повітряний розрядний проміжок. Генератор через баластний опір заряджає конденсатор і, коли напруга на конденсаторі досягає пробійної напруги комутатора, відбувається пробій комутатора і імпульс високої напруги подається на розрядний проміжок камери, напруга пробою якого є меншою за напругу пробою комутатора. Баластний опір обмежує струм зарядки і гасить коливання струму в колі генератора. Подільник напруги 6 підключається до виводів камери; пояс Роговського знаходиться на заземленому виводі розрядної камери.

1.2.3 Схема вимірювання радіусу крапель в аерозольному середовищі

Експериментальна установка, що використовую метод малих кутів (рис. 1.2.2), представляє собою оптичну систему, що складається з джерела когерентного світла 1, коліматора 2 з точковою діафрагмою 3, ультразвукового диспергатору 4, збираючої лінзи 5, фотодіода 10 з датчиком положення 8, перетворювача сигналу 11 і осцилографу 9. Дифракційні кільця відображаються на екрані 7, що розташований у фокальній площині лінзи. Вимірювання інтенсивності світла відбувається позаду екрана.

Вибором співвідношення фокусних відстаней F₁ та F₂ можна змінювати ширину променя світла, що проходить крізь факел 5. Відстань L між факелом та збираючою лінзою при заданому діаметрі цієї лінзи дозволяє витримувати допустимий кут б при очікуваному розмірі крапель. Фокусна відстань F₃ також залежить від очікуваного розміру крапель.

Рис. 1.2.1 Блок-схема системи подачі напруги: 1 - генератор формування імпульсу, 2 - баластний опір, 3 - розрядний конденсатор, 4 - повітряний комутатор, 5 - розрядна камера, 6 - подільник напруги, 7 - пояс Роговського

Рис. 1.2.2 Схема вимірювання радіусу крапель в аерозольному середовищі: 1 - джерело лазерного випромінювання, 2 - фокусуючі коліматорні лінзи, 3 - діафрагма, 4 - джерело аерозолю, 5 - аерозоль, 6 - фокусуюча лінза, 7 - екран, 8 - датчик положення, 9 - осцилограф, 10 - фотодіод, 11 - система обробки сигналу

Точкова діафрагма 3 дозволяє позбавитись від дефектів випромінювання джерела світла.

При підборі фокусних відстаней F₁, F₂ та F₃ і відстані L наведена установка дозволяє вимірювати краплі з розміром від 0.5 мкм до сотень мікрон.

.2.4 Механізм ефективного створення аерозольного середовища

Для створення аерозольного середовища використовується розробка вчених Київського політехнічного інституту - ультразвукова форсунка, що діє на принципі ультразвукової механічної кавітації.

Дана розробка схожа по принципу дії до звичайних ультразвукових форсунок, які використовують генерацію ультразвукових коливань в турбулентних потоках у соплі форсунки. Проте в даній конструкції присутні деякі вдосконалення, що надають можливість отримати більш рівномірне і мілкодисперсне середовище.

В спеціальних пазах у соплі знаходяться металеві циліндри, які подібно до резонаторів в ультразвукових свистках починають коливатися у потоці повітря на ультразвукових частотах. Коливаючись, вони вдаряються об стінки форсунки і змушують вібрувати ії робочу частину, що в свою чергу призводить до ультразвукової кавітації рідини.

Рис. 1.2.3 Будова ультразвукової форсунки, що створює аерозольне середовище за допомогою механічної кавітації

1.2.5 Схема пристрою для керування процесом вимірювання дифракційного розподілу інтенсивності розсіяного світла

Для керуванням процесу вимірювання дифракційного розподілу інтенсивності розсіяного світла використовується автоматизована скануюча система, яка складається з фотодіоду з’єднаного з рухомою підставкою, положення якої регулюється кроковим двигуном. Кроковий двигун керується віддаленим блоком керування.

Кроковий двигун пересуває підставку зі сталою швидкістю, що дає змогу пов’язати час із координатою. На кінцях діапазону руху знаходяться датчики, сигнал з яких поступає до блоку керування і вібповідним чином відбуваеться керування двигуном.

Принципова схема блока керування зображена на рис. 1.2.4.

Логіку керування реалізує мікросхема ATMega8, яка програмується через 10 контактний ISP роз’єм. Живлення логічної частини 5В подається через ISP роз’єм або із зовнішнього джерела живлення і вмикається або вимикається ключом 1.

Інтерфейс оператора реалізується трьома перемикачами 2 та трома світлодіодами, що знаходяться на передній панелі керування. Через порти 2-5 мікросхеми виводиться логічні сигнали, що через опори R10-R13 виводяться в лінію зв'язку RJ 45 і подаються на іншому кінці лінії на силові транзистори, які керують роботою двигуна.

Вимірюваний підсилений сигнал з фотодіода подається на аналоговий компаратор 28 мікросхеми і може оцифровуватись для передачі на комп’ютер. Навантаження сигналу може з порта 6 перемикатись між 10 кОм і 50 Ом в залежності від наявності або відсутності осцилографа з навантаженням в 50 Ом.

Потенціометр R1 призначений для зміни швидкості двигуна.

Подільник R2-R3 слугує для вимірювання напруги живлення двигуна, яка має бути 12-30 В.

Рис. 1.2.4. Принципова електрична схема пристрою для керування кроковим двигуном та вимірювання сигналу с фотодіоду.

Висновки

В даній роботі описана будова установки, що призначена для вимірювання параметрів розряду в аерозольному середовищі. Визначено оптимальні параметри установки та її будову. Досліджені роботи, пов’язані з генерацією електричних розрядів в аерозольному середовищі. Визначені і описані методики, що використовуються для вимірювання параметрів електричного розряду та параметрів аерозолю.

Зроблений висновок, що дана робота є актуальною і має дати відповідь на питання про механізм електричного розряду в аерозольному середовищі і має визначити застосовність даного методу в ряді практичних технологій.

Перелік посилань

1.      Fridman A. Plasma Chemistry / A. Fridman. - N.Y.: Cambridge Univ. Press, 2008.

.        Chernyak V. Sources of nonequilibrium plasma at atmospheric pressure / I. Prysyazhnevych, V. Chernyak, J.D. Skalnэ, Љ. Matejиik, V. Yukhymenko, S. Olszewsky, V. Naumov // Ukr. J. Phys. - 2008. - vol. 53, № 5. - P. 472-476. ISSN 0503-1265.

.        Григорьев А.И., Ширяева С.О. // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 1994. № 3. С. 3-22.

.        Bjorn A. M. Hansson, Hans M. Hertz Liquid-jet laser-plasma extreme ultraviolet sources: from droplets to filaments// J. Phys. D: Appl. Phys. 37 (2004) 3233-3243

.        Юсупалиев У., Шутеев С.А., Маслов А.К., Винке Е.Э., Еленский В.Г., Юсупалиев П.У. Анизотропия диффузии аэрозольных (коллоидных) частиц в закрученных потоках плазмы/газа (жидкости)

.        V. Broћek, L. Mastnэ, P. Moravec, V. Ћdнmal Possible way to prepare nanoparticles from aerosols released at plasma deposition

.        Шайдук А.М. Сверхзвуковой режим испарения аэрозольной частицы и газодинамика солнечного ветра // Журнал технической физики. - 2007. - 77, №.5 - С. 35-40.

.        Титов Д.В. Нелинейное экранирование в высокотемпературном аерозоле граничащем с проводной стенкой