CN201570154U - 直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实验教学仪器，旨在提供一种研究直流辉光放电等离子体、冷阴极荧光管工作原理及技术特性的实验装置。该装置主要由直流辉光放电机构及冷阴极荧光管工作机构组成，直流辉光放电机构至少包括有一低压放电管、真空系统和配套工作电路及测量电路；冷阴极荧光管工作机构至少包括有冷阴极荧光管、真空系统、配套工作电路及测量电路；二者的真空系统可为一个共用。本实用新型的实验装置原理清楚，效果直观，通过实验可直接观察到直流辉光放电的八个区域，以及冷阴极荧光管充入不同气体时发光颜色的变换及多种物理量的测量，教学效果好。

Description

直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种研究直流辉光放电等离子体、冷阴极荧光管工作原理及技术特性的实验装置，更具体地说，是一种直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置。

背景技术

等离子体作为物质存在的一种基本形态，近十多年来，等离子体技术得到了突飞猛进的发展，其研究重心也从等离子体及离等子体物理应用扩展到低温等离子体及其它化学方面的应用。由于国内对等离子体技术研究起步较晚，而提供给大专院校进行等离子体技术研究的专用实验设备生产厂家寥寥无几，远远适应不了国内几千所大专院校有关等离子体技术的教学实验。直流辉光放电等离子体技术是众多的等离子体技术中的一种，因其实验原理清楚，使用方便，造价较低而得到广泛的应用。

背光源用冷阴极荧光管于二十世纪九十年代初由日本发明，由于其具有灯管细小、结构简单、灯管表面亮度高、灯管温升小，便于加工成各种形状、寿命长等等优异的特性，迅速在各种类型的背光源、扫描器中得到广泛的使用。我国目前大批量生产的优质冷阴极荧光灯的玻璃灯管全部采用进口的硬质玻璃管(高硼硅酸盐玻璃，膨胀系数为：40×10/℃)。电极使用进口的钨镍焊接电极，荧光粉采用进口的稀士三基色荧光粉。目前，该技术被广泛应用于液晶电视，笔记本电脑，数码相机等产品，而国内大专院校对冷阴极荧光管的工作原理、技术特性及技术应用、使用材料国产化方面的研究和教学实验则完全是空白，显然，这对学生掌握更多的近代物理知识是不利的。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种工作原理清楚、结构合理、操作方便、实验效果直观的直流辉光放电等离子体和冷阴极荧光管一体化实验装置。利用该装置可应用于高等技术职业学校、高等专科学校及大专院校实验室进行直流辉光放电等离子体、冷阴极荧光管的工作原理，应用技术方面的研究及教学实验。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

本实用新型为一体化结构，它主要由直流辉光放电机构及冷阴极荧光管工作机构组成，所述直流辉光放电机构至少包括有一低压放电管，相连着真空系统和配套工作电路及测量电路；所述冷阴极荧光管工作机构至少包括有冷阴极荧光管，相连着真空系统和配套工作电路及测量电路。

所述直流辉光放电机构和冷阴极荧光管工作机构的真空系统可为共用的一个。

所述真空系统至少包括有控制气体流入量的隔膜阀、针孔微调阀、气体流量计；测量低压放电管及冷阴极荧光管工作气压的电阻真空计、水银气压计及对系统抽真空的真空泵。

所述低压放电管内置有放电阳极、放电阴极和3支测试探针；所述放电阴极的轴向移动距离为0～120mm。

所述低压放电管的两端分别安装有金属套筒，金属套筒上分别安装有散热片，金属套筒置有一抽气口与真空系统连接。

所述的配套工作电路至少包括有由高压变压器，自耦变压器、高压整流二极管D1～D4相连组成的高压电路；由高压电容C1及低压放电管内的放电阴极、放电阳极相连组成的辉光放电电路；由开关K₃～K₇及低压放电管上的三支测量探针和电源E相连组成的电压和电流测量及辉光等离子体各种参数的测量电路。

所述冷阴极荧光管为二支管径、长度不同的且一端置有一抽气兼充气口，其内充入Ar氩气、Ne氖气、Xe氙气或空气至少一种气体的冷阴极荧光管。

所述抽气兼充气口与真空泵连接，并分别通过气体流量计与气源接口连接。

所述冷阴极荧光管工作机构配套的工作电路及测量电路至少包括由电源变压器、整流二极管D5～D8、电容C2、C3相连组成整流及滤波电路，模块、可变电阻R4组成直流可变稳压电路，电子变压器M2与电压表、电流表、开关K8、冷阴极荧光管相连组成冷阴极荧光管的起辉电压、电流测量电路。

本实用新型的有益效果是：

1、开设了冷阴极荧光管的工作原理和应用技术方面的研究课题，为大专院校近代物理的实验增添了内容。

2、实验原理清楚，教学效果好，通过该装置可观察到直流辉光放电的八个区域，冷阴极荧光管充入不同气体时发光颜色的变换及多种物理量的测量。

3、一体化的结构，使两种不同的实验内容共用一套真空系统，节约了教学实验设备的投资。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的电路连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用型作详细的描述。

图1所示，直流辉光放电机构的低压放电管4内固定有放电阳极3，可沿轴线移动且移动距离为0～120mm的放电阴极5，低压放电管4内置有测试探针9、10、11；低压放电管4左侧端口装有金属套筒2，右侧端口装有金属套筒6，两金属套筒分别安装有散热片1；低压放电管4依靠金属套筒2底部的螺栓12及安装于金属套筒6上的支架7将其固定在机箱上；金属套筒6上置有抽气口8，抽气口8通过隔膜阀13、隔膜阀14、针孔微调阀15与真空泵19连接，由电阻真空计16测量低压放电管4内介质为空气的工作气压。

图1中，冷阴极荧光管工作机构的冷阴极荧光管23、24为二支管径及长度不同的玻璃管组成，其管壁涂布荧光粉，管内置有二电极并由导线引出，管二端口封闭，其中一端置有抽气兼充气口25并与气源接口连接，不工作时管内不充入其它气体；抽气兼充气口25通过隔膜阀14与真空泵19连接，电阻真空计16和水银气压计22测量冷阴极荧光管23、24的工作气压，气源接口20通过气体流量计17，气源接口21通过气体流量计18分别与冷阴极荧光管23、24连接，并利用气体流量计17、18控制从气源接口20、21充入气体流量的大小。

所述的连接均为不锈钢管或橡皮管连接。

所述的隔膜阀13、14，针孔微调阀15、电阻真空计16、流量计17、18均安装在装置的面板上。

所述的冷阴极荧光管23、24，水银气压计22、气源接口20、21安装在机箱表面，真空泵19安装在机箱内部底层。

图2所示，为本实用型的配套工作电路及测量电路，其中，直流辉光放电的配套工作电路及测量电路由高压变压器26、自耦变压器27、整流二极管D1～D4，电容C1、开关K5、限流电阻R1及低压放电管4、放电阴极3、放电阳极5组成直流辉光放电电路；电压表28测量辉光放电电压，由开关K3、K4进行量程切换，并利用直流微安表29，直流毫安表30组成辉光放电电流测量电路，由开关K6、K7，直流微安表31，直流电压表32、可调电阻R3、电源E及测量探针9、10、11组成低压放电管的伏安特性、等离子体的空间电场、电子温度测量。

图2中，冷阴极荧光管配套工作电路及测量电路是由电源变压器35，整流二极管D5～D8、电容C2、C3组成整流及滤波电路；电子模块M1、可变电阻R4组成直流可变稳压电路；电子变压器M2与交流电压表34，交流电流表33、开关K8、冷阴极荧光管23、24组成冷阴极荧光管的起辉电压，电流测量电路。

本实用新型的工作实验过程具体描述如下：

1、按图1、图2所示，在进行直流辉光放电实验时，打开隔膜阀13、隔膜阀14、微调针孔阀15，关闭气体流量计17、18，开启电阻真空计16及真空泵19的电源，对低压放电管4抽真空，真空度范围为5Pa～15Pa之间，当真空度达到要求后，关闭隔膜阀13、隔膜阀14及针孔微调阀15，真空泵19继续工作，利用调节针孔微调阀15来维持系统真空的动平衡，将开关K1切换至与开关K2连接，开关K2闭合，高压变压器26接通220V电压，闭合开关K5，再闭合开关K4或K5，调节自耦变压器27，使阳极电压达到1.2kV，低压放电管4起辉，此时，可从低压放电管4上观察到阿斯顿暗区，阴极辉区，阴极暗区，负辉区，法拉第暗区、正辉辉区、阳极暗区、阳极辉光八个区域的分布；通过开关K4与K3的切换，测量低压放电管4的放电电流，将开关K6接通低压放电管4的放电阴极3，开关K7切换至测量探针9，开启测量探针电源E，用单极法测量正辉区(即等离子区)的伏安特性、等离子体空间电场及电子温度，再将开关K6切换至测量探针9，开关K7切换至测量探针11，用补偿法重复上述测量。

2、按图1、图2所示，在进行冷阴极荧光管实验时，在气源接口20，气源接口21分别充入Ar氩气、Ne氖气、Xe氙气或空气至少二种气体，关闭隔膜阀13，关闭气体流量计17、气体流量计18，开启隔膜阀14及针孔微调阀15，开启电阻真空针16及真空泵19的电源，真空泵19对冷阴极荧光管23、24抽真空，待真空度达到10Pa时，关闭隔膜阀14，真空泵19继续工作，利用调节针孔微调阀15来维持系统真空的动平衡.打开气体流量计17，从气源按口20充入所选择的气体至冷阴极荧光管23，将开关K1切换至与开关K9接通，闭合开关K9，使整个电路接入220V市电，将开关K8与冷阴极荧光管23电极接通，并对冷阴极荧光管23施加一定的电压，使其起辉，可进行下列内容的实验：(1)根据充入的气体种类，观察冷阴极荧光管的发光颜色；(2)利用交流电流表33，交流电压表34测量不同管径、不同长度时冷阴极荧光管起辉放电电压和电流；(3)不同气压条件下，起辉电压与放电电压差值测量；(4)利用水银气压计22和电阻真空16测量在充入不同气体时及不同气体量时的气压值和测量差值。

将开关K8与冷阴极荧光管24电极接通，并对冷阴极荧光管24施加一定的电压，使其起辉，重复上述实验内容，分析其差异。

根据实验需要，如要更换充入气体，应关闭气体流量计17，重复抽真空步骤，置换原充入冷阴极荧光管23、24内的气体，然后打开气体流量计18，从气源接口21充入另一种气体至冷阴极荧光管23、24，再重复上述实验内容。根据实验需要，如需充入混合气体，可同时打开气体流量计17、18，从气源接口20、21同时充入两种不同的气体。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置，它主要由直流辉光放电机构及冷阴极荧光管工作机构组成，其特征在于，所述直流辉光放电机构至少包括有一低压放电管(4)，所述低压放电管(4)相连着真空系统和配套工作电路及测量电路；所述冷阴极荧光管工作机构至少包括有冷阴极荧光管，所述冷阴极荧光管相连着真空系统和配套工作电路及测量电路。

2.根据权利要求1所述的直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置，其特征在于，所述直流辉光放电机构和冷阴极荧光管工作机构的真空系统可为共用的一个。

3.根据权利要求2所述的直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置，其特征在于，所述真空系统至少包括有控制气体流入量的隔膜阀(13、14)、针孔微调阀(15)、气体流量计(17、18)；测量低压放电管(4)及冷阴极荧光管(23、24)工作气压的电阻真空计(16)、水银气压计(22)及对系统抽真空的真空泵(19)。

4.根据权利要求1所述的直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置，其特征在于，所述低压放电管(4)内置有放电阳极(3)、放电阴极(5)和3支测试探针(9、10、11)；所述放电阴极(5)的轴向移动距离为0～120mm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置，其特征在于，所述低压放电管(4)的两端分别安装有金属套筒(2、6)，金属套筒(2、6)上分别安装有散热片(1)，金属套筒(6)置有一抽气口(8)与真空系统连接。

6.根据权利要求1所述的直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置，其特征在于，所述直流辉光放电机构中的配套工作电路及测量电路至少包括有高压变压器(26)、自耦变压器(27)、整流二极管D1～D4、电容C1，低压放电管(4)相连组成直流辉光放电电路；由电压表(28)、直流微安表(29)、直流毫安表(30)、直流微安表(31)、直流电压表(32)、电源E、测量探针(9、10、11)相连组成直流辉光放电电流、伏安特性、等离子体空间电场、电子温度的测量电路。

7.根据权利要求1所述的直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置，其特征在于，所述冷阴极荧光管为二支管径、长度不同的且一端置有一抽气兼充气口(25)，其内充入Ar氩气、Ne氖气、Xe氙气或空气至少一种气体的冷阴极荧光管(23、24)。

8.根据权利要求7所述的直流辉光放电等离子体及冷阴极荧光管实验装置，其特征在于，所述抽气兼充气口(25)与真空泵(19)连接，并分别通过气体流量计(17、18)与气源接口(20、21)连接。