СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В РАЗРЯДНЫХ ЛАМПАХ Российский патент 2003 года по МПК H01J9/42 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству разрядных ламп.

Известен спектральный метод определения давления аргона применительно к люминесцентным лампам [1]. Этот метод основан на зависимости соотношения потоков излучения линий ртути положительным столбом разряда с длинами волн 435,8 нм и 546,1 нм при фиксированном токе разряда. Этот метод обладает рядом недостатков. Метод длителен по времени, требует применения спектральной аппаратуры и обладает невысокой точностью измерений ~ 9%.

Частично указанные недостатки устранены в работе [2], в которой предлагается определять давление газа по напряжению зажигания высокочастотного разряда на частоте 40 МГц между двумя электродами, расположенными диаметрально противоположно на поверхности газоразрядной лампы, с помощью градуировочной кривой.

Недостатком известного метода является необходимость применения высокочастотного генератора, требуется согласование ВЧ генератора с нагрузкой, экранировкой окружающего пространства от ВЧ полей, ограниченный диапазон измеряемых давлений.

Известен способ определения давления газа в лампе [3], в котором для расширения диапазона измеряемых давлений газа на рабочие электроды лампы подается высоковольтный импульс, инициирующий зажигание основного высокочастотного разряда между внешними электродами. Давление наполняющего лампу газа определяется по напряжению погасания разряда. Недостатками этого способа является необходимость подачи высоковольтного напряжения на электроды лампы, а также применение сложной измерительной схемы.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения давления газа в газоразрядных лампах, основанный на использовании внешних электродов [3]. Он заключается в том, что на центральной части лампы размещаются внешние электроды, расстояние между которыми фиксировано. К ним прикладывается модулированное по амплитуде высокочастотное напряжение и возбуждается разряд. Давление газа определяется по графику зависимости напряжения зажигания разряда от давления.

Недостатками метода являются высокое напряжение зажигания разряда между внешними электродами, утечка высокочастотного тока по поверхности лампы, необходимость модуляции высокочастотного напряжения. Недостатком способа является также то, что он применим для ламп, откаченных до давления 1,3 кПа. При увеличении давления свыше 1,3 кПа возникает неустойчивый контакт шнура высокочастотного разряда с оболочкой лампы.

В приведенных способах определение давления газа осуществляется путем возбуждения продольного разряда между внешними кольцевыми электродами. В таком разряде устранение заряженных частиц происходит не за счет их рекомбинации в объеме лампы, а за счет биполярной диффузии с последующей рекомбинацией на стенках лампы. Радиальное распределение электронов для такой конфигурации разряда неоднородно. Кроме того, на процесс двухполярной диффузии электронов и ионов сильно влияет материал оболочки, состояние ее поверхности, вторичноэмиссионные свойства, а также проводимость диэлектрической оболочки, что ограничивает точность проводимых измерений и воспроизводимость результатов.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона измеряемых давлений, повышение точности и воспроизводимости результатов при определении давления на низких частотах.

Для достижения указанного технического результата в способе определения давления в разрядных лампах, включающем размещение и фиксирование на центральной части лампы внешних электродов, измерение напряжение пробоя между электродами и определение давления по графику зависимости напряжения пробоя от давления газа, после размещения и фиксирования внешних электродов возбуждают два поперечных разряда между ними, устанавливают токи разрядов, протекающих между электродами, затем увеличивают напряжение до зажигания продольного разряда в промежутке между электродами и по измеренному напряжению пробоя определяют давление газа в лампа.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с другими техническими решениями показывает, что предлагаемый способ отличается новой последовательностью операций, имеет новую операцию: возбуждение двух низкочастотных вспомогательных поперечных разрядов между диаметрально противоположными внешними электродами при фиксированной величине тока между ними перед измерением напряжения зажигания продольного разряда.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна".

На фиг. 1 дана схема устройства, которая реализует предложенный способ, на фиг.2 приведен график зависимости напряжения пробоя между парами внешних электродов от давления наполняющего лампу газа.

Устройство содержит четыре внешних электрода 1, 2 и 3, 4, которые контактируют с поверхностью лампы 5. Для возбуждения вспомогательных поперечных разрядов между электродами 1, 2 и 3, 4 к ним прикладывается напряжение, снимаемое с обмоток 6 и 7 трансформатора 8. Постоянные по величине значения токов вспомогательных разрядов поддерживаются резисторами 9 и 10. Контроль токов осуществляется микроамперметрами 11 и 12.

Измерения проводятся на частоте f переменного напряжения, при которой активная проводимость плазмы σ_п значительно больше проводимости σ_к конденсаторов, образованных двумя внешними электродами. Диапазон частот 200-1000 Гц. Нижний предел определяется необходимостью снижения напряжения зажигания вспомогательного разряда. Верхний предел определяется необходимостью снижения утечек по стеклу и емкостного тока конденсаторов, образованных внешними электродами.

Известно, что в поперечном разряде, в отличие от продольного, доминирующими становятся объемные процессы рекомбинации заряженных частиц в плазме, что обусловливает равномерное распределение концентрации электронов по сечению лампы, что позволяет повысить точность измерений.

Расширение диапазона измеряемых давлений, измерение на низких частотах достигается возбуждением в поперечном сечении лампы вспомогательных разрядов, в результате чего объемный механизм развития разряда превалирует над поверхностным (имеющим место при высоких давлениях), снижается напряжение зажигания разряда и повышается стабильность его величины как при измерении низких, так и высоких давлений.

Предложенный способ испытан на натриевых лампах ДнаТ-400, наполненных ксеноном при давлениях 3,192 кПа (24 мм рт. ст.). В схеме применен повышающий трансформатор 8 с коэффициентами трансформации между обмотками 6, 7 и 13, равным 20, и обмоткой 14 и 13, равным 40. К трансформатору 8 прикладывалось переменное напряжение частотой 800 Гц от генератора низкочастотных колебаний 15.

Способ определения давления в газоразрядных лампах осуществляется следующим образом.

1. Размещаем и фиксируем внешние электроды 1, 2, 3, 4, изготовленные из никелевой фольги, с размерами 4•6 мм на поверхности лампы 5. Электроды 1 и 2, а также 3 и 4 расположены диаметрально противоположно на поверхности лампы. Пары внешних электродов 1, 2 и 3, 4 расположены вдоль ее оси на расстоянии 3 см друг от друга.

2. Прикладываем к трансформатору 8 напряжение, снимаемое с генератора 15, и возбуждаем разряд между внешними электродами 1, 2, и 3, 4.

3. С помощью резисторов 9 и 10 устанавливаем токи разрядов, протекающие между электродами 1, 2 и 3, 4, равными 1,2 мкА.

4. Резистором 16 плавно увеличиваем напряжение между парами электродов 1, 2 и 3, 4, до зажигания разряда в промежутке между ними. Зажигание разряда регистрируется по возникновению тока в цепи микроамперметром 17.

5. Из графика на фиг.2 по измеренному напряжению пробоя определяем давление газа в лампе.

Способ позволяет упростить измерительную схему, методику измерений и сделать ее доступной для контроля давления в заводских условиях. Погрешность измерения давления не превышает 3%.

Источники информации
1. Алукаев Б. Х. , Дадонов В.Ф., Федоренко Ф.С. К определению давления инертного газа в люминесцентных лампах спектральным методом // Светотехника. 1973. 5. С. 4-5.

2. Свешников В. К. Способ определения давления газа в газоразрядных трубах. // Электронная техника. Сер. 4.: Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1980. Вып. 5. С. 48-49.

3. Андреев Ю.П. и др. Физико-технические методы неразрушающего контроля ГРИ высокоинтенсивного оптического излучения // Электронная техника. Сер. 4. : Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1990. Вып. 4. С. 35. (Прототип).

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству разрядных ламп. Техническим результатом является расширение диапазона измеряемых давлений, повышение точности и воспроизводимости результатов при определении давления на низких частотах. На центральной части лампы размещают внешние электроды, возбуждают два поперечных разряда между ними, устанавливают токи разрядов, протекающих между этими электродами, увеличивают напряжение до зажигания продольного разряда в промежутке между электродами и определяют давление по графику зависимости напряжения зажигания разряда от давления газа. 2 ил.

Способ определения давления в разрядных лампах, включающий размещение и фиксирование на центральной части лампы внешних электродов, измерение напряжения пробоя между электродами и определение давления по графику зависимости напряжения пробоя от давления газа, отличающийся тем, что после размещения и фиксирования внешних электродов возбуждают два поперечных разряда между ними, устанавливают токи разрядов, протекающих между электродами, затем увеличивают напряжение до зажигания продольного разряда в промежутке между электродами и по измеренному напряжению пробоя определяют давление газа в лампе.