Газоразрядный прибор низкого давления Советский патент 1976 года по МПК H01J17/44 

1

Предлагаемое изобретение относится к газоразрядным приборам низкого давления с холодным катодом.

Известны газоразрядные приборы с холодным катодом, в которых какой-либо из электродов, катод или анод выполнен полым и содержит по крайней мере расположенную в полости электрода и связанную с ней посредством отверстий дополнительную камеру.

Эти прибор - имеют сравнительно большие коммутационные потери, обусловленные большим падением напряжения на них во время прохождения импульса коммутируемого тока. Критический ток, переходя в дугу в таких приборах, превышает 1 ка. Причем, даже при коммутации больших, токов, в начале импульса горит тлеюший разряд, характеризующийся более высоким падением напряжения, чем дуговой разряд. Это, в свою очередь, ведет к увеличению стартовых потерь и к искажению импульса тока.

Целью предлагаемого изобретения является снижение коммутационных потерь в газоразрядных приборах с холодным катодом.

Поставленная цель достигается тем, что на стенках внутри дополнительной камеры размещены элементы из диэлектрического материала, на поверхности которых хотя бы частично нанесена тонкая металлическая пленка, имеющая электрический контакт со стенкой. Диэлектрические элементы целесообразно выполнять в виде керамических колец, которые, чередуясь с металлическими кольцами, образуют одну из стенок дополнительной камеры.

Для уменьшения критического тока перехода в дугу и уменьшения времени развития разряда поперечный размер сечения дополнительной камеры рекомендуется выбирать в пределах от 2 до 12 мм.

На фиг. 1 представлен один из вариантов газоразрядного прибора, в котором диэлектрические элементы выполнены в виде керамических колец, разрез; на фиг. 2 - расположение металлических и керамических колец с нанесенной на них тонкой металлической пленкой; на фиг. 3 - схема прибора, у которого диэлектрические элементы размещены в дополнительной камере

образованной двойными стенками в торцовой части,катода; на фиг. 4 схема прибора, у которого диэлектрические элементы размещены в донолнитепьных камерах в торцовой стенке катода; на фиг. 5 - схема прибора, у которого диэлектрические элементы размещены в дополнительных камерах как в катоде, так и в аноде.

Газоразрядный прибор- (фиг. 1) имеет керамический корпус 1 цилиндрической формы, в котором размещены анод 2 и катод 3 в виде стаканов. В полости 4 катода выполняющей функции пусковой камеры, размещен пусковой электрод в виде двух дисков 5 и 6, соединенных металлическикси ст-ойками 7. Пусковая камера сообщается с зазором 8 между анодом и катодом посредством отверстий 9 в торцовой стенке катода. Полость дополнительной камеры 10 кольцевой формы образована цилиндрическим экраном 11. В этом экране имеются отверстия Б виде щепей 12, с помощью которых яопол нит-ельная камера связалча с полостью 4. В.нутри дополнительной камеры (см. фиг. 2) размеш,ены диэлектрические элементы 13 в виде колец из керамики, например, марки 22ХС. Кольца 13 отделены друг от друга м.еталлическими кольцами 14 и образуют совместно с ним{ стенку допол1-штельной камеры. На огарьггой поверхности диэлектрических колец 13 нанесена то1жая металли™ ческая пле1жа 15 (показана пунктиром) например, из материала колец 14, которые могут быть выполнены из меди, нержавеюще стали или другого подходящего металла или сплава. Упомянутая плешса имеет электри. ческий контакт с кольцами 14, котчэрые, в свою очеред д, контактируют с кат-одом 3. Прибор работает следующим образом. Анод соединяется с положительным полюсом комКГутируемой цепи, а катод - с о трицательны м.

На пусковой электрод через токоограничивающий резистор подается положительное относительно катода смеахение, которое возбуждает внутри полости 4 слаботочный тле™ ющий дежурный разряд. Запускается прибор путем подачи иа пусковой электрод отрицательного имщльса, амплитуда которого должна превышать величин-у напряжения горения дежзфного тлеющего разряда. При этом электроны из плазмы дежурного разряда попадают через отверстия 9 в зазор 8, вая пробой последнего и срабатывание прибора, после чего в нем устанавливается низковольтный дуговой разряд. Существенную роль при развитии дугового разряда играет тонкая металлическая .

Поскольку коэффициент вторичной эмиссии пленки существенно больще, чем у ма. териала катода, плотность разрядного тока

йа пленку будет выще, чем на другие участки катода. С другой стороны, критический ток перехода тлеющего разряда в дугу для тонких пленок существенно меньше, чем для массивного металлического катода. Поэтому разряд будет переходить в дуговую форму при сравнительно небольших токах. Переходу разряда в дуговую форму способствует также повыщенное сопротивление пленки, которая должна иметь электрический контак с электродом, при прохождении по ней разрядного тока пленка разогревается, что облегчает развитие катодных пятен, которые бь1стро переходят на металлические кольца 14. Причем;, цуга горит на стыке металлических колец 14 и диэлектрических колец 13, то есть место горения катодного пятна строго фиксировано. На этой стадии развития дугового разряда, как показали проведенные эксперименты, существенное зна чение имеет то обстоятельство, что диэлектрические элементы с металлической пленкой размещены в дополнительной камере. Если поперечный размер дополнительной камеры (между цилиндрическим экраном 11 и открытой поверхностью диэлектрических ко., лец 13 с нанесенной на ней плешсой выбрать в диапазоне от 2 до 12 мм при давлении водорода от О,3 до 0,6 тор, то по сравнению с другими поперечными размерами камеры 10, это приводит, во-первых, к уменьщению критического тока перехода в дугу в два-три раза, во-вторых, к существенному повышению стабильности горения дуги даже при малых токах и, в-третьих, к некотором уменьшению падения напряжение на приборе во время коммутации импульса тока.

Диэлектрический элемент 13 может быть размещен в дополнительной камере 10 газоразрядного прибора, которая образована перфорированной перегородкой в торцовой части катода, обращенной к аноду 2, и дополнительной стенкой 16 (фиг. 3). Преимуществом такого прибора является более простая конструкция и несколько меньшие габариты и вес (чем у прибора по фиг. 1). Диэлектрические элементы 13 могут быть размещены в дополнительных камерах 10, которые представляют собой расширяющиеся в сторону катода отверстия в толстой перегородке 17. Этот вариант конструкции (фиг. 4) целесообразно использовать при коммутации импульсных токов большой амплитуды и длительности.

Возможно наряду с диэлектрическими элементами 13, размещенными в дополнительной камере 10 катода, наличие таких же диэлектрических элементов в виде колец, которые расположены в дополнительной камере 10 анода 2, образованной в полости анода 4 с помощью цилиндрического экрана 11 (фиг. 5). Так же как и в катоде диэлектрические кольца 13 разделены метал лическими кольцами 14 и образуют стенку дополнительной камеры 1О. Анодная камера так же, как и катодная, связана с промежутком между катодом и анодом с помощью отверстий 9. Газоразрядный прибортакой конструкции может быть использован для коммутации импульсов переменного тока, например, при разряде конденсатора на индуктивную нагрузку. Работа этого прибора в основном аналогична работе прибора, описанного выше (фиг. 1), за исключением того обстоятельства, что при перемене полярности коммутируемого тока катодное пятно поочередно возникает либо в одной камере 1О, либо в другой. В результате падение напряжения на приборе имеет малое значение при прохождении тока как в прямом, так и в обратном направлении. Как показали эксперименты, удобным способом нанесения на диэлектрические эле менты металлической пленки с необходимым для получения положительного эффекта свой ствами является возбуждение в катодной полос ти импульсного тлеющего разряда. Для этого полностью изготовленный и оттренирован ный прибор подключают в качестве коммутирующего устройства в цепь мощного импульсного модулятора и включают в работу Первоначально падение напряжения на коммутаторе будет сравнительно высоким. Однако после того, как на поверхности диэлек трических элементов вследствие распыления материала катода под действием тлеющего разряда появится хотя бы в одном месте тонкая металлическая пленка, имеющая кон такт с катодом, разряд переходит в дугову форму с малым падением напряжения. После этого тренировку можно прекратить и прибор готов к использованию. Необходимо отметить, что этот способ изготовления не является единственно возможным. Она может быть изготовлена и другими методами например, вакуумным напылением, однако метод распыления материала катода в тлеющем разряде наиболее удобный и эффектив ный. Во время эксплуатации прибора при горении дугового разряда происходит, с одной стороны, разрушение пленки непосрюд- ственно в том месте, где горит дуга, и, с другой стороны, напыление пленки на те места диэлектрических элементов, которые в данный момент непосредственно с разрядом не соприкасаются. Эксперименты показали, когда поверхность диэлектрических элементов, доступная для воздействия разряда, существенно больше, чем область, занятая разрядом, то в широком диапазоне токов при разрушении пленки в одном месте диэлектрических элементов она напыляется в соседнем месте и таким образом, условия, способствующие зажиганию низковольтного стабильного разряда,сохраняются при работе прибора в течение продолжительного времени. Основное преимущество предлагаемого прибора по сравнению с известными заключается в том, что его конструкция позволяет реализовать дуговой разряд, характеризующийся низким напряжением горения, и следовательно, низким уровнем потерь, при значительно меньших коммутируемых токах. Формула изобретения 1.Газоразрядный прибор низкого давления, содержащий холодный катод и анод, причем по крайней мере один из электродов, например катод, выполнен полым и снабжен по крайней мере одной дополнительной камерой, расположенной в полости электрода и связанной с ней отверстиями, отличающийся тем, что, с целью снижения коммутационных потерь, на стенках камеры расположены диэлектрические элементы с нанесенной на них металлической пленкой, имеющей электрический контакт со стенкой. 2.Прибор по п. 1, отличающийс я тем, что стенка дополнительной камеры выполнена в виде чередующихся металлических и диэлектрических колец с нанесенной на их внутреннюю поверхность металлической пленкой.

8 Э

(Pu&.f

/4

(iez.2

-ь

Фи.

ФкъА

I

rj -/4

5