Nasıl herhangi bir ilave Ateşleyici olmadan bir Atmosferik Basınç Mikrodalga Plazma Torch tutuşturmak için

Özet

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

Özet

Bu film bir atmosferik basınç plazma meşale hiçbir ek ateşleyiciler ile mikrodalga gücüyle alev alabilir nasıl gösterir. Plazma ateşlemeden sonra plazma kararlı ve sürekli bir çalışma mevcuttur ve plazma üfleç çok çeşitli uygulamalar için kullanılabilir. Bir yandan, sıcak (3600 K gazı sıcaklığı) plazma soğuk parlama sonrası kimyasal işlemler için ve diğer taraftan da kullanılabilir (sıcaklıkları yaklaşık oda sıcaklığına kadar) bir yüzey işlem için uygulanabilir. Örneğin kimyasal sentezleri ilginç ses süreçlerdir. İşte mikrodalga plazma meşale zararlı ve küresel ısınmaya katkıda ancak yarı iletken şube gibi sanayi sektörleri büyüyen gazları gravür olarak ihtiyaç duyulan atık gazların ayrışma için kullanılabilir. Başka bir uygulama CO ₂ ayrışma olduğunu. Yenilenebilir kaynaklardan Artı elektrik enerjisi CO, O _2, CO ₂ ayırmak için kullanılabilir. CO ayrıca yanlısı olabilirböylece kimya endüstrisi için enerji, sentetik yakıtlar veya platform kimyasalların kimyasal depolama sağlayan gaz veya sıvı hidrokarbonlar yüksek için işlenir. Plazma üflecindeki akkor ışık sonrası uygulamaları vernik, yapıştırıcı veya boya yapışmasını arttırmak için yüzey işleme ve sterilizasyon veya yüzeylerin farklı tür dekontaminasyon bulunmaktadır. Film herhangi bir ek ateşleyiciler, örneğin, elektrikli kıvılcım olmadan mikrodalga gücüyle sadece plazma tutuşturmak için nasıl açıklayacağız. plazma ve kontak sonrası plazma sürekli ve istikrarlı çalışmasını garanti silindirik biri ateşleme sağlayan bir koaksiyel bir - mikrodalga plazma meşale iki rezonatörlerin bir arada dayanmaktadır. plazma hacim işlemleri için uzun bir mikrodalga şeffaf tüp işletilen veya yüzey işleme amaçlı deliklerin tarafından şekillendirilebilir.

Giriş

Atmosferik basınç mikrodalga plazma meşaleler farklı uygulamalar sunuyoruz. Bir yandan, kimyasal hacim işlemleri için ve son parlaklık plazma yüzey işlenmesi için tatbik edilebilir, diğer taraftan da kullanılabilir. Yüzey işleme tutkal, boya veya vernik veya yüzeylerin dekontaminasyon veya sterilizasyon yapışmasını arttırmak için tedavi süreçleri olarak adlandırılan olabilir. Sıcak ve reaktif Plazmanın kendisi atık gazların ^1-7 ayrışması gibi hacim işlemleri için de kullanılabilir. Bu atık gazlar, zararlı küresel ısınmaya katkıda bulunmak ve pek geleneksel bozulmuş olabilir. Ancak, bu tür yarıiletken dalı olarak sanayi sektörlerinde büyüyen ihtiyaç vardır. Diğer uygulamalar CO CO ₂ ayrışma ve O ₂ veya karbon ve hidrojen ^8,9 CH ₄ gibi kimyasal sentez vardır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi Fazlalık CO ayırmak için kullanılabilir _{2 CO ve O 2 içine. CO kimya endüstrisi için ya da kimyasal depolama platformu kimyasal olarak daha da taşınması için sentetik yakıtlar olarak kullanılabilir yüksek hidrokarbonlar işlenebilir.}

Orada bazı mikrodalga plazma meşaleler vardır ama bunların çoğu dezavantajları vardır: Onlar sadece çok küçük bir plazma hacmine sahip ek ateşleyicilerini gerekir, plazma reaktörünün soğutma ihtiyacı yoksa sadece darbeli modda ^10-18 çalıştırılabilir. bu filmde sunulan mikrodalga plazma üfleç işletme parametreleri geniş bir plazma reaktörde her hangi bir soğutma olmadan sadece ek ateşleyiciler olarak kararlı ve sürekli bir işlem ile sağlanan, mikrodalga gücü plazmadan bir ateşleme sunar ve kullanılabilir Yukarıda belirtilen tüm uygulamaları için. koaksiyel bir ve silindirik bir: mikrodalga Plazma üfleçli iki rezonatörü bir kombinasyonuna dayanmaktadır. silindirik rezonatör düşük kalitesi ve ameliyatların olduğunukendi merkezinde en yüksek elektrik alanı ile bilinen E ₀₁₀ biçem içinde ed. koaksiyel rezonatör silindirik rezonatör altında bulunan ve bir teğet gaz kaynağı ile kombinasyon halinde hareketli bir metal meme oluşur. koaksiyel kovuklardaki kaliteli bir çok dar ama derin rezonans eğrisi sergiler. Nedeniyle yüksek elektrik alanı ulaşılabilir koaksiyel rezonatör yüksek kalitede hangi plazma ateşleme için gereklidir. Ancak, koaksiyel rezonatör yüksek kalitede çok dar bir rezonans eğrisi ile ilişkilidir ve bu nedenle rezonans frekansı mükemmel verilen mikrodalga frekansı maç vardır. Nedeniyle plazma geçirgenlik için plazma kontak sonrası rezonans frekansı vardiya yana, mikrodalga artık koaksiyel rezonatör içerisine nüfuz edebilir. Plazma sürekli çalışması için düşük kaliteli ve geniş bir rezonans eğrisi ile silindirik rezonatör gereklidir.

Koaksiyel rezonatör metalik meme yoluyla ek bir eksenel gaz tedariki mümkündür. Plazma ateşlenmiş ve örneğin, bir mikro-dalga ile saydam bir tüp içinde bir kuartz tüp sınırlıdır. kuvars tüp geçirgenliği de rezonans frekansı etkiler. Kuvars> 1 bir geçirgenlik olduğundan, silindirik rezonatör hacmi düşük rezonans frekansı yol açan neredeyse büyütülür. Bu durum, silindir rezonatörün boyutları tasarlanmıştır dikkate alınmalıdır. Rezonans frekansı yerleştirilen kuvars tüp ile nasıl etkilendiğini ile ilgili ayrıntılı bir tartışma, uzun ve geniş kuvars tüp kullanıldığında, bu aynı zamanda hacim işlemleri için, reaksiyon odası olarak hareket edebilir Referans 23'te bulunabilir. Bununla birlikte, yüzey işlemleri, plazma da menfez farklı tür farklı şekilde şekillendirilebilir. mikrodalga magnetron bir dikdörtgen dalga kılavuzu vasıtasıyla sağlanır. Düşük dalgalanma magnetrona kullanımı Tavsiye Edilen olan gürültü rahatsızlığını önlemek için,sona erdi. Filmde kullanılan manyetik bir düşük dalgalanma biridir.

Istikrarlı ve sürekli çalışma silindirik rezonatör tarafından sağlanmaktadır ise plazma ateşleme için yüksek kaliteli koaksiyel rezonatör kullanılır. Yüksek kaliteli koaksiyel rezonatör bu rezonatör rezonans frekansı plazma ateşleme elde etmek için mükemmel kullanılan magnetron tarafından sağlanan mikrodalga frekansı maç vardır. Tüm magnetron tam anma frekansında kendi mikrodalga frekansı yayan olmadığından ve frekans çıkış gücüne bağlı olduğundan, magnetron bir spektrum analizör ile ölçülmelidir. koaksiyel rezonatörun rezonans frekansı yukarı ve aşağı metalik memesini hareket ettirerek ayarlanabilir. Bu rezonans frekansı ölçülür ve bu şekilde ayrıca bir ağ analizörü ile kullanılan magnetron gönderme frekansına ayarlanabilir. Meme ucunda yüksek elektrik alanı ulaşmak için, ateşleme için gerekliPlazma, bir üç saplama alıcısı ilave olarak gereklidir. Bu üç saplama tuner yaygın olarak kullanılan mikrodalga bileşenidir. Üç saplama tuner mikrodalga plazma meşale ve magnetron arasına monte edilir. Koaksiyel rezonatörun rezonans frekansı ayarlandıktan sonra, ileri güç maksimize edilir ve yansıyan güç iteratif üç saplama tuner taslakları ayarlayarak minimize.

Mikrodalga plazma meşale, bir magnetron bağlıyken koaksiyel rezonatör rezonans frekansını de maksimize sahip olarak üç saplama tuner sayesinde ileri güçleri ayarladıktan sonra, mikrodalga plazma meşale plazma alev alabilir. Plazma ateşleme için yaklaşık 0,3-1 kW minimum mikrodalga gücü yeterlidir. Plazma koaksiyel rezonatöründe tutuşturur. Koaksiyel rezonatörun rezonans frekansı plazma dielektrik geçirgenlik ve can mikrodalga nedeniyle kaydırılır plazma ateşleme sonra hayıruzun koaksiyel rezonatör nüfuz. Böylece, onun çok daha uzun silindirik moduna koaksiyel modundan plazma anahtarları silindirik rezonatör merkezinde metalik memesi üzerinde özgürce ayakta yanma. Silindirik modu kalitesi çok düşük ve bu nedenle geniş bir rezonans eğrisi sergiler yana, mikrodalga nedeniyle hala plazma dielektrik geçirgenlik için rezonans frekansı kayması rağmen silindirik rezonatör içerisine nüfuz edebilir. Bu durumda, silindir modda bir plazma sürekli ve kararlı çalışma mikrodalga plazma lambası tarafından sağlanır. Ancak, verilen mikrodalga güç tam emilimini ulaşmak için, üç saplama tuner taslakları yeniden ayarlanması gerekir. Aksi takdirde verilen mikrodalga güç tamamen plazma tarafından emilir değildir ancak sağlanan mikrodalga bazı yüzdesi yansıyan ve su yükü tarafından emilir.

Koaksiyel plazma tutuşmasını incelemek içinmod ve genişletilmiş silindirik moduna daha sonra kendi geçiş, plazma ateşleme yüksek hızlı kamera ile izlenmektedir.

Plazma verilen mikrodalga gücü ile ateşlenir nasıl magnetron frekans bağımlılığı nasıl ölçüldüğünü gösterir sunulan film, koaksiyel rezonatör rezonans frekansı ileri güç maksimize nasıl ayarlanabilir ve. yüksek hızlı kamera kayıt de gösterilmiştir.

Protokol

Magnetron 1. Ölçme

Not: magnetron ölçmek için deney düzeneği şematik Şekil 1A tasvir edilir.

1. Bir sirkülatörün ve 10 vida ile bir su yükü oluşan bir yalıtkan için magnetron bağlayın.
2. 10 vida ile yönlü bir bağlayıcı için yalıtkan bağlayın.
3. 10 vida ile ikinci bir su yüküne yönlü bağlayıcı bağlayın.
4. Su ile su yükleri sağlayın.
5. Üreticinin protokolüne uygun olarak kalibrasyon fonksiyonlu spektrum analizi kalibre edin.
6. Spektrum analizör 20 dB zayıflatıcı takarak spektrum analizörü bir 20 dB zayıflatıcı bağlayın.
   Not: 20 dB zayıflatıcı 1 W üstünde çok yüksek güçlerin spektrum analizörü korumak için kullanılır
7. Co takarak BNC konnektör ile donatılmış koaksiyel kablonun ucuna 20 dB zayıflatıcı donanımlı spektrum analizörü bağlayın20 dB zayıflatıcı içine eksenel kablo.
8. Yönlü kablo koaksiyel kablo takarak yönlü bir bağlayıcı bir N konnektörü ile donatılmış koaksiyel kablonun ucunu.
9. Güç kaynağı ve yayılan mikrodalga spektrumu yoluyla magnetron açın spektrum analizör görüntülenir.
10. Gerekirse, görüntülenen apsis, ordinat ve spektrum analizör kılavuzuna göre kendi çözünürlüğü ayarlayın.
11. Mikrodalga güç bağlı olarak çıkış mikrodalga frekansını ölçmek için, 10% 'lik adımlarla 5 ila% çıkış gücünün maksimum% 10 mikrodalga gücünü artırmak ve her adım için spektrum maksimum genlik sıklığının belirlenmesi spektrum analizör tarafından görüntülenen.
    Not: Genellikle, maksimum çıkış gücü,% 10 altında bir magnetron frekans spektrumu, çok geniş olan bir çok farklı tepe noktaları sergilerler ve bu nedenle kullanılabilir değildir.

2. AyarıRezonans Frekansı

Not: Ölçüm, rezonans frekansını ayarlamak için deney düzeneği şematik Şekil 2A'da gösterilmiştir.

1. (Üreticinin protokolüne göre) S11 işlemi için kalibrasyon kiti ile ağ analizörü kalibre edin.
2. Koaksiyel-to-dalga-kılavuzu-geçiş koaksiyel kablo takarak bir koaksiyel-to-dikdörtgen dalga kılavuzu geçiş koaksiyel kısmı N-konnektörü aracılığıyla koaksiyel kablo bağlayın.
3. 10 vida ile üç saplama tuner koaksiyel-to-dikdörtgen dalga kılavuzu geçiş dikdörtgen kısmını bağlayın.
4. 10 vida ile mikrodalga plazma meşale montaj üç saplama alıcısı bağlayın.
5. S11 operasyonu ağ analizörü menü anahtarı.
6. Şebeke analizörü menüsünde VSWR moduna veya modu oturum.
7. Iteratif ölçülen frekanslı mikrodalga plazma meşale montaj rezonans frekansı ayarlayınyukarı ve aşağı hareket ettirerek meme maksimum çıkış gücü 60% - 25% bir çıkış gücünde magnetronunun NCY. Şekil 2B'de gösterildiği gibi, mikrodalga plazma üfleç tertibatının rezonans frekansı, S11 parametre ölçümünün eğim tarafından verilmektedir. Tavsiye frekansa yukarı ve aşağı hareket memeyi bu dalış ayarlayın.
8. Rezonans frekansı ayarlanabilir olduğunda, kilitleme somunu ile meme konumunu kilitlemek.
9. Yukarı ve aşağı hareket taslakları üç saplama tuner üç taslakları ayarlayarak iteratif ileri mikrodalga gücünü artırın. mikrodalga plazma meşale kurul tarafından emilen mikrodalga güç S11 parametresinin dip derinliği verilir. Böylece, üç saplama tuner taslakları ayarlayarak bu dalış maksimize. Genel olarak, üç, çubuk, iki kullanılması yeterlidir.

Plazma 3. Ateşleme

1. Plazma UV radyoyu yayar beri UV koruması gözlük kullanınyon. Plazma nitrür oksitleri üretir çünkü yerel gaz havalandırma altında plazma meşale çalıştırın.
2. Düzeltilmiş koaksiyel rezonatör (meme kilitli) ve bir su yüküne bağlı bir sirkülatörün oluşan bir yalıtkan ile donatılmış magnetron için ayarlanmış üç saplama tuner ile mikrodalga plazma meşale düzeneğini takın.
3. Mikrodalga plazma meşale gaz beslemesini bağlayın.
4. 20 slm 5 gaz kaynağı açın.
5. Yüksek dozlarda mikrodalga radyasyon gözler için özellikle zararlı olduğundan, hiçbir mikrodalga sızıntı olup olmadığını kontrol edin.
   1. Bunu yapmak için,% 12% 10 çok düşük güçte mikrodalga açmak ve sızıntı için bir mikrodalga metre ile tüm mikrodalga bağlantılarını kontrol edin.
   2. Herhangi kaçaklar varsa mikrodalga gücünü arttırmak veya mikrodalga plazma meşale çalıştırmadan önce tamamen kaldırın.
6. Hiçbir sızıntı varsa% 10 düşük güçleri ile başlayan mikrodalga açmak ve mikrofon artırmakrowave güç yavaş yavaş 10 ila 60 saniye içinde plazma mikrodalga plazma meşale kuvars tüp içinde tutuşturur kadar.
7. Plazma ama belki yayılan mikrodalgalar ile dikkatli olun ateşliyor nerede olursa ve dikkatlice gözlemleyin. Tercihen plazma ateşleme gözlem için bir ayna kullanın.
8. Hiçbir plazma tutuşturur ise, mikrodalga gücü kapatın ve mikrodalga güç düzgün koaksiyel rezonatör içerisine bağlanmış ve onları ısıtmak ya da onlara zarar diğer bileşenlere yanlış değilse dikkatlice kontrol edin. Bazı bileşenler kadar ısıtılır alıyorsanız olmadığını kontrol edin.
   1. Herhangi bir bileşen kadar ısıtılır alırsa - yani, mikrodalga güç yanlış olduğunu - dalga kılavuzu dışında üç saplama tuner tüm taslakları taşımak ve adım 2.9 açıklandığı gibi plazma meşale montaj içine mikrodalga kaplin maksimize etmek ayarlayın. Sonra adım 3.1 ile yeniden başlatın.
   2. Mag gönderme frekansına plazma meşale koaksiyel rezonatör rezonans frekansı ayarlayındaha yüksek bir adım 2'de tarif edildiği gibi, ağ analizörü ile, maksimum çıkış gücü,% 25 ila% 60 arasında yeterince yüksek bir mikrodalga güç çıkışında netron, ateşlenmesinin geliştirilmesi koaksiyel rezonatörün rezonans frekansını ayarlamak için aşama 2'de tarif edildiği gibi çıkış gücü. Sonra adım 3.1 ile yeniden başlatın.
9. Plazma Plazma meşale yerde ateşler ve otomatik koaksiyel veya silindirik moduna yoksa bu silindirik modunda yakar kadar verilen mikrodalga güç ve gaz akışını değişir.
10. Plazma silindirik modunda yaktığında, tekrarlı verilen mikrodalga gücü tüm plazma tarafından emilir ve yansıyan mikrodalga gücü sıfır olur, böylece onları yukarı ve aşağı hareket üç saplama tuner taslakları ayarlayın.
    Not: bir mikrodalga diod su altında ve kontrol ünitesinin buna karşılık gelen girişe bağlı ise, yansıyan mikrodalga güç mikrodalga güç kaynağı kontrol birimi gösterilir.Bunu yapmak için nasıl mikrodalga güç kaynağı kılavuzda açıklanmıştır.
11. 1.5 kW veya daha az 15 slm düşük gaz akımlarının yüksek mikrodalga güçleri kullanıldığında, plazma kuvars tüp duvarları dokunmayın etmediğini dikkatle kontrol edin. kuvars tüp yerde kızdırma olmamalıdır.
12. Kuvars tüp, kırmızı yanıyorsa, mikrodalga gücü azaltmak veya tamamen kaybolur kadar gaz akışını artırmak.
13. Mikrodalgalar nedeniyle plazma iletkenliği plazmadan yayılan olabilir beri, yayılan mikrodalga güç eşiğinin altında bir mikrodalga metre ile kontrol edin.
14. Yayılan mikrodalga güç eşiğinin üzerinde ise, meş boyutlu mikrodalga dalga uzunluğunun yarısından çok daha küçük olan metal bir tel örgü ile plazma kalkan.

Plazma Ateşleme 4. Yüksek hızlı kamera Film

Not: Plazma ve silindirik tarzıyla geçiş ateşleme aralığında olduğubirkaç yüz milisaniye, bu sürecin en iyi şekilde bir yüksek hızlı kamera vasıtasıyla incelenebilir. Bununla birlikte, yüksek hızlı bir kamera vasıtasıyla plazma ateşlenir her ateşleme işlemi gözlemlemek için gerekli değildir.

1. Plazma meşale önünde tanı yarıktan seyir mikrodalga plazma meşale önünde yüksek hızlı kamera lensi yerleştirin.
2. Kamera metalik meme ucundaki koaksiyel rezonatör içerisine işaret kadar ayarlayın.
3. Metalik meme ucundaki kamera odaklanın.
4. Yüksek hızlı kamera 1,000 fps (saniyedeki kare) ile kayıt başlatın.
5. 3. bölümde açıklandığı gibi plazma Ignite.

5. Kararlı ve Sürekli Plazma Operasyonu

Not: Plazma silindirik modunda ateşlenen ve edildiğinde üç saplama radyo istikrarlı ve CONTIN plazma mikrodalga güç emilimini maksimize etmek ayarlandıPlazma meşale uous çalışması mümkündür.

1. Boyut ayarlayın - radyal ve eksenel uzantısı - istenen boyuta plazma% 10 ve maksimum çıkış gücü 10 ve 70 slm arasındaki gaz akışı arasındaki verilen mikrodalga gücünü değiştirerek. Kuvars tüp çapı ile sınırlı radyal boyuta tutun. Plazma kuvars tüp kızdırma olmamalıdır anlamına gelir kuvars tüp duvarını temas etmemelidir.
2. Farklı şekillere plazma şekil, sadece silindirik rezonatör içindeki plazma sınırlayan bir kısa kuvars tüp kullanmak ve plazma meşale montaj üstüne bir delik koyun.
3. Gerekirse, bazı vidalar ile deliklerini sıkın.

Sonuçlar

Herhangi bir ek ateşleyiciler yanı sıra ayarlanabilir rezonans frekansı ile yüksek kaliteli koaksiyel rezonatör bir mikrodalga plazma meşale bir düşük kaliteli silindirik rezonatör ile kombine edilmiş bir kararlı ve sürekli bir plazma işlemi olmadan bir plazma ateşlemeyi sağlamak. Bu plazma lambası şematik Şekil 3'te sunulmuştur. Plazma burada bir mikro-dalga saydam tüp, bir kuvars tüpün içine hapsedilir. Hacimli plazma işlemleri veya yüzey uygulamaları için bir pl...

Tartışmalar

sunulan film herhangi bir ek ateşleyiciler olmadan atmosferik basınç mikrodalga plazma bir ateşleme, bu mikrodalga plazma meşale, onun uyum, plazma ateşleme süreci ve istikrarlı ve sürekli çalışma temel prensiplerini fark edilebilir açıklar. Giriş kısmında tarif edildiği gibi, orada mikrodalgalı plazma hamlaçların zaten farklı türde olan, ancak bunların hiçbiri ilave ateşleyiciler olarak kararlı ve sürekli bir plazma işlemi olmadan plazma bir ateşleme sağlar.

B...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
2 kW magnetron	Muegge	MH2000S 211BA
2 kW power supply	Muegge	ML2000D-111TC
insulator - circulator with water load	Muegge	MW1003A-210EC
water load	Muegge	MW1002E-260EC
three stub tuner	Muegge	MW2009A-260ED
orifices	homemade
microwave plasma torch	homemade
spectrum analyzer	Agilent	E4402B
network analyzer	Anritsu	MS4662A
calibration kit	Anritsu	model 3753
directional coupler	homemade
20 dB attenuator	Weinschee engineering	20 dB AA57u8
coaxial to rectangular wave guide transition	Muegge	MW5002A-260YD
adaptor 7-16 to N connector	Telegärtner	7-16/N Adaptor
coaxial cable	Rosenberger Hochfrequenztechnik	LU7_070_800
high speed camera	Photron	fastcam SA5
lens	Revueflex	makro revuenon 1:3.5/28mm
local gas ventilation	Industrievertrieb Henning	ACD220
UV protection glasses	uvex	HC-F9178265
microwave leakage tester	conrad electronic	not available
microwave survey meter	Holaday industries inc.	81273