 |
 |
 |
 |
ющего свечение люминофора. Применение различных люминофоров или их смесей дает возможность получать излучение практически любого спектрального состава.
Люминесцентные лампы обладают значительно более высокой световой отдачей, чем чисто ртутный разряд. Срок службы современных Л Л ламп достигает 15-10 ч и более.
Существуют также ЛЛ с разрядом только в инертных газах, без ртути. Люминофор возбуждается в них УФ-излучением разряда в инертных газах. Эти лампы имеют более низкую световую отдачу и поэтому не получили широкого применения для общего освещения. Их применяют в специальных случаях, например для декоративного и рекламного освещения, для облучений растений и т. п. Достоинством этих ламп является независимость -режима от окружающей температуры и отсутствие ртутц.
К числу наиболее важных параметров, определяющих технико-экономическую эффективность лампы, относят ее энергетический КПД, срок службы и стоимость. Как ясно из принципа действия ЛЛ, ее энергетический КПД зависит от эффективности преобразования электрической энергии в УФ-излучение разряда, а излучения разряда - в излучение слоя люминофора. Коэффициент полезного действия и срок службы ламп являются сложными функциями условий разряда, которые определяются родом и давлением наполняющих газов или их смесей, силой тока, формой колбы и ее размерами, а также явлениями у электродов. Исключительно большое влияние на срок службы и КПД оказывают конструкция и технология изготовления электродов, рецептура и технология изготовления люминофора и технология изготовления самой лампы. Коэффициент полезного действия и продолжительность горения лампы весьма сильно зависят также от внешних условий ее эксплуатации, таких, как электрические характеристики включающего устройства, внешняя температура, форма кривой тока и т. п.
Ввиду многообразия и сложности влияния всех этих факторов на характеристики лампы отдельные зависимости приходится рассматривать изолированно от их взаимной связи. Но при этом всегда надо помнить, что в реальных условиях работы ламп изменение одного параметра влечет за собой изменение почти всех остальных.
Первые образцы отечественных ЛЛ были созданы в 1936- 1940 гг. группой ученых и инженеров г. Москвы, работавших под общим руководством академика С. И. Вавилова [1.1, 10.1].
Наиболее широкое применение получили ртутные ЛЛ, дающие свет, близкий к белому или дневному. В настоящее время они являются источниками света массового применения.
10.2. ИЗЛУЧЕНИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РТУТНОГО РАЗРЯДА В ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМПАХ
В этом параграфе основное внимание уделено столбу разряда, поскольку в нем происходит наиболее эффективное преобразование электрической энергии разряда в излучение. При малых токах и давлениях ртутного пара (0,8-0,9 Па, или 0,006- 0,008 мм рт. ст) в излучение резонансной линии 253,7 нм превращается до 70% подводимой к столбу мощности, в то время как на долю УФ-линий в области от 260 до 380 нм приходится всего около 1-2%, а на долю видимых линий - около 3-4%. Поэтому основное внимание уделялось изучению резонансного излучения.
Для разработки эффективных ЛЛ необходимо прежде всего знать зависимость КПД выхода резонансного излучения от условий разряда, к которым относят (см. гл. 3 и 6) давление паров ртути, силу тока, его частоту и форму, диаметр разрядной трубки, ее температуру, состав и давление наполняющих инертных газов.
Коэффициент полезного действия резонансного излучения с единицы длины столба равен:
Ц (Vea) -Ф1СТ (?рез)/Р1ст=!Ф1ст (Трез) /knEI.
У ртути, как известно (см. гл. 2), две резонансные линии с длинами волн 253,7 и 184,9 нм (строго говоря, линия 253,7 нм является интеркомбинационной).
Имеется много работ, в которых экспериментально исследовались излучение, электрические, тепловые и другие характеристики столба ртутного разряда НД в зависимости от условий разряда. Однако в большинстве из них нет полного набора данных, необходимых для определения Т1рез в широком диапазоне изменения условий разряда. Наиболее полные и систематические экспериментальные данные при изменении условий разряда в широких пределах были получены И. М. Весельниц-ким [10.3]. Он раздельно измерил относительное излучение линий 253,7 и 184,9 нм в трубках с внешним диаметром 19, 25, 38, 54 мм при токах от 0,1 до 5 А для наполняющих газов - неона, аргона, криптона и ксенона при четырех давлениях: 9, 67, 267 и 530 Па (0,07; 0,5; 2 и 4 мм рт. ст.) и давлениях паров ртути, соответствующих максимальным значениям излучения линии 253,7 нм для каждого рода газа и диаметра трубки. Для этих же условий были измерены градиенты потенциала и катодные падения. Полные данные приведены в приложении.
Измерения проводились на специально разработанных им экспериментальных лампах в виде трубок из кварцевого стекла, для каждой из которых
Обстоятельный обзор и библиографию см. [3. 3].
измерялся коэффициент пропускания излучения линий 253,7 и 184,9 нм. Каждая лампа указанных выше диаметров имела по четыре одинаковых боковых отростка, расположенных по концам лампы и по длине на равных расстояниях. В них располагались электродные узлы с отдельными выводами от трех оксидированных катодов и окружающего их цилиндрического анода. Такая конструкция служила для измерения удельной мощности, катодного падения на каждом катоде и градиента потенциала.
Раздельное измерение излучения линий 253,7 и 184,9 нм производилось прн помощи специальных вакуумных фотоэлементов в кварцевом стекле. Излучение линии 253,7 нм измерялось фотоэлементом с катодом, покрытым слоем магния, и с внешним фильтром УФС-1, а линии 184,9 нм -с теллуровым катодом. Каждый фотоэлемент помещался в специальный тубус, припаянный в центральной части трубки, и непосредственно соприкасался со стеклом трубки-лампы.
Давление паров ртути поддерживалось во время измерений на заданном уровне путем поддержания требуемой температуры в специальном отростке со ртутью. Вся лампа погружалась в водяную баню, температура которой поддерживалась на 10 "С выше, чем в отростке.
Измерения проводились на переменном токе с промышленной частотой 50 Гц. Значения Ри, находились как разность Р„ одной лампы в одинаковых условиях разряда, отличающихся длиной столба. Погрешности, вызываемые различными характеристиками катодов, исключались путем измерения t/„ для каждого катода. Градиент потенциала в целях исключения этих погрешностей определялся по формуле
£ = PictAct/.„
где kcr - коэффициент мощности столба.
При определении Ф1ст(Я,£) принималось, что коэффициент пропорциональности между фототоком и потоком излучения соответствующей линии не зависит от условий разряда. Абсолютирование потоков проводилось по измерениям Б. Бэрнса I960 г. (см. [0 9]).
Точность определения градиента потенциала составляет около +4-5 %. Точность определения потока излучения вряд ли лучше +7-8 7о, особенно для условий разряда, далеких от тех, при которых проводилась абсолюти-згция, главным образом из-за непроверенности предположения о постоянстве коэффициента пропорциональности между фототоком и потоком.
Вообще следует иметь в виду, что условия в экспериментальных лампах заметно отличаются от условий работы реальных ЛЛ. Так, отличаются условия распространения излучения в кварцевой трубке и в ЛЛ при наличии слоя люминофора, различны и условия теплообмена и т. п. С этой точки зрения представляют интерес обширные экспериментальные данные для ЛЛ в уело-. ВИЯХ, соответствующих реальным, полученные А. С. Федоренко [3.3].
данное время имеется возможность, пользуясь приведенной в § 3.5 замкнутой системой уравнений, рассчитывать электрокинетические, электрические, энергетические и другие характеристики столба разряда в ЛЛ и предсказывать их поведение
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 [ 116 ] 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239