高电压直流辉光放电及测量的虚拟仿真实验
实验 高电压直流辉光放电的伏安特性与巴申定律实验
班级：
一、实验目的：
1）了解传统辉光放电、潘宁放电的起辉机制
2）掌握传统辉光放电、潘宁放电的伏安特性
3）掌握传统辉光放电下的巴申定律
4）掌握低气压弱磁场下潘宁放电的巴申定律
二、实验内容：
1）实验线路接线
2）真空装置的开启与关闭的操作流程
3）平板辉光放电伏安特性以及巴申曲线的参数测定
4）低气压弱磁场下单阳极潘宁放电伏安特性以及巴申曲线的参数测定
5）双阳极潘宁放电伏安特性曲线参数测定
三、实验要求
预习课件相关内容，并根据本次实验内容，完成相应的知识点考核，参考实验接线原理图，深入理解实验接线原理，写出详细的实验操作步骤。由指导老师审阅通过后才可进行实验。
四、实验设备
辉光放电的主要实验设备有：调压器、升压变压器、隔离变压器、整流硅、水阻、电容、万用表以及真空装置等。
五、实验接线图
辉光放电实验电路如图所示。图中V1是220V、50Hz交流电压源；T1是隔离变压器；T2是调压器；T3是11 kVA、10kV的升压变压器；D1是20kV/1A 二极管；R1是1000W/8000欧姆的两个限流电阻串联；V2是电压表，用于测量R1和辉光放电阴阳极两端的总电压；V3是电压表，用于测量辉光放电阴阳极两端的电压；电容是2uF/25kV。
图 辉光放电实验电路图
全桥整流电路（包括充电限流电阻）：实验室提供的电源为220V交流电源，为了得到实验所需的直流电，我们采用全桥整流电路，通过硅堆的整流得到直流电。电桥中接有充电限流电阻，用来保护变压器和整流电桥。
六、实验步骤
（一）平板辉光放电伏安特性测量实验
【步骤01】从设备库选择真空设备控制柜放置在实验室指定位置。
【步骤02】从设备库选择真空设备装置放置在实验室指定位置。
【步骤03】从设备库选择隔离变压器放置在实验室指定位置。
【步骤04】从设备库选择调压器放置在实验室指定位置。
【步骤05】从设备库选择升压变压器放置在实验室指定位置。
【步骤06】从设备库选择全波整流硅堆安装在升压变压器高压输出端子处。
【步骤07】从设备库选择高压脉冲电容器放置在实验室指定位置。
【步骤08】从设备库选择水电阻安装在指定位置。
【步骤09】从设备库选择金属膜限流电阻放置在指定位置。
【步骤10】从设备库选择金属膜测量电阻放置在指定位置。
【步骤11】从设备库选择接地母排放置在实验室指定位置。
【步骤12】从设备库选择平板辉光放电装置安装落坐在真空腔顶。
【步骤13】电源插线板、真空设备控制柜之间连接输电线。
【步骤14】真空设备控制柜、真空设备装置之间连接传输线缆。
【步骤15】电源插线板、隔离变压器输入端之间连接输电线。
【步骤16】隔离变压器输出端、调压器输入端之间连接输电线。
【步骤17】调压器接地端、接地母排之间连接接地线。
【步骤18】调压器输出端、升压变压器低压输入端之间连接输电线。
【步骤19】升压变压器仪表端、调压器仪表端之间连接信号线。
【步骤20】全波整流硅堆阳极、接地母排之间连接接地线。
【步骤21】全波整流硅堆阴极、金属膜限流电阻之间连接输电线。
【步骤22】金属膜限流电阻、高压脉冲电容器之间连接输电线。
【步骤23】高压脉冲电容器、接地母排之间连接接地线。
【步骤24】金属膜限流电阻、水电阻之间连接输电线。
【步骤25】水电阻、平板辉光放电装置阴极之间连接输电线。
【步骤26】平板辉光放电装置阳极、金属膜测量电阻之间连接接地线。
【步骤27】金属膜测量电阻、接地母排之间连接接地线。
【步骤28】从设备库选择万用表放置在指定位置，表笔接至金属膜测量电阻。
【步骤29】合上电源总开关。
【步骤30】启动调压器。
【步骤31】真空设备装置上电。
【步骤32】启动前级泵。
【步骤33】打开粗抽阀。
【步骤34】启动真空计。
【步骤35】调节微调阀的粗调旋钮，将气压调至20Pa。
【步骤36】调节调压器电压，观察辉光放电装置的辉光放电现象，记录辉光放电电流、电压数值。及时点击“数据记录”键进行气压20Pa之“表1A”各项填表记录。
【步骤37】调节微调阀的粗调旋钮，将气压调至40Pa。
【步骤38】调节调压器电压，观察辉光放电装置的辉光放电现象，记录辉光放电电流、电压数值。及时点击“数据记录”键进行气压40Pa之“表1B”各项填表记录。
【步骤39】关闭粗抽阀。
【步骤40】关闭真空计。
【步骤41】关闭前级泵。
【步骤42】真空设备装置断电。
【步骤43】真空设备装置放气。
【步骤44】停止调压器。
【步骤45】断开电源总开关。
（二）平板辉光放电巴申定律实验
【步骤01】从设备库选择真空设备控制柜放置在实验室指定位置。
【步骤02】从设备库选择真空设备装置放置在实验室指定位置。
【步骤03】从设备库选择隔离变压器放置在实验室指定位置。
【步骤04】从设备库选择调压器放置在实验室指定位置。
【步骤05】从设备库选择升压变压器放置在实验室指定位置。
【步骤06】从设备库选择全波整流硅堆安装在升压变压器高压输出端子处。
【步骤07】从设备库选择高压脉冲电容器放置在实验室指定位置。
【步骤08】从设备库选择水电阻安装在指定位置。
【步骤09】从设备库选择金属膜限流电阻放置在指定位置。
【步骤10】从设备库选择金属膜测量电阻放置在指定位置。
【步骤11】从设备库选择接地母排放置在实验室指定位置。
【步骤12】从设备库选择平板辉光放电装置安装落坐在真空腔顶。
【步骤13】电源插线板、真空设备控制柜之间连接输电线。
【步骤14】真空设备控制柜、真空设备装置之间连接传输线缆。
【步骤15】电源插线板、隔离变压器输入端之间连接输电线。
【步骤16】隔离变压器输出端、调压器输入端之间连接输电线。
【步骤17】调压器接地端、接地母排之间连接接地线。
【步骤18】调压器输出端、升压变压器低压输入端之间连接输电线。
【步骤19】升压变压器仪表端、调压器仪表端之间连接信号线。
【步骤20】全波整流硅堆阳极、接地母排之间连接接地线。
【步骤21】全波整流硅堆阴极、金属膜限流电阻之间连接输电线。
【步骤22】金属膜限流电阻、高压脉冲电容器之间连接输电线。
【步骤23】高压脉冲电容器、接地母排之间连接接地线。
【步骤24】金属膜限流电阻、水电阻之间连接输电线。
【步骤25】水电阻、平板辉光放电装置阴极之间连接输电线。
【步骤26】平板辉光放电装置阳极、金属膜测量电阻之间连接接地线。
【步骤27】金属膜测量电阻、接地母排之间连接接地线。
【步骤28】从设备库选择万用表放置在指定位置，表笔接至金属膜测量电阻。
【步骤29】合上电源总开关。
【步骤30】启动调压器。
【步骤31】真空设备装置上电。
【步骤32】启动前级泵。
【步骤33】打开粗抽阀。
【步骤34】启动真空计。
【步骤35】测量气压2Pa的起辉电压，记录测量数值：
（1）调节微调阀的粗调旋钮，将气压调至2Pa。
（2）捕捉气压2Pa的起辉电压。
（3）记录测量数值，然后将调压器降压回到0V。
【步骤36】测量气压3Pa的起辉电压，记录测量数值：
（1）调节微调阀的粗调旋钮，将气压调至3Pa。
（2）捕捉气压3Pa的起辉电压。
（3）记录测量数值，然后将调压器降压回到0V。
【步骤37】测量气压5Pa的起辉电压，记录测量数值：
（1）调节微调阀的粗调旋钮，将气压调至5Pa。
（2）捕捉气压5Pa的起辉电压。
（3）记录测量数值，然后将调压器降压回到0V。
【步骤38】测量气压10Pa的起辉电压，记录测量数值：
（1）调节微调阀的粗调旋钮，将气压调至10Pa。
（2）捕捉气压10Pa的起辉电压。
（3）记录测量数值，然后将调压器降压回到0V。
【步骤39】测量气压15Pa的起辉电压，记录测量数值：
（1）调节微调阀的粗调旋钮，将气压调至15Pa。
（2）捕捉气压15Pa的起辉电压。
（3）记录测量数值，然后将调压器降压回到0V。
【步骤40】测量气压18Pa的起辉电压，记录测量数值：
（1）调节微调阀的粗调旋钮，将气压调至18Pa。
（2）捕捉气压18Pa的起辉电压。
（3）记录测量数值，然后将调压器降压回到0V。
【步骤40】测量气压25Pa的起辉电压，记录测量数值：
（1）调节微调阀的粗调旋钮，将气压调至25Pa。
（2）捕捉气压25Pa的起辉电压。
（3）记录测量数值，然后将调压器降压回到0V。
【步骤41】测量气压30Pa的起辉电压，记录测量数值：
（1）调节微调阀的粗调旋钮，将气压调至30Pa。
（2）捕捉气压30Pa的起辉电压。
（3）记录测量数值，然后将调压器降压回到0V。
【步骤42】关闭粗抽阀。
【步骤44】关闭前级泵。
【步骤45】真空设备装置断电。
【步骤46】真空设备装置放气。
【步骤47】停止调压器。
【步骤48】断开电源总开关。
（三）单孔阳极潘宁放电伏安特性测量实验、单孔阳极潘宁放电巴申定律实验和双孔阳极潘宁放电伏安特性测量实验的实验步骤与平板辉光放电实验的实验步骤相类似，这里不再重复。
七、实验数据
表1A__平板辉光放电伏安特性测量实验（气压20Pa）
序 号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
电压(V) | | | | | | | | | | |
电流(mA) | | | | | | | | | | |
插入接口文本1表1B__平板辉光放电伏安特性测量实验（气压40Pa）
序 号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
电压(V) | | | | | | | | | | |
电流(mA) | | | | | | | | | | |
表2__平板辉光放电巴申定律实验（固定间距50mm）
序 号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
气 压(Pa) | | | | | | | | | | |
起辉电压(V) | | | | | | | | | | |
表3A__单孔阳极潘宁放电伏安特性测量实验（磁场强度9mT，气压8.8*10-3Pa）
序 号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
电压(V) | | | | | | | | | | |
电流(mA) | | | | | | | | | | |
序 号 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
电压(V) | | | | | | | | | | |
电流(mA) | | | | | | | | | | |
表3B__单孔阳极潘宁放电伏安特性测量实验（磁场强度25mT，气压8.8*10-3Pa）
序 号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
电压(V) | | | | | | | | | | |
电流(mA) | | | | | | | | | | |
表4A__单孔阳极潘宁放电巴申定律实验（磁场强度30mT）
序 号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
气 压(Pa) | | | | | | | | | | |
起辉电压(V) | | | | | | | | | | |
表4B__单孔阳极潘宁放电巴申定律实验（磁场强度15mT）
序 号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
气 压(Pa) | | | | | | | | | | |
起辉电压(V) | | | | | | | | | | |
表5__双孔阳极潘宁放电伏安特性测量实验（磁场强度25mT，气压8.8*10-3Pa）
序 号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
电压(V) | | | | | | | | | | |
电流(mA) | | | | | | | | | | |
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