Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы. 8
1.1. Влияние УФ излучение на живые организмы. 8
1.2. Характеристики газоразрядных источников УФ излучения. 9
1.3. Ртутный разряд низкого давления как источник УФ излучения.
1.3.1. Процессы возбуждения и релаксации атомов ртути в разряде . 14
1.3.2. Особенности разряда низкого давления в смеси паров ртути и инертного газа. 20
1.3.3. Влияние модуляции тока на параметры разряда в парах ртути и инертного газа. 25
1.4. Импульсно-периодический разряд в виде волны ионизации. 28
1.4.1. Введение 28
1.4.2. История исследований высокоскоростных волн ионизации 28
1.4.3. Особенности формирования и распространения ВВИ. 29
1.4.4. Применение разряда в виде ВВИ. 31
1.5. Особенности разработки источников излучения высокой
мощности - л 33
1.5.1. Положительный столб при повышенной мощности разряда 33
1.5.2. Применение амальгамы в источниках УФ излучения низкого давления 35
1.5.3. Приэлектродные процессы и электроды разрядных источников излучения низкого давления 39
1.6. Выводы 42
Глава 2. Экспериментальные установки и методики измерений . 44
2.1 Экспериментальные установки 44
2.1.1. Экспериментальная установка для исследования характеристик разряда низкого давления в смеси паров ртути и инертных газов на
переменном токе. 44
2.1.3. Экспериментальная установка для исследования наносекундного импульсно-периодического разряда в смеси Hg-Ar . 49
2.2. Методики измерений 52
2.2.3. Измерение абсолютной мощности УФ излучения 62
2.2.4. Измерение температуры электрода 69
2.2.5. Измерение тока термоэмиссии катода. 72
2.2.6. Методика отбраковки стартеров
2.2.1. Измерение электрических параметров разряда 52
2.2.2. Измерение относительного спектрального распределения излучения
2.2.7. Методика измерения давления насыщенных паров ртути над
амальгамой. 76
Глава 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение 79
3.1 Электрические и излучательные параметры разряда низкого давления от тока разряда и давления паров ртути при средней мощности разряда менее 120 Вт. 79
3.1.1. Характеристики ртутного разряда низкого давления на переменном токе с частотой 50 Гц мощностью менее 120 Вт . 79
3.1.2. Излучение импульсно-периодического разряда наносекундной длительности в смесях паров ртути и аргона. 85
3.2. Давление насыщенных паров ртути над амальгамами различных составов от температуры. 91
3.3 Конструкции используемых катодов и измерение тока термоэмиссии катодов. 94
3.3.1. Конструкция катода 94
3.3.2. Ток термоэмиссии мощного катода. 98
3.3. Электрические и излучательные характеристики разряда повышенной мощности на промышленной частоте. 99
3.3.1. Зависимость параметров разряда от давления паров ртути 99
3.3.2. Зависимость параметров разряда от давления инертного газа. 104
3.3.3. Зависимости параметров разряда от состава смеси инертных газов. 107
3.3.4. Параметры амальгамной бактерицидной лампы мощностью 180 Вт 108
Параметры партии ламп 109
Зажигание амальгамной бактерицидной лампы в стартерной схеме 113
Работа лампы в макете установки по обеззараживанию воды 116
3.4. Особенности разряда низкого давления при повышенной частоте 117
3.4.1. Изменение формы излучения, тока и напряжения разряда повышенной частоты 118
3.4.2. Влияние частоты разряда на зависимость излучения амальгамной лампы от ее температуры .. 119
3.4.2. Изменение КПД разряда 120
3.5. Обсуждение результатов. 121
3.5.1. Влияние плотности тока разряда и состава рабочей среды на излучение при переходе 63Pi— So атома ртути. 121
3.5.2. Особенности разряда, возбуждаемого наносекундными импульсами. 126
3.5.3. Использование разряда низкого давления как источника бактерицидного излучения. 128
Заключение 130
Литература 1
- Процессы возбуждения и релаксации атомов ртути в разряде
- Экспериментальная установка для исследования наносекундного импульсно-периодического разряда в смеси Hg-Ar
- Характеристики ртутного разряда низкого давления на переменном токе с частотой 50 Гц мощностью менее 120 Вт
- Влияние частоты разряда на зависимость излучения амальгамной лампы от ее температуры
Процессы возбуждения и релаксации атомов ртути в разряде
Для определения преобладающих процессов в плазме разряда низкого давления в парах ртути и их смесей с инертными газами выполнено большое число работ. Уже в предвоенные годы Клярфельд, используя зондовые измерения, показал, что ионизация в ртутном разряде идет ступенчатым образом [38]. Сравнивая число пар ионов аь генерируемых каждым электроном за секунду, полученное прямыми зондовыми измерениями с величиной ot2, рассчитываемой в предположении, что ионизация идет только прямым путем, Клярфельд получил различающиеся результаты, причем отношение осі/аг быстро возрастало с ростом тока. Более поздние измерения и компьютерное моделирование подтвердили [28,37,39,40], что ионизация в ртутном разряде идет, в основном, по двум каналам: ступенчато, через состояния 6 Р электронным ударом, и через ассоциативную ионизацию [28]: Hg(6 P)+Hg(6 Р)—»Hg2 +е", причем роль первого процесса падает, а второго возрастает с повышением давления ртути.
Излучение разряда определяется заселением излучающих уровней в разряде и распределением этого излучения по диаметру разрядной трубки. При различных токах и давлениях газа могут меняться механизмы заселения уровней и распределения концентраций по сечению разряда. Поэтому в работах определялись как концентрации возбужденных атомов [41, 42, 43, 44], механизмы и сечения их возбуждения [44, 45, 46, 47]. Конценрации атомов часто находятся, используя методы поглощения, в основе которых лежит соотношение [48]: Г теє где Ni - концентрация атомов на поглощающем уровне 1, K(V) - коэффициент поглощения для линии, соответствующий переходу к — I, fkr- сила осциллятора. Формула (1.1) справедлива для любого формы контура поглощения. Если контур известен, то интегральный коэффициент поглощения можно выразить через значение коэффициента поглощения в максимум линии ктах и получить зависимость ктах от Nj. Например, для доплеровского контура имеем: ах=8.19-10-20 Л (1.2). где Л1к - длина волны перехода ( в нм ), AXD - ширина доплеровского контура (в нм).
Метод качественного исследования механизмов заселения возбужденных состояний ртути применялся в [46, 47]. Лазером на красителях избирательно возбуждались атомы в состояниях 63Р0,і,2 на более высокие уровни в плазме разряда. При использованной мощности лазера существенно изменить заселенности уровней 6 Р удалось лишь при достаточно низком разрядном токе 10 мА. Наблюдая процессы релаксации плазмы, определяются механизмы преимущественного заселения уровней в разряде.
В работе [49] методом излучения, наведенного лазером, исследовалось влияние метастабильного уровня 6 Р2 на ионизацию и возбуждение высоколежащих уровней атома ртути a rf разряде в смеси ртути и аргона. Получено, что рассматриваемый уровень играет большую роль в заселении высоколежащих уровней атома ртути, но играет меньшую роль в ионизации ртути, чем уровни 6 P0 i. Последнее утверждение отличается от общепринятой точкой зрения. Кроме этого, получено, что тушение уровня
В результате исследований выяснилось, что уровень б Р] заселяется, в основном, в результате столкновения 63Р02 с электронами [45], причем заселенность уровня 6 Р2 намного превосходит заселенность уровней 6 P0 i [41]. Разрушение уровня 63Р! происходит через излучение линии 254 нм, столкновение с возбужденными атомами ртути, а также через удары второго рода [4]. Поэтому выход резонансного излучения с длиной волны 254 нм связан как с процессами возбуждения резонансного уровня 6 Рь так и с процессами тушения метастабильных уровней 63Р0д электронами, а также их гибелью на стенке разрядной трубки [45, 50].
Уровень 6 Pi преимущественно заселяется через ступенчатое электронное возбуждение, сначала б о- Род, затем 63Р0,2 -61Р1 [29, 30, 51], а распадается через излучательный переход. Распадом уровня за счет перехода на более высоколежащие уровни и ионизации можно пренебречь, так как их вклад на 2-т-З порядка меньше [44].
Излучение ртутной плазмы состоит, в основном, из излучения двух резонансных линий с длинами волн 184.9 нм (переход 6!Рі— So) и 253.7 нм э 1 (переход 6 Р]—»6 S0). Как известно, если на атом или молекулу воздействует периодическое возмущение, то вероятность перехода атома с одного уровня на другой описывается формулой [52]. dwfj = — Ffi -b(Ef - Ej -h(u)dvf (1.3) где Ffi- часть матричного элемента возмущения, не зависящая от времени. Из формулы (1.3) видно, что если энергия квантов излучения близка энергии перехода, то вероятность перехода высока. Так как нижний уровень в рассматриваемых переходах совпадает с основным уровнем, и его концентрация велика, то испущенный фотон может поглотиться нейтральным атомом с достаточно большой вероятностью.
Расчет выхода резонансного излучения атомов ртути из объема плазмы является сложной задачей. Т. Холстейн в [53] указал, что впервые трактовку этого явления дал К.Т. Комптон в 1922 г. Он рассматривал распространение излучения как процесс диффузии. Однако при наличии уширения линии (доплеровского, столкновительного), невозможно найти среднюю "длину пробега" фотона [53]. В [53, 54, 55] опубликованы независимо созданные Л.М. Биберманом и Т. Холстейном теории переноса резонансного излучения. В теории получено общее интегродифференциальное уравнение для определения заселенности резонансного уровня [54]
Теория Бибермана-Холстейна рассматривает перенос излучения в отсутствии корреляции между частотой колебаний поглощенного и излученного фотона, т.е. в независимости контура линии резонансного излучения от его интенсивности. Это условие может нарушаться в лазерах, где велика плотность излучения в линиях генерации. Кроме того в [56, 51] указывается, что это условие может нарушаться, когда велика роль выхода фотонов на крыльях линии с Фойгтовским контуром и естественное уширение линии превышает столкновительное. Пост наблюдал отклонение эффективного времени радиационного распада состояния 6!Рі в ртуть-аргоновой плазме от величин, вычисленных по теории Бибермана-Холстейна. Радиационного время жизни состояния 6!Pi составляет 1.31 не [51], в то время как для уровня 6 Pi оно равно 120 не [57].
Решение уравнения Бибермана-Холстейна получено для ряда случаев ( см. например, [58,59]).Благодаря наличию семи изотопов в природной ртути (196Hg(0.146%), 198Hg(10.02%), 199Hg(16.84%), 200Hg(23.13%), 201Hg( 13.22%), 202Hg(29.80%), 204Hg(6.85%) [60] ) эффективное пленение резонансного излучения меньше, чем если бы ртуть состояла из одного изотопа [58]. Исследование влияния изотопного состава ртути на выход резонансного излучения показывают возможность его повышения на несколько, варьированием соотношения изотопов [61].
Экспериментальная установка для исследования наносекундного импульсно-периодического разряда в смеси Hg-Ar
Исследования разряда в смеси паров ртути и газообразного аргона требует создание новой установки. Это вызвано тем, что для возбуждения разряда в этом случае используется генератор наносекундных импульсов, от которого импульсы передаются по коаксиальному кабелю к разрядной трубке. Общий вид установки показан на Рис. 2.4. Разрядная трубка 1 вставляется в разрыв кабельной линии, экран которой соединяется с экраном 2, окружающим разрядную трубку. Изменение давление паров ртути и поддержания его на заданном уровне здесь также предусмотрена система контроля холодной точки 3. Для регистрации тока служили шунты обратного тока (ШОТ) 4. Монохроматор 5 позволяет регистрировать излучение разряда. Конструкция установки допускает вместо монохроматора устанавливать УФ датчик фотоэлемент Ф29 или датчик излучения РТН. В этом случае может в гнезда 6 могут устанавливаться фильтры. Регистрация сигналов с датчиков осуществлялась осциллографом 7.
Рис. 2.4 Схема установки для исследования наносекундного импульсно-периодического разряда в смеси ртуть аргон. 1-разрядная трубка; 2-разрядная ячейка; 3-система создания холодной точки; 4-шунты обратного тока; 5-монохроматор МУМ; б-мета для свето- и интерфильтров; 7-осциллограф; 8-емкостные делители; 9-генератор; 10-баллон с аргоном; 11-сопротивление R=50 Ом. Вся система могла заполняться аргоном из баллона 10. При этом можно было проводить регистрацию излучения на длине волны 185 нм.
Наносекундные импульсы чередующейся полярности от генератора наносекундных импульсов проходили по кабелю РК-50-24-13 длиной 40±0.3м, который соединяется с кабелем РК-50-11-13 длиной 10 м. Это сделано для того, чтобы разделить на осциллограммах падающий и отраженный от разрядной ячейки импульс. По кабелю импульсы от наносекундного генератора передавались на высоковольтный электрод разрядной трубки. Прошедшие через разрядную ячейку импульсы проходят через кабель РК-50-11-13 длиной 13 м и поглощаются в нагрузочном сопротивлении 50 Ом.
Искровые разрядники ГИНа представляют собой два неподвижных электрода, коммутируемых третьим, расположенным на вращающемся диэлектрическом диске (см. Рис. 2.6). Частота следования импульсов могла изменяться. Для этого привод диска осуществлялся при помощи двигателя постоянного тока ПЛ-072-УЗ, напряжение питания которого изменялось при помощи ЛАТРа.
При такой схеме генерации мы получали импульсы следующих параметров: амплитуда 10 -25 кВ; время нарастания Тфронта=10±2 не; длительность на полувысоте 77±5 не. Разброс во временных характеристиках определяется напряжением, приложенным к искровому разряднику и зазором между электродами. Вращающийся электрод
Форма падающих и отраженных импульсов и энерговклад в разряд определялся по сигналам с широкополосных шунтов обратного тока ШОТ1 и ШОТ2, которые впаяны в оплетки кабелей. Шунты обратного тока собраны на параллельно соединенных малоиндуктивных сопротивлениях ТВО-0.25.
Средняя скорость волны ионизации определялась по сигналу с емкостных датчиков, расположенных на расстоянии 30 см друг от друга, расстояние от первого датчика до высоковольтного электрода - 20 см.
Внешний вид емкостного делителя показан на Рис. 2.7. Принципиальная электрическая схема ЕД показана на Рис. 2.8. Емкость С1 емкость образована между торцом пробника 6 на Рис. 2.7 и разрядной трубкой 7, емкость С2 образована между торцом пробника и экраном разрядной ячейки (6 и 5 на Рис. 2.7). Z - волновое сопротивление кабеля 1.
Так как мы преследовали цель сравнить характеристики излучения импульсного разряда со стационарным, мы собрали экспериментальную установку так, что имели возможность питать разрядную трубку не только высоковольтными импульсами, но и промышленной частотой. Для этого мы использовали разрядные трубки, имеющие электрод в виде триспирали с оксидным покрытием. Трубки являются аналогами ламп ДБ-36, лишь с тем отличием, что вместо увиолевого стекла был использован кварц. Трубки были изготовлены на СКТБ «Ксенон» г. Зеленоград и имели следующие параметры: расстояние между электродами 760 мм; внутренний диаметр 13.5 мм; внешний диаметр 16.5 мм. Наполнение аргон 3 торр, ртуть 10 мг. Разрядная ячейка имела экран из металлической трубы внутренним диаметром 40 мм и заполнялась газом. Волновое сопротивление разрядной ячейки в предположении металлической проводимости плазмы равно 60.5 Ом.
В экспериментах регистрировались ток разряда и напряжение на разрядной трубке, а также переходные процессы при зажигании разряда. Снимались осциллограммы сигналов и эффективные, за период сетевого напряжения, значения тока разряда, напряжения на разрядной трубке и мощности, вкладываемой в разряд. Электрическая схема включения разрядной трубки представлена на Рис. 2.9: сетевое напряжение через стабилизатор St через ЛАТР подается на лампу с последовательно соединенным с ней набором дросселей Ll Ln. Замыкая ключи Sl-bSn можно изменять индуктивность включенных дросселей и регулировать, тем самым, разрядный ток. Измерение эффективного значения напряжения, тока и электрической мощности разряда при частоте питающего напряжения 50 Гц проводилось при помощи стрелочных измерительных приборов, входящих в комплект измерительный К505. Данный комплект включает в себя многодиапазонные стрелочные вольтметр, амперметр и ваттметр, с возможностью переключения между тремя фазами. Класс точности приборов 0.5. Диапазон измеряемых частот 30ч-400 Гц.
Комплект измерительный включен таким образом, что он позволяет регистрировать напряжение, ток и потребляемую мощность на разрядной ячейке и те же параметры для системы лампа вместе в дросселем.
Регистрация формы тока разряда и напряжения на лампе производится при помощи осциллографа Tektronix TDS 640А. При этом напряжение регистрируется при подключении щупа осциллографа к электродам разрядной трубки. Ток регистрируется при помощи датчика Холла HY10-P. Полоса пропускания 25 кГц. Датчик холла предварительно был откалиброван. На Рис. 2.10 представлена калибровочная кривая, полученная для данного датчика. Несмотря на то, что датчик Холла имеет небольшое отклонение от линейности в области малых токов, он удобен тем, что позволяет гальванически развязываться при измерениях на небольших частотах. В дальнейших экспериментах учитывалось смещение начальной точки. 100 — -50
Использование для проведения измерений стрелочных приборов обусловлено тем, что имеющиеся в наличие цифровые приборы завышают значение напряжения на разрядной трубке из-за отличия формы напряжения от синусоидальной. Была попытка использовать вольтметры В7-16, В7-27 и цифровой мультиметр MY-65. Для определения, какой из типов вольтметров дает более правильные показания, был проведен следующий эксперимент: эффективное напряжение на разрядной трубке измерялось при помощи цифрового осциллографа Tektronix TDS 640А, и полученное значение затем сравнивалось с показаниями цифрового и стрелочного вольтметров. Значение, полученное при помощи осциллографа менее, чем на 2% отличалось от значения, измеренного стрелочным вольтметром, в то время как цифровые приборы давали завышенное на 5ч-15 В значение. Б) Измерение на повышенной частоте.
Система регистрации электрических параметров для частоты разряда 30- 50 кГц значительно отличается от регистрации электрических параметров на промышленной частоте. Стрелочные приборы непригодны для регистрации эффективных значений. Из-за высокой частоты нельзя использовать датчик Холла. Кроме того, особенностью существующих электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) является то, что напряжение на электродах колеблется относительно потенциала земли с амплитудой до удвоенного значения сетевого напряжения. ЭПРА представляет собой электронный преобразователь частоты, и выполняет ряд дополнительных функций. Это зажигание разряда, стабилизация параметров разряда при изменении напряжения питающей сети и коррекция cos( ). Поэтому потребляемая мощность и ток, потребляемой ЭПРА при работе,
Характеристики ртутного разряда низкого давления на переменном токе с частотой 50 Гц мощностью менее 120 Вт
Для отработки методик измерения 10, исследователи применяли специально сконструированный прямой цилиндрический электрод [137]. В силу симметрии такого катода, для него легче получить повторяющиеся результаты и сравнить их с расчетом. В случае обычного триспирального электрода при отходе точки наблюдения от зоны катодного пятна, происходит «смазывание» картины, представленной на Рис. 2.34. Поэтому при зажигании разряда производился подбор точки наблюдения для получения четких осциллограмм.
Так как стандартные стартеры предназначены для зажигания ламп мощностью менее 100 Вт, то при использовании для зажигании дампы стартерной схемы, необходимо произвести отбор стартеров, обеспечивающих стабильное зажигание лампы. Кроме надежного поджигания, стартер должен обеспечивать достаточное число циклов включения лампы.
Особенностями работы бактерицидной лампы в установках по обеззараживанию воды является режим редких включений («1 раз/сутки) и работа в кварцевом чехле, который омывается снаружи водой с температурой 10+20 С. Для испытания стартеров была собрана модель установки для обеззараживания воды, в которой лампа находится в условиях, близким к условиям эксплуатации. Для автоматизации процесса испытания создан программно-аппаратный комплекс на основе персонального компьютера с установленной платой ввода-вывода. Блок-схема и принципиальная электрическая схема установки приведены на Рис. 2.35.
Схема исследования зажигания лампы в стартерной схеме. а) Блок-схема экспериментальной установки. 1 — лампа, 2 - кварцевый чехол, 3 - патрубки для ввода воды, 4 - кварцевая оболочка, 5 - УФ датчик, 6 -система автоматизации, б) Принципиальная схема включения лампы. 7 -дроссель Tridonik ОМВ 250, 8 - испытываемый стартер, 9 - стабилизатор напряжения, 10 - высоковольтный пробник, 11 — осциллограф.
Лампа 1 помещается в кварцевый чехол 2, который омывается проточной водой, поступающей через патрубки 3. Внешняя оболочка 4 также изготовлена из кварца и пропускает УФ излучение. Для регистрации вышедшего УФ излучения снаружи установлен датчик 5. Управление питанием лампы, регистрация сигнала датчика 5 и вывод результатов осуществляется системой автоматики 6 на базе персонального компьютера. Питание лампы осуществляется от сети 220 В, 50 Гц. В качестве балласта использован дроссель 7 Tridonic ОМВ 250, применяемый для питания натриевых ламп мощностью 250 Вт. Для по джига лампы служит испытуемый стартер 8 с параллельно подключенным конденсатором С. Система автоматизации управляет электромагнитными реле К1 и К2, снимает показания с датчика 5 и записывает результаты экспериментов в файл. Реле К1 подает сетевое напряжение в схему питания лампы. Реле К2 позволяет замыкать попарно выводы спиральных электродов лампы (Рис. 2.35, б). При этом стартер подключается последовательно с дросселем к сети через стабилизатор напряжения 9 Statron. Для регистрации формы поджигающих импульсов использовался осциллограф 10 Tektronix TDS 640 А с высоковольтным пробником 11 Р6015 А (полоса пропускания 75 МГц).
Для испытаний задается время, в течение которого стартер пытается поджечь лампу t0, а также время цикла T t0. По показаниям датчика 5 фиксируется момент поджига лампы t и лампа отключается. Если за время to лампа не загорается, то программа фиксирует неудачную попытку зажечь лампу. Время Т выбирается таким образом, чтобы лампы успевала остыть до первоначальной температуры. Тем самым моделируется зажигание холодной лампы.
Для поддержания давления ртути на оптимальном уровне в источниках излучения повышенной мощности используют амальгамы различного состава. Подбор амальгамы для требуемых температур является нетривиальной задачей в силу трудности расчетного определения давления паров ртути над амальгамой от ее температуры. Подбор амальгамы по излучению разряда трудоемок и дорогостоящ при широком выборе амальгам. Поэтому актуальной является задача определения давления паров ртути над амальгамой. В данной работе используется метод сходный с использованным в [130] для амальгам до 100С.
В работе используется оптический метод определения давления паров ртути. Сначала определяется зависимость поглощения излучения с длиной волны 254 нм кюветой, содержащей чистую ртуть в зависимости от ее температуры. Затем определяется зависимость поглощения той же кюветы, в которой вместо ртути находится амальгама. Одинаковое поглощение соответствует одинаковому давлению паров ртути. Зная зависимость давления паров чистой ртути можно определить давления паров ртути над амальгамой. Для реализации методики была собрана установка, изображенная на Рис. 2.36. В кювету 1 помещается исследуемая амальгама или чистая ртуть. Излучение высокочастотного стабилизированного ртутного источника 2 проходит через кварцевый конденсор 2, систему из двух диафрагм 4 и частично поглощается и рассеивается в кювете 1. Прошедшее излучение регистрируется фотоэлементом Ф29 5. Кювета 1 смонтирована в печи 7 с нагревателем 6. Температура воздуха в печи во всех измерениях поддерживалась постоянной и равной 180С, что больше чем температуры, при которых проводились измерения.
Типичные кривые, получаемые в экспериментах, и схема нахождения давления паров ртути представлены на Рис. 2.38. Для данной температуры, соответствующей точке 1 на кривой, полученной для амальгамы находится точка 2 на кривой, полученной для чистой ртути, причем показания датчика в точках 1 и 2 совпадают. Температура 3, соответствующая точки 2 определит давление паров ртути, соответствующее точке 1 для амальгамы.
Типичные кривые, получаемые в экспериментах и схема расчета давления паров ртути над амальгамой. Возможные погрешности определяются дрейфом и нестабильностью источника излучения, точностью регистрации относительного излучения фотоэлементов Ф29, а также точностью поддержания температуры. Система стабилизации источника излучения позволяет получить стабильность не хуже 0.5%, измерение излучения осуществляется с погрешностью -2%, погрешность измерения температуры - 0.5С. Это дает суммарную погрешность в определении температуры, соответствующей данному уровню излучения ±1С. Давление ртути аппроксимировалось формулой
Влияние частоты разряда на зависимость излучения амальгамной лампы от ее температуры
Уменьшение давления приводит к увеличению диффузии заряженных частиц на стенку и к увеличению электронной температуры в разряде. Однако, увеличение гибели заряженных частиц на стенке может быть достигнуто применением в качестве инертного газа с большим коэффициентом диффузии. Приведем результаты, полученные на одинаковых разрядных трубках с межэлектродным расстоянием 1115 мм, наполненных смесью неона и аргона при давлении 3.5 торр в соотношениях 20/80, 30/70 и 40/60, соответственно. В данных экспериментах давление ртути определялось температурой амальгамы индия, нанесенной на внутреннюю поверхность разрядной трубки в двух точках. Содержание ртути в амальгаме - 10% по массе. На Рис. 3.33 показано излучение трубок от тока при различных смесях инертных газов, на Рис. 3.34 и Рис. 3.35 - напряжение и мощность разряда от его тока.
Проведенные исследование разряда повышенной мощности позволили создать излучатель УФ излучения на основе разряда низкого давления в смеси паров ртути и инертных газов. Разработанная конструкция позволяет использовать такой излучатель в практических приложениях. Приведем основные параметры такого излучателя и особенности зажигания разряда в нем. Зате
Колба лампы Кварц, внешний диаметр 19, стенка 1.2 мм Наполнение Смесь Ne и Аг в соотношении 30/70, 3 торр Электрод Показан на Рис. 3.18, а), межэлектродное расстояние 1115 мм. Резервуар ртути амальгама Hg/In, содержание ртути 5% по массе Для изготовления ламп в НПО ЛИТ создано опытное ламповое производство. На этом производстве отработаны все технологические операции, необходимые для изготовления кварцевых бактерицидных ламп низкого давления. Полученные параметры в опытной партии бактерицидной лампы из 40 ламп с параметрами указанными в таблице 3.7. При этом питание лампы и измерение параметров разряда осуществлялось по схеме Рис. 2.9 с дросселем Tridonic ОМВ250 а качестве балласта. Кроме электрических параметров регистрировались мощность излучения линии ртути с длиной волны 254 нм и температура наиболее горячей точки электрода.
На осциллограммах тока и излучения видны точки перегиба, причем они не совпадают с моментом прохождения напряжения на разрядной трубке через 0. На Рис. 3.37 приведены те же осциллограммы, но в увеличенном масштабе. При этом видно, что момент после перегиба возрастание тока и излучения совпадают с пробоя разрядной трубки - напряжение на ней достигает максимума и начинает падать. Можно предположить, что до момента перегиба мы наблюдаем самостоятельный разряд, а затем разряд поддерживается внешним электрическим полем. Интегрируя ток разряда от момента нулевого напряжения (0 мкс) до 400 мкс получаем:
Распределение параметров ламп в партии иллюстрируется Рис. 3.38 и Рис. 3.39. На рисунках построены гистограммы для основных параметров ламп вместе с кривыми нормального распределения, получаемыми для данного набора экспериментальных данных. Разброс для такого важного параметра, как УФ излучение не превышает 2%. Данные получены после 8 часов тренировки ламп. Для нахождения излучения плазмы необходимо делить приведенные значения на 0.871 - пропускание стенки лампы на длине волны 254 нм. Основные причины расхождения измеренных параметров, возникающие при изготовлении ламп - погрешность в измерении давления инертного газа, которая составляет 0.05 торр и различие в обработки катодов, которая выполняется вручную.
Для практического использования разработанной лампы необходимо обеспечить ее надежное зажигание при относительной простоте поджигающего устройства. Использование поджигающих устройств типа Tridonic ZRM-6 в нашем случае неудобно, так как требует дополнительного вмешательства человека в момент включения. При постоянном подключении такого устройства к лампе оно продолжает свою работу, искажая напряжение на лампе, что может привести к выходу как лампы, так и поджигающего устройства. На Рис. 3.40 приведены осциллограммы напряжения на лампе с подключенным и отключенным поджигающим устройством. Видно, что возрастает амплитуда импульса при зажигании лампы и заметно искажается форма.
Дальнейшие эксперименты проводились со стартерами СНД-2 (по ТУ 3.395.001), которые применяются для зажигания неоновой лампы ДНЕСГ-500-1. Стартеры СНД-2 рассчитаны на пусковой ток 7.2-7.5 А, и их применение в нашем случае достаточно оправдано. Применение рекомендуемого для этого стартера конденсатора 0.25 мкФ приводит к повышенному искрению в стартере в пусковой период и значительному изменению формы напряжения на лампе при ее работе. Поэтому емкость подключаемого параллельно стартеру конденсатора была уменьшена до 5 нФ. Эта емкость близка с емкости конденсаторов, применяемых в стартерах для люминесцентных ламп. Подключение конденсатора с меньшим значением емкости (1ч-2 нФ) не оказывает влияния на пусковой режим лампы. На Рис. 3.42 приведена типичная осциллограмма напряжения на лампе при ее зажигании в схеме со стартером СНД-2. Амплитуда импульса, который возникает при размыкании контактов стартера, достигает 1.5 кВ, что достаточно для уверенного зажигания лампы.
