一种多用等离子体自持激发电极及自持激发电极系统的制作方法

1.本发明涉及电工电气技术领域，具体涉及一种多用等离子体自持激发电极及自持激发电极系统。


背景技术：

2.等离子体技术在工业、民用领域的应用已经越来越大，但等离子体的产生往往需要复杂的结构、高压高功率的电源，往往还需要特殊的气体或者可调整的气压，这些产生条件限制了等离子体的进一步应用。大气环境中如何得到稳定弥散均匀低温的等离子体一直是国内外研究的重点，在大气压环境中产生的等离子体基本可以满足各方面的应用需求，而低温均匀稳定更是在民用领域有很大的应用前景，例如臭氧制造、空气净化、医疗美容、观赏、表面处理等等。但由于大气压空气中放电很容易由汤逊放电转化为流注放电，流注放电的收缩特性决定了电极放电很容易导致击穿，形成明亮的放电火花丝。如何在大气环境中产生稳定、均匀、弥散化的等离子体，是现在迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

3.基于上述表述，本发明提供了一种多用等离子体自持激发电极及自持激发电极系统，以解决普通设备不能在大气环境中得到稳定弥散均匀低温等离子体的问题。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多用等离子体自持激发电极，包括绝缘支座、高压电极模块、调节环、低压电极，绝缘支座内设置开口朝上的高压腔，高压电极模块安装于高压腔内，绝缘支座靠上部设置圆柱形的前端外壁，圆环形的调节环和圆环形的低压电极紧密套装在前端外壁上，用于调节低压电极上下位置的调节环位于低压电极的下端，绝缘支座采用绝缘材料，高压电极模块和低压电极采用导电材料。本方案的电极可以在大气环境中产生均匀稳定的等离子体。通过调节环调整低压电极的位置，可以改变所产生的等离子的强度、稳定性和形状。
5.优选的，所述的前端外壁的下端设置台阶轴，台阶轴外壁设置外螺纹，调节环以螺纹连接的方式安装在台阶轴上。通过螺纹连接的方式将调节环安装在台阶轴上，便于调节低压电极的上下位置。
6.优选的，所述的高压电极模块包括高压针基座和高压针电极，高压针基座安装到高压腔内，高压针电极朝上的固定到高压针基座上。通过将高压电极模块分成高压针基座和高压针电极组装设计，便于制作和安装，同时便于选材。
7.优选的，所述的高压针基座上端面以圆周阵列的方式均匀设置多个针孔，高压针电极紧固到所述的每个针孔内。在高压针基座上端面均匀密布多数针孔，用以插入高压针电极，进而可以形成比较均匀的电场，从而可以产生均匀的等离子体。
8.优选的，所述的多用等离子体自持激发电极还包括用于调节高压针基座上下位置的螺杆，绝缘支座底部设置中心孔，中心孔贯通绝缘支座的底部和高压腔，高压针基座底端中心位置设置螺纹孔，所述的螺杆穿过中心孔与螺纹孔配合。通过在高压针基座底部安装
可拧动的螺杆，便于调节高压针基座的上下位置。优选的，所述高压针基座顶部中心位置设置开口朝上的中心槽。通过在高压针基座顶部设置中心槽，便于配合螺杆调整高压针基座的上下位置。
9.优选的，所述低压电极为三角圆锥环状结构，低压电极安装在前端外壁上时，低压电极朝上端设置为尖角。低压电极的尖端朝上，使得低压电极与高压电极模块之间的高压电场，便于激发等离子体。
10.优选的，所述沿面电气距离l1+l2与高压腔14的壁厚l3的比值范围为小于或等于3。通过将l1+l2于l3的比值设计在3内，在满足激发等离子体时，对等离子高压激发电源的较低，同时避免高压击穿绝缘支座。
11.一种多用等离子体自持激发电极系统，包括等离子高压激发源、上述的一种多用等离子体自持激发电极，所述的低压电极电连接等离子高压激发电源的低压端，且低压电极接地，上述电极的高压电极模块电连接等离子高压激发电源的高压端。
12.一种多用等离子体自持激发电极系统，包括等离子高压激发电源、外部导体、上述的一种多用等离子体自持激发电极，所述的低压电极电连接等离子高压激发电源的低压端，且低压电极接地；外部导体电连接等离子高压激发电源的低压端，且接地；上述电极的高压电极模块电连接等离子高压激发电源的高压端。
13.与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：
14.本发明涉及一种多用等离子体自持激发电极，可以在大气环境中形成均匀稳定弥散的低温等离子体，通过调节环和螺杆的作用，产出不同强度、不同稳定性、不同形状的等离子体，便于多场合使用。通过圆筒状的绝缘支座、尖锐的高压针电极阵列和三角圆锥状的低压电极的，形成沿面的高压电场，从而在大气环境中激发等离子体。
附图说明
15.图1为本发明电极的结构斜视图；
16.图2为本发明电极的结构分解图；
17.图3为本发明电极的过轴线剖视图；
18.图4为本发明绝缘支座的过轴线剖视图；
19.图5为本发明高压针基座的结构斜视图；
20.图6为本发明高压针基座的过轴线剖视图；
21.图7为本发明低压电极的过轴线剖视图；
22.图8为本发明绝缘支座的尺寸示意图；
23.图9为本发明低压电极第一模式使用时的原理图；
24.图10为本发明低压电极第二模式使用时的原理图；
25.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
26.1、绝缘支座；2、高压针基座；3、高压针电极；4、调节环；5、低压电极；7、第一等离子体；8、第二等离子体；9、外部导体；11、台阶轴；12、前端外壁；13、后端口；14、高压腔；15、中心孔；21、针孔；22、螺纹孔；23、中心槽；41、接线槽。
具体实施方式
27.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
28.如图1、图2、图3、图4所示。一种多用等离子体自持激发电极，包括绝缘支座1、高压电极模块、调节环4、低压电极5，绝缘支座1内设置开口朝上的高压腔14，高压电极模块安装于高压腔14内，绝缘支座1靠上部设置圆柱形的前端外壁12，圆环形的调节环4和圆环形的低压电极5紧密套装在前端外壁12上，用于调节低压电极5上下位置的调节环4位于低压电极5的下端，绝缘支座1采用绝缘材料，高压电极模块和低压电极5采用导电材料。绝缘支座1采用绝缘材料，通过开口朝上的高压腔14来安装高压电极模块，通过前端外壁12来紧固低压电极5，高压腔14和前端外壁12形成的圆筒结构并将高压电极模块和低压电极5隔离开。圆形的高压腔14和圆形的前端外壁12同心，以此保证高压腔14内的高压电极模块和前端外壁12外的低压电极5处于同心位置，从而在绝缘支座1上表面形成均匀的等离子体。高压电极模块可以紧密或者可上下调节的安装在高压腔14内，且高压电极模块上用于安装高压针电极的侧面朝上。调节环4可上下调节的安装在前端外壁12上，可采用上下可滑动的紧密连接，如调节环4可采用弹性材料，或在调节环4内设置橡胶圈，以便于调节环4的上下滑动，同时便于调节环4的固定。低压电极5紧密的套装在前端外壁12上，低压电极5的下端与调节环4上端面紧密连接。在调整调节环4时，可以同时调整低压电极5的上下位置。本方案中所定的上端或顶端方位，以图3为准，图的上部为上端或顶端，图的下部为下端或底端。绝缘支座1底部设置后端口13，用于安装高压引线。高压电极模块上设置的高压针电极3朝上，用于配合低压电极5形成高电压。高压电极模块采用导电材料。调节环4的上端面设置接线槽41，用于固定低压引线，便于低压电极5与低压引线相连。
29.本实施例中，如图3、图4所示。所述的前端外壁12的下端设置台阶轴11，台阶轴11的外壁设置外螺纹，台阶轴11的直径大于或等于前端外壁12的直径，调节环4以螺纹连接的方式安装在台阶轴11上。台阶轴11外壁设置外螺纹，调节环4内壁设置内螺纹，调节环4通过与台阶轴11螺纹连接，通过左右旋拧调节环4来调节调节环4的上下位置，进而调节低压电极5的上下距离。
30.本实施例中，如图3、图4、图5所示。所述的高压电极模块包括高压针基座2和高压针电极3，高压针基座2安装到高压腔14内，高压针电极3朝上的固定到高压针基座2上。高压针基座2用于固定高压针电极3，高压针基座2采用易导电材料，高压针电极3采用耐烧蚀导电材料，高压针电极3固定到高压针基座2的一端平齐，另一端朝上安装，且朝上端尖锐，便于和低压电极5形成高压。高压针基座2可紧密固定到高压腔14内，高压针基座2也可可滑动的安装到高压腔14内，可以在高压针基座2外包裹一层橡皮套，从而可以达到紧固和可调节的目的。所述的高压针基座2采用紫铜材料。高压针基座2采用紫铜为极易导电材料，电阻小，减小高压针基座2对高压针电极3电压的影响，使得高压针电极3有稳定的高电压，便于激发等离子体。所述的高压针电极3采用不锈钢材料。高压针电极3采用不锈钢材料，不锈钢为耐烧蚀导电材料，可以减小形成等离子体时对高压针电极3的烧蚀影响。所述绝缘支座1采用有机玻璃或尼龙材料。有机玻璃或尼龙材料的绝缘性好，单位长度的击穿电压大，可以达到很好的绝缘效果。
31.本实施例中，如图3、图5所示。所述的高压针基座2上端面以圆周阵列的方式均匀设置多个针孔21，高压针电极3紧固到所述的每个针孔21内。高压针基座2安装到高压腔14中后，朝上的端面设置多数针孔21，多数针孔21以环形阵列的方式均匀分布在圆形的高压针基座2上端面上，且由圆柱形高压针基座2的外圈向内心设置多排针孔21，从而在高压针基座2上端面形成均匀密集的针孔21阵列，每个针孔21内固定插入高压针电极3，进而可以形成比较均匀的电场，从而可以产生均匀的等离子体。高压针电极3阵列为等离子体的激发发射源，为耐烧蚀导电材料，要求长度相同，发射端的为尖端，尖端曲率半径尽可能小，安装端齐平，且高压针电极3与针孔21紧密配合安装。
32.本实施例中，如图3、图6所示。所述的多用等离子体自持激发电极还包括用于调节高压针基座2上下位置的螺杆，绝缘支座1底部设置中心孔15，中心孔15贯通绝缘支座1的底部和高压腔14，高压针基座2底端中心位置设置螺纹孔22，所述的螺杆穿过中心孔15与螺纹孔22配合。中心孔15位于绝缘支座1的底部圆心位置，螺纹孔22也位于高压针基座2底端的中心位置，以此保证高压针基座2与绝缘支座1同心，进而高压针基座2与低压电极5同心。可以将中心孔15也设计成带螺纹的，此时高压针基座2与高压腔14间隙配合，通过拧动所述的螺杆，使得螺杆相对中心孔15上下运动，从而带动高压针基座2上下移动。
33.本实施例中，如图5、图6所示。所述高压针基座2顶部中心位置设置开口朝上的中心槽23。可以将上述的螺杆以可旋转的方式安装在中心孔15，拧动螺杆时，螺杆相对中心孔15不发生上下移动。此时通过螺丝刀插入中心槽23，防止高压针基座2发生转动，所述的螺杆与螺纹孔22螺纹连接，当拧动螺杆时，螺纹孔22相对螺杆上下移动。因为螺杆上下方向自由度被固定，所以只有高压针基座2上下移动，因而可以达到改变高压针电极3的上下位置，从而达到改变电场强度的作用。
34.本实施例中，如图7所示。所述低压电极5为三角圆锥环状结构，低压电极5安装在前端外壁12上时，低压电极5朝上端为尖角。将环形的低压电极5设计成三角圆锥装，且尖端朝上，使得低压电极5与高压电极模块之间的高压电场，激发等离子体。
35.本实施例中，如图8所示。所述沿面电气距离l1+l2与高压腔14的壁厚l3的比值范围为小于或等于3。本技术中，沿面的放电很关键，直接关系到是否能产生等离子体。等离子高压激发电源给定高电压为e，沿面的绝缘强度为uy,高压腔14的击穿强度为ut,要正常产生等离子体，要求ut》e》uy。其中uy＝u0y*(l1+l2)，u0y为单位长度沿面的击穿电压，单位为kv/cm；ut＝u0t*l3，u0t为单位厚度的击穿电压，单位为kv/cm。u0y和u0t与绝缘材料有关，同一绝缘材料，一般u0y》325*u0t。通过计算，(l1+l2)/l3《324都满足要求。但现实中，l3一定时，ut一定，l1+l2的值越大，uy值也越大，对等离子高压激发电源的电压e要求也越大。因(l1+l2)/l3的比值取值相对较小，在等离子高压激发电源的要求上更经济。
36.本实施例中，如图9所示。一种多用等离子体自持激发电极系统，包括等离子高压激发电源、的一种多用等离子体自持激发电极，所述的低压电极5电连接等离子高压激发电源的低压端，且低压电极5接地，上述电极的高压电极模块电连接等离子高压激发电源的高压端。当高压电极模块接外部等离子体高压激发电源的高压，低压电极5接外部等离子体高压激发电源的低压且接地，此时，上下调整调节环4，带动低压电极5上下移动，进而调节高压电极模块与低压电极之间的绝缘支座1上部沿面电气距离，在绝缘支座1上部沿面上形成第一等离子体7，所形成的第一等离子体7是自持稳定激发、均匀弥散、大气环境下的低温等
离子体，第一等离子体7形状是圆环形。所述电气距离是指高压电极模块上端放电面沿着绝缘支座1表面到达低压电极5顶端的最近距离。该模式下产生的等离子体属于自持激发，等离子体圆周化均匀弥散，可用于空气净化、臭氧制造、观赏等用途。
37.本实施例中，如图10所示。一种多用等离子体自持激发电极系统，包括等离子高压激发电源、外部导体9、的一种多用等离子体自持激发电极，所述的低压电极5电连接等离子高压激发电源的低压端，且低压电极5接地；外部导体9电连接等离子高压激发电源的低压端，且接地；上述电极的高压电极模块电连接等离子高压激发电源的高压端。当外部接地的外部导体9(例如金属、液体、人体皮肤等)靠近高压电极模块，且外部导体9与高压电极模块的电气距离小于上述述绝缘支座1上部沿面电气距离时，绝缘支座1上部沿面上形成第二等离子体8，所形成的第二等离子体8位于高压电极模块与外部导体9之间，第二等离子体8呈圆锥状。该模式下需要外部物体靠近后，方可产生等离子体，移动外部物体或该种多用等离子体自持激发电极，可用于大面积的表面等离子体处理、美容、杀菌等用途。同理，选择其他的背景气体、压强，均可以通过电极距离或外部激发电压等调节产生类似的效果。
38.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种多用等离子体自持激发电极，其特征在于，包括绝缘支座(1)、高压电极模块、调节环(4)、低压电极(5)，绝缘支座(1)内设置开口朝上的高压腔(14)，高压电极模块安装于高压腔(14)内，绝缘支座(1)靠上部设置圆柱形的前端外壁(12)；圆环形的调节环(4)和圆环形的低压电极(5)紧密套装在前端外壁(12)上，用于调节低压电极(5)上下位置的调节环(4)位于低压电极(5)的下端；绝缘支座(1)采用绝缘材料，高压电极模块和低压电极(5)采用导电材料。2.根据权利要求1所述的一种多用等离子体自持激发电极，其特征在于，所述的前端外壁(12)的下端设置台阶轴(11)，台阶轴(11)外壁设置外螺纹，调节环(4)以螺纹连接的方式安装在台阶轴(11)上。3.根据权利要求1所述的一种多用等离子体自持激发电极，其特征在于，所述的高压电极模块包括高压针基座(2)和高压针电极(3)，高压针基座(2)安装到高压腔(14)内，高压针电极(3)朝上的固定到高压针基座(2)上。4.根据权利要求3所述的一种多用等离子体自持激发电极，其特征在于，所述的高压针基座(2)上端面以圆周阵列的方式均匀设置多个针孔(21)，高压针电极(3)紧固到所述的每个针孔(21)内。5.根据权利要求3所述的一种多用等离子体自持激发电极，其特征在于，所述的多用等离子体自持激发电极还包括用于调节高压针基座(2)上下位置的螺杆，绝缘支座(1)底部设置中心孔(15)，中心孔(15)贯通绝缘支座(1)的底部和高压腔(14)，高压针基座(2)底端中心位置设置螺纹孔(22)，所述的螺杆穿过中心孔(15)与螺纹孔(22)配合。6.根据权利要求5所述的一种多用等离子体自持激发电极，其特征在于，所述高压针基座(2)顶部中心位置设置开口朝上的中心槽(23)。7.根据权利要求1所述的一种多用等离子体自持激发电极，其特征在于，所述低压电极(5)为三角圆锥环状结构，低压电极(5)安装在前端外壁(12)上时，低压电极(5)朝上端设置为尖角。8.根据权利要求1所述的一种多用等离子体自持激发电极，其特征在于，沿面的电气距离l1+l2与高压腔(14)的壁厚l3的比值范围为小于或等于3。9.一种多用等离子体自持激发电极系统，其特征在于，包括等离子高压激发电源、权利要求1～8任一所述的一种多用等离子体自持激发电极，所述的低压电极(5)电连接等离子高压激发电源的低压端，且低压电极(5)接地，上述电极的高压电极模块电连接等离子高压激发电源的高压端。10.一种多用等离子体自持激发电极系统，其特征在于，包括等离子高压激发电源、外部导体(9)、权利要求1～8任一所述的一种多用等离子体自持激发电极，所述的低压电极(5)电连接等离子高压激发电源的低压端，且低压电极(5)接地；外部导体(9)电连接等离子高压激发电源的低压端，且接地；上述电极的高压电极模块电连接等离子高压激发电源的高压端。

技术总结
本发明涉及一种多用等离子体自持激发电极，包括绝缘支座、高压电极模块、调节环、低压电极，绝缘支座内设置开口朝上的高压腔，高压电极模块朝上的安装于高压腔内，绝缘支座靠上部设置圆柱形的前端外壁，圆环形的调节环和圆环形的低压电极紧密套装在前端外壁上，用于调节低压电极上下位置的调节环位于低压电极的下端，绝缘支座采用绝缘材料，高压电极模块和低压电极采用导电材料。本电极可以在大气环境中形成均匀稳定弥散的低温等离子体，通过调节环和螺杆的作用，产出不同强度、不同稳定性、不同形状的等离子体，便于多场合使用。本申请还涉及包括上述多用等离子体自持激发电极的系统。统。统。


技术研发人员：郭啸龙 刘云龙
受保护的技术使用者：武汉芙丽雅电子科技有限公司
技术研发日：2021.08.06
技术公布日：2023/7/23