大气离子迁移率的测试方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了大气离子迁移率的测试方法及装置，包括：确定上下极板之间的距离d及周围的气压、温度和相对湿度；确定下极板的电场Ed和上极板的电压VT的方程组，并对Ed和VT的方程组联合求解得到离子迁移率k，调节Vco和VA的电压，使起晕细导线网发生电晕放电；调节VT使电晕电荷通过上极板到达下极板；测量下极板处的电场强度Ed和离子流密度J；将VT、Ed、J代入到离子迁移率k的方程中，得到离子迁移率。本发明专利技术直接通过严格的解方程获得离子迁移率，而无需采用E0＝0的假设，结果更准确；只需一组测试数据即可得到离子迁移率，无需为了寻找IT变化但测试区离子流密度J趋于饱和的曲线而测量大量的点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高电放电
，尤其涉及大气离子迁移率的测试方法及装置。
技术介绍
离子迁移率是粒子本质特性之一，反映了粒子的微观运动特性，可以据此区分粒子种类。在许多物理、化学领域，如绝缘介质性能，介质导电性分析，微观电子运动，痕量物质识别，爆炸物、毒品、大气污染物监测，化学反应进程分析，化学反应产物检测等，离子迁移率都有重要应用。作为一个普适性基本参数，它描述的是基础物理现象。研究离子迁移率不仅具有物理意义，还具有重要的工程意义。离子迁移率普遍运用于各种电场计算中，任何受空间电荷分布影响的电场计算分析，都必然会有离子迁移率的应用。在实际的电磁场数值计算中，离子迁移率是电场、电荷密度、离子电流相互影响作用的循环中的重要一环。如果能得到符合客观事实的离子迁移率，就能更准确地模拟真实情况，有助于提高计算精度和计算速度，使仿真数据能代表事实。特别是在空间电荷对电场分布影响很大的特高压直流输电线路的电磁环境的计算中，尤其如是。大气离子迁移率是一个宏观意义上的平均量，是大气内所有载荷粒子在电场作用下运动的综合体现。实际大气的条件非常复杂。其背景中性气体可以有很多不同的组成成分和构成比例，不同的气体有不同的特性。而载荷粒子的情况也千差万别，不同的气态分子、多分子聚合物、单体被电离带上正负电荷，其组分、带电量、质量各不相同。此外大气中的悬浮固体、液体粒子也可能带上电荷，影响整体空气粒子的荷电表现。除了大气组成外，大气环境条件也千差万别，状态参数复杂，压强、温度、湿度、污染程度、风速是其主要的状态表征量。不同状态下离子迁移率不同，而不同的状态参数对离子迁移率的影响还未能探明。所以，实际中的大气离子迁移率本身是一个复杂的平均综合量，而且是一个时变位变的多元函数，当考虑实际工程中的离子迁移率时必须考虑到这点。为了得到大气离子迁移率的影响因子，必须对大气离子迁移率进行测量。目前国内外对离子迁移率的测量方法主要有电压-电流曲线法、突起微粒法(又称预放电电流法)、脉冲汤逊法、离子迁移率谱仪法、以及电晕U-I曲线外推法，这些方法仅适用于理想环境、均匀气体的测试，很难用于复杂大气条件下的空气离子迁移率的测量。IEEE导则(IEEEStd1227-1990(R2010),IEEEGuidefortheMeasurementofDCElectric-FieldStrengthandIonRelatedQuantities)提供了图1所示的离子迁移率测量装置。该装置的优点是将电晕放电产生离子流的区域与测量区域分开，避免了电晕放电在测量系统中的电磁干扰，并且测试区的空间电场可以通过计算确定。尤其是，它可以直接放置在大气条件下，测量大气的离子迁移率。基于一维泊松方程，测试区任何位置的电场和电压为： E ( z ) = ( E 0 2 + 2 J z k ϵ ) 1 2 - - - ( 1 ) ]]> V ( z ) = V T - ( k ϵ / 3 J ) [ ( E 0 2 + 2 J z k ϵ ) 3 2 - E 0 3 ] - - - ( 2 ) ]]>式中，E0和VT为上极板的电场和电压，J为下极板测得的离子流密度，k为离子迁移率，ε0为空气介电常数。使用图1所述的装置测量离子迁移率时，IEEE导则认为当离子流密度J强到一定程度时，位于极板间的空间电荷相应增加，并起到限制外部电荷从上极板流入的作用，当上极板接收的电流IT变化但测试区离子流密度J趋于饱和时，可认为上极板处E0＝0，将其代入(1)、(2)可得离子迁移率： k = 8 9 d 3 ϵ J V T 2 - - - ( 3 ) ]]>式中d为两极板间的距离。然而，按照离子迁移率的定义，离子流密度、空间电荷、空间电场、离子迁移率之间满足如下关系：J＝ρkE。可见如果E＝0，则J＝0(离子流密度是连续的，E0处J为0，则其他各处J均为0)。而事实上使用(3)时J并不为0。因此(3)并不成立，IEEE导则(IEEEStd1227-1990(R2010)方法不能获得准确的离子迁移率。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供大气离子迁移率的测试方法及装置。为实现上述目的，本专利技术提供一种大气离子迁移率的测试方法，包括：步骤一、确定离子迁移率测试装置中测试区上下极板之间的距离d，所述下极板接地；步骤二、确定离子迁移率测试装置周围的气压、温度和相对湿度；步骤三、基于一维泊松方程，确定下极板的电场Ed和上极板的电压VT的方程组： E d = ( E本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气离子迁移率的测试方法，其特征在于，包括：步骤一、确定离子迁移率测试装置中测试区上下极板之间的距离d，所述下极板接地；步骤二、确定离子迁移率测试装置周围的气压、温度和相对湿度；步骤三、基于一维泊松方程，确定下极板的电场Ed和上极板的电压VT的方程组：Ed=(E02+2Jdkϵ)12---(4)]]>VT=(kϵ/3J)[Ed3-E03]---(5)]]>式中：E0为上极板电场，J为下极板测得的离子流密度，k为离子迁移率，ε为空气介电常数；步骤四、对公式(4)和公式(5)进行联合求解，得到离子迁移率k为：k=-AB+BA2-192Cd312C---(7)]]>式中：步骤五、调节离子迁移率测试装置中起晕细导线网的电压Vco和控制网的电压VA，使起晕细导线网发生电晕放电；步骤六、调节上极板的电压VT使电晕电荷通过上极板到达下极板；步骤七、测量下极板处的电场强度Ed和离子流密度J；步骤八、将步骤六测量的VT和步骤七测量的Ed、J代入到公式(7)中，得到相应气压、温度、相对湿度下的离子迁移率。

【技术特征摘要】
1.一种大气离子迁移率的测试方法，其特征在于，包括：
步骤一、确定离子迁移率测试装置中测试区上下极板之间的距离d，所述
下极板接地；
步骤二、确定离子迁移率测试装置周围的气压、温度和相对湿度；
步骤三、基于一维泊松方程，确定下极板的电场Ed和上极板的电压VT的方程组：
E d = ( E 0 2 + 2 J d k ϵ ) 1 2 - - - ( 4 ) ]]> V T = ( k ϵ / 3 J ) [ E d 3 - E 0 3 ] - - - ( 5 ) ]]>式中：E0为上极板电场，J为下极板测得的离子流密度，k为离子迁移率，
ε为空气介电常数；
步骤四、对公式(4)和公式(5)进行联合求解，得到离子迁移率k为：
k = - A B + B A 2 - 192 Cd 3 12 C - - - ( 7 ) ]]>式中：步骤五、调节离子迁移率测试装置中起晕细导线网的电压Vco和控制网的
电压VA，使起晕细导线网发生电晕放电；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，季一鸣，王文倬，何金良，曾嵘，陈水明，胡军，余占清，庄池杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11