Электрод для газоразрядной лампы Советский патент 1982 года по МПК H01J61/67 

Изобретение относится к произведет газоразрядных источников света, в час ности к конструкции электродов газораз- рядных памп низкого давления. Известны полые электроды для работы в режиме самостоятельного дуговойго разряда в люминесцентных лампах х1 лодного зажигания (без предварительного подогрева), выполненные в виде тонкостенного металлического цилиндра апянсй lO-i-lS мм и диаметром полости 2,5 мм. Внутренняя, рабочая поверхность цияиндра покрыта спеченным слоем акти руюшей пасты на основе порошков металла и окислов щелочноземельных металлов. Электроды обеспечивают высокий срок службы памп и устойчивы к многочисленным холодным зажиганиям LlJ« Основными недостатками данной конструкции электрода явп5потся сложные и длительные .процессы изготовления и температурно-вакуумной обработки в лампе. высокое (Гапряжение зажигания и длительная стадия перехода из тлеющего разряда в другой, отсутствие возможности предварительного подогрева, позволяюще-го снизить напряжение зажигания в 1,53 раза. Наиболее близким к предлагаем(лу являются электроды для ламп низкого давления в ыше моиоспирали, биспяралн или т жсоирали из лроволок тугоплавких ме- таллоб. Открытая п жерхиость электрода покрыта активирующим веществом. Концы спирали и пи бчсттралА подсое динены к токовым вводам лампы. Проволока играет роль токопроводяшей арматуры для удержания и прочного закрепления эмиссионного материала, а также для прогрева проходящим током эмиссионного покрытия при обработке и зажигании лампы. Геометрические параметры последней спирализашш - коэффициент шага н cejvдечника, выбирается из условий обеспе395чения необходимого запаса эмиссионного вещества и вибромеханической прочности и составляет обычно соответственно бопёе 1,5 и 2,50 Технология изготовления и обработки таких электродов проста и хо рошо отработана в промышленности 2. Однако они не устойчивы к распылению в режиме тлеющего разряда, им4ю-щего место при зажигании холодных и недостаточно прогретыхэлектродах, что приводит к резкому снижению их срока службы, высокое напряжение зажигания и затрудненный переход из тлеющего разряда в другой при зажигании без предварительного подогрева. Во время работы электродов такого типа в лампе нагрев их происходит только за счет энергии газового разряда и проходящего тока. В этих условиях на катоде во время работы лампы образуется-катодное пятно. Попадаюшие в зону катодного пятна эглиссионные эпектроны..после ускорения в слое пространственного заряда ионизируют, газ Другая часть энергий эмиссионных эпек тронов в результате кулоновских соудареНИИ перюдаетсй плазменным электронам, которые также принимают участие.в иони зации газа. На поддержание, катодных процессов используется не более 50% энергии, выделяющейся в зоне катодного падения. Другая часть беспопёзно рассеивается в прилегающих участках разряда. В случае традиционных спиральных ка тодов образованию внутри спирали активной зоны с меньшими потерями энергии, имеющей место в режиме полого катода, препятствует проникновение плазмы через прЬстранство между витками, связанное с амбйнополярной диффузией зарядов, что приводит к понижению температуры и кон центрации электронного газа и снижению эффективности ионизации. Эти процессы приводят к снижению КПД в процессе их срока службы. При таком режиме работы электродов имеет место существенный безвозвратный расход эмиссионного покры тия электродов, определяющий их долговечностьЦель изобретения увеличение срока службы, стабильности световых и электри ческих характеристик газоразрядных ламп Для достижения поставленной цели электрод для газоразрядной лаьсгаы, состоящий из по меньшей мере однократно спираливованной проволоки, витки которой с нанесеннымна них покрытием образуют рабочую часть электрода с образованной внутренней поверхностью витков по8лостью, ось которой перпендикулярна оси разряда, отношение диаметра витков рабочей части к расстоянию между ними составляет 1,,3, а диаметр полости ра- вен (4-6)/-fp|p, где -ip - ток разряда; р - давление наполняющего лампу газа. Для полного препятствия проникнове ния плазмы между витками рабочей части, последняя может быть помещена в токо- проводящий или изолирующий цилиндр с внутренним диаметром не более 1,2 внешнего диаметра рабочей части. На фиг. 1 показан электрод без цилиндра; на фиг, 2-е цилиндром. Электрод состоит из токопроводящей арматуры 1, покрытой эмиссионным слоем 2 с рабочей частью, образованной внутренней поверхностью витков 3, сви-. той в биспираль проволоки. Коэффициент шага витков рабочей части составляет 1,0-1,3 (KUJ ), где Е- расстояние между витками, d - диаметр ее витков. Рабочая Часть электрода имеет полость 4, образованную внутренней поверхностью витков биспирали. Электрод может иметь дополнительно токопроводяцщй или изолирующий цилиндр 5, Электроды предлагаемой конструкции Работают как полые, в которых внутренняя поверхность полости является рабо- чей, в пусковом и рабочем режимах газоразрядных ламп низкого давления. После возникновения разряда между отрицательным электродом и близлежащим участком стенки, при переносе разряда в сторону противоположного электрода, сопровождающегося зарядкой стенок и.увеличением тока, падение напряжения на лампе складывается,, в основном, из падения напряжения в катодной области, падения напряжения в плазме между отрицательным электродом и фронтом перемещающейся к противоположному электроду плазмы. Падение напряжения в катодной области значительно снижается (на 20-40 В) по сравнению с электродагуш традиционной спиральной конструкции, при тех же плотностях тока, за счет горения тлеющего разряда в полости, образованной внутренней поверхностью БИТКОВ спирали электродов. Направленный поток быстрых электронов из .полости способствует формированию разряда между противоположными электродами. Результатом является снижение напряжения зажигания и облегчение перехода из тлеющего разряда в дуговой и последующим формированием внутри полости, образованной внутренней поверхностью витков спирали, плазменного пространства, называемого активной зоной. Попадающие в нее эмиссионные электроны после ускорения в слое пространственного заряда, ионизируют газ. Другая часть энергии эмиссионных электронов в результате кулоновских соударений передается плазменным электронам, которые также прнимают участие в ионизации газа. Энергия. приобретаемая эмиссионными электронами в зоне пространственного заряда, практически нацело исполь зуются в пределах активной зоны, что в . конечном итоге приводит к снижению катодного падения потенциала и увеличению световой отдачи лам. Одновременно возникновение активной зоны внутри катода приводит к снижению расхода активной массы катода, увеличению срока службы и стабильности светового потока. Проникновению плазмы, делающему невозможным возникновение активной зоны внутри спирали, препятствуют витки спирали с выбранным расстоянием между ними и заданным в виде коэффициента щага, а также дополнительное использование то- копроводящего или изолирующего цилиндра Как показали расчеты, использование ламп с предлагаемыми электродами обеспечивает повышение световой отдачи порядка 3-4% (в зависимости от мощности ламп), а при использовании предлагаемых . электродов для ламп холодного зажигания возрастание световой отдачи сосуавдяет 7-9%. В этом случае экономический эффект составляет не менее 5О тыс. руб. на 1 млн. ламп. Формула изобретения 1.Электрод для газоразрядной лампы, состоящий из по меньшей мере однократно спирализованной проволоки,, витки которой с нанесенным на них эмиссионным слоем- образуют рабочую часть с образованной внутренней поверхностью витков полостью, ось которой перпендикулярна оси разряда, отличаю щи йся тем, что, с целью увеличения стабильности электрических и световых характеристик лампы и повышения ее срока сяуж - бы, отношение диаметра витков рабочей части к расстоянию между ними составляет 1,0-1,3, а диаметр полости равен (4-6),где IP - ток разряда,, р давление наполняющего лампу газа. 2.Электрод поп. 1, о т л -и ч а ю щ и и с я тем, что указанная рабочая часть электрода соосно расположена внутри цилиндра с диаметром, не превышающим внешний диаметр рабочей части в 1,2 раза. 3.Электрод по п. 2,отличающий с я тем, что цилиндр выполнен из токопроводящего материала. 4.Электрод по п. 2, о т л к ч а ю щ и и с я тем, что цилиндр выполнен из изоляционного материала. Источники инфогыации, принятые во внимание при экспертизе 1.Скобелев В. М. и Афанасьева Е. И. Источники света и пускЬрегулируюшая апшратура; М., Энергия,. 1973, с. 17О. 2.Патент США № 2353635, кл. 313-212, 1944.

Фиг.1