基本介紹
- 中文名：脈衝放電
- 外文名：impulsive discharge
- 條件：脈衝電壓高於直流放電著火電壓
- 性質：周期性
- 分類：電脈衝，雷射脈衝
- 套用：食品、金屬加工等
簡述脈衝放電過程,脈衝放電電路,脈衝放電的規律性,套用,相關術語,
簡述脈衝放電過程
脈衝放電是在放電管的兩電極間加上脈衝電壓而產生的一种放電形式。
產生脈衝放電的原理電路如圖所示。
工作時，先由直流電源通過電R對電容器C充電，當充到一定電量時，再在纏繞於放電管上的觸發金屬絲兩端加上高壓脈衝。使管內氣體著火，電容器C隨即通過放電管放電，在很短的時間裡把貯藏在電容器中的大量電能以光能的形式釋放出米，形成極強的閃光。放電隨即熄火。
脈衝放電的電原理圖
脈衝放電的電原理圖脈衝放電從開始到結束，整個過程都不斷些化，所以是非穩態放電。其放電過程可以分為發生過程和發展過程兩個階段。在發生階段，放電具有火花放電的性質，而在發展階段，則類似於大電流的弧光放電。現將其基本物理過程簡述如下：
在高脈衝的作用下，放電管內氣體擊穿，形成不均的的很細的火花通道。電離產生的電子在軸向電場作用下，以很高的速度向陽極運動，使氣休進一步電離，形成電子繁流。在電子繁流的同時，由於激變而產生了光子，這些光子引起的光電離起有很大的作用，由光電離形成的次級電子繁流與主電子繁流匯合，溝通了整個放電通道，使貯存在電容器上的電能通過火花通道迅速地釋收，而放電通道內的氣體樹則被強烈地加熱和電離，被加熱的氣體將引起放電通道加，經熱過幾個微秒的時間，放電通道的橫截面達到它的最大值。這就是火花增長的過程，也是脈衝放電的發生階段。
在火花增長到一定程度時，由於電容器釋放出較大的能量，脈衝電流就很大（每平方厘米可達數千安培）。因而會在放電管內形成高溫電漿。這時，陰極表面具有很強的電場和很高的溫度，將產生顯著的場致發射和熱電子發射，並以此來滿足發展階段所要求的大電流。在整個脈衝放電過程中，這一階段的持續時間較長（約50微秒左右）。電容器貯存的大部分能量將在這段時問內通過放電管轉化為光能。這就是脈衝放電的發展階段。
隨著電容器貯能的釋放，使得加在放電仟兩端的電壓下降，管內電場相應地減弱，電予溫度很快降低。當電容器供給放I乜管的能撼不足於維持放電時，放電就會熄滅。
以上討論的脈衝放電的基本過程是通過貯能電容器放電來實現的。在放電過程中，電流方向保持不變，起初電流強度急劇增加，經過一個最大值後兢迅速下降。產生這種脈衝放電的條件是：脈衝電壓最大值應高於直流放電的著火電壓。這种放電形式稱為直流脈衝放電。
脈衝放電電路
為消除蓄電池的硫化現象，延長蓄電池的使用壽命，本充電器設計了脈衝放電電路，對硫化的蓄電池具有脈衝修復作用。該電路由IC3（CD401）、VT5（負脈衝開關管）和其他元器件組成。
IC3的非門A、B和C15、C16、R24、R25組成多諧振盪電路，振盪脈衝輸入IC3的2引腳對反相器C進行控制，IC3的1引腳受控於IC2的1引腳，在充電狀態時，IC3的1引腳為高電平，反相器C輸出放電控制脈衝，經非門處理後驅動VT5和VT6組成的達林頓管放大後，實現脈衝放電。
脈衝放電的規律性
當把脈衝電壓施加於氣隙時，由於放電延時的統計特性，氣隙放電電壓不僅和外施脈衝電壓的峰值有關，還和脈衝電壓的波形有關，因此在進行脈衝放電試驗時，首先必須統一波形，才能對放電電壓進行比較。我國規定的標準波形是1.5/40的脈衝波（見下圖），這種波形主要是模擬雷電過電壓作用。
脈衝的標準波形在波形相同的脈衝電壓作用時，由於放電時延的分荷性。必然導致放電電壓的分散性，即施加峰值相同的電壓時，放電可能在波峰處發生，也可能在波尾處發生，還可以不發生（初始電子沒來得及出現時），提高電壓峰值，仍烈有這種情況，只不過不發生擊穿的可能性更小。由於脈衝穿的這一特點，一般用氣隙放電的伏一秒特性來說明氣隙靜脈衝放電特性。
伏一秒特性是氣隙脈衝放電電壓和放電時間的關係，其作法如圖所示。伏一秒特性說明，電壓峰值越高，放電時間越短。脈衝電壓是實際高壓線路中大氣過電壓及操作過電壓的模擬，當在高壓試驗中需要具體比較兩個氣隙的脈衝放電特性時，一種方法是全面比較其伏一秒特性，另一種簡單方法就是規定要承受一定過電壓倍數的脈衝電壓。
決定伏一秒特性的方法
決定伏一秒特性的方法套用
脈衝放電殺菌技術
用於液態食品的高壓脈衝放電殺菌技術是目前冷殺菌研究中最為活躍的課題之一。脈衝放電殺菌一般是把液態食品作為電介質置於殺菌容器內，與容器絕緣的兩個放電電極也置於其中；利用高壓脈衝發生器產生的脈衝電場對食品進行間歇式殺菌，或者使液態食品流經脈衝電場進行連續殺菌。
1、脈衝放電殺菌的機理
電脈衝的殺菌機理及效應歸納起來主要有強電流通透殺菌效應、強烈衝擊波殺菌效應、脈衝放電化學殺菌效應3個方面。
強電流通透殺菌效應又稱為細胞膜穿孔效應，利用強電流引起的微生物細胞膜穿孔效應，使微生物致死而達到殺菌目的。微生物細胞膜是由鑲嵌在蛋白質內的磷脂雙分子層構成，帶有一定的電荷和具有一定的通透性及強度，而且膜內外層具有一定的電勢差。當有一個外部電場加到細胞兩端時，會使膜的內外電勢差增大而引起細胞膜的通透性劇增；另一方面，膜內外表面的相反電荷相互吸引而產生擠壓力作用，以及高速運動的、具有極大動能的電子和離子產生撞擊作用，使細胞膜上出現小孔，產生不可逆的損傷，又由於所施加的外電場是脈衝電場，電壓在極短時間內（微秒、毫秒）激烈波動，會在細胞膜上產生振盪效應，細胞膜上出現的小孔變大，在這些因素的共同作用下，導致細胞不可逆破裂而趨於最終崩潰。
當液態食品中產生脈衝放電時，蓄能系統（如蓄能電容器組）會把儲存的大量能量在瞬間釋放出來，使液體介質被擊穿而形成放電通道，間隙電阻從絕緣狀態迅速降到幾分之一歐姆，放電通道內產生極大的脈衝衝擊電流，放電通道內帶電粒子（電子、正離子等）高速運動相互碰撞也產生大量的熱，使放電通道周圍的液體瞬時汽化並形成氣泡，·產生一種高速劇烈的膨脹爆炸和強烈的衝擊波（4×103～5×104m/s），以高達105Pa以上的壓力作用在細胞上，使細菌細胞膜破裂、壓碎。如果在殺菌室內不斷施加脈衝放電，就會不斷產生衝擊波，細菌細胞內部就處於持續不斷的、劇烈的強迫振動，從而加速細菌的死亡速度。
另一方面，脈衝放電時在液體物料中產生的化學效應也可起到加速細菌死亡的作用。由於脈衝放電的大電流及由此產生的強磁場作用和電解電離作用，會使液體物料中產生許多等離子和基本粒子，如激勵狀態下的H+、OH、H2O離子團、O、H原子、O2、H2、臭氧分子、光子等，它們在強電流的作用下極為活躍，有些基本粒子還能穿過通透性增加的細胞膜，與細胞膜內的蛋白質、核糖核酸等生命物質相結合，使之變性、死亡。另一方面所產生的臭氧分子本身就具有較強的殺菌能力。
一般來說，放電電極為平行板狀時的脈衝放電，其殺菌機理主要是細胞膜穿孔效應，而當電極為銳型時的流光放電殺菌，其機理則主要是衝擊效應。
2、脈衝放電殺菌的特點
脈衝放電殺菌具有以下3個主要特點：
1）殺菌時間短、能耗低 殺菌時間一般為μs～ms級，用很低的能耗處理就可殺死99%的細菌，每噸液態食品滅菌耗電約為0.5～2.0kW·h，是高溫殺菌耗能的1%。
2）溫升小 脈衝殺菌時的溫升一般小於5℃，因而可有效地保存食品的營養成分和天然風味。處理後食品在物理性質、化學性質、營養成分等方面與新鮮食品的差別很小。
3）殺菌效果明顯 採用25kV/cm的電場強度，在60℃殺菌時，·細菌的存活率logN/No=10-9，殺菌率能滿足商業無菌的要求。
相關術語
脈衝信號：瞬間突然變化，作用時間極短的電壓或電流稱為脈衝信號。它可以是周期性重複的，也可以是非周期性的或單次的。
脈衝反應堆（pulse reactor）：能在很短時間間隔內達到超臨界狀態，從而產生很高脈衝功率和很強中子通量，並能安全可靠地多次重複運行的反應堆。它分為熱中子脈衝堆和快中子脈衝堆兩類。中國建成了一座鈾氫鋯脈衝反應堆，這是以鈾氫鋯作燃料的反應堆。它主要以氫作為慢化劑，當功率升高時，溫度就會提高，氫的慢化作用減弱，反應性立即降低，反應堆有很大的瞬發負溫度係數，因而呈脈衝運行。脈衝反應堆除了用來培訓人員、從事研究工作和生產短壽命放射性同位素外，還可用來治療癌症、中子照相、活化分析及輻照燃料和材料。
脈衝電源：用戶的負載需要斷續加電，即按照一定的時間規律，向負載加電一定的時間，然後又斷電一定的時間，通斷一次形成一個周期。如此反覆執行，便構成脈衝電源。例如對於無極性電解電容器的老練工藝中，需要給電容器正向充電一段時間，然後放電，然後反向給電容器充電一段時間，然後放電，如此便形成正向→放電（斷電）→反向→放電→正向……，如此反覆。
脈衝寬度：就是高電平持續的時間。常用來作為採樣信號或者晶閘管等元件的觸發信號。
脈衝電路：就是脈衝波形的產生，整形和變換的電路。脈衝電路是由兩部分組成：惰性電路和開關。開關的作用是破壞穩態，使電路出現暫態。
脈衝撥號：是一種時域處理方法，它用脈衝的個數來表示號碼數字。脈衝撥號方式對脈衝的寬度、大小、間距、形狀都有著嚴格的要求，如果由於線路的干擾或其他原因而使得這些參數發生了變化，則可能引起號碼接收的錯誤。另一方面，由於每個脈衝都占有一定的時間（一般每個脈衝占用的時間為100ms），而使得這種撥號方式比較慢。
脈衝加熱：是利用各種波形的脈衝電流，以時斷時續的方式來加熱來達到一些特殊工藝要求。
脈衝波：就是以衝擊形式產生的信號波形。
