ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ПРИБОР ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H01J61/54 H01J61/56 H05B41/22 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к газоразрядным приборам, и может быть использовано в электронике и радиотехнике (стабилитроны, тиратроны), в мощных промышленных установках (газотроны, ртутные вентили), в бытовых и промышленных осветительных установках, в медицине (бактерицидные и эритемные лампы), в счетной и других областях техники (декатроны, счетчики ядерных излучений, генераторы шума и т. д.).

Известен газоразрядный прибор излучения (люминесцентная ртутная лампа низкого давления), содержащий колбу, заполненную газом, в которой герметично установлены два основных электрода - анод и катод и один дополнительный электрод, выполненный в виде тонкой проволоки (нити) с большим удельным сопротивлением. Во время работы лампы нить накалена и служит источником термоэлектронов (см. патент США N 2040753, 1936).

Однако этот известный газоразрядный прибор излучения имеет большие энергозатраты на разогрев нити и высокие температуры колбы. Это приводит к снижению ресурса прибора и уменьшению его коэффициента полезного действия (КПД).

Известен также газорязрядный прибор излучения, содержащий колбу, заполненную рабочим веществом, герметично установленные в колбе идентичные основные электроды, каждый из которых имеет самостоятельный вывод и по меньшей мере один дополнительный электрод, выполненный из двух изолированных друг от друга частей, каждая из которых присоединены к основному электроду (см. Иванов А.П. Электрические источники света. - М.: Госэнергоиздат, 1955, с. 169, фиг. 19-4 (в)).

Известный газоразрядный прибор излучения также имеет большие энергозатраты на разогрев нити и высокие температуры электродов и колбы. Это является причиной низкого КПД и малого ресурса прибора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является газоразрядный прибор излучения, содержащий колбу, заполненную газом с парами ртути. Колба выполнена из оптически прозрачного материала, стекла, и имеет П-образную форму. Поверхность колбы частично (рабочая часть) покрыта люминофором. В колбе герметично установлены два основных электрода - катод и анод, каждый из которых имеет самостоятельный вывод, и дополнительный электрод, имеющий также один самостоятельный вывод. Дополнительный электрод выполнен в виде тонкой металлической нити, которая размещена между анодом и катодом. Катод выполнен в виде полого цилиндра, а анод - в виде диска (см. статью Соколова Н. С. , Лушкина В.В., Иванова В.В. Люминесцентный газоразрядный индикаторный прибор с пониженным напряжением зажигания //Электронная техника, серия 4, Электровакуумные и газоразрядные приборы, выпуск 2, 1972, с. 118-119).

Известный газоразрядный прибор излучения имеет следующие недостатки: большой разброс параметров, увеличенное в ряде случаев потребление энергии, малый срок службы, низкий КПД при работе от источника переменного напряжения.

В основу изобретения положена задача создания газоразрядного прибора излучения, в котором за счет снижения и стабилизации напряжения зажигания и возможности управления величиной тока разряда, достигались бы повышение срока службы и КПД, что позволило бы расширить функциональные возможности и область применения прибора.

Поставленная задача решается тем, что в газоразрядном приборе излучения, содержащем колбу, заполненную рабочим веществом, герметично установленные в колбе основные электроды, каждый из которых имеет самостоятельный вывод, и по меньшей мере один дополнительный электрод, протянутый между основными электродами, один конец которого имеет самостоятельный вывод, согласно изобретению второй конец дополнительного электрода снабжен самостоятельным выводом, а основные электроды выполнены идентичными.

Целесообразно, чтобы в газоразрядном приборе излучения, согласно изобретению, между основными электродами был бы размещен по меньшей мере один промежуточный основной электрод, имеющий самостоятельный вывод.

Применение дополнительного электрода стабилизирует напряжение зажигания и уменьшает разность между напряжением зажигания и рабочим напряжением. Это приводит к увеличению срока службы и повышению КПД. Кроме того, использование дополнительного электрода позволяет управлять величиной тока разряда путем изменения напряжения на дополнительном электроде.

Применение по меньшей мере одного дополнительного электрода, имеющего самостоятельные выводы, целиком протянутого между основными идентичными электродами, позволяет снизить напряжение зажигания и повысить ресурс прибора.

Введение по меньшей мере одного промежуточного основного электрода, размещенного между основными электродами, позволяет снизить напряжение зажигания и увеличить линейные размеры рабочей части колбы.

Совокупность существенных признаков, используемых в изобретении, позволяет достичь следующие технические результаты:
1) снизить и стабилизировать напряжение зажигания;
2) упростить конструкцию пускорегулирующих устройств или заменить их на токоограничивающие резисторы;
3) использовать различные виды питающего напряжения (переменное, постоянное, пульсирующее, импульсное, высокочастотное);
4) регулировать величину тока разряда;
5) осуществить кодирование светового сигнала;
6) увеличить срок службы и повысить КПД прибора.

Изобретение поясняется чертежами, где схематично показано устройство газоразрядного прибора излучения с электрической схемой включения: на фиг. 1 - вариант выполнения прибора с дополнительным электродом целиком протянутым между анодом и катодом в направлении, совпадающем с направлением электрической оси разряда; на фиг. 2 - вариант выполнения прибора, где один дополнительный электрод выполнен из двух изолированных друг от друга токопроводящих частей, одни концы которых образуют зазор в рабочей области колбы, а другие - электрически присоединены к основным электродам; на фиг. 3 - схема варианта выполнения прибора с протяженной прямой трубчатой колбой и дополнительным электродом целиком протянутым между анодом и катодом, в котором между основными электродами размещены в фиксированных точках, например, три промежуточных основных электрода.

Газоразрядный прибор излучения в одном из вариантов выполнения содержит колбу 1 (фиг. 1) из оптически прозрачного материала, имеющую П-образную форму, откачанную и заполненную рабочим веществом, например, неоном. В колбе 1 герметично установлены два идентичных основных электрода 2 и 3, и дополнительный электрод 4. Основные электроды 2 и 3 выполнены, например, в виде полых цилиндров, имеющих самостоятельные выводы 5 и 6. Дополнительный электрод 4 выполнен, например, в виде нити, которая проходит между основными электродами 2 и 3 через весь газоразрядный промежуток. Дополнительный электрод 4 имеет два самостоятельных вывода 7 и 8.

Площадь S поверхности дополнительного электрода 4 выбирается в соответствии с соотношением
S = Ip/C,
где Ip - ток нормального тлеющего разряда на дополнительном электроде 4; C - постоянная, определяемая экспериментально и характеризующая плотность тока нормального тлеющего разряда в зависимости от материала дополнительного электрода 4, рода и давления рабочего вещества.

Электрическая схема включения содержит резисторы 9 и 10, диоды 11 и 12, и обеспечивает рабочие режимы прибора при его питании от сети переменного тока, например, от источника питания 13. Резисторы 9 и 10 предназначены для ограничения токов на основные электроды 2 и 3, и дополнительный электрод 4. Диоды (ключи) 11 и 12 обеспечивают отрицательное напряжение на дополнительном электроде 4 в течение всего времени работы прибора.

В соответствии с другим вариантом выполнения газоразрядного прибора излучения, согласно фиг. 2, по меньшей мере один дополнительный электрод может быть выполнен в виде двух изолированных друг от друга токопроводящих частей (отрезков) 14 и 15, например, в виде металлических нитей. При этом одни концы токопроводящих частей образуют зазор 16 в средней части разрядного промежутка в рабочей области колбы 1. Другие концы токопроводящих частей присоединены к основным электродам 2 и 3 (фиг. 2), либо имеют самостоятельные выводы. Концы дополнительных электродов, которые образуют зазор 16, расположены так, что между ними обеспечивается режим автоэлектронной эмиссии.

Согласно другому варианту выполнения газоразрядного прибора излучения по фиг. 3 с протяженной колбой 1, кроме основных 2 и 3 и дополнительного 4 электродов, между анодом и катодом размещают по меньшей мере один промежуточный основной электрод, имеющий самостоятельный вывод. При этом одни концы промежуточных основных электродов размещают в фиксированных точках, например, A, B, C по длине рабочей части колбы 1. В электрической схеме включения диоды 17 и 18 обеспечивают отрицательный потенциал на дополнительном электроде (нити) 4. Диоды 19, 20, 21 и 22 - положительный потенциал на промежуточных основных электродах, размещенных в фиксированных точках A, B, C по длине рабочей части колбы 1, во все время работы прибора.

Газоразрядный прибор излучения работает следующим образом. Переменное напряжение от источника питания 13 (фиг. 1) подается на выводы 5 и 6. Например, в отрицательный полупериод диод 12 заперт, а диод 11 обеспечивает на дополнительном электроде 4 отрицательное напряжение. Между основным электродом 3 и дополнительным электродом 4 зажигается подготовительный разряд, который по мере нарастания амплитуды напряжения распространяется по поверхности дополнительного электрода - нити 4. Подготовительный разряд перекрывает промежуток между основными электродами 2 и 3, и в приборе зажигается основной разряд, обеспечивающий функционирование прибора и его световые характеристики.

Значение тока разряда Ip определяется параметрами электрической цепи и электрическими режимами работы прибора. Увеличение тока разряда Ip целесообразно до тех пор, пока линейные размеры дополнительного электрода (нити) 4, покрытые катодной областью (визуально эти процессы проявляются в виде распространяющегося по нити светящегося "чехла", охватывающего нить 4), не станут соизмеримыми с расстоянием между основными электродами 2 и 3. В этих условиях в промежутке 2-3 зажигается основной разряд, который обеспечивает функциональные возможности прибора.

При смене полярности питающего напряжения диод 11 заперт, а диод 12 находится в проводящем состоянии. Процессы аналогичны предыдущему случаю, но развиваются в направлении от основного электрода 2 к основному электроду 3.

Если разомкнуть выводы 7 и 8 и на них подать кодирующий сигнал (серия отрицательных импульсов, длительность каждого из которых намного больше периода колебаний питающего напряжения, а амплитуда достаточна для распространения разряда по дополнительному электроду 4), то прибор будет работать в специальном уникальном режиме - передачи кодированной световой информации.

В газоразрядном приборе излучения, согласно варианту по фиг. 2, при подаче переменного напряжения от источника питания 13 на выводы основного электрода 2, например, положительный полупериод, и основного электрода 3, в зазоре 16 между изолированными друг от друга токопроводящими частями 14 и 15 дополнительного электрода загорается подготовительный разряд. Подготовительный разряд по мере нарастания амплитуды напряжения питания будет распространяться по отрезку 15 нити внутрь полого цилиндра - электрода 3 и замкнет промежуток 14 - 3. В результате этого загорится основной разряд во всем объеме правой части колбы 1 (левая часть в это время не горит и энергии не потребляет). При смене полярности питающего напряжения аналогичные процессы будут проходить в левой части колбы 1 (правая часть в это время не горит и энергии не потребляет). Применение такого варианта выполнения прибора позволяет при неизменном значении напряжения источника питания в два раза увеличить эффективную длину разрядного промежутка.

В газоразрядном приборе излучения с протяженной колбой 1, в соответствии с вариантом по фиг. 3, подготовительный разряд формируется следующим образом. При подаче переменного напряжения, например, левая часть прибора находится под положительным потенциалом, разряд между основным электродом (анодом) 2 и дополнительным электродом (нитью) 4, являющейся катодом подготовительного разряда, распространяется на участке нити 4 от основного электрода 2 до точки A, где размещен первый промежуточный основной электрод (не показан), дальнейшее его распространение ограничено, например, напряжением источника питания. Разряд между анодом - точка A, и нитью 4 распространен на участке A - B, где размещен второй промежуточный основной электрод (не показан), нити 4. Разряд между анодом - точка B, и нитью 4 распространен на участке B - C, где размещен третий промежуточный основной электрод (не показан), нити 4. При этих условиях зажигается основной разряд в промежутке анод 2 - катод 3, обеспечивающий функционирование прибора. При смене полярности питающего напряжения процессы в приборе развиваются аналогично, но функцию анода основного разряда выполняет основной электрод 3.

В зависимости от назначения газоразрядных приборов излучения возможны другие варианты осуществления изобретения. Предлагаемые газоразрядные приборы излучения выполняются, например, в стеклянных, стеклянно-керамических или металлостеклянно-керамических оболочках - колбах. Геометрическая форма колбы 1 выбирается в зависимости от области применения и может иметь П-образную, цилиндрическую, эллиптическую, шаровую формы, или иметь участок с малыми геометрическими размерами. Колбы наполняются в зависимости от назначения газами, парами металлов или их смесями. Электроды могут быть выполнены в виде полого цилиндра, стержня, плоской спирали, электропроводящей пленки и т.п. Основные электроды должны иметь как можно большую площадь. Чем больше поверхность основного электрода, тем больше ток тлеющего разряда в режиме нормального катодного падения потенциала. Для снижения напряжения зажигания основные электроды активируются. Для этой же цели используются смеси газов.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить КПД газоразрядного прибора излучения за счет снижения потерь мощности из-за практически отсутствия разницы между напряжением зажигания и рабочим напряжением, увеличить срок службы прибора, так как количество включений не влияет на разрушение основных электродов. За счет использования относительно небольшого напряжения зажигания переходные процессы в тлеющем разряде в приборе практически не являются источником шумов и радиопомех.

Кроме этого, прибор может работать автономно и характеризуется мгновенным зажиганием без применения дополнительных пускорегулирующих устройств, повышенной световой отдачей и ее стабильностью при горении.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к газоразрядным приборам, и может быть использовано в качестве индикаторов электрических сигналов или напряжений, освещения служебных, бытовых и производственных помещений, а также для вывода знаковых и цветовых сигналов в устройствах и табло промышленной, производственной и рекламной информации. Изобретение позволяет повысить КПД и увеличить срок службы газоразрядного прибора. Газоразрядный прибор излучения содержит колбу из оптически прозрачного материала, заполненную рабочим веществом. Прибор содержит по меньшей мере два основных электрода и по меньшей мере один дополнительный электрод, который целиком или частично протянут между основными электродами в направлении, совпадающем с направлением электрической оси разряда. Каждый из электродов имеет самостоятельный вывод. Между основными электродами размещен по меньшей мере один промежуточный основной электрод. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Газоразрядный прибор излучения, содержащий колбу, заполненную рабочим веществом, герметично установленные в колбе основные электроды, каждый из которых имеет самостоятельный вывод, и по меньшей мере один дополнительный электрод, протянутый между основными электродами, один конец которого имеет самостоятельный вывод, отличающийся тем, что второй конец дополнительного электрода снабжен самостоятельным выводом, а основные электроды выполнены идентичными. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что введен по меньшей мере один промежуточный основной электрод, размещенный между основными электродами и имеющий самостоятельный вывод.