Запорожец  Издания 

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

принимая температуру в основной зоне нагрева по торцу постоянной, получаем

Pr{%r/bi)ATS, (9.44)

где -Ит - эффективный коэффициент теплопроводности газа при средней температуре между Гразр и Тк.п или Та; Ь\ - толщина теплопередающего слоя газа; АГ= (Гразр-Гэл(О))-разность температур газа в разряде у электрода и торцевой поверхности электрода; S - эффективная площадь основной зоны нагрева торца.

Нагрев торца излучением разряда

P..v=\\эл(Я)«3,(Я, TJdXdS, (9.45)

где бэл - спектральная плотность облученности торца излучением разряда (и раскаленным электродом); Оэл - спектральный коэффициент поглощения излучения торца при рабочей температуре Тэл(0). Выражения для остальных величин приведены ранее [Рк/ -формула (9.31); Рке-(9.33); Рае-(9.23); Ризл- (9.34)].

Нагрев катода и анода. Из приведенных выше соотношений следует, что в тлеющем разряде мощность, идущая на нагрев катода, в 4-12 раз превышает мощность,, идущую на нагрев анода. В дуговом разряде картина меняется на обратную. За счет снижения Uk до величины порядка Ui или ниже и увеличения тока термоэмиссии, сильно охлаждающего катод, мощность нагрева анода становится больше мощности нагрева катода, хотя по абсолютной величине за счет большего тока они могут быть значительно выше, чем в тлеющем разряде.

Баланс энергии электродов в нестационарных режимах представляет весьма большой интерес, поскольку подавляющая часть ламп работает на переменном токе или в других нестационарных режимах, например в импульсном. Особо важное значение при этом имеют тепловой режим катодного и анодного пятен и условия местного нагрева в результате ионной бомбардировки, поскольку эти участки электродов обладают наименьшей теплоемкостью и поэтому наиболее чувствительны к изменению режима. Строгий расчет этих режимов представляет значительные трудности.

При работе на переменном токе частотой 50 Гц вследствие относительно большой теплоемкости электродов в качестве первого приближения можно принять, что температурный режим электродов определяется средней за период мощностью их нагрева и охлаждения, а параметры, относящиеся к разряду,- мгновенными значениями тока или напряжений. Упрощен-



ный пример подобного расчета для ЛЛ приведен в [0.9] и § 10.7. Результаты более детальных расчетов даны, например, в [9.4, 9.6].

9.6. ХОЛОДНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ЛАМП ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА

Электроды ламп тлеющего свечения. Материалом для электродов чаще всего служит никель, реже молибден, алюминий или железо. В больщинстве случаев для снижения напряжения зажигания тлеющего разряда и уменьшения катодного падения потенциала поверхность катода покрывается тонким слоем активирующих веществ, уменьшающих работу выхода. В качестве активирующих веществ широко применяется оксид того же состава, что и для катодов ртутных люминесцентных ламп низкого давления (см. § 9.7).

Режим активирования оказывает очень существенное влияние на напряжение зажигания, катодное падение потенциала, срок службы [9.11].

Форма и размеры электродов определяются назначением лампы, от которого зависят необходимая форма и размеры светящейся поверхности, величина потребляемой мощности, допустимые размеры лампы и другие требования.

У большинства ламп тлеющего свечения размер катода и режим разряда подбираются таким образом, чтобы свечение покрывало всю рабочую поверхность катода. Тогда между размером рабочей поверхности катода Se и условиями разряда существует соотношение (см. § 9.2)

/=/kSk=Wo„(p/po)Sk, (9.46)

где k - коэффициент аномальности:

=/к/[/о„(р/Ро)].

.Использование ансмального тлеющего разряда дает возможность несколько сократить размеры катода, почти не увеличивая Uk, как это видно из рис. 9.1, и варьировать длину катодных частей разряда. Практически значение k берут от 1,1 до 2, так как дальнейшее увеличение приводит к росту катодного распыления.

Размеры катода и анода должны быть рассчитаны таким образом, чтобы их температуры не превосходили допустимых пределов, составляющих 100-200"С. Тепловой расчет проводится, исходя из баланса энергии электродов, рассмотренного в § 9.5.

Холодные электроды трубок тлеющего разряда со столбом. Лампы работают на переменном токе, поэтому оба электрода имеют одинаковую конструкцию. Они представляют собой цилиндры с полусферическим донышком, выдавленные холодным способом из низкоуглеродистой стали армко (ГОСТ 503-81). Электрод приваривается к двум платинитовым вводам стеклянной Ножки (рис. 9.7). Донышко предохраняет место впая в стекло от прямого Воздействия разряда. Для уменьшения катодного распыления на край цилиндра Надевают втулку из стеатита. Электродный узел конструируют так, чтобы электрод работал как полый, при этом допустимы значительно большие плотности тока без заметного катодного распыления. Для предот-



Рис. 9.7. Электроды трубок тлею-б 7 б jl Z 4- щего разряда со столбом:

а - на ток 20 мА; б - на ток 100 мА;

2. - / -- цилиндрический электрод; 2 - I втулка; 3 - доиышко цилиндра; 4 -

стеклянная трубка; 5 - внутренние

СС) звенья вводов; 6 - цоколь; 7 - стек-

7 2 лянная лопатка; 8 - место припайки

к \ \ \

i .-. \

-1--

выводов к доколю

вращения распространения разряда на внешнюю поверхность цилиндра зазор между цилиндрами и стеклом трубки делают меньше длины катодных частей разряда.

Исходя из опытных и расчетных данных средняя плотность тока на внутреннюю поверхность цилиндра, обеспечивающая нормальную работу неактивированных электродов в течение 10-20 тысяч часов, составляет /кдоп= =1-4-3 мА/см. При повышении /к выше указанных пределов свечение распространяется чна наружную поверхность цилиндра, возрастает катодное падение потенциала и резко увеличивается катодное распыление. Размеры электрода при заданном токе разряда находим из соотношения

/ = к.допяйэл4л. (9.47)

Обычно /эл~(3-4)йэл. Силы тока стандартных трубок тлеющего разряда со столбом лежат в пределах от 10 до 20 мА.

Температура электродов не должна превышать 150-200 "С, так как при более высокой температуре возможен перегрев стекла трубки и, кроме того, плотность газа у электрода уменьшается настолько, что это влечет за собой существенное уменьшение допустимой плотности тока, при которой электрод может работать без распыления.

В трубках на токи 80-200 мА применяют активированные катоды, в основном в целях уменьшения размеров электродов за счет уменьшения Uk ао 70-80 В и соответственно катодных потерь.

9.7. ЭЛЕКТРОДЫ ДУГОВЫХ ЛАМП НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

В дуговых лампах НД, работающих на переменном токе, широко применяют активированные электроды, рассчитанные на импульсное зажигание разряда с предварительно накаленными электродами (см. гл. 12). В отдельных специальных типах ламп, предназначенных для «холодных» зажиганий, используют электроды, рассчитанные на работу в этих режимах. Рассмотрим конструкцию и работу электродов первого типа на примере ртутных ЛЛ НД.

Конструкция электродов ЛЛ. Электроды представляют собой триспирали (реже биспирали) из вольфрамовой проволо-



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