Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние разработок и методов исследования миниатюрных люминесцентных ламп 9
1.1. Анализ конструкций и работы миниатюрных люминесцентных ламп , 9
1.2. Методы расчета характеристик положительного столба газового разряда 15
1.2.1. Модели для расчета параметров люминесцентных ламп на постоянном токе 17
1.2.2. Математические модели положительного столба разряда в люминесцентных лампах на переменном токе 23
1.3. Методы диагностики газового разряда 26
1.3.1. Зондовые методы диагностики плазмы 27
1.3.2. Лазерные методы диагностики плазмы 33
1.3.3. Бесконтактные методы диагностики плазмы 34
1.3.4. Определение градиента потенциала и анодно-катодного падения напряжения 37
1.4. Выводы и задачи работы 41
2. Исследование напряжения пробоя 43
2.1. Расчёт напряжения пробоя катод - стенка лампы 43
2.2. Влияние термоэлектронной эмиссии на напряжение пробоя промежутка катод - внешний электрод 47
2.3. Исследование напряжения пробоя 49
2.4. Расчёт градиента потенциала плазменного столба 53
2.5. Экспериментальное определение градиента потенциала плазменного столба 55
2.6. Экспериментальное определение напряжения пробоя межэлектродного промежутка 60
2.7. Выводы 63
3. Определение характеристик положительного столба миниатюрных люминесцентных ламп 65
3.1. Расчётно - экспериментальный метод определения светового потока миниатюрной люминесцентной лампы 65
3.2. Определение градиента потенциала положительного столба 71
3.3. Определение концентрации электронов в положительном столбе 77
3.4. Расчёт светового потока миниатюрной люминесцентной лампы 86
3.5. Выводы 90
4. Разработка миниатюрной люминесцентной лампы 92
4.1. Расчёт размеров разрядной трубки 92
4.2. Расчёт оптимального давления аргона 94
4.3. Расчёт светового потока миниатюрной люминесцентной лампы 96
4.4. Конструкция электродов и колбы для миниатюрной люминесцентной лампы 97
4.5. Расчёт количества ртути в лампе 98
4.6. Схема включения лампы 101
4.7. Измерение световых и электрических характеристик миниатюрных люминесцентных ламп 104
4.8. Способ определения давления в разрядных лампах 106
4.9. Выводы 110
Заключение 111
Список использованной литературы 113
Приложение 1 131
- Математические модели положительного столба разряда в люминесцентных лампах на переменном токе
- Влияние термоэлектронной эмиссии на напряжение пробоя промежутка катод - внешний электрод
- Определение концентрации электронов в положительном столбе
- Измерение световых и электрических характеристик миниатюрных люминесцентных ламп
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время люминесцентные лампы (ЛЛ) с диаметром разрядной трубки менее 10 мм широко используются для подсветки экранов жидкокристаллических дисплеев, для освещения салона и приборной доски на транспорте, для подсветки табло различных указателей и т.д. Световая отдача таких ЛЛ составляет 50-70 лм/Вт, световой поток 300-950 лм, в зависимости от мощности. Однако, имеющиеся сведения в патентной и периодической литературе недостаточны для расчёта конструкции таких ламп.
Имея малый диаметр разрядной трубки, эти лампы обладают высоким напряжением зажигания при питании переменным током низкой частоты - порядка 400-600 В, поэтому на сегодняшний день они работают исключительно с электронными пускорегулирующими аппаратами на частотах порядка 40 кГц. Однако на отечественном железнодорожном, водном, воздушном транспорте стандартная частота питающей сети равна 400 Гц с напряжением 220 В, поэтому особый интерес представляет работа в направлении создания серии миниатюрных ЛЛ (МЛЛ) на рабочие частоты 400 Гц, работающие по обычной схеме с индуктивным балластом.
Для разработки таких ламп необходимо проведение исследований процесса зажигания разряда, электрокинетических характеристик положительного столба, процессов в приэлектродной области разряда. В связи с малым диаметром разрядной трубки возникают трудности при экспериментальном определении характеристик разряда, поэтому большой самостоятельной проблемой является разработка методов определения характеристик разряда. Решение указанных задач позволит создать инженерный метод расчёта таких ламп по электрическим и световым параметрам. Работа проводилась в соответствии с договором о творческом сотрудничестве с ОАО «ЛИСМА-ВНИИИС» от 11.05.99 и в соответствии с решением II Международной научно-технической конференции «Проблемы и прикладные вопросы физики», Саранск, 1999 г.
Делью работы являлось установление взаимосвязи основных характеристик МЛЛ с их геометрией, параметрами наполнения, люминофорного слоя, частотой напряжения питания и использование полученных результатов при создании инженерного метода расчёта миниатюрных люминесцентных ламп. Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи:
проведение анализа известных конструкций МЛЛ, методов расчёта ЛЛ и экспериментального определения их характеристик;
разработка и выбор методов экспериментальных исследований характеристик МЛЛ; вьгаолнение исследований и установление связей характеристик МЛЛ с параметрами разряда.
разработка метода расчета и проведение расчётных исследований основных характеристик МЛЛ для частот напряжения питания 50 - 400 Гц;
разработка конструкции образца МЛЛ для работы на частоте напряжения питания 400 Гц.
Объектом исследования являлись МЛЛ с люминофорным слоем и без
него, отличающиеся размерами <$по і дяине> нщШМ^Щ^), наполнением.
С . vfcp6ypr
гообрк
Методика исследований заключалась в определении основных характеристик МЛЛ путём их расчёта и прямых измерений. Особенностью расчётных исследований является их инженерная направленность. Особенностью экспериментальных исследований является то, что все они основаны на применении внешних зондов.
Научную новизну составляют:
метод расчета и результаты расчётных и экспериментальных исследований напряжения зажигания МЛЛ;
метод расчета и результаты расчётных и экспериментальных исследований светового потока МЛЛ;
метод расчета и результаты расчётных и экспериментальных исследований градиента потенциала МЛЛ;
- способ повышения точности высокочастотного метода определения
концентрации электронов в положительном столбе (ПС) МЛЛ и результаты
экспериментальных исследований концентрации электронов в МЛЛ с диамет
рами трубки 7,5 - 12,5 мм как функции частоты напряжения питания, диаметра
трубки и давления буферного газа;
- метод определения давления инертного газа в МЛЛ с помощью внешних
зондов.
Практическая ценность результатов работы;
методы расчёта напряжения зажигания и светового потока МЛЛ применены для расчёта МЛЛ для работы в диапазоне частот напряжения питания 50 -400 Гц;
разработан и испытан способ повышения точности высокочастотного метода определения концентрации электронов в положительном столбе МЛЛ;
разработана конструкция МЛЛ мощностью 8 Вт для работы на частоте 400 Гц;
разработан и испытан метод определения давления инертного газа в разрядных лампах с помощью внешних зондов.
Достоверность научных результатов подтверждается корректным использованием математического аппарата, статистической обработкой результатов измерений, согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований, применением в экспериментальных исследованиях измерительных приборов с высоким классом точности.
Научные результаты, выносимые на защиту:
метод расчёта напряжения зажигания МЛЛ;
метод расчёта светового потока МЛЛ и градиента потенциала ПС МЛЛ;
- способ повышения точности высокочастотного метода определения
концентрации электронов в ПС МЛЛ;
- метод определения давления инертного газа в разрядных трубках.
Апробация результатов работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, докладывались и обсуждались на научных семинарах и конференциях в Мордовском государственном педагогическом институте имени М.Е. Евсевьева (1998-2004 гг.); Международной научно-технической конференции «Проблемы и прикладные вопросы физики» (г. Саранск, 1999 г., 2001 г.,
2003 г.); V Всероссийском с международным участием совещании по материалам для источников света, электронных приборов и светотехнических изделий (г. Саранск, 2000 г.); Региональной научно-практической конференции «Критические технологии в регионах с недостатком природных ресурсов» (г. Саранск, 1999 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств» (г. Саранск, 1999 г.); V Международной светотехнической конференции «Свет и прогресс» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.).
По теме диссертации опубликовано 11 работ в сборниках, журналах, тезисах докладов конференций, совещаний, а также получен патент Российской Федерации на изобретение.
Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложений и актов об использовании результатов работы. Общий объём диссертации 158 стр., включающий 72 рисунка и 25 таблиц. Список литературы содержит 165 наименований.
Математические модели положительного столба разряда в люминесцентных лампах на переменном токе
Модель Е.В. Охонской и М.А. Малькова [3, 52]. Данная модель ПС представляет собой замкнутую систему уравнений, связывающую основные искомые характеристики плазмы разряда низкого давления (Фіст(А), Е, пе, Те, РІУПР, Рістя Др.) с независимыми параметрами ПС, к числу которых относятся: R, pHg, Ри.г, Миг. I. Модель позволяет рассчитать мгновенные и усредненные по периоду электро кинетические и оптические характеристики плазмы РНД в зависимости от параметров разряда и режима работы лампы: постоянный ток, синусоидальный ток промышленной и повышенной частоты (до % 100 кГц), импульсный ток при различной частоте (до 100 кГц) и форме питающих импульсов. Искомые величины определяются путем решения системы уравнений: 1) баланса образования и разрушения возбужденных атомов на энергетических уровнях ртути и ИГ; 2) баланса зарядов; 3) баланса энергии; 4) уравнения, выражающего ток через подвижность электронов и градиент потенциала. Уравнения составлены с учетом уровней 6іSo, 63Ро,і,2, б1 Pi, 73Sj, 63Di_2,3 (принят за один), уровня ионизации атома ртути и значимых уровней ИГ. " Основные особенности и допущения, принятые в данной модели: 1) так как учет в одной модели условий нестационарности плазмы с радиальным изменением характеристик, детальным учетом изотопической структуры атома ртути и другими особенностями микроструктуры разряда, привел бы к резкому увеличению объема вычислений, то в данной ММ использовались усредненные по сечению концентрации электронов пе; 2) использовалась немаксвелловская ФРЭЭ [53]; 3) сечения процессов аппроксимировались по В.А. Фабриканту; 4) учитывались прямая, ступенчатая ионизация и ионизация Пеннинга для ртути, а также прямая и ступенчатая ионизация ИГ; 5) при расчете диффузии возбужденных атомов принималось их радиальное распределение по функции Бесселя нулевого порядка; 6) распределение пе(г) также принималось бесселевским, но при ne(R) 0; 7) при расчете подвижности электронов учитывались упругие соударения с атомами ртути и ИГ; 8) контур линий сверхтонкой структуры принимался фойхтовским с АЭФФ по [54]; 9) рекомбинация в объеме, радиальный катафорез, отражение излучения от стенки не учитывались, Те Тг принимались постоянными по сечению РТ. Рассмотренная модель достаточно полно учитывает реальные физические процессы, протекающие в плазме положительного столба ЛЛ, Её использование позволяет получать удовлетворительные результаты (с погрешностью 15 -20%) при широком изменении параметров разряда. Модель Ю.Ф. Калязина, A.M. Кокинова, М.А. Малькова [55] является усовершенствованым вариантом предыдущей модели. В данной модели, в отличие от предыдущей, учитываются процессы рекомбинации в объёме трубки, поскольку в разряде переменного тока существуют значительные паузы тока, в течение которых электронная температура может сильно понижаться. В связи с этим в уравнение баланса заряженных частиц добавлен член nJrPEK, отвечающий за гибель электронов в объёме трубки в процессе рекомбинации. Модель позволяет повысить точность расчёта электрокинетических характеристик разряда, особенно при повышенных давлениях буферного газа. Другие интересные работы по математическому моделированию в хронологическом порядке: - работы Ю.Ф. Калязина, В.М. Миленина, Г.Ю. Панасюка и Н,А. Тимофеева [56-62]; - работа А.А. Вакшиса [63] по математическому моделированию ЛЛ при питании током несинусоидальной формы; - работа Д. Малнарка [64] по численному исследованию процессов кинетики в осветительных трубках; - работа В.Л. Ламы, Г.Ф. Галло, С.Ф. Хаммонда и Р.Д. Уолша по упрощенной модели плазмы [65], работа С.Л. Цху и Б.Х. Цханга [6] по уточнению этой модели для трубок малого диаметра; - работы И.Т. Димова и B.C. Литвинова [66 - 68] по математическому моделированию и автоматизации проектирования ЛЛ; - работа Р. Лягущенко и Д. Майя [69] по математическому моделированию плазмы ПС применительно к компактным ЛЛ; - работа В.П. Каланова [70] по расчётному анализу свойств плазмы ПС стационарного и импульсно - периодического разряда; - работа Д.Т. Дакина [71] по математическому моделированию плазмы с радиально изменяющимися характеристиками; - работы Р. Зонненберга и X. Гюнделя [72, 73] по математическому моделированию плазмы ПС ЛЛ, работающих на переменном токе; - работа К. Вани [74], в которой применена двухтемпературная модель ФРЭЭ. На основе анализа известных литературных источников можно заключить: 1. Разработка и совершенствование методов расчёта проводилось по двум основным направлениям: а) «полуадаптивное» моделирование характеристик ЛЛ. Предположения, лежащие в основе таких моделей не в полной мере учитывают реальную физи ческую картину процессов протекающих при работе ЛЛ. б) моделирование на основе учёта и анализа основных физических про цессов, протекающих в плазме положительного столба газового разряда низко го давления. 2. Основными достоинствами «полуадаптивных» моделей ЛЛ являются их относительная простота, возможность использования практически для всех типоразмеров лампы, их адекватность в широком диапазоне параметров лампы, достаточную для инженерных методов расчёта точность. Главным недостатком подобных моделей, на наш взгляд, является необходимость получения предварительных экспериментальных данных для вновь разрабатываемых ламп. 3. Моделирование на основе учёта и анализа основных физических процессов, протекающих в плазме положительного столба ЛЛ, является основным и наиболее широко используемым разработчиками газоразрядных источников света методом расчёта. Достоинством этого метода является то, что модели, построенные по такому принципу, в целом правильно и относительно полно отражают реальные физические процессы, протекающие в плазме ПС люминесцентных ламп. С их помощью можно определять изменение как электрокинетических, так и оптических характеристик ЛЛ при вариации начальных параметров с удовлетворительной точностью (15-20%). К недостаткам этих моделей можно отнести их значительную сложность, а также введение в расчёты упрощений и поправок.
Влияние термоэлектронной эмиссии на напряжение пробоя промежутка катод - внешний электрод
Проведено измерение напряжения пробоя для МЛЛ со следующими параметрами d = 12,5, 9,5, 7,5 мм, толщина стенки h — 1 мм, наполнение Ar + Hg с давлением р = 6, 7, 8, 9 мм рт. ст., катод с эмиссионным покрытием на основе тройного карбоната Ва Sr, Са с 5% добавкой MgZrCb при токах накала 0, 50, 100 мА. Количество образцов для каждого диаметра и давления - 10 шт. Данные экспериментов обрабатывались программой MathCAD 2000 методом регрессии отрезками полиномов. Доверительный интервал 95% вычислялся методом интервальной оценки дисперсии. Полученные результаты изображены на графиках (рис. 2.10 - 2.11). Проведены расчёты напряжения пробоя по формуле (2.1). Результаты изображены на графиках (рис. 2.10 - 2.11), а также на графиках приложения 1. Наши исследования показали, что с ростом частоты приложенного к разрядному промежутку напряжения с 50 до 400 Гц при токе накала электродов Jtf= 120 мА напряжение зажигания уменьшается в среднем на 38%.
Сравнение результатов расчётов с экспериментальными данными показало, что погрешность расчётов составляет не более 15%. 1. Выведено уравнение для расчёта напряжения пробоя катод-стенка UKC МЛЛ как функции диаметра трубки, давления, частоты напряжения питания, тока накала электрода. Для этого сложная система электрод-стенка была приве дена к эквивалентной циллиндрической системе, проведён расчет UKC с холод ным катодом. Затем выведено уравнение для расчёта UKC С учётом термоэлек тронной эмиссии с накалённого катода. Получены расчётные данные величины 2. Проведены измерения UKC в МЛЛ с диаметрами трубки 7,5, 9,5, 12,5 мм, давлениями 6, 7, 8, 9 мм рт. ст., токами накала электрода 0-120мА, час тотами приложенного напряжения 50-400 Гц. Напряжение пробоя 17%с с ростом частоты приложенного к промежутку напряжения с 50 до 400 Гц при токе нака ла катода ///=120 мА увеличивается в среднем на 8%. Это увеличение обусловлено совместным действием двух эффектов: снижением подвижности электронов д. и уменьшением эффективного сечения ионизации атомов ртути Qt с ростом частоты приложенного напряжения. Сравнение результатов расчётов и экспериментов подтвердило правильность расчётов с погрешностью не более 5%. 3. Выведено уравнение для расчёта градиента потенциала Е в момент пробоя в зависимости от d, р, /. Получены расчётные данные величины Е = 4. Проведены, по разработанной нами методике, измерения Е в момент пробоя в МЛЛ с диаметрами трубки 7,5, 9,5, 12,5 мм, давлениями 6, 7, 8, 9 мм рт. ст., токами накала электрода 0-100 мА, частотами напряжения питания 50-400 Гц. Градиент потенциала Е с ростом частоты приложенного к МЛЛ напряжения с 50 до 400 Гц уменьшается в среднем на 65%. Такое уменьшение обусловлено совместным действием нескольких факторов-, снижением подвижности электронов fa, уменьшением эффективного сечения ионизации атомов ртути Qt (эти два фактора увеличивают градиент), и увеличением скорости накопления заряда в пристеночном плазменном облаке, что приводит к снижению градиента. В функции давления минимальное значение градиента наблюдается при давлении 8 мм. рт. ст. Сравнение результатов расчётов и экспериментов подтвердило правильность расчётов с погрешностью не более 8%. 5. Получены расчётные данные величины напряжения зажигания МЛЛ согласно формуле: U3 — UKC +Е1, в зависимости от d, f, р, Іц. 6. Проведены измерения l/з в МЛЛ с диаметрами трубки 7,5, 9,5, 12,5 мм, давлениями 6, 7, 8, 9 мм рт. ст., токами накала электрода 0-100 мА, частотами напряжения питания 50-400 Гц. Сравнение результатов расчётов и эксперимен тов подтвердило правильность расчётов с погрешностью не более 15%. По результатам расчётов и экспериментов можно сделать вывод, что минимум напряжения зажигания для МЛЛ с диаметром трубки 7,5 мм достигается при зажигании с накалом {1И =120 мА), давлении 8 мм рт. ст. и частоте напряжения питания 400 Гц. Проектирование миниатюрных люминесцентных ламп требует создания методов определения светового потока, градиента потенциала положительного столба разряда для заданных геометрических размеров лампы и параметров её наполнения. Анализ известных литературных источников показал, что в настоящее время не существует инженерного метода расчёта источников света, простого, и вместе с тем обеспечивающего достаточную точность получаемых результатов. Предложенный нами метод расчёта светового потока МЛЛ в зависимости от её конструктивных параметров основан на теории эквивалентных разрядов [154]. В качестве входных данных в нём используются известные характеристики разряда в ЛЛ диаметром 10 мм. Концентрация электронов, необходимая для расчёта, определяется нами экспериментально с помощью разработанного нами метода внешних зондов. С помощью предложенного нами метода рассчитаны световой поток МЛЛ и градиент потенциала ПС в трубках диаметром 7,5, 9,5, 12,5 мм в диапазоне давлений 6-9 мм рт. ст. Результаты расчётов согласуются с экспериментальными данными.
Определение концентрации электронов в положительном столбе
Как показали наши исследования давление буферного газа является критичным параметром для МЛЛ. Небольшие изменения давления приводят к существенным изменениям напряжения зажигания лампы. В процессе изготовления лампы возможна утечка буферного газа из колбы лампы. В связи с этим нами разработан принципиально новый метод неразрушающего контроля давления газа в лампе [173].
Для определения давления газа в лампе мы размещали на центральной части лампы внешние электроды, зажигали разряд между этими электродами и определяли давление по графику зависимости напряжения зажигания разряда от давления газа, но сначала возбуждали два низкочастотных поперечных вспомогательных разряда при фиксированной величине тока разряда на определённой частоте.
На рис. 4.6 дана схема устройства, которая реализует предложенный нами способ, на рис. 4.7 приведен график зависимости напряжения пробоя между парами внешних электродов от давления наполняющего лампу газа. Устройство содержит четыре внешних электрода 1, 2 и 3, 4, которые контактируют с поверхностью лампы 5. Для возбуждения разряда между электродами 1, 2 и 3, 4 к ним прикладывается напряжение, снимаемое с обмоток 6 и 7 трансформатора 8. Постоянные по величине значения токов вспомогательных разрядов поддерживаются резисторами 9 и 10. Контроль токов осуществляется микроамперметрами 11 и 12. Измерения проводятся на частоте/переменного напряжения, при которой активная проводимость плазмы сгп значительно больше проводимости сгк конденсаторов, образованных двумя внешними электродами и внутренней поверхностью стенки лампы толщиной h и относительной диэлектрической проницаемостью є Активная проводимость плазмы вспомогательного разряда в области низких частот равна Известно, что в поперечном разряде, в отличие от продольного, доминирующими становятся объёмные процессы рекомбинации заряженных частиц в плазме, что обусловливает равномерное распределение концентрации электронов по сечению лампы, что позволяет повысить точность измерений. Расширение диапазона измеряемых давлений, измерение на низких частотах достигается возбуждением в поперечном сечении лампы вспомогательных разрядов, в результате чего объёмный механизм развития разряда превалирует над поверхностным (имеющим место при высоких давлениях), снижается напряжение зажигания разряда и повышается стабильность его величины, как при измерении низких, так и высоких давлений. Для проведения измерения давления лампу 5 помещают между внешними электродами 1, 2, 3, 4, изготовленными из никелевой фольги размерами 4x6 мм. Пары внешних электродов 1, 2 и 3, 4 расположены вдоль её оси на расстоянии 3 см друг от друга. В схеме применён повышающий трансформатор 8 с коэффициентами трансформации между обмотками 6, 7 и 13 равным 20 и обмоткой 14 и 13 равным 40. К трансформатору 8 прикладывалось переменное напряжение частотой 800 Гц от генератора низкочастотных колебаний 15. Способ определения давления в газоразрядных лампах осуществляется следующим образом: 1. Прикладываем к трансформатору 8 напряжение, снимаемое с генератора 15 и возбуждаем разряд между внешними электродами 1, 2, и 3, 4. 2. С помощью резисторов 9 и 10 устанавливаем токи разрядов, протекающие между электродами 1, 2 и 3, 4 равными 1,2 мкА. 3. Резистором 16 плавно увеличиваем напряжение между парами электродов 1, 2 и 3, 4, до зажигания разряда в промежутке между ними. Зажигание разряда регистрируется по возникновению тока в цепи микроамперметром 17. 4. Из графика на рис. 4.7 по измеренному напряжению пробоя, определяем давление газа в лампе. Способ позволяет упростить измерительную схему, методику измерений и сделать её доступной для контроля давления в заводских условиях. 1. Определён рабочий ток МЛЛ. Он составляет 0,1 А. Рассчитано расстояние между электродами МЛЛ. Оно составляет 45,8 см. 2. Определено давление аргона, соответствующее минимальному напряжению зажигания. Оно равно 8 мм рт. ст. Рассчитано количество ртути, дози-руемое в трубку, составляющее 3-10" грамм. 3. Разработана конструкция прямой МЛЛ, работающая на частоте напряжения питания 400 Гц. 4. Проведены измерения световых и электрических характеристик образцов МЛЛ. Удовлетворительное соответствие расчётных и экспериментальных данных свидетельствует о правильности расчётов. 5. Разработан метод неразрушающего контроля давления газа в разрядных трубках.
Измерение световых и электрических характеристик миниатюрных люминесцентных ламп
Для люминофора ФЛЦ - 612 - 3500 - 1 перечисленные выше параметры равны [163]: Я185 = 0,33, R254 = 0,45; аг)Сл = 0,9; С = 0,6; г}}85 = 1,4; tj2S4 = 0,9; Asi=0,l; гш=0,001;/%«=0,077; Г;«=0,002. Световой поток лампы созданный свечением слоя люминофора, возбуждаемого резонансными линиями ртутного разряда с длинами волн 184,9 и 253,7 нм: Полный световой поток: Фст ФРЕЗ + Фвид = 814(1 + 0,08) = 879(дл ). Аналогично рассчитываются световые потоки для MJUI диаметром 9,5, 12,5 мм при давлениях 6, 7, 8, 9 мм рт. ст. Для проверки соответствия расчёта реальному световому потоку было проведено его измерение в лампах с идентичными параметрами с помощью светомерного шара [164]. Результаты расчётов и экспериментов, при условии постоянства подводимой к лампам мощности, приведены в таблицах 3.11-3.13. Из таблиц 3.11 -3.13 видно, что расхождение результатов расчётов с экспериментальными данными не превышает 3% при частоте 50 Гц и 6% при частоте 400 Гц. Таким образом предложенный нами расчётно-экспериментальный метод определения светового потока может быть использован при расчёте МЛЛ в диапазоне давлений наполняющего трубку аргона 6 -н 9 мм рт. ст. На основе анализа методов расчёта ЛЛ нами была проведена следующая работа: 1) выбран расчётно-экспериментальный способ определения характеристик МЛЛ, заключающийся в расчете потока резонансного излучения и лучистых потоков линий 185 и 254 нм с помощью экспериментально определенной концентрации электронов в МЛЛ и данных о характеристиках разряда в трубке с большим диаметром; 2) обоснован метод расчёта потока резонансного излучения W, на основе теории эквивалентных разрядов по характеристикам разряда в трубках с большим диаметром; 3) установлено, что определяющими параметрами при расчёте являются концентрация электронов пе, отношение лучистых потоков резонансных линий 185 и 254 нм ФіУФги-, поток резонансного излучения W"в эквивалентной разрядной трубке; 4) получено выражение для расчета градиента потенциала положительного столба МЛЛ. Проведён расчёт градиента потенциала МЛЛ с диаметрами разрядной трубки 7,5, 9,5, 12,5 мм в диапазоне давлений аргона 6 + 9мм рт. ст. при токах разряда 50 - 150 мА. Сравнение результатов с экспериментальными данными показало, что в диапазоне давлений аргона 6 -г 9 мм рт. ст., расхождение результатов расчётов с данными эксперимента не превышает 6%. 5) измерена концентрация электронов в ПС экспериментальной лампы переменного сечения с ртутно-аргоновым наполнением, внешними диаметрами 7,5, 9,5, 12,5 мм, давлениях 6 -г- 9 мм рт. ст., токах лампы 20 -f 150 мА, частотах напряжения питания 50 -н 400 Гц, с помощью ранее предложенного и усовершенствованного нами ВЧ метода; 6) проведён расчёт характеристик МЛЛ с диаметрами разрядной трубки 7,5, 9,5, 12,5 мм в диапазоне давлений аргона 6 + 9 мм рт. ст. Сравнение результатов с экспериментальными данными показало, что в диапазоне давлений аргона 6 + 9 мм рт. ст., расхождение результатов расчётов с данными эксперимента не превышает 6%. Проведённый комплекс расчётно-экспериментальных исследований МЛЛ позволил нам разработать и изготовить образец миниатюрной люминесцентной лампы по заданным геометрическим, электрическим и световым параметрам для работы на частоте 400 Гц. Рассчитан электромагнитный ПРА для работы на частоте 400 Гц и предложена схема включения лампы. В процессе измерения электрических характеристик некоторых образцов ламп обнаружилось их отклонение от расчётных значений, что было обусловлено отклонением давления аргона от номинального. Это было вызвано несколькими причинами: 1) сорбцией аргона стеклянной оболочкой лампы; 2) в связи с малым внутренним объёмом МЛЛ при отпайке нагревается не только штенгель, но и сама колба. В связи с этим был создан экспресс-метод определения давления аргона в разрядной трубке. Проведённые испытания показали, что результаты расчётов согласуются с электрическими и световыми характеристиками МЛЛ. Расчёт геометрии разрядной трубки производился по заданным исходным параметрам. В качестве таковых были приняты ориентировочные данные предоставленные нам Всероссийским научно-исследовательским институтом источников света им. А.Н. Лодыгина: 1) диаметр разрядной трубки d = 7,5 мм; 2) мощность, потребляемая лампой Рл=$ Вт; 3) напряжение горения UJJ = ПО ± 11 В; 4) частота переменного тока/= 400 Гц; 5) напряжение зажигания U3 350 В; 6) световой поток лампы Ф = 650 - 750 лм; 7) буферный газ аргон; 8) диапазон рабочих температур лампы +18С -г +25С; 9) коэффициент мощности лампы при использовании дросселя кл = 0,7.
