Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние разработок и методов исследования люминесцентных ламп в трубках малого диаметра 13
1.1 Современное развитие комплекта «ЛЛ-ПРА» 13
1.2 Методы и результаты расчетных исследований характеристик положительного столба люминесцентных ламп 24
1.3 Экспериментальные методы и результаты исследований люминесцентных ламп в трубках малого диаметра 32
1.3.1 Зависимость характеристик положительного столба от условий разряда 33
1.3.2 Влияние режима питания на характеристики люминесцентных ламп 39
1.3.3 Установки для проведения экспериментальных исследований люминесцентных ламп 43
1.4 Выводы и задачи работы 49
2 Разработка методов исследования и экспериментальной установки для изучения разряда в трубках малого диаметра 51
2.1 Источник питания экспериментальных люминесцентных ламп 53
2.2 Блок задания температурных режимов работы исследуемых люминесцентных ламп 61
2.3 Измерение характеристик люминесцентных ламп при различных условиях работы 64
2.3.1 Измерение световых характеристик люминесцентных ламп 64
2.3.2 Измерение электрических характеристик люминесцентных ламп 64
2.3.3 Методы обработки осциллограмм 67
2.4 Выводы по главе 71
3 Экспериментальное исследование характеристик положительного столба и ламп в разрядных трубках малого диаметра при различных условиях питания 72
3.1. Зависимость удельных характеристик положительного столба от условий питания 74
3.1. Выбор режимов питания для исследования экспериментальных ламп 74
3.2 Зависимость градиента потенциала от величины, рода и частоты разрядного тока 77
3.3 Зависимость характеристик положительного столба люминесцентных ламп от наполнения 84
3.4 Выводы по главе 88
4 Расчётные исследования микро- и макрохарактеристик положительного столба люминесцентных ламп в трубках малого диаметра 90
4.1 Совершенствование математической модели положительного столба люминесцентных ламп 91
4.2 Сравнительная оценка основных характеристик положительного столба люминесцентных ламп с малым диаметром трубки 99
4.2.1 Зависимость параметров положительного столба от наполнения разрядной трубки 99
4.2.2 Зависимость параметров положительного столба люминесцентных ламп в тонких трубках от режима питания 105
4.3 Выводы по главе 111
5 Некоторые практические аспекты диссертационной работы 112
5.1 Влияние режима питания на характеристики люминесцентных ламп малого диаметра 112
5.2 Зависимость характеристик люминесцентных ламп малого диаметра от наполнения 117
5.3 Сравнение эффективностей разрядов положительного столба при импульсном и квазиимпульсном режиме питания 120
5.4 Метод определения давления паров ртути в работающей люминесцентной лампе 125
5.5 Выводы по главе 127
Основные результаты и выводы : 129
Список использованных источников 131
Приложение А (обязательное) 148
Приложение Б (обязательное) 153
Приложение В (обязательное) 158
Акты об использовании результатов работы
- Методы и результаты расчетных исследований характеристик положительного столба люминесцентных ламп
- Блок задания температурных режимов работы исследуемых люминесцентных ламп
- Выбор режимов питания для исследования экспериментальных ламп
- Сравнительная оценка основных характеристик положительного столба люминесцентных ламп с малым диаметром трубки
Введение к работе
В последние годы за рубежом для освещения в основном применяются осветительные приборы с люминесцентными лампами (ЛЛ) малого диаметра. ЛЛ данного типа имеют диаметр колбы (dK) меньше 20 мм, выпускаются в форме обычных линейных ЛЛ и компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). Наиболее широкое распространение для общего освещения в мире получают ЛЛ типа Т5 (4=16 мм), обладающие повышенной световой отдачей (105 лм/Вт), пониженным спадом светового потока к концу срока службы и важным с точки зрения экологии преимуществом — малым содержанием ртути. Доля ЛЛ типа Т5 в Германии и Великобритании составляет 30 %, в США — 40 %, в Швеции 70 % от объема всех выпускаемых ЛЛ [1]. Применение ЛЛ с уменьшенными размерами приводит: к снижению расхода материалов на производство ЛЛ и светильников, которые могут иметь существенно меньшие габариты; повышению эффективности световых приборов, благодаря^ более высокому КПД и возможности обеспечить требуемые кривые силы света с помощью зеркальной и призматической оптики, значительно лучше работающей с лампами меньшего размера светящего тела. Нужно отметить, что новые типы ЛЛ предназначены только для работы с электронными высокочастотными ПРА (ЭВЧПРА), обеспечивающие: повышение световой отдачи и увеличения срока службы ЛЛ; отсутствие пульсации светового потока; функцию регулирования светового потока для комфортного освещения и экономии электроэнергии; уменьшение расходов дефицитных металлов, применяемых при производстве электромагнитных ПРА. Применение ЛЛ типа Т5 с электронными ПРА приводит к повышению КПД использования электроэнергии до 80 %, по сравнению с комплектом «ЛЛ типа Т8 (4=26 мм) - электромагнитный ПРА» [2].
Для целей подсветки все чаще стали применяться новые малогабаритные супертонкие ЛЛ (СТЛЛ) с диаметром разрядной трубки 7 мм. Размеры этих ЛЛ открывают разработчикам и дизайнерам различных приборов, оборудования и светильников широкие возможности для использования люминесцентного ос-
вещения- или подсветку там, где это было невозможно ранее из-за габаритов стандартных люминесцентных ламп.
Сообщая о достоинствах новых комплектов «ЛЛ-ЭПРА», фирмы изготовители не публикуют конструкторские и технические особенности новых ЛЛ и ЭПРА. С целью изучения особенностей разряда низкого давления-(НД) в смеси паров:ртути и инертного газа в узких разрядных трубках (РТ) необходимо проведение комплекса теоретических и экспериментальных исследований. Современный^ уровень развития вычислительной-техники позволяет при проведении расчетных исследований максимально полно-учитывать/физические процессы, происходящие в плазме положительного столба (ПС) ЛЛ. При проведении экспериментов необходимо исследовать характеристики ПС и Л Л в. целом при различных вариантах нетрадиционного питания ЛЛ: высокочастотное синусоидальное питание с частотой' (fnum) до 100 кГц; импульсное питание с / до-100- кГц и скважностью (Q до Л 0.
Актуальность темы диссертации определяется необходимостью всестороннего исследования-характеристик новых типов ЛЛ при.-широком варьировании условий разряда.
Целью работы является-проведение экспериментальных и расчетных исследований характеристик разряда ЛЛ уменьшенного диаметра для разработки новых перспективных ЛЛ и разрядных комплектов. Для. достижения поставленной цели необходимо решить комплекс следующих задач:
разработка и создание экспериментальных установок, для исследования электрических и светотехнических характеристик положительного столба и ЛЛ в целом (отличающихся диаметром трубки, наполнением) при изменении условий, их питания (частоты, формы, величины разрядного1 тока и температуры окружающей среды):
усовершенствование математической модели (ММ) для более полного учета особенностей плазмы ЛЛ, проведение многовариантных расчетных исследований микро- и макрохарактеристик ПС с максимальным учетом- процессов в плазме ПС ЛЛ;
исследование традиционных и перспективных режимов питания;
изучение особенностей разряда в РТ малого диаметра при наиболее эффективных режимах питания новых типов ЛЛ.
Объектом исследования являются экспериментальные и серийно выпускаемые ЛЛ; особенности математического моделирования и экспериментального исследования характеристик ЛЛ.
Методы исследования:
экспериментальные методы исследования ЛЛ в условиях, максимально приближенных к условиям работы ЛЛ в осветительных установках;
методы расчета микро- и макрохарактеристик разряда ПС ЛЛ с максимальным учетом процессов, существующих в ПС ЛЛ в трубках малого диаметра;
сопоставление полученных расчетных данных с результатами экспериментальных исследований;
- методы статистической обработки экспериментальных данных.
Научная новизна:
принцип построения источника питания экспериментальной установки с высоким выходным сопротивлением;
усовершенствованная ММ расчета характеристик ПС ЛЛ с максимальным учетом процессов происходящих в плазме ЛЛ;
экспериментальное и расчетное исследование характеристик разряда в трубках малого диаметра при изменении режима питания и условий разряда;
метод обработки осциллограмм напряжения и тока;
установление зависимости изменения отношения дифференциального сопротивления ЛЛ к статическому сопротивлению от диаметра РТ;
- метод определения давления паров ртути в ЛЛ;
Научные результаты, выносимые на защиту:
схема источника тока для безбалластного питания разрядных ламп током любой формы и частоты;
усовершенствованный метод расчета характеристик плазмы ЛЛ;
результаты комплексных экспериментально- расчетных исследований характеристик ПС и ЛЛ в трубках малого диаметра при широком варьировании условий разряда;
неразрушающий метод определения давления паров ртути в работающей ЛЛ.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
создана программа расчета характеристик ПС и ЛЛ в целом с максимальным учетом процессов происходящих в плазме ЛЛ;
создана экспериментальная установка, позволяющая проводить исследования всех типов ЛЛ при различных режимах питания отличающихся частотой, формой, величиной разрядного тока;
разработана экспериментальная установка для исследования температурных зависимостей характеристик ЛЛ в двух режимах — режиме свободной конвекции и режиме фиксированной температуры колбы ЛЛ;
- получены экспериментальные данные, иллюстрирующие .поведение
разряда в узких РТ при широком варьировании условий режима питания;
исследована возможность применения питания ЛЛ током с колоколооб-разной формой импульса вместо тока с импульсной формой;
разработан неразрушающий метод определения давления паров ртути в ЛЛ по её температурным характеристикам.
Апробация результатов работы:
Материалы, вошедшие в диссертационную работу, докладывались и обсуждались: на IV конференции молодых ученых (г. Саранск, 1999 г.); на 0га-ревских чтениях, проводившихся на базе Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (г. Саранск, 2001 г., 2003 г., 2006 г., 2007 г.); на IV международной светотехнической конференции «Светотехника на рубеже веков: достижения и перспективы» (г. Вологда, 2000 г.); на III Международной научно-технической конференции «Проблемы и прикладные вопросы физики» (г. Саранск, 2001 г.); на III Всероссийской научно-технической конференции «Светоизлучающие системы. Эффективность и применение» (г. Саранск,
2001 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники» (г. Саранск, 2002 г., 2006 г., 2007 г.); на V Международной светотехнической конференции «Свет и прогресс» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.); на научно-технических конференциях «Молодые светотехники России» (г. Москва, 2004 г., 2006 г., 2007 г.).
Объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложений и актов об использовании результатов работы. Общий объём диссертации 160 стр., включающий 40 рисунков и 23 таблицы. Список литературы содержит 138 наименования (включая 27 работ автора по теме диссертации опубликованных к моменту оформления работы).
Методы и результаты расчетных исследований характеристик положительного столба люминесцентных ламп
Многообразие возможных вариантов режимов питания ЛЛ, большое количество варьируемых параметров ПС, а также многовариантность конструктивных параметров ЛЛ существенно усложняет эксперимент. Применение математических методов расчета характеристик ПС ЛЛ позволяет прогнозировать их поведение при изменении условий разряда. Однако до сих пор не существует универсального метода расчета характеристик ПС. Это связано, прежде всего, с математическими трудностями при попытках учесть и описать многообразие протекающих в ЛЛ физических процессов. Большое количество разнообразных элементарных процессов, протекающих в ней, их взаимная связь и взаимное влияние, зависимость характера протекающих элементарных процессов от конструкции лампы и многое другое обуславли-вают те трудности, которые встречаются на пути теоретического описания плазмы разряда низкого давления в парах ртути и инертного газа.
С целью выбора наиболее приемлемого метода расчета в данном разделе проводится анализ существующих математических методов расчета параметров ПС ЛЛ.
К первым ММ плазмы ПС ЛЛ можно отнести модель, разработанную В. Шоттки [31], в дальнейшем усовершенствованную А. Энгелем и М. Штеенбеком [32, 33], модели К. Кенти [34], Д. Уэймауса и Ф. Биттера [35, 36], М. Кейлеса [37-39], Ф.А. Уварова и В.А. Фабриканта [40-42]. Эти модели хорошо известны и описаны в книгах: Г.Н. Рохлин "Разрядные источники света" [43] и Д. Уэймаус "Газоразрядные лампы" [35].
Ранние теории газового разряда низкого давления недостаточно полно учитывали элементарные процессы, протекающие в плазме: они не учитывали ступенчатый характер ионизации, не учитывались многие переходы между энергетическими уровнями и т.п.
В связи с интенсивным развитием ЛЛ, прояснением физики элементарных процессов в плазме ПС, в последнее время были разработаны новые математические модели. Общие принципы построения этих теорий столба разг ряда низкого давления, позволяющих определять электрические и- оптические характеристики, обобщены Т.Н. Рохлиным в [43].
Большое число, теоретических и экспериментальных исследований плазмы, разряда низкого давления в парах ртути и инертных газов, было выполнено сотрудниками Ленинградского университета (Пенкиным НіП., Тимофеевым Н;А., Безугловым Н.Н., Панасюком Г.Ю.), Калязиным Ю.Ф., Рыковым ВіИ., Калановым В.П., под руководством Миленина В.М; [44- -50]. Итоги этих исследовательских работ обобщены в докторской диссертации Миленина В.М. [51]. Особенность этих работ заключается в том, что они бы ли комплексными - экспериментальными и теоретическими для стационарного, переменного и импульсно-периодического разряда, исследовались как электрокинетические, так и оптические характеристики плазмы, проводились исследования для выявления физической сущности процессов и для выбора оптимального, с экономических позиций, режима работ разряда. Разработанная ММ для расчета характеристик плазмы имела следующие упрощающие предположения: реальные сечения апроксимируются "ступенькой"; подвижность электронов определяется упругими соударениями электронов с атомами инертного газа и при её расчете используется максвелловская функция распределения; инертный газ не возбуждается и не ионизируется; распределение нормальных атомов по сечению разряда является постоянным; распределение концентрации электронов по сечению разряда близко к бесселевско-му; разрушение метастабильных атомов металла происходит в объеме плазмы при соударениях с электронами. В данной модели использовалась, выведенное авторами, выражение для расчета ФРЭЭ которое качественно верног описывает ход ФРЭЭ и существующий дефицит быстрых электронов.
На рисунке 1.2 показана зависимость электрокинетических характеристик пе, Е, Те, рассчитанная по данной модели, от температуры холодной зоны для Hg-Ar разряда в трубке малого диаметра.
Расчет не показывает максимума в зависимости E=f(tX3), она имеет возрастающий ход, а не падающий, как это имеет место в трубках большого диаметра. Для диаметров 36 мм и 20 мм зависимость ne=f(tX3) имеет минимум и при увеличении от оптимального значения пе слабо возрастает, это же показывает расчет по [52], в то время как по результатам расчета Милени-на В.М. rie fftxJ является резко падающей зависимостью.
Блок задания температурных режимов работы исследуемых люминесцентных ламп
Для изучения температурных зависимостей тонких ЛЛ необходимо иметь возможность задавать различные температурные режимы работы ЛЛ. Рассмотрение существующих конструкций установок для термических испытаний, их достоинств и недостатков, привело к мысли о создании такой конструкции, которая была бы универсальной, то есть могла бы работать как в режиме свободной конвекции, так и в режиме определенной температуры колбы, и в то же время не имела большинства их недостатков. Установка должна иметь блок задания температуры, который представляет собой вентилятор с регуляторами температуры и скорости подаваемого воздуха. Так как этот блок достаточно объемный и тяжелый, он должен быть собран в виде автономного блока и соединяться с блоком, в котором находится лампа гибким шлангом для подачи воздуха. В качестве теплоносителя может быть использован воздух, что доказано в работе [4]. Блок задания температурных режимов выполнен в виде цилиндрической трубы, что позволяет организовать обдув лампы без завихрений и застойных участков. Корпуса блока сделан из пластмассы черного цвета, что делает корпус легким и позволяет изменять его положение в пространстве вместе с испытуемой лампой.
Испытания сделанного корпуса показали, что он имеет чрезмерно большую теплоотдачу и не обеспечивает постоянства температуры по всей длине колбы лампы. Разность температур на входе и выходе воздушного потока, то есть разность температур правого и левого концов лампы, даже при максимальной скорости воздушного потока достигала 5 С, что является недопустимым. Для уменьшения этой разности было решено покрыть поверхность корпуса теплоизоляцией. Повторные испытания показали, что разность температур не превышает одного градуса, что находится на уровне точности и является вполне приемлемой величиной.
Сконструированный и изготовленный фотометр (рисунок 2.5) позволя ет проводить исследования температурных зависимостей новых типов ЛЛ [108]. Экспериментальная установка для задания тепловых режимов работы ЛЛ и измерения светового потока ЛЛ Разработана и изготовлена ещё одна установка для задания температурных условий работы ЛЛ (рисунок 2.6).
В данной установке ЛЛ работает в нагретом, восходящем к верху, потоке воздуха (2). Достоинством данной установки является то, что температура воздуха устанавливается температурой спирали (4), в то время как в предыдущей установке воздух также нагревался работающей ЛЛ, что затрудняло установление определенного температурного режима ЛЛ.
Измерения светового потока ЛЛ (в относительных единицах) в различных режимах питания проводились с помощью селенового корригированного фотоэлемента типа ФЭС. Возможность применения селенового фотоэлемента для измерения величины прерывистых световых потоков доказана в работе [109]. Достоинством данного типа фотоэлементов является сравнительно высокая чувствительность, простота эксплуатации и близость относительной спектральной чувствительности к кривой видности глаза. Измерения светового потока ЛЛ проводились при работе ламп в открытом пространстве и в специально изготовленном фотометре. Световой поток определялся по измерению яркости в центральной части трубки [ПО]. Световой поток, определенный по яркости центра ЛЛ, характеризует параметры ПС без учета при-электродных зон. Применение тубус-фотометра по сравнению с яркомером предпочтительнее из-за того, что в первом случае на приемник попадает поток с цилиндрической поверхности центральной части РТ, тогда как с помощью яркомера поток снимается с незначительной площадки в несколько мм2, которая вследствие неравномерности слоя люминофора по поверхности трубки может не отражать среднего значения яркости люминофорного слоя.
Выбор режимов питания для исследования экспериментальных ламп
При выборе режимов питания и форм тока для исследования учитывались следующие соображения.
Режим постоянного тока за годы существования ЛЛ не нашел практического применения для их питания вследствие недостатков, присущих этому режиму: катафореза паров ртути, проявление которого усиливается с уменьшением диаметра разрядной трубки; необходимости применения для стабилизации разряда активного балласта, потери мощности в котором в 1,5-2 раза превышают мощность лампы; больших затрат на получение качественного постоянного тока, т.к. в промышленных сетях везде используется переменное напряжение. В тоже время режим постоянного тока обладает рядом достоинств: более высокая световая отдача разряда ЛЛ, по сравнению с режимом промышленной частоты; отсутствие пульсаций светового потока и акустических шумов; отсутствие электромагнитных помех, вызываемых перезажиганием разряда при смене направления тока. Несмотря на нераспространенность, этот режим был выбран в виду большой научной ценности. По полученным экспериментальным данным можно проверять правильность построения ММ плазмы ПС ЛЛ, т.к. расчет характеристик ПС при постоянном токе наиболее прост и достоверен по сравнению с расчетами других режимов.
Следующим режимом, выбранным для исследования, был режим промышленной частоты, который в настоящее время является самым распространенным. Но вместе с тем он имеет низкую эффективность питания разряда ЛЛ вследствие сильной нестационарности, особенно в узких трубках. По этой причине в нашем случае он является ценным для проверки правильности построения ММ. Но в режиме промышленной частоты форма тока, текущего через лампу, отличается от синусоидальной и зависит от величины т=ил/исх. Поэтому при измерениях в этом режиме работа ЛЛ стандартизована, и для каждого типа ламп имеются образцовые измерительные дроссели (ДОИ), рассчитанные на определенное напряжение питания. При изменении величины напряжения питания комплекта «ДОИ-ЛЛ» форма кривой тока будет изменяться, что тоже будет вносить свой вклад в изменение характеристик разряда при изменении величины разрядного тока. Чтобы исключить изменение формы тока при исследовании зависимостей градиента потенциала от величины тока экспериментальные ЛЛ питались от разработанного в данной работе источника питания, обеспечивающего неизменную форму тока. Режим питания ЛЛ током повышенной частоты является наиболее эффективным по качественным и количественным показателям по сравнению с режимом постоянного тока и режимом промышленной частоты. Наряду с повышением светоотдачи ЛЛ переход на ВЧ питание имеет ещё ряд существенных достоинств, таких, как снижение потерь в ПРА, уменьшение массы и габаритов ПРА, отсутствие пульсаций светового потока, акустических шумов, перезажиганий ЛЛ, улучшение зрительной работоспособности и снижение зрительного утомления, возможность глубокой регулировки яркости ЛЛ. В настоящее время этот режим становится стандартным режимом питания ЛЛ, и поэтому он был выбран для исследования. При исследовании зависимостей градиента потенциала от тока при ВЧ питании экспериментальных ламп нами была также выбрана синусоидальная форма, в то время как ЭПРА питают лампу квазисинусоидальным током, форма которого также зависит от т.
Импульсный режим питания имеет три фактора, позволяющих управлять процессами внутри плазмы: величина, частота и скважность разрядного тока. Это позволяет найти наиболее оптимальную совокупность факторов, при которой достигается наибольшая эффективность. В этом смысле импульсный режим питания является более перспективным по сравнению с другими режимами питания, т.к. у них меньше факторов воздействия на плазму. Исходя из этого, в число исследуемых режимов был включен и этот режим. Для исследования экспериментальных ламп при импульсном питании был выбран двуполярный режим с частотой 25 кГц и скважностью С=2. Такая скважность была выбрана вследствие того, что световая отдача ПС в узких трубках, как будет показано, позднее, снижается с увеличением скважности, в то время как световая отдача ЛЛ в широких разрядных трубках имеет максимум при С=4-К [108]. 3.2 Зависимость градиента потенциала от величины, рода и частоты разрядного тока
Градиент потенциала является характеристикой, определяющей электрические параметры ЛЛ. Нами были получены и проанализированы зависимости E=f(I) в следующих режимах: постоянный ток, синусоидальный с частотой 50 Гц, высокочастотный синусоидальный и двуполярный импульсный ток со скважностью С=2 [117, 118].
Градиент потенциала определялся методом двух длин. При измерениях давление паров ртути сохранялось постоянным.
Результаты определения градиента потенциала в экспериментальных лампах при изменении величины разрядного тока и рода питания показаны на рисунках 3.2 -3.4.
Были установлены зависимости напряжения серийно выпускаемых ЛЛ в узких трубках от условий питания (рисунок 3.5). Исследовались следующие типы ламп: OSRAM FM11/W860 с диаметром РТ dpm=7 мм, ЛЛ Philips TL 5 HE14W =16MM.
При всех режимах градиент потенциала, определяющий напряжение на ЛЛ, с ростом тока падает вследствие роста концентрации электронов и скорости ионизации. При переходе к ВЧ режимам питания градиент потенциала уменьшается за счет повышения концентрации электронов в ПС.
Сравнительная оценка основных характеристик положительного столба люминесцентных ламп с малым диаметром трубки
Известно,. что оптимальное давление паров ртути и соответствующая ему оптимальная температура холодной зоны зависят от параметров плазмы ПС ЛЛ: Были проведены исследования зависимости параметров ПС от давления паров ртути [128, 130]; На рисунке 4.1 показаны зависимости светового потока, от температуры: жидкой фазы ртути. Поведение зависимости Фрез=/(їХз) объясняется совокупным действием: процессов- образования; и тушения, возбужденных атомов ртути, диффузии излучения из плазмы к люми-нофорному слою. При увеличении PHS увеличивается не только количество возбужденных атомов, но также растет самопоглащение резонансного излучения нейтральными атомами ртути, приводящее к росту тушения возбужденных состояний.
Так, например, при температуре холодной зоны /„=30 С экспериментальное значение спада светового потока превышает расчетное на 20 % в трубке с диаметром 25 мм, на 35 % при dpm=\9 мм. В области высоких температур (4-,=50-70 С) разница между расчетными и экспериментальными зависимостями спада светового потока меньше, при /„=70 С она составляет не больше 15%. Максимумы расчетных и экспериментальных зависимостей (определенных в предыдущем разделе) отличаются не более, чем на 5 С.
Зависимость Е от давления паров ртути носит сложный характер (рисунок 4.3). Как эксперимент, так и расчет показывают наличие максимума зависимости E=f(pHg). Увеличение давления паров ртути увеличивает r pHg и уменьшает потери энергии в ПС разряда за счет снижения выхода резонансного излучения, что приводит к падению продольного градиента потенциала, требуемого для сохранения данной электронной температуры.
Увеличение Е с ростом давления аргона (рисунок 4.4) связано с уменьшением подвижности электронов Ье, поскольку E l/be, а Ье 1/рАг, поэтому с ростом РАГ продольный градиент потенциала возрастает. Следует отметить, что зависимости Е от рАг при неизменном разрядном токе довольно слабые, что соответственно, мало скажется и на изменение напряжения на лампе. Сравнение расчетных и экспериментальных данных (кривые 5, 6 рисунка 4.4) показывает, что расчетные данные несколько меньше экспериментальных.
На рисунке 4.4 показана зависимость КПД излучения от давления аргона при постоянном значении разрядного тока. Уменьшение rjpe3 с увеличением РАГ объясняется ростом доли потерь на упругие соударения и уменьшением выхода излучения обеих резонансных линий вследствие уменьшения электронной температуры. Из рисунка 4.4 видно, что при повышенных давлениях аргона в узких трубках црез на несколько процентов-превышает црез для широких трубок.
Рассмотрим изменение основных характеристик ПС РНД, определяющих характеристики ЛЛ при изменении частоты питания, при синусоидальной форме питающего тока. Мгновенные значения характеристик разряда на промышленной частоте 50 Гц, с точки зрения физики разряда, практически не отличаются от характеристик разряда на постоянном токе, т.к. период переменного тока на частоте 50 Гц значительно превосходит время релаксации элементарных процессов в плазме. При повышении частоты период Т приближается к времени установления элементарных процессов, и при Т«т е диф плазма переходит в динамический режим. Для ЛЛ частота, при которой время периода переменного тока становится меньше времени деионизации плазмы, лежит в диапазоне 500 Гц - 2,5 кГц в зависимости от условий разряда.
Рассмотрим, как изменяются основные характеристики ПС при перехо-де к динамическому режиму. В дальнейшем для краткости будем называть этот режим высокочастотным режимом. В отличие от режима промышленной частоты (50 Гц) и постоянного тока, в которых при неизменных радиусе трубки и составе наполнения можно влиять на плазму, только регулируя силу тока, в ВЧ-режиме появляются два фактора воздействия на плазму: сила тока и частота.
Для расчета характеристик ЛЛ и оценки эффективности режима питания ЛЛ важно знать действующие значения градиента потенциала, удельного потока излучения спектральных линий, концентрации электронов и др. Рассмотрим как изменяются эти характеристики ПС при переходе к ВЧ-режиму [129]. На рисунках 4.5- 4.6 показаны типичные зависимости характеристик ПС для различных радиусов трубки при одинаковом действующем значении разрядного тока. На рисунке 4.5 показана зависимость КПД резонансного излучения от частоты питающего тока. Можно видеть, что КПД резонансного излучения с ростом частоты уменьшается и достигает минимального значения при частоте 800 Гц - 1,6 кГц в зависимости от радиуса разрядной трубки. Затем начинает возрастать и, начиная с частот 12,5 кГц- 25 кГц, достигает стационарных значений и далее не зависит от частоты. При переходе с 50 Гц на ВЧ питание црез практически не изменяется. Как отмечено в работе [128], результат перехода на ВЧ питание зависит от давления паров ртути, когда значение pHg находится слева от максимума зависимости Флл ЛФщ) переход на ВЧ уменьшает значение rjpe3, а когда значение pHg больше максимума зависимости Флл ІРщ) переход на ВЧ увеличивает значение г\рез.
