Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 33
Текст из файла (страница 33)
б) Зажигающий электрод Из-за особенности конструкции ртутных ламп — относительно малой разрядной трубки, расположенной в центре довольно болыпой внешней оболочки,— нельзя создать заметную концентрацию поля, вызванную тем, что отражатель ~расположен ближе к одному электроду, чем к другому. Для того чтобы достичь такого же уменьшения напряжения зажигания, какое получается у люминесцентных ламп за счет упомянутой концентрации поля, ртутные лампы конструируют с третьим так называемым зажигающим электродом, помещаемым в конец разрядной трубки вблизи основного электрода.
На рис. 6-15 схематически показаны расположение зажигающего электрода и его соединение с противоположным электродом через высокоомное сопротивление. Когда напряжение холостого хода впервые прикладывается к двум основным электродам, промежуток между зажигающим элеквродом и катодом не является проводящим, так что потенциал оказывается приложенным к этому промежутку, ои быстро пробивается и начинает проводить ток, который ограничен сопротивлением.
Электроны из этого вспомогательного тлеющего свечения ускоряются полем в основном промежутке и вызывают его пробой. Присутствие зажигающего электрода уменьшает напряжение зажигания лампы примерно до 50%. В горящей лампе зажигающий электрод погружен в плазму высокой плотности так, что его потенциал отличается лишь на несколько вольт от потенциала бли- жайшего электрода.
В полупериод, когда противоположныйй электрод положителен, зажигающий электродсобирает электроны из плазмы и электронный ток, текущий через сопротивление, уменьшает потенциал зажигающего электрода примернодо потенциала плазмы,в которуюон погружен. В отрицательный полупсриод зажигающий электрод собирает положительные ионы из плазмы. Если зажигающий электрод хорошо сконструирован и правильно расположен, ионный ток будет достаточно велик дтя того, чтобы уменьшить потенциал зажигающего электрода приблизительно до потенциала плазмы. При этом потенциал зажигающего электрода изменяется симметрично с соседним электродом; на несколько вольт положительнее в положительный полупериод и на несколько вольт отрицательнее в отрицательный период.
Однако из-за большой массы ионов ионный ток на зажигающий электрод при данной плотности плазмы составляет только 1,1500 часть электронного тока. Зажигающий электрод может собирать электронный ток до 3,5 мА, уменьшаюп1ий его потенциал в положительный полуперниод от максимума потенциала анода (приблизительно 140 В) до потенциа.ча катода; ионный ток в отрицательный полупериод составляет только 0,35 мА. В отрицательный полупериод, когда на 40-кО~м сопротивлении зажигающего электрода падает только 14 В, его потенциал отличается на †1 В от потенциалов ближайшего электрода.
Таким образом, формы кривой тока (!) и напряжения зажигающего электрода (2) Иолы Л аалласгу 177 176 Рнс. 6-16. Эскиз зажигающего электрода н схемы егп включения в цепь лампы. 1 — зажнгающнн злентрод; р — основные алвнтроды; Я вЂ” резнатор, 40-ге ном. Рис. 6-16. Формы кривых напряжении и тока зажигающего электрода вв период длн неправильно изготонленного электрода, который не может собирать достаточный ионный тон. ! — нвпрнженнв на лампе; р — тон ~еров замнгающнй злентрод; Г напрнженне нв зажнгающвм злентрода. 12 — 69 изменяются за период, как показано на рис.
6-16. Потен. циал |между зажигающим и основньвм электродом составляет в среднем 60 В, причем зажигающий электрод отрицателен. Этот потенциал постоянного знака появляется и между молибденовыми фольгами во впае. Постоянный ток в горячем кварце ведет к миграции нат~риевых ионов, содержащихся в виде загрязнений, по направлению к отрицательной (зажигающий электрод) фольге. Избыточная концентрация натрия, который накапливается у поверхности фольги, вызывает образование более «легкоплавких» стекол с большим коэффициентом,расширения, которые плавятся и трескаются, приводя к разрушению впая.
Этот процесс электролиза способен вызвать разрушение лампы за несколько сотен часов. Решение этой проблемы может быть обеспечено тем, что зажигающий электрод делается настолько длинным, чтобы он располагался в достаточно плотной плазме для того, чтобы собирать ионный ток, по крайней мере, 3 мА. Более длинный зажигающий электрод будет погружен в более горячую плазму н поэтому более нагрет. Если он при этом имеет способность к термоэмиссии, то он может эмиттировать электроны так же хорошо, как собирать положительные ионы в отрицательный полупериод, существенно увеличивая общий отрицательный ток. Некоторые конструкции зажигающих электронов предусматривали покрытие активными материалами, однако большей частью практическим решением является изготовление зажигающего электрода достаточной длины, чтобы он проникал в достаточно плотную плазму, Оседание на зажигающем электроде активного материала, испаряющегося с близко расположенного катода, несомненно способствует успеху подобных конструкций.
в) Эффект проникновения водороде Эффект проникновения водорода, не встречающийся в люминесцентных лампах, становится важной проблемой в ртутных лампах нз-за влияния загрязнения водородом на напряжение зажигания. Нельзя сказать, что загрязнение водородом не является недостатком для люминесцентных ламп; он, взаимодействуя, повреждает люминофор так же сильно, как и увеличивает напряжение зажигания. Однако в люминесцентных лампах при- !76 сутствие водорода может быть вызвано исключительно неправильным изготовлением ламп. В ртутных лампах присутствие водорода почти неизбежно. Стекло внешнего баллона содержит в своем составе значительные количества свободных радикалов ОН.
Ультрафиолетовое излучение дуги с длиной волны около 300 нм проникает на значительную глубину в стекло и днссоцнирует эти радикалы, Образующийся водород быстро диффундирует через стекло и частично проникает в объем внешней колбы. Плавленный кварц разрядной трубки вследствие своей относительно рыхлой структуры достаточно прозрачен для водорода. Таким образом, через некоторое время будет наблюдаться проникновение некоторого количества водорода и внутрь разрядной трубки у каждой ртутной лампы. Механизм, при помощи которого водород увеличивает напряжение зажигания ламп, не ясен, однако известно, что Н., взаимодействуя с возбужденными атомами ртути, уносит их энергию на диссоциацию молекул Нз 1'Л, 6-161. Можно полагать, что аналогичное явление происходит и с метастабильными атомами аргона, что будет мешать эффекту Пеннинга.
В любом случае водород вредно действует на напряжение зажигания. Для ртутных ламп с торисвыми катодами это является особой проблемой, так как водород реагирует с горнем, явно образуя соединение, которое разрушает ториевый монослай во время зажигания дуги. Весьма значительным преимуществом бариевых монослойных катодов является их способность взаимодействовать и связывать водород, не повреждаясь при этом. г) Нагрев и перезвжигение Как уже упоминалось, при зажигании разряднаь трубка находится при температуре окружающего воздуха и давление паров ртути низкое Для достижения высокого рабочего давления ртути в несколько атмосфер требуется, чтобы разрядная трубка нагрелась минимум до 500'С. Размеры разрядной трубки должны быть выбраны в зависимости от подводимой мощности так, чтобы такой нагрев был возможен.
Проблема заключается в том, что лампы работают с балластами, которые имеют приблизительно постоянный ток независимо от сопротивления ламп, и при низком давлении ртути падение напряжения на дуге мало. Типичная 400-ваттная ~ве 179 лампа, у которой в нормальном рабочем режиме падение напряжения на дуге 130 В и ток 3,25 А, сразу после зажигания будет иметь ток 4 А и 25 В, поэтому начальная подводимая мощность мала и температура стенки разрядной трубки, которая зависит от этой мощности.
будет также относительно мала. Следовательно, скорость роста температуры стенки, а соответственно и давления паров ртути в первую или вторую минуту после зажигания достаточно мала. Раз ртуть начинает испаряться и общее давление начинает расти, падение на дуге возрастает быстрее, так что подводимая мошность также возрастает. Обшее время, необходимое для того, чтобы нагреть лампу до 90е/с еерабочей световой отдачи, обычно лежит между 5 и !О мин в зависимости от окружающей температуры. Лля ртутных ламп это не является серьезной проблемой.
По-видимому, более серьезной проблемой является тот факт, что если лампа достигла своего рабочего давления и по каким-либо причинам была выключена, она не может быть снова зажжена до тех пор, пока давление паров ртути существенно не снизится. Напряжение холостого хода балласта недостаточно для повторного зажигания лампы, когда давление ртути выше нескольких сотен паскалей, Следовательно, однажды будучи выключенной, лзмпа должна остыть до температуры разрядной трубки приблизительно 125'С, прежде чем она может быть вновь зажжена, что может занять около 10 мин. Следующие 5 мин необходимы для того, чтобы ее вновь нагреть до рабочего давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
