等離子體鞘層是什么 實(shí)驗(yàn)室焊接熔深檢測(cè)教程

等離子體鞘層為什么表現(xiàn)為暗區(qū)？在等離子體物理，無碰撞鞘層分析中，為什么可以用靜電場(chǎng)的泊松方程？等離子體參數(shù)里有等離子體鞘層嗎？等離子體鞘層是什么？熔深的檢測(cè)，父母都是純正的理科生是什么體驗(yàn)？

本文導(dǎo)航

• 低溫等離子體圖解
• 彈性力學(xué)問題的正確解答
• 等離子體的能量密度
• 等離子體和離子區(qū)別
• 實(shí)驗(yàn)室焊接熔深檢測(cè)教程
• 家里有個(gè)清華的學(xué)生是種什么體驗(yàn)

低溫等離子體圖解

通常的等離子體鞘層呈負(fù)電位降，等離子體電子不能深入鞘層內(nèi)部，而電極上轟擊產(chǎn)生的二次電子又需要一定距離加速獲得高于激發(fā)能的動(dòng)能，鞘層內(nèi)的中性因此不能被激發(fā)。另一方面，中性氣體分子原子的激發(fā)態(tài)壽命很短（納秒量級(jí)），這些中性氣體在鞘層外部被激發(fā)后，幾乎原地退激發(fā)發(fā)光，不會(huì)攜帶內(nèi)能，憋著不卸能，長(zhǎng)途跋涉到鞘層在放亮。

彈性力學(xué)問題的正確解答

鞘層由直流or交變的電壓產(chǎn)生，同時(shí)不可避免地產(chǎn)生傳導(dǎo)以及位移電流，電流產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的交變磁場(chǎng)、渦旋電場(chǎng)。在頻率較低時(shí)，渦旋電場(chǎng)強(qiáng)度低于電荷產(chǎn)生的靜電場(chǎng)強(qiáng)度，鞘層由此可以通過靜電模型描述。當(dāng)隨頻率增加，渦旋電場(chǎng)不能忽略不計(jì)，帶電粒子運(yùn)動(dòng)受橫向渦旋電場(chǎng)加速，不再滿足縱向加速的簡(jiǎn)單鞘層動(dòng)力學(xué)模型，必須采用完備的麥克斯韋方程，對(duì)應(yīng)的結(jié)果是電磁波在等離子體中傳播，不再是鞘層。

關(guān)于自身產(chǎn)生的場(chǎng)作用于自己，是一種誤解，電極上有電源提供的電荷，這些電荷就產(chǎn)生影響鞘層內(nèi)電荷運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)，鞘層內(nèi)的電荷（電子或離子）構(gòu)成所謂的空間電荷，二者同時(shí)產(chǎn)生鞘層內(nèi)的電場(chǎng)。

等離子體的能量密度

這個(gè)問的好模糊。

參數(shù)都是有一個(gè)研究問題的參數(shù)吧，而且鞘層也是很模糊的概念，你是專門研究鞘層問題？還是說考慮等離子體鞘層后來研究其他問題？這些需要考慮的參數(shù)或是假設(shè)都是有很大區(qū)別的。

等離子體和離子區(qū)別

等離子體不是一個(gè)熱平衡系統(tǒng)，由于電子和正電離子的質(zhì)量上的差異，等離子體內(nèi)部的電子和正電離子具有不同的運(yùn)動(dòng)速度，即溫度，由于電子質(zhì)量小，更容易被電場(chǎng)加速，電子具有比正電離子更大的速度。由于一般約束等離子體的環(huán)境，如真空的腔的壁，是接地的，電位較低，這樣在等離子體和約束間，運(yùn)動(dòng)速度快的電子被接地腔壁導(dǎo)走，而運(yùn)動(dòng)速度慢的正電離子就聚集在離腔壁一定距離的位置，穩(wěn)定存在，產(chǎn)生電場(chǎng)，將由于熱運(yùn)動(dòng)的而飛向腔壁的電子通過電場(chǎng)打回等離子內(nèi)部，這樣在等離子和約束其的壁之間就產(chǎn)生了鞘層，簡(jiǎn)單說就是等離子體和約束其的壁之間聚集的正電離子和電場(chǎng)叫做鞘層，簡(jiǎn)單的教程請(qǐng)參閱J.R Roth的《工業(yè)等離子體 I》，你會(huì)得到更準(zhǔn)確和定量的解釋，里面有圖，我就不貼了，你自己找來這本書看就好了。

實(shí)驗(yàn)室焊接熔深檢測(cè)教程

穿孔等離子弧焊的熔深檢測(cè)小孔型等離子弧焊具有熱輸入能量集中，焊縫深寬比大，焊接效率高以及可以在中厚管、板材料焊接時(shí)實(shí)現(xiàn)一次焊透，單面焊雙面成形等特點(diǎn)。但小孔的不穩(wěn)定使等離子弧焊不能獲得良好的焊縫成形，大大限制了等離子弧焊的廣泛應(yīng)用。在等離子弧熔透控制、小孔控制方面，國(guó)內(nèi)外已開展了大量的研究，先后提出了多種小孔行為的檢測(cè)方法，如尾焰電壓、電弧弧光強(qiáng)度、聲音信號(hào)、熔池圖像信號(hào)、多傳感信息融合等，取得了許多成果，但這些方法僅能提供小孔是否穿透的信息，而不能夠或不能很清晰、很準(zhǔn)確地反映熔池熔深的情況，在實(shí)際應(yīng)用中也存在一定的局限性。因此，開發(fā)簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠且低成本的等離子弧熔透控制傳感器，成為等離子弧熔透控制亟待解決的問題。該研究首次利用鞘層電壓來獲知等離子云噴射角，獲知熔深熔透的情況，從而為等離子弧焊接質(zhì)量控制提出了新的研究方向。1. 等離子云及其形態(tài)變化所謂等離子云，就是在等離子弧焊接過程中，由于等離子弧的能量高度集中、密度大、溫度高、焰流速度大，在等離子弧與金屬作用區(qū)內(nèi)，金屬蒸發(fā)極為劇烈，形成的高溫金屬蒸氣和焊接保護(hù)氣體在電弧作用下發(fā)生離解，當(dāng)焊接小孔未形成時(shí)，在焊接等離子弧的尾部(與焊接方向相反)出現(xiàn)一個(gè)自熔池射出的小弧，其形狀就像一個(gè)翅膀，因此，稱它為弧尾翼或等離子弧反翹或等離子云。在文獻(xiàn)[5]中，詳細(xì)介紹了小孔形成與閉合時(shí)電弧形態(tài)的變化。小孔從無到有，等離子云也完成一個(gè)周期的擺翹，即在小孔形成前，隨著焊接過程的進(jìn)行，或者說，隨著焊接熔深的增大，等離子云與工件表面之間的夾角θ也逐漸增大。在小孔即將形成時(shí)，其夾角θ達(dá)到最大值，此后，等離子云迅速下擺，在工件背面尾焰出現(xiàn)，即小孔形成。也就是說，當(dāng)焊接小孔形成后，從焊接熔池正面已經(jīng)看不到電弧等離子云了，或者是等離子云上擺很小。因此，電弧等離子云的形態(tài)可以表征焊接熔池小孔或者熔深的特征信息。2. 試驗(yàn)系統(tǒng)和條件試驗(yàn)系統(tǒng)是由馬來西亞生產(chǎn)的TG300P電源，ThermalDynamics公司生產(chǎn)的PWM300專用等離子弧焊槍，PLC進(jìn)行自動(dòng)控制器，循環(huán)冷卻系統(tǒng)，探針檢測(cè)裝置，馬來西亞Agilent公司生產(chǎn)的記憶示波器S4622A等組成。焊接時(shí)焊槍固定不動(dòng)，探針位置也固定，小車帶動(dòng)工件移動(dòng)。探針檢測(cè)裝置原理如圖2所示，電容為0.01μF，電阻為9MΩ。焊接材料是45*低碳鋼，記憶示波器S4622A記錄鞘層電壓變化情況，工件接示波器正端，探針接示波器負(fù)端。通過檢測(cè)電路中的電壓信號(hào)就可以檢測(cè)到等離子云的特征信息，從而得到等離子云噴射角的特征行為信息，最終得到等離子云噴射角與熔池熔深的信息。3. 探針檢測(cè)原理探針檢測(cè)實(shí)際上是利用了等離子體鞘層理論。所謂等離子體中的“鞘層”理論，就是當(dāng)一個(gè)冷的物體浸入等離子體時(shí)，等離子體表現(xiàn)出與普通氣體截然不同的性質(zhì)，若物體表面是不發(fā)射離子的或吸收離子的，則在物體進(jìn)入等離子體后，物體表面形成一個(gè)帶負(fù)電位的薄層暗區(qū)，這個(gè)薄層被稱為“鞘層”，它把等離子體與物體分開。在這一區(qū)域，電子數(shù)和正離子數(shù)是不同的，明顯偏離電中性，其電位也是單調(diào)遞增的。采用探針檢測(cè)等離子云時(shí)，是將探針插入等離子體中，由于工件為參考“地”電位，因此，探針與工件之間可以檢測(cè)到一負(fù)電壓值，該電壓即是其“鞘層電壓”，這就是在無源探針檢測(cè)法中無需外加電源的原因。4. 等離子云噴射角的檢測(cè)無外加電源探針檢測(cè)等離子云的目的主要是為了對(duì)小孔等離子弧焊接的熔透熔深進(jìn)行控制。在某個(gè)給定的焊接電流下，將探針從遠(yuǎn)處逐漸向等離子云中心移動(dòng)。從圖2可知，探針檢測(cè)到的鞘層電壓隨著探針距等離子云中心距離的減小而不斷增大，當(dāng)探針達(dá)到等離子云中心位置(C點(diǎn))時(shí)，鞘層電壓最大，這時(shí)點(diǎn)C與電弧中心點(diǎn)O連線與工件之間的夾角θ就是給定焊接電流下的等離子云噴射角。測(cè)出點(diǎn)C的x方向上的長(zhǎng)度和y方向上的長(zhǎng)度，可求出相應(yīng)的等離子云噴射角θ。為了進(jìn)行焊接熔深及熔透控制，還需要知道此焊接電流所對(duì)應(yīng)的熔深。這樣，才能找出等離子云噴射角與熔深的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)熔透控制。把不同焊接電流下的焊縫切開分別測(cè)其熔深，可以知道等離子云噴射角與熔深的關(guān)系。通過實(shí)時(shí)檢測(cè)等離子云噴射角來獲得熔深的狀態(tài)，以便在焊接過程中獲取可以反映工件熔透狀態(tài)、表征小孔特征行為的信息，從而進(jìn)行焊接熔深及熔透控制。使電流從55~85A之間變化，然后分別找出不同焊接電流、等離子云噴射角及熔深的對(duì)應(yīng)關(guān)系。把不同焊接電流下的焊縫切開來經(jīng)過處理，可以測(cè)出相應(yīng)的焊縫熔深。在其他焊接參數(shù)不變的條件下，隨著焊接電流的增大，焊接熔深增加，為了找出不同電流的熔深與等離子云噴射角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需測(cè)出不同電流的熔深及相應(yīng)的等離子云噴射角。使電流從55~85A之間變化，然后分別找出不同焊接電流、等離子云噴射角及熔深的對(duì)應(yīng)關(guān)系。把不同焊接電流下的焊縫切開來經(jīng)過處理，可以測(cè)出相應(yīng)的焊縫熔深。在其他焊接參數(shù)不變的條件下，隨著焊接電流的增大，焊接熔深增加，為了找出不同電流的熔深與等離子云噴射角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，需測(cè)出不同電流的熔深及相應(yīng)的等離子云噴射角。不同焊接電流下的熔深、等離子云噴射角及相應(yīng)檢測(cè)到的鞘層電壓，隨著焊接電流的增大，熔深增大，對(duì)應(yīng)的等離子云噴射角也增大，當(dāng)焊接電流為85A，小孔即將形成時(shí)，或者說工件即將熔透時(shí)，噴射角達(dá)到最大。用坐標(biāo)的形式可以更明顯地顯示出熔深與等離子云噴射角的關(guān)系，該關(guān)系曲線為等離子弧焊接的熔深熔透的控制奠定了基礎(chǔ)。5. 結(jié)論實(shí)驗(yàn)證明，等離子云噴射角在小孔熔透控制中有著重要的作用，它是表征小孔熔透特征信息的重要參數(shù)，通過檢測(cè)等離子云噴射角的大小可以判斷熔深情況。在小孔等離子弧焊接中，可通過檢測(cè)等離子云噴射角的變化來獲取熔深的信息，再通過調(diào)節(jié)焊接電流來實(shí)現(xiàn)熔透控制。

家里有個(gè)清華的學(xué)生是種什么體驗(yàn)

倆人都是大學(xué)物理教授，博導(dǎo)。老媽研究方向是凝聚態(tài)物理，常聽到“霍爾推進(jìn)器”“等離子體鞘層”“核聚變”等迷之名詞。老爸屬于學(xué)神，高考考入P大物理系，幾年后為人師，先后從事建筑物理、地球物理、航天物理等教學(xué)工作，聽他講課如沐春風(fēng)，引人入勝，目前老爸老媽攜手承擔(dān)國(guó)家科研項(xiàng)目。在我家這城市里很多物理老師都是我媽我爸學(xué)生，他們的大學(xué)同學(xué)也分布在教育界的各個(gè)崗位。當(dāng)老師的特點(diǎn)就是能講，普通話標(biāo)準(zhǔn)，普遍有咽炎。