DE19602924C2 - Elektrodenlose Entladungslampe zur Resonanzstrahlungsmessung - Google Patents
Elektrodenlose Entladungslampe zur ResonanzstrahlungsmessungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrodenlose Entladungslampe zur Erzeugung
einer Stickoxid-Resonanzstrahlung
gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Für Resonanzstrahlungsmessungen von Stickoxid im ultravioletten Spektralbereich setzt man
elektrodenlose Entladungslampen ein, die mit Stickstoff und Sauerstoff bei einem be
stimmten Partialdruck gefüllt sind. Die entsprechende Stickoxydstrahlung wird durch
eine Plasmaentladung erzeugt. Die Anregung der Plasmaentladung erfolgt hierbei
durch eine Hochfrequenzspule. Eine Plasmaentladung wird ursächlich durch Stoßioni
sation, angeregt durch Hochfrequenzenergie, erzeugt. Durch Stoßionisation werden
die Moleküle des Gases zum einen dissoziiert und zum anderen entweder ganz oder
teilweise von ihren Elektronenhüllen befreit, also ionisiert. Eine solche Plasmaentla
dung läßt sich - wie gesagt - alleine durch die Existenz eines Hochfrequenzfeldes er
zeugen. Es kann dabei auf Elektroden verzichtet werden.
Gegenüber Hohlkathodenlampen mit gleicher Befüllung bieten solche Plasmaentla
dungslampen den Vorteil, daß aufgrund der Tatsache, daß sie keine Elektroden besit
zen, auch keine Gasaufzehrung an den Elektroden stattfinden kann. Generell haben
bekannte elektrodenlose Lampen deshalb bezogen auf das gleiche Gasvolumen von
Hohlkathodenlampen eine deutlich höhere Lebensdauer. Eine solche Abhängigkeit läßt
sich auch dahingehend ausnutzen, daß elektrodenlose Entladungslampen bei gleicher
Lebensdauer ein wesentlich kleineres Gasvolumen aufweisen können und sich somit
entsprechend kleinbauend darstellen lassen. Es stellt sich jedoch bei kleinbauenden
Entladungslampen dieser Art der Effekt ein, daß trotz Abwesenheit von Elektroden
eine Gasaufzehrung stattfindet, die die Lebensdauer begrenzt. Aufgezehrt wird dabei
in erster Linie der Sauerstoffanteil der Füllung. Ist dieser Sauerstoffanteil verbraucht,
kann keine Stickoxidstrahlung mehr erzeugt werden. Für die Sauerstoffaufzehrung ist
die Wechselwirkung zwischen Plasma und der Wand des Entladungsgefäßes verant
wortlich. Bei dieser Erkenntnis kommt natürlich auch der geometrische Effekt zum
Tragen, daß je kleinbauender die beispielsweise aus Glas bestehende Lampe wird,
das Verhältnis von innerer Oberfläche zu Gasvolumen immer größer wird. D. h. je klei
ner das eigentliche Lampengefäß wird, um so mehr Wandwechselwirkungen finden mit
dem verbleibenden bzw. eingeschlossenen Gasvolumen statt. Zur Verlängerung der
Lebensdauer ist aus der DE 41 38 425 C1 bekannt, eine wasserdampfspeichernde
Substanz in das Gasvolumen der Lampe einzubringen, sowie dem Füllgas Wasser
dampf beizugeben. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß sie nicht nur dann
Sauerstoff nachliefert, wenn die Entladung stattfindet, sondern z. B. auch im abge
schalteten Zustand bei ansteigender Temperatur. Die Sauerstoffregelung ist somit
recht grob und relativ großen Schwankungen unterworfen. Ferner findet durch den
permanent in der Gasfüllung vorkommenden Wasserdampf ein gewisser
Quench-Effekt statt, der die Strahlungsintensität teilweise stark vermindert.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Sauerstoffgleichgewicht innerhalb
der elektrodenlosen Lampe zur Erhöhung der Lebensdauer zu verbessern.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Glas insgesamt,
im speziellen zumindest die Innenfläche des Lampengefäßes hinsichtlich der Glaszu
sammensetzung einen derart höheren Anteil an Hydroxydionen (OH⁻) aufweist, daß
sich während des Betriebes aufgrund der Plasmawandwechselwirkung ein Gleichge
wicht von adsorbiertem bzw. chemisorbiertem Sauerstoff und der Einbringung von
Hydroxydionen von der Glaswandung in das Gasvolumen ergibt. Die Einbringung von
Hydroxydionen von der Glaswandung in das Gasvolumen kann ursächlich durch ver
schiedene Mechanismen ausgelöst sein. Zum einen kann dies eine reine Desorption
von Hydroxydionen sein, zum anderen kann durch die beschriebene Plasmawand
wechselwirkung eine Herauslösung von Hydroxydionen durch Sputtering entstehen.
Die Grundidee besteht darin, eine definierte Sauerstoffmenge während der Entladung
nachzuliefern, so daß nur dann Sauerstoff nachgeliefert wird, wenn auch Sauerstoff
aufgezehrt wird. Dies wird durch die Erfindung durch die Anreicherung des Glases mit
einem entsprechend höheren Hydroxydionenanteil bzw. durch Auswahl einer bestimm
ten Glassorte mit höherem Hydroxidionenanteil erreicht. Die von der Glasoberfläche
innen desorbierenden bzw. ausgelösten Hydroxydionen desorbieren aufgrund der
Plasmawandwechselwirkung. Gleichzeitig werden aufgrund der Plasmawandwechsel-
Wirkung auch Sauerstoffatome wiederum in die Glasoberfläche adsorbierend bzw.
chemisorbierend eingebracht. Es entsteht somit ein Austauschgleichgewicht von Sau
erstoff. Die desorbierenden Hydroxydionen werden während des Betriebes, also währ
enddem die Plasmastrecke steht, innerhalb derselben dissoziiert, so daß der Sauer
stoff in atomarer Form vorliegt und gemeinsam mit dem Stickstoff die entsprechende
Stickoxidstrahlung erzeugt. Ein wesentlicher Vorteil ist dabei, daß aufgezehrter Sau
erstoff nur dann nachgeliefert wird, wenn auch die Plasmastrecke brennt. Es
treten keine Desorptionen außerhalb der eigentlichen Betriebszeit bzw. Betriebsphase
auf. Durch die entsprechend gewählte mengenmäßige Anreicherung von Hydroxydio
nen im Glas wird zum anderen auch erreicht, daß die Menge der desorbierenden
Hydroxydionen in etwa der Menge des ad- bzw. chemisorbierten Sauerstoffes, also
des aufgezehrten Sauerstoffes entspricht. Nachgeliefert wird Sauerstoff somit zeitlich
nur dann, solange auch Sauerstoff aufgezehrt wird. Dies führt zu einer erheblichen
Verlängerung der Lebensdauer solcher Entladungslampen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt und im nachfolgen
den näher beschrieben:
Aus der Zeichnung ist ein Entladungsgefäß E ersicht lich, welches von einer Hochfrequenzspule S umgeben ist. Diese Spule S ist mit einer Hochfrequenzquelle verbunden, die hier nicht weiter dargestellt ist, und dient zur Er zeugung des Hochfrequenzfeldes zur Anregung der Plasmaentladung. Das Entla dungsgefäß E besteht dabei aus einer speziellen Quarzglassorte Q, die eine bestimm te OH-Konzentration aufweist. Diese ist erfindungsgemäß, wie oben beschrieben, fest zulegen. Während der Plasmaentladung tritt das Plasma P mit der Wandung W des Entladungsgefäßes in Wechselwirkung. Einerseits wird dadurch Sauerstoff in bekann ter Weise aufgezehrt, wie oben beschrieben, andererseits werden in erfindungsgemä ßer Weise OH-Ionen aus dem Glas freigesetzt die nun als frischer Sauerstoffvorrat der Entladung zur Verfügung stehen. Das Hydroxydion kann in der Entladung dissozi ieren, so daß freie Sauerstoffatome der Entladung zugeführt werden. Der Sauerstoff vorrat reicht somit deutlich länger als bei Entladungslampen der bisher bekannten Art.
Aus der Zeichnung ist ein Entladungsgefäß E ersicht lich, welches von einer Hochfrequenzspule S umgeben ist. Diese Spule S ist mit einer Hochfrequenzquelle verbunden, die hier nicht weiter dargestellt ist, und dient zur Er zeugung des Hochfrequenzfeldes zur Anregung der Plasmaentladung. Das Entla dungsgefäß E besteht dabei aus einer speziellen Quarzglassorte Q, die eine bestimm te OH-Konzentration aufweist. Diese ist erfindungsgemäß, wie oben beschrieben, fest zulegen. Während der Plasmaentladung tritt das Plasma P mit der Wandung W des Entladungsgefäßes in Wechselwirkung. Einerseits wird dadurch Sauerstoff in bekann ter Weise aufgezehrt, wie oben beschrieben, andererseits werden in erfindungsgemä ßer Weise OH-Ionen aus dem Glas freigesetzt die nun als frischer Sauerstoffvorrat der Entladung zur Verfügung stehen. Das Hydroxydion kann in der Entladung dissozi ieren, so daß freie Sauerstoffatome der Entladung zugeführt werden. Der Sauerstoff vorrat reicht somit deutlich länger als bei Entladungslampen der bisher bekannten Art.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Glas des Entladungsgefäßes zu
mindest an der dem Brennraum zugewandten Innenfläche als Sauerstoffdonator fun
gierend ausgebildet. Die der Entladungslampe zugeführte Energie hält ein Plasma
bestimmter Energie aufrecht. Diese Plasmaenergie ist auf die Konzentration der
Hydroxydionen entsprechend eingestellt, daß das auf die Innenwandung des Entla
dungsgefäßes einwirkende Plasma während des Betriebes ein Gleichgewicht von auf
gezehrtem und nachgeliefertem Sauerstoffanteil aus der Wandung einstellt. Eine vor
teilhafte Konstellation ergibt sich aus der Verwendung einer Glassorte für das Entla
dungsgefäß, bei der die Hydroxydkonzentration im Bereich von 0,1 Massenprozent
liegt. Daraus ergibt sich eine auf die Spule S aufgegebene elektrische Leistung von ca.
3 Watt. Bei diesen Parametern stellt sich das entsprechende erfindungsgemäße
Gleichgewicht ein.
Claims (3)
1. Elektrodenlose Entladungslampe mit einer aus Stickstoff und Sauerstoff beste
henden Gasfüllung zur Erzeugung einer Stickoxid-Resonanzstrahlung, wobei
das Entladungsgefäß der Entladungslampe aus Glas
besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Entladungsgefäß (E) zumindest im Bereich nahe der dem Brennraum
des Entladungsgefäßes zugewandten Innenfläche aus einer Glassorte mit ei
nem erhöhten Sauerstoffgehalt besteht.
2. Elektrodenlose Entladungslampe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der höhere Sauerstoffanteil im Glas des Entladungsgefäßes (E) durch
Anreicherung des Glases mit Hydroxydionen erhalten ist.
3. Elektrodenlose Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Konzentration der in das Glas des Entladungsgefäßes eingebrachten
sauerstoffdonierenden Substanz auf die eingestellte Plasmaenergie abgestimmt
ist, so daß ein Gleichgewicht von aufgezehrtem Sauerstoff und nachgeliefertem
Sauerstoff entsteht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996102924 DE19602924C2 (de) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | Elektrodenlose Entladungslampe zur Resonanzstrahlungsmessung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996102924 DE19602924C2 (de) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | Elektrodenlose Entladungslampe zur Resonanzstrahlungsmessung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19602924A1 DE19602924A1 (de) | 1997-07-24 |
DE19602924C2 true DE19602924C2 (de) | 1998-07-02 |
Family
ID=7783846
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996102924 Expired - Fee Related DE19602924C2 (de) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | Elektrodenlose Entladungslampe zur Resonanzstrahlungsmessung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19602924C2 (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3346291B2 (ja) * | 1998-07-31 | 2002-11-18 | ウシオ電機株式会社 | 誘電体バリア放電ランプ、および照射装置 |
EP1798753A1 (de) * | 2005-12-13 | 2007-06-20 | ABB PATENT GmbH | Verfahren zum Betrieb einer elektrodenlosen Entladungslampe, sowie Entladungslampe selbst |
WO2009123258A1 (ja) * | 2008-04-02 | 2009-10-08 | 富山県 | 紫外線発生装置及びそれを用いた照明装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4138425C1 (de) * | 1991-11-22 | 1993-02-25 | Hartmann & Braun Ag, 6000 Frankfurt, De |
-
1996
- 1996-01-22 DE DE1996102924 patent/DE19602924C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4138425C1 (de) * | 1991-11-22 | 1993-02-25 | Hartmann & Braun Ag, 6000 Frankfurt, De |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19602924A1 (de) | 1997-07-24 |
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8125 | Change of the main classification |
Ipc: H01J 65/04 |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HARTMANN & BRAUN GMBH & CO. KG, 60487 FRANKFURT, D |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ABB PATENT GMBH, 68526 LADENBURG, DE |
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