等離子體鞘層是什么 實驗室焊接熔深檢測教程

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，父母都是純正的理科生是什么體驗？

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
• 實驗室焊接熔深檢測教程
• 家里有個清華的學(xué)生是種什么體驗

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），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，不會攜帶內(nèi)能，憋著不卸能，長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，同時不可避免地產(chǎn)生傳導(dǎo)以及位移電流，電流產(chǎn)生對應(yīng)的交變磁場、渦旋電場。在頻率較低時，渦旋電場強度低于電荷產(chǎn)生的靜電場強度，鞘層由此可以通過靜電模型描述。當(dāng)隨頻率增加，渦旋電場不能忽略不計，帶電粒子運動受橫向渦旋電場加速，不再滿足縱向加速的簡單鞘層動力學(xué)模型，必須采用完備的麥克斯韋方程，對應(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)電荷運動的電場，鞘層內(nèi)的電荷（電子或離子）構(gòu)成所謂的空間電荷，二者同時產(chǎn)生鞘層內(nèi)的電場。

等離子體的能量密度

這個問的好模糊。

參數(shù)都是有一個研究問題的參數(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動速度，即溫度，由于電子質(zhì)量小，更容易被電場加速，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，運動速度快的電子被接地腔壁導(dǎo)走，而運動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，將由于熱運動的而飛向腔壁的電子通過電場打回等離子內(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叫做鞘層，簡單的教程請參閱J.R Roth的《工業(yè)等離子體 I》，你會得到更準(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。

實驗室焊接熔深檢測教程

穿孔等離子弧焊的熔深檢測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、板材料焊接時實現(xiàn)一次焊透，單面焊雙面成形等特點。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方法，如尾焰電壓、電弧弧光強度、聲音信號、熔池圖像信號、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，在實際應(yīng)用中也存在一定的局限性。因此，開發(fā)簡單、實用、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氣體在電弧作用下發(fā)生離解，當(dāng)焊接小孔未形成時，在焊接等離子弧的尾部(與焊接方向相反)出現(xiàn)一個自熔池射出的小弧，其形狀就像一個翅膀，因此，稱它為弧尾翼或等離子弧反翹或等離子云。在文獻[5]中，詳細(xì)介紹了小孔形成與閉合時電弧形態(tài)的變化。小孔從無到有，等離子云也完成一個周期的擺翹，即在小孔形成前，隨著焊接過程的進行，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，其夾角θ達到最大值，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. 試驗系統(tǒng)和條件試驗系統(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進行自動控制器，循環(huán)冷卻系統(tǒng)，探針檢測裝置，馬來西亞Agilent公司生產(chǎn)的記憶示波器S4622A等組成。焊接時焊槍固定不動，探針位置也固定，小車帶動工件移動。探針檢測裝置原理如圖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。通過檢測電路中的電壓信號就可以檢測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. 探針檢測原理探針檢測實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)一個冷的物體浸入等離子體時，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，則在物體進入等離子體后，物體表面形成一個帶負(fù)電位的薄層暗區(qū)，這個薄層被稱為“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。采用探針檢測等離子云時，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法中無需外加電源的原因。4. 等離子云噴射角的檢測無外加電源探針檢測等離子云的目的主要是為了對小孔等離子弧焊接的熔透熔深進行控制。在某個給定的焊接電流下，將探針從遠(yuǎn)處逐漸向等離子云中心移動。從圖2可知，探針檢測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)探針達到等離子云中心位置(C點)時，鞘層電壓最大，這時點C與電弧中心點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。測出點C的x方向上的長度和y方向上的長度，可求出相應(yīng)的等離子云噴射角θ。為了進行焊接熔深及熔透控制，還需要知道此焊接電流所對應(yīng)的熔深。這樣，才能找出等離子云噴射角與熔深的關(guān)系，從而實現(xiàn)熔透控制。把不同焊接電流下的焊縫切開分別測其熔深，可以知道等離子云噴射角與熔深的關(guān)系。通過實時檢測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應(yīng)關(guān)系，需測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應(yīng)關(guān)系，需測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)檢測到的鞘層電壓，隨著焊接電流的增大，熔深增大，對應(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，或者說工件即將熔透時，噴射角達到最大。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)論實驗證明，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)焊接電流來實現(xiàn)熔透控制。

家里有個清華的學(xué)生是種什么體驗

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)國家科研項目。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崗位。當(dāng)老師的特點就是能講，普通話標(biāo)準(zhǔn)，普遍有咽炎。