Диссертация (Экспериментальное исследование источника вакуумного ультрафиолетового излучения на основе ртутного разряда низкого давления с высокой плотностью тока), страница 10

За счет высокой частоты, дополнительно, растет КПД преобразования71электрической мощности лампы в мощность излучения. Кроме тогосущественно снижается влияние работы лампы на питающую сеть – ЭПРАобладает коэффициентом мощности близким к единице.Применение ЭПРА усложняет измерение параметров разряда, таких какразрядный ток лампы, напряжение на лампе и мощность лампы. Все этипараметры изменяются с частотой от 10 до 80 кГц, поэтому для их измерениянеобходимо использовать приборы с высокой скоростью съема данных.В настоящей работе использовался анализатор мощности YOKOGAWAPZ4000.

Данный прибор представляет собой специализированный цифровойосциллограф с максимальной частотой оцифровки 5 миллионов точек всекунду, чего достаточно для оценки параметров сигналов на требуемыхчастотах (до 80 кГц).Анализатор мощности YOKOGAWA PZ4000 позволяет использоватьдо 4-х каналов измерения напряжения и 4-х каналов измерения тока.Измерения тока могут производиться при непосредственном подключении вразрыв цепи (как классического амперметра) и при помощи токовоготрансформатора.

В случае измерения разрядного тока лампы прямоеизмерение невозможно, так как с выходных контактов ЭПРА стекает суммаразрядного тока лампы и тока рабочего подкала электрода или просто токподкала. Поэтому для измерения тока разряда на сенсорные клеммыанализатора мощности подавалось напряжение с резистора, включенногопоследовательно с токовым кольцом, через которое были пропущены двапровода, ведущие к одному из электродов лампы (Рис.

2.14). При такомподключении, наведенная в обмотке токового кольца ЭДС зависит отразности токов, текущих по проводам, пропущенным через кольцо. Поодному из данных проводов течет ток подкала электрода, которыйопределяется емкостью конденсатора, установленного параллельно лампе вЭПРА, по другому - суммарный ток, разделяющийся в последствии наразрядный ток и ток подкала электродов. Таким образом, напряжение на72активной нагрузке, включенной последовательно с токовым кольцом,пропорционально току лампы. Коэффициент пересчета вычислялся на основелинеаризации зависимости тока в проводе, измеренного в разрыв, отнапряжения на нагрузке кольца, через которое одновременно пропускалсяисследуемый провод.

Зависимость оказывалась линейной во всем диапазонерабочих частот и токов. При измерении тока лампы и напряжения на лампеодним измерительным элементом анализатора мощности, прибор, спомощьювстроенныхматематическихфункций,можетрассчитатьдействующее значение мощности, через интеграл произведения мгновенныхзначений тока на мгновенные значения напряжения (с вольтового входа тогоже измерительного элемента). Подавая на вольтовые клеммы напряжениемеждуэлектродамилампы(впроцессеизмеренийобеспечивалосьпостоянство условий, однако переключение вольтовых клемм на разныеножки электродов, не приводило к существенным отличиям в результатах),получаем действующие значения тока лампы, напряжения на лампе имощности лампы. Инструментальную погрешность измерения напряжения налампе и тока лампы не превышала 1%.Оценка относительной инструментальной погрешности измерениямощностилампыможетбытьприближеннополучена,каксуммаотносительных погрешностей тока и напряжения и не превышает 2%.Экспериментальная лампаU220В 50ГцLNЭПРА4321±YOKOGAWAPZ4000 Element1CurrentSensorРис.

2.15 Схема измерения электрических параметров лампы.73Используемые ЭПРА обеспечивали разрядный ток с точностью ±5 %.Анализ кривых зависимости мощности генерации УФ излучения отплотности разрядного тока показывает, что в исследуемом диапазонеплотностей токов отклонение от номинального значения на 5% не оказываетсущественного влияния на мощность излучения линии 185 нм.Методика эксперимента не позволяла измерять давление паров ртути влампе, а использование амальгамы, вместо металлической ртути, непозволяло рассчитывать давление по температуры стенки, т.к. точнаязависимость упругости ртутного пара над амальгамой от ее температурынеизвестна.

Однако, использование внешнего подогрева (подогревнаяспираль)иохлаждения(вентиляторы),позволялирегулироватьтемпературный режим работы амальгамы, достигая оптимальных условийдля генерации той или иной резонансной линии.Рис. 2.16 Зависимость параметров лампы от времени (в минутах) в процессеизмерения.74Рис. 2.17 Зависимость параметров лампы от времени в процессе измерения.На Рис. 2.15, Рис.

2.16. представлены характерные зависимостинекоторых параметров лампы от времени в процессе измерения. Желтыевертикальные линии отмечают момент включения внешнего подогреваамальгамы, а синие вертикальные линии – момент включения вентилятора.Возможет так же режим, в котором два вида воздействия комбинируются,т.к. мощность вентиляторов не регулировалась. В качестве значений,которые затем заносились в таблицы и использовались для построениязависимостей, использовались максимальные достигнутые, но только в томслучае, если этот «оптимальный» режим был устойчив, т.е.

его удавалосьподдерживать в течение 30-40 с.При расчете погрешности измерения основных параметров лампы,можно выделить 2 основные составляющие данной погрешности:-обусловленнуютехнологическимразбросом(различиепараметров«одинаковых» образцов, например, из-за неточной откачки);75-случайнуюсоставляющую(различиеизмеренныхпараметровприповторных измерениях одного и того же образца).Чтобы в дальнейшем не загромождать графики изображениемпогрешностей в каждой экспериментальной точке, укажем характерныепредельныепогрешностиобоихтипов(таблица2.3.1.).Суммарнаяпогрешность может быть рассчитана, как среднеквадратичное значение двухвышеупомянутых составляющих.Табл.

2.3.1. Характерные погрешности измерения.СоставляющаяПоток, %Мощность, %КПД, %Технологическая1,544Случайная1,00,81,2Суммарная1,844погрешностиНабазеописаннойэкспериментальнойустановкиразработанаавтоматизированная система измерений. Программная часть данной системыпозволяет в он-лайн режиме управлять величиной тока лампы, а так жепроизводит сбор значений измеряемых оптических и электрическихпараметров, их обработку и представление в численном и графическом виде,а так же сохранение в формате xlsили xlsx.2.4.

Заключение к главе 2.С помощью прямых измерений КСИ бактерицидных ламп определенапогрешность, связанная с использованием в рамках общепринятой методикикосинусного приближения в аппроксимации КСИ УФ - ламп. В начале срокаслужбы ее величина незначительна и составляет 3%, что меньшепогрешностикалибровкисредствизмерения.Показано,чтоданнаяпогрешность увеличиваются в процессе срока службы лампы. Предложены76поправки, позволяющие уменьшить данную погрешность до уровня, непревышающего значений погрешности в начале срока службы.Предложенаметодика,позволяющаябезпрямыхизмеренийиндикатрисы силы излучения определить форму КСИ исследуемых ламп.Предложенная методика проверена путем сопоставления с результатамипрямых измерений КСИ, на примере излучения линии 254 нм. В результатепроверкиполученаудовлетворительнаястепеньсходствамеждурезультатами прямых и косвенных измерений.На базе существующей экспериментальной установки разработанаавтоматизированная система измерений.

Измерение оптических параметровисследуемых ламп производилось раздельно для излучений линий 254 и 185нм. Для этого использовались датчик IS-4 и схема на базе вакуумногомонохроматора McPherson 218 и ФЭУ PMT 658-1 (HamamatsuR6095),соответственно. Погрешность измерения потока линии 254 нм не превышала10%, а потока линии 185 нм - 12%. Электрические параметры исследуемыхламп измерялись с помощью анализатора мощности YOKOGAWA PZ4000.Питание исследуемых ламп осуществлялось с помощью набора управляемыхЭПРА, поддерживающих стабилизированные токи разряда с частотами 10-80кГц.Изготовлена серия экспериментальных источников с различнымигеометрическими размерами и наполнением.

С помощью данных источниковисследовалось влияние различных параметров на потоки и КПД генерацииизлучения линий 185 и 254 нм.Давление паров ртути в разряде определяется температурой амальгамы.В ходе экспериментов температура амальгамы изменялась с помощьювнешнего подогрева или охлаждения, для достижения оптимальных режимовгенерации излучения линий 254 и 185 нм.773. Результаты экспериментов и обсуждение.3.1. Определение необходимых поправок.В процессе исследований изготавливались и измерялись параметрыобразцов, обладающих различными длинами (внутри одной серии изделий).И даже внутри выборки одинаковых образцов (несколько одинаковыхобразцов изготавливались для контроля технологической погрешности),длины межэлектродных расстояний различались в пределах ±5мм, например,из-за скола или трещины на краю заготовки.

Поэтому необходима методикапересчета, позволяющая оценить, насколько изменятся характеристикиизделия с изменением длины межэлектродного промежутка, при постоянствеостальныхпараметров.складываетсяизСуммарнаямощности,мощность,рассеиваемойвпотребляемаялампой,положительномстолбе(излучение УФ и видимого диапазона, тепловые потери), и мощности,рассеиваемой в прианодной и прикатодной областях, а так же на электродах.Мощность, рассеиваемая в столбе, растет линейно с увеличением длиныразрядного промежутка. Следовательно, для внесения поправок, должна бытьопределена величина мощности, рассеиваемой вне положительной столба, изависимость этой величины от давления и состава наполнения, а так же отвеличины разрядного тока.Для этого был изготовлен набор ламп в колбахдиаметром 19 мм, наполненных неоном при давлении 1,4 торр.