Институт Инновационного Проектирования | Ю. В. Горин КОРОНА — ИНСТРУМЕНТ РАБОЧИЙ
 
Гл
Пс
Кс
 
Изобретателями не рождаются, ими становятся
МЕНЮ
 
   
ВХОД
 
Пароль
ОПРОС
 
 
    Слышали ли Вы о ТРИЗ?

    Хотел бы изучить.:
    Нет, не слышал.:
    ТРИЗ умер...:
    Я изучаю ТРИЗ.:
    Я изучил, изучаю и применяю ТРИЗ для решения задач.:

 
ПОИСК
 
 



 


Все системы оплаты на сайте








ИННОВАЦИОННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
сертификация инноваторов
инновационные технологии
БИБЛИОТЕКА ИЗОБРЕТАТЕЛЯ
Это интересно
ПРОДУКЦИЯ
 

 


Инновационное
обучение

Об авторе

Отзывы
участников

Программа
обучения

Вопрос
Ю.Саламатову

Поступить на обучение

Общественное
объединение



Молодому инноватору

FAQ
 

Сертификация
специалистов

Примеры заданий

Заявка на
сертификацию

Аттестационная
комиссия

Список
аттестованных
инноваторов

Инновационное
проектирование

О компании

Клиенты

Образцы проектов

Заявка
на проект

Семинары

Экспертиза проектов

   

Книги и статьи Ю.Саламатова

Теория Решения Изобретательских Задач

Развитие Творческого Воображения

ТРИЗ в нетехнических областях

Инновации 
в жизни науке и технике

Книги по теории творчества

Архивариус РТВ-ТРИЗ-ФСА

Научная Фантастика
 
 
Статьи о патентовани
   

Наука и Техника

Политика

Экономика

Изобретательские блоги 

Юмор 
 
Полигон задач

ТРИЗ в виртуальном мире
медиатехнологий
       

Книги для
инноваторов

CD/DVD видеокурсы для инноваторов

Програмное обеспечение
инноваторов

Покупка
товаров

Отзывы о
товарах
           

Ю. В. Горин КОРОНА — ИНСТРУМЕНТ РАБОЧИЙ

 

1. Физическая картина коронного разряда

1.1. Вещества в газообразном состоянии, как правило, не проводят электрический ток. Они — диэлектрики, так как в них нет свободных зарядов. Но достаточно сильное электрическое поле может вызвать в газах ионизацию молекул, и тогда появляются заряды — носители тока. При лавинообразной ионизации в газе возникает самостоятельный электрический разряд. Рассмотрим один из видов разряда — коронный, свойства которого дают возможность широко применять его при творческом решении технических задач.
1.2. Что нужно для того, чтобы возник коронный разряд, или, как говорят, вспыхнула корона? Два электрода — один произвольной формы, другой с малым радиусом кривизны, между ними газ, например воздух, под давлением, близким к атмосферному. Электроды и газ — это вещества. Для построения вепольной системы требуется еще и поле. Электрическое. Оно создается источником высокого напряжения, к полюсам которого подсоединяют электроды. При включении источника между электродами возникает неоднородное электрическое поле. Неоднородность обусловлена большой кривизной поверхности одного из электродов. Так, для провода диаметром 20 мкм, подвешенного над плоскостью на высоте 200 мм, отношение напряженности поля у поверхности провода к напряженности у плоскости равно примерно 10 000.
Начнем повышать напряжение. При некотором его значении, называемом начальным напряжением короны, напряженность поля у поверхности провода будет достаточной для спонтанной ионизации молекул газа. Внешне это выглядит как возникновение на поверхности провода светящегося ореола (на остриях — светящийся венчик, за что коронный разряд и получил свое наименование). В промежутке между электродами возникает электрический ток. Поднимем напряжение. Светящийся ореол (чехол) станет чуть толще, ток увеличится. Предположим, что коронирующий провод подсоединен к отрицательному полюсу (отрицательная корона). Непрерывно появляющиеся в чехле положительные ионы уходят к проводу и там нейтрализуются, электроны выходят из чехла и «прилипают» к молекулам, образующиеся отрицательные ионы под действием поля медленно дрейфуют к положительному электроду. Промежуток разделяется на две зоны — светящийся чехол (толщина — около миллиметра), где идет интенсивная ионизация, и внешнюю, темную зону дрейфа. Такой стационарный режим может существовать в очень широком диапазоне напряжений, причем зависимость тока от напряжения имеет квадратичный характер, что позволяет варьировать ток короны в нужных пределах.
2. Техническое применение короны
2.1. Корона, увы, не всегда полезна. На проводах линий электропередач она создает радиопомехи и вызывает бесполезный расход энергии. С короной борются отчаянно: на ЛЭП-500 (напряжением 500 кВ) ее практически победили, на ЛЭП-750 — ничья, на ЛЭП-1150 корона пока не поддается традиционным методам борьбы с ней.
2.2. Коронный разряд — источник свободных зарядов, ионов и электронов. Заряды возникают в чехле короны и поступают в зону дрейфа, дальнейшим их движением мы можем управлять с помощью полей. Ионы могут использоваться либо непосредственно (носители вещества и заряды), либо для создания зарядов на поверхности макрообъектов. Вот несколько примеров технического применения короны.
2.2.1. Установки и способы получения заряженных слоев на больших поверхностях. Примеры: а. с. 446956, 433658 (игольчато-коронные нейтрализаторы статического электричества), 504173 (коронатор для электрофотографических аппаратов), 369513, 459742, 494596 (использование слоя зарядов на поверхности листовых и рулонных диэлектрических материалов в качестве своеобразного «электрода» для измерения сопротивления этих материалов).
1
2.2.2. Электрофильтры, электросепараторы, электроосадительные установки — аппараты, в которых через внешнюю зону короны пропускают вещество в диспергированном виде. Ионы оседают на поверхности частиц, движущихся к осадительным электродам. Примеры: а. с. 553000 (электрофильтр с переменной по длине интенсивностью короны), 445470, 504559, 564883 (электрокоронные сепараторы), 539607 (усиление коагуляции аэрозолей в коронном разряде), 396724, 559726 (электроосаждение порошкообразных материалов), 455314, 511563 (зарядка частиц электрофотографического проявителя).
2.2.3. Регулирование процессов массопереноса. А. с. 582459 (способ дозирования диэлектрических материалов), 573714, 573717.
2.2.4. Управление теплопередачей. Пример: патент США 3763928 «Электростатически управляемый тепловой затвор». Усиление теплопередачи в газе осуществляют поджигом коронного разряда, теплопередача возрастает за счет образования управляемых полем потоков ионизированных молекул и электронов. Другой пример: а. с. 511484 — охлаждение рабочего тела за счет ионизации в короне и последующего отбора энергии в электрическом поле.
2.2.5. Как источник заданного вида ионов коронный разряд применяют в физике при изучении поведения газа в сильных электрических полях, например, в качестве генератора легких ионов (а. с. 366513), в приборах для измерения напряженности поля (а. с. 483631).
2.2.6. Многоплановость применения коронного разряда как источника ионов предопределена его уникальными свойствами:
— низкой температурой (в чехле она не выше 150° С, в зоне дрейфа — практически равна температуре окружающей среды, в то время как в дуге или скользящих разрядах — до 1500° С и выше);
— отсутствием движущихся частей (в отличие от трибоэлектрическнх зарядных установок);
— высокой стабильностью и непрерывностью работы, простотой регулировки;
— высоким КПД, поскольку нагрев в короне мал и почти вся энергия расходуется на разделение и перемещение зарядов.
2.3. Измерение параметров газа в коронном промежутке. Характеристики коронного разряда (начальное напряжение, ток) чувствительны к изменению таких параметров газа, как наличие примесей (в молекулярном и аэрозольном видах), давление, скорость потока.
2.3.1. В патенте США 3742475 предлагается коронно-разрядный датчик загазованности для обнаружения галогенных примесей, например фреона; по патенту США 3569825 примеси электроотрицательных газов измеряются по колебаниям тока коронного разряда. В а. с. 131903, 131904 описан коронно-разрядный датчик для безынерционного анализа газовых смесей, в а. с. 266283 предложен коронный гигрометр.
2.3.2. Осаждение ионов на частицы аэрозоля, находящиеся во внешней зоне, уменьшает ток короны, поскольку частицы движутся медленнее ионов. Естественно, что по уменьшению тока можно измерить концентрацию и гранулометрический состав дисперсной фазы аэрозоля, что и положено в основу различных вариантов такого способа: а. с. 340942, 372483, 453626, 575547.
2.3.3. В а. с. 217656 предложен коронно-разрядный датчик давления газа, в а. с. 486402 — способ определения давления наполняющего газа в лампах накаливания по току коронного разряда.
2.3.4. По а. с. 459733 измерение скорости потока ведут по сносу им ионов, генерируемых в униполярном коронном разряде.
2.4. Корона — саморегулирующийся разряд. При заданном напряжении ток короны ограничивается объемным зарядом, находящимся во внешней зоне. Этот факт составляет основу работы таких приборов, как коронные триоды и коронные стабилизаторы напряжения. Преимущество последних — возможность стабилизировать непосредственно высокое напряжение (десятки киловольт) при значительных рабочих токах. Примеры: а. с. 309478 (стабилзация короны), а. с. 315225 (расширение диапазона рабочих токов ).
2.5. Чувствительность характеристик короны к изменению размеров и формы коронирующих электродов лежит в основе коронно-разрядных измерителей геометрических параметров электродов. Примеры: а. с. 148527, 163363, 300748, 364885, 369384, 478177, 637699. По а. с. 418729, 756188 измерение диаметра микропровода ведут по свечению коронного чехла. По а. с. 567943 вспышки короны служат индуктором локальных усилений поля, что позволяет обнаруживать микровыступы на плоских проводящих поверхностях.
Типичный пример — а. с. 582914: «1. Способ оценки остроты режущих инструментов путем измерения радиуса округления режущей кромки, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения устанавливают режущую кромку с зазором против электрода, создают между ними электрическое поле, измеряют величину напряжения в момент зажигания коронного разряда, по которой судят о радиусе округления. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с целью оценки остроты в отдельных точках кромки на резец подают отрицательный потенциал. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с целью оценки средней величины радиуса округления на резец подают положительный потенциал». Красиво использованы особенности короны — высокая чувствительность начального напряжения к изменению кривизны, дискретность чехла отрицательной короны, когда ионизация и свечение локализуются у участков с наибольшей кривизной, и непрерывность, усредненность чехла положительной короны, когда светящийся ореол обволакивает всю поверхность коронирующего электрода.
2.6. Корона как химический реактор. В чехле короны напряженность поля велика, поэтому там генерируются электроны и кванты света с энергией, достаточной для диссоциации молекул. В результате в чехле могут образовываться химически активные осколки, вызывающие химические реакции. Подбирая состав газа, можно управлять видом и интенсивностью этих реакций. В кислородсодержащих газах в чехле образуется атомарный кислород, соединение которого с молекулами кислорода дает озон (коронные озонаторы).
2.6.1. В некоторых случаях в чехле образуются долгоживущие осколки в заряженном виде (ион-радикал), их можно использовать для обработки поверхностей. Примеры: обработка поверхности кристаллизующегося баббита и поверхности полимеров для увеличения адгезии.
2.6.2. Коронный разряд используют также для создания в больших объемах необходимой ионизационной обстановки (аэроионизаторы). Примеры: а. с. 459210 (коронное антисептирование пищевых продуктов), 553280 (интенсификация проращивания зеленого солода), 660612 (повышение урожайности овощей).
3. Разбор типичной задачи
3.1. При производстве микропровода (диаметр — несколько микрометров) иногда образуется брак: вместо круглого сечения — овальное. Обычный способ обнаружения брака состоит в том, что отрезок провода исследуется с помощью электронного микроскопа. Но для этого приходится прерывать производственный процесс. Оптические способы хорошего решения не дают: диаметр провода мал, лучи обтекают провод (явление дифракции). Сложны и ненадежны другие известные способы (индуктивный, емкостной). Как быть?
Дано вещество (микропровод), для построения управляемой вепольной системы нужно ввести еще одно вещество и поле. Какие именно вещество и поле взять и как связать три элемента в систему, теперь ясно: измерение кривизны электрода — одна из основных специальностей коронного разряда (2.5).
4. Задачи
4.1. В сверхпроводящих кабелях жидкий гелий служит и хладоагентом, и электрической изоляцией. Электрическая прочность гелия очень сильно зависит от наличия примесей. Прямые испытания (непосредственно в кабеле) на пробой приводят к необратимым изменениям среды. Химический анализ длителен, а результаты (в смысле влияния загрязнений на электрическую прочность) неоднозначны. К тому же он связан с отбором проб, что при наличии многослойной теплоизоляции весьма сложно. Как быть?
4.2. Для нормального проведения многих технологических процессов, использующих порошкообразное сырье, необходимо знать удельную поверхность сырья, т. е. ту суммарную поверхность, которой обладают частицы, содержащиеся в 1 г вещества. Это существенно, например, для химической технологии, где интенсивность многих реакций определяется величиной поверхности. Обычный способ — разделение проб дисперсного материала на фракции с помощью системы сит и далее подсчет по средним значениям с учетом числа фракций и наиболее вероятной формы частиц. Если разделение на фракции грубое — мала точность, разделять на большое число фракций — долго. Предложите простой способ определения удельной поверхности.

Таблица возможных применений коронного разряда

 

Разделы

Коронный разряд — источник свободных зарядов

4.1, 4.2

Использование управляемых потоком ионов для:
— создания заряженных слоев на больших поверхностях
— зарядки аэрозолей
— дозировки порошков
— регулирования теплопередачи

 

2.2.1
2.2.2, 4.2
2.2.3
2.2.4

Изучение физики ионов

2.2.5

Измерение параметров газа:
— состав газовых смесей
— параметры взвешенных в газе аэрозолей
— давление газа
— скорость газовых потоков

 

2.3.1, 4.1
2.3.2, 4.2
2.3.3
2.3.4

Коронные стабилизаторы напряжения

2.4

Измерение кривизны поверхности (радиусов проводов, кромок)

2.5

Осуществление химических реакций:
— озонаторы
— аэроионизаторы
— воздействие на поверхность

 

2.6
2.6.2
2.6.1

 


Записаться на тренинг ТРИЗ по развитию творческого, сильного мышления от Мастера ТРИЗ Ю.Саламатова >>>

Новости RSSНовости в формате RSS

Статьи RSSСтатьи в формате RSS

Рейтинг – 330 голосов


Главная » Это интересно » Теория решений изобретательских задач (ТРИЗ) » Ю. В. Горин КОРОНА — ИНСТРУМЕНТ РАБОЧИЙ
© Институт Инновационного Проектирования, 1989-2015, 660018, г. Красноярск,
ул. Д.Бедного, 11-10, e-mail
ysal@triz-guide.com, info@triz-guide.com
 
 

 

Хочешь найти работу? Jooble