электрод для разрядной лампы низкого давления

Формула изобретения

Электрод для разрядной лампы низкого давления, состоящий из по меньшей мере однократно спирализованной проволоки, витки которой с нанесенным на них эмиссионным покрытием образуют рабочую часть с образованной внутренней поверхностью витков полостью, а отношение диаметра витков рабочей части к расстоянию между ними составляет 1,0-1,3, отличающийся тем, что электрод выполнен из изогнутой пополам спирали в форме прямого усеченного конуса, ось которого в лампе параллельна оси разряда, а диаметр d₁ электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы связан с противоположным диаметром d₂ электрода системой двух уравнений:

где i_p - рабочий ток, [А];

p - давление наполняющего лампу газа, [мм рт.ст.];

d ₁ - диаметр электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы, [мм];

d₂ - диаметр электрода в месте обращения его к плазме положительного столба лампы, [мм];

k - коэффициент равный 10 (А) ^-0,5 (мм рт.ст.)^0,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству разрядных ламп низкого давления, и может быть использовано в производстве люминесцентных ламп.

Известны электроды для разрядных ламп низкого давления моноспирали, биспирали или триспирали из проволок тугоплавких металлов (патент США 2353635, кл 3313-312, опубл. 1944 г. Полости этих спиралей заполнены эмиссионным веществом. Концы (тире) этих спиралей присоединены к электрическим вводам лампы. Проволока является токопроводящей арматурой для удержания и прочного закрепления эмиссионного вещества, а также для прогрева проходящим током эмиссионного покрытия при термовакуумной обработке и зажигании разряда в лампе. Геометрические параметры последней спирализации - коэффициент шага и сердечника выбираются из условий обеспечения необходимого запаса эмиссионного вещества и составляет обычно более 1,5 и 2,5.

Недостатком таких электродов является их распыление в режиме тлеющего разряда, имеющего место при зажигании холодных или недостаточно прогретых электродов, что приводит к снижению их продолжительности горения. Во время работы этих электродов их нагрев происходит только за счет энергии газового разряда и проходящего тока.

Поэтому в катодный полупериод разряда на электроде образуется катодное пятно. Относительно высокая температура катодного пятна приводит к сильному испарению эмиссионного вещества и, следовательно, к уменьшению срока службы, а также снижению стабильности светового потока ламп вследствие сильного потемнения колбы особенно вблизи электродов. Для устранения этих нежелательных явлений часто усложняют конструкцию ламп: вводят защитные экраны, повышают массу эмиссионного вещества.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электрод для газоразрядной лампы, который работает в режиме полого катода. Он состоит из по крайней 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. Отношение диаметра витков рабочей части к расстоянию между ними составляет 1,0-1,3 (SU 951478. М.кл ³ Н01J 61/067, опубл. 15.08.1982).

Недостатком данного технического решения является следующее: возникновению режима полого катода часто препятствует неравномерная активировка эмиссионного слоя по длине, связанная с тем, что благодаря приэлектродному разряду лучше активированными оказываются участки эмиссионного слоя на тире, в результате чего при зажигании разряда на тире образуется катодное пятно. Нередко при растягивании электрода перед нанесением эмиссионного слоя на монтажном автомате витки последней спирализации могут быть сильно растянуты, что также препятствует образованию режима полого катода и он работает как обычный электрод.

Технический результат заключается в повышении стабильности светового потока лампы за счет снижения приэлектродных потемнений ее колбы в процессе эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что электрод для разрядной лампы низкого давления, состоящий из по меньшей мере однократно спирализованной проволоки, витки которой с нанесенным на них эмиссионным покрытием образуют рабочую часть с образованной внутренней поверхностью витков полостью, а отношение диаметра витков рабочей части к расстоянию между ними составляет 1,0-1,3, выполнен из изогнутой пополам спирали в форме прямого усеченного конуса, ось которого в лампе параллельна оси разряда, а диаметр d₁ электрода в месте соединения электрода с электрическими вводами лампы связан с противоположным диаметром d₂ электрода системой двух уравнений:

где i_p - рабочий ток, [А];

р - давление наполняющего лампу газа [мм рт.ст.];

d ₁ - диаметр электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы, [мм];

d₂ - диаметр электрода в месте обращения его к плазме положительного столба лампы, [мм];

k - коэффициент, равный 10 (А) ^-0.5 (мм рт.ст.)^0.5.

Конструкция электрода представлена на фиг.1 и 2. Электрод состоит из токопроводящей арматуры 1 - моно или биспирали, покрытой эмиссионным покрытием 2 с рабочей частью, образованной внутренней поверхностью витков 3, свитых в коническую спираль, внутренняя полость которой 4 является рабочей частью электрода. Отношение диаметра витков рабочей части к расстоянию между ними составляет 1,0-1,3. Диаметр d₁ электрода присоединен к электрическим вводам лампы, а диаметр d₂ электрода обращен к плазме положительного столба лампы. Ось 5 прямого усеченного конуса параллельна оси разряда в лампе. Диаметры d ₁ и d₂ связаны между собой системой двух уравнений:

где i_p - рабочий ток, [А];

р - давление наполняющего лампу газа, [мм рт.ст.];

d ₁ - диаметр электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы, [мм];

d₂ - диаметр электрода в месте обращения его к плазме положительного столба лампы, [мм];

k - коэффициент, равный 10 (А) ^-0.5 (мм рт.ст.)^0.5.

Пример расчета d₂ и d₁ для конструкции электрода, представленной на фиг.1 (d ₂>d₁).

Для лампы мощностью 40 Вт (i_p=0,43 А; р=2,5 мм рт.ст.) решим систему двух уравнений:

где i_p - рабочий ток, [А];

p - давление наполняющего лампу газа, [мм рт.ст.];

d ₁ - диаметр электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы, [мм];

d₂ - диаметр электрода в месте обращения его к плазме положительного столба лампы, [мм];

k - коэффициент, равный 10 (А) ^-0.5 (мм рт.ст.)^0.5.

Пусть d₂=1,5d_1, откуда . Тогда . Подставив вместо k, i_p и р их численные значения, получим d₂=2,48 мм и d ₁=1,66 мм.

Пусть d₂=1,35·d ₁, откуда . Аналогично предыдущему вычислим d₂ =2,38 мм и d₁=1,76 мм.

Пусть d ₂=1,2·d₁, откуда . Аналогично предыдущему вычислим d₂ =2,26 мм и d₁=1,88 мм.

При d ₂=d₁ . Подставив вместо k, i_p и р их численные значения, получим , откуда d₂=d₁ =2,07 мм. В этом случае конус превращается в цилиндр и при d ₁>d₂ образуется конструкция, представленная на фиг.2.

Пример расчета d₂ и d ₁ для конструкции электрода, представленной на фиг.2 (d ₁>d₂).

Для лампы мощностью 40 Вт (i_p=0,43 А; р=2,5 мм рт.ст.) аналогично предыдущему решим систему двух уравнений:

где i_p - рабочий ток, [А];

р - давление наполняющего лампу газа, [мм рт.ст.];

d ₁ - диаметр электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы, [мм];

d₂ - диаметр электрода в месте обращения его к плазме положительного столба лампы, [мм];

k - коэффициент, равный 10 (А) ^-0.5 (мм рт.ст.)^0.5.

Пусть d₂=0,67d_1, откуда . Тогда . Подставив вместо k, i_p и р их численные значения, получим d₂=1,66 мм и d ₁=2,48 мм.

Пусть d₂=0,8·d ₁, откуда . Аналогично предыдущему вычислим d₂ =1,843 мм и d₁=2,3 мм.

Пусть d ₂=0,95·d₁, откуда . Аналогично предыдущему вычислим d₂ =2,02 мм и d₁=2,12 мм.

В электроде данной конструкции реализуется эффект полого катода. Внутренняя поверхность полости является рабочей в газоразрядных лампах низкого давления как в пусковом так и в рабочих режимах работы. За счет эффекта полого катода значительно снижается падение напряжения в катодной области (на 20-30 В) по сравнению с электродами традиционной конструкции. Результатом является снижение напряжения зажигания и облегчение перехода из тлеющего разряда в дуговой с последующим формированием внутренней полости, образованной внутренней поверхностью витков спирали, плазменного пространства, называемого активной зоной. Попадающие в нее эмиссионные электроны после ускорения в слое пространственного заряда ионизуют газ. Другая часть энергии эмиссионных электронов в результате кулоновских соударений передается плазменным электронам, которые также принимают участие в ионизации газа. Энергия, приобретаемая эмиссионными электронами в зоне пространственного заряда, практически нацело используется в пределах активной зоны, что в конечном итоге приводит к снижению катодного падения потенциала и увеличению световой отдачи ламп. Одновременно возникновение активной зоны внутри полости приводит к снижению расхода эмиссионного покрытия, увеличению продолжительности горения и стабильности светового потока люминесцентных ламп.

Данная конструкция исключает формирование катодного пятна на тире, так как эмиссионное покрытие на них не наносится. Не предусмотрена операция растяжения конического электрода при монтаже, поэтому его геометрические параметры будут строго фиксированы. Вследствие этого электрод всегда работает полого катода. Для повышения жесткости электрода используются токоведущие вольфрамовые проволоки допустимого предельно большого диаметра для данной мощности лампы.

Конструкция двух электродов, вычисленных для люминесцентной лампы мощностью 40 Вт, приведена на фиг.1-2. На фиг.1 d ₂=2,48 мм, d₁=1,66 мм. На фиг.2 d ₂ 1,66 мм, d₁=2,48 мм.

Предварительные оценки показывают, что предлагаемая конструкция электрода, работающего в режиме полого катода, позволяет значительно снизить потемнение колбы лампы в области электродов и, как показывают оценки, на 2,0-3,0% повысить стабильность светового потока ламп.