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Beschreibung
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Gasentladungsröhre der Hitzekathodenart Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf einen Gasentladungsröhre der Hitzekathodenart und insbesondere
auf eine Deuteriumentladungsröhre der Hitzekathodenart, die vorzugsweise als Lichtquelle
für ultraviolette Strahlemission für ein Spektrophotometer gebraucht wird und von
der gefordert wird, daß sie einfach zu starten ist und ein langes Leben hat.
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In einer Gasentladungsröhre der Hitzekathodenart werden Elektronen
von der Kathode durch Zusammenprall von positiven Ionen emittiert. Das Kathodenmaterial
selbst wird jedoch ebenfalls im atomisierten Zustand emittiert, und dieses Material
haftet an der Kolbenwand durch Emission oder Diffusion. Die Menge des Kathodenmaterials,
das durch diese Aktion emittiert wird, wird vergrößert im Verhältnis zu der Entladungszeit,
vergrößert oder verringert in Ubereinstimmung mit dem Entladungsstrom und vergrößert
in Übereinstimmung mit dem Kathodenspannungsabfall. Sie wechselt mit der Art des
Kathodenmaterials und des Gases, das in der Einfassung eingeschlossen ist.
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Es ist nicht selten, daß das Leben der Entladungsröhre durch die Kathodenmaterialemission
bestimmt wird. D. h., zusätzlich zu dem Kathodenzusammenbruch durch diese Emission
wird
die Helligkeit durch Schwärzung der Kolbenwand vermindert und
das eingeschlossene Gas wird durch das Kathodenmaterial absorbiert, das von der
Kathode emittiert wird, wenn das Kathodenmaterial an der Kolbenwand haftet. Als
ein Ergebnis wird der Gasdruck allmählich Schritt für Schritt reduziert.
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Das Leben der Entladungsröhre ist aus diesen Gründen begrenzt. Somit
heißt es, daß die wichtigste Sache zum Realisieren einer Gasentladungsröhre mit
langer Lebensdauer ist, die Emission von Kathodenmaterial der Gasentladungsröhre
zu verhindern oder zu vermindern.
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Um das oben genannte Problem zu lösen, wird eine Abschirmung zwischen
der Anode und der Kathode vorgesehen und elektrisch mit der Kathode verbunden. Durch
diese Anordnung wird ein Teil des Entladungsstromes, der von der Anode zur Kathode
fließt, durch die Abschirmung umgeleitet. Folglich wird die Emission von Kathodenmaterial
vermindert und es ist möglich, eine Gasentladungsröhre mit langer Lebensdauer zu
erhalten.
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Die Gasentladungsröhre ist jedoch schwierig zu starten. Der Grund
ist der folgende. Wenn die Gasentladungsröhre gestartet wird, wird eine hohe Impulsspannung
für einen Moment angelegt, um wirksam positive Ionen von der Anode zu emittieren,
aber, weil die Abschirmung mit der Kathode verbunden ist und ein Teil der positiven
Ionen, die von der Anode emittiert werden, durch die Abschirmung fließen, kann es
unmöglich sein, genug positive Ionen zu produzieren, um die Bocenentladung zu der
Kathode zu induzieren. Insbesondere wenn die Kathode geschwächt ist, wird es unmöglich,
die Röhre zu starten.
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Die Kathode hat einen erzug bzw. knrnantelung aus einen Material zur
Verbesserung der thermischen Elektronenemission. Die Menge des Überzugs die von
der Kathode emittiert wird, wächst in Ubereinstimmung mit der Gebrauchsdauer der
Gasentladungsröhre. Der Widerstand der Heizwicklung der geschwächten Kathode wird
hoch, so daß die Anzahl von positiven Ionen, die die Kathode umgehen, wächst, und
als ein Ergebnis wird
es schwierig, die Gasentladungsröhre zu starten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasentladungsröhre der Hitzekathodenart
vorzusehen, die leicht zu starten ist und die eine langes Lebensdauer hat.
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Die Gasentladungsröhre der Hitzekathodenart gemäß der vorliegenden
Erfindung weist auf eine Anode, eine Kathode, die gegenüber der Anode angeordnet
ist und die ein Material zur Verbesserung der thermischen Elektronenemission aufweist,
eine Abschirmung, die zwischen der Anode und der Kathode vorgesehen ist, eine Umhüllung
zum Einschließen der Anode, der Kathode und der Abschirmung, die mit einem Gas gefüllt
ist, und Einrichtungen zum Halten der Abschirmung in einem geöffneten Zustand in
Beziehung zu der Kathode, wenn die Gasentladungsröhre gestartet wird und zum Halten
eines Kreises zwischen der Abschirmung und der Kathode im leitfähigen Zustand, nachdem
die Gasentladungsröhre gestartet worden ist. Die Menge des überzuges, der auf der
Kathode der Gasentladungsröhre vorgesehen ist, ist wichtig für die Leichtigkeit
des Startens und die Lebensdauer der Gasentladungsröhre.
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Die Emissionsmenge des Überzugs wird beeinflußt durch die Anzahl von
positiven Ionen, die in die Kathode von der Anode laufen während des Startens der
Gasentladungsröhre. D.
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h., je mehr positive Ionen in die Kathode laufen, desto mehr wird
der Überzug der Kathode emittiert. Auf der anderen Seite arbeiten im Moment des
Startens der Röhre, obwohl eine große Anzahl von positiven Ionen an die Anode produziert
werden, thermische Elektronen, die durch das Selbstheizen der Kathode emittiert
werden, als Puffer und der überzug der Kathode kommt nicht in einen Emissionszustand.
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Als ein Ergebnis von Experimenten, die auf dem oben erwähnten theoretischen
Hintergrund basieren, wird die Abschirmung in einem offenen Zustand von der Kathode
lediglich während der Startperiode gehalten, so daß es leicht wird, die Gasentladung
zu starten, weil eine große Anzahl
von positiven Ionen während der
Startperiode zu der Kathode fließen wird. Nach dem Starten, d. h. im Normalbetrieb
der Lampe, wird die Abschirmung mit der Kathode verbunden. Folglich wird ein Teil
der positiven Ionen durch die Abschirmung vorbeigeleitet, die positiven Ionen, die
die Kathode erreichen, werden vermindert und die Emission des Überzugs auf der Kathode
wird vermindert. Folglich ist es möglich, eine Gasentladungsröhre zu verwirklichen,
die einfach zu starten ist und eine lange Lebensdauer hat.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen: Fig. 1 ein schematisches Schaltungsbild
eines Treiberkreises einer Gasentladungsröhre der Hitzekathodenart, das eine Ausführung
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, Fig. 2 eine schematische Darstellung, die
eine Ausführung einer Gasentladungsröhre der Hitzekathodenart zeigt, Fig. 3 eine
schematische Darstellung, die eine andere Ausführung einer Gasentladungsröhre der
Hitzekathodenart zeigt, und Fig. 4 ein schematisches Schaltbild eines Treiberkreises
einer Gasentladungsröhre der Hitzekathodenart, das eine Ausführung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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In Fig. 1 werden eine Ausführung einer Gasentladungsröhre der Hitzekathodenart
und ihr Treiberkreis gezeigt. In dieser Figur weist die Gasentladungsröhre 10 eine
Anode 12, einen Kathodenheizfaden 14, der gegenüber der Anode 12 angeordnet ist,
eine Abschirmung 16, die zwischen der Anode und dem Kathodenheizfaden 14 angeordnet
ist, und eine Umhüllung 18
zum Einschließen der Anode 12, des Kathodenheizfadens
14 und der Abschirmung 16, die mit einem Gas, so wie Deuterium gefüllt ist, auf.
Eine Induktivität 20 ist mit der Abschirmung 16 und einem Ende des Kathodenheizfadens
14 verbunden. Der Kathodenheizfaden 14 ist über eine Leistungsquelle Vf verbunden
und kann durch den Strom, der hierdurch fließt, geheizt werden. Folglich kann die
Kathode 14 thermische Elektronen zu jeder Zeit emittieren. Der Kathodenheizfaden
14 ist mit einem Überzugsmaterial zur Verbesserung seiner thermischen Elektronenemissionseigenschaft
ummantelt Das Überzugsmaterial kann aus einem Oxid oder einem anhaftendem Material
aus einer Atomart (unit atom adhered material) gemacht sein.
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Bevor die Gasentladungsröhre 10 gestartet wird, wird ein Schalter
S1 geschlossen zu einer Seite eines Kontaktgebers a, so daß ein Kondensator C, der
eine große Kapazität aufweist, durch eine Triggerleistungsquelle V5 geladen wird.
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Nachdem der Kathodenheizfaden 14 mehr als 10 Sekunden geheizt worden
ist, wird der Schaltet S1 auf die Seite eines Kontaktgebers b geschaltet und die
hohe Spannung, die in dem Kondensator C gespeichert ist, wird zwischen der Anode
12 und den Kathodenheizfaden 14 angelegt. Folglich fließt ein Impulsstrom zwischen
der Anode 12 und dem Kathodenheizfaden 14 und die Entladung wird gestartet. Zu diesem
Zeitpunkt fließt, weil die Induktivität 20 einen Impuls strom nicht zu fließen erlaubt,
der gesamte Impulsstrom durch den Kathodenheizfaden 14. Folglich wird eine Gasentladungsröhre
angegeben, die einfach zu entzünden ist.
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Um einen stabilen Leuchtzustand aufrechtzuerhalten, wird ein konstanter
Strom veranlaßt, von einer Konstantstromquelle 22 zu der Gasentladungsröhre 10 zu
fließen. Der konstante Strom wird aufgeteilt in eine Stromkomponente, die direkt
an den Kathodenheizfaden 14 angelegt wird, und eine Stromkomponente, die veranlaßt
wird, zu dem einen Enden des Kathodenheizfadens 14 durch die Abschirmung 18 und
die Induktivität 20 zu fließen, weil die Induktivität 20
einen konstanten
Strom fließen läßt. Es ist möglich, die Emissionsquantität des Oxidsüberzugs zu
vermindern, weil die Stromkomponente, die direkt zu dem Kathodenheizfaden 14 fließt,
vermindert wird. Die Gasentladungsröhre, die eine lange Lebensdauer hat, ist realisiert.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, ist es möglich, einen Anschluß 24 an der Außenseite
der Umhüllung 18 vorzusehen und die Induktivität 20 zwischen dem Anschluß 24 und
einem Endanschluß 26 des Kathodenheizfadens 14 vorzusehen. Das andere Ende der Kathode
ist mit einem Anschluß 28 verbunden und die Anode 12 ist mit einem Anschluß 30 verbunden.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, ist es ebenfalls möglich, die Induktivität
20 innerhalb der Umhüllung 18 vorzusehen. Das eine Ende der Induktivität 20 ist
mit einem Ende des Kathodenheizfadens 14 verbunden und das andere Ende ist mit der
Abschirmung 16 innerhalb der Umhüllung 18 verbunden.
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In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform gezeigt. Wenn der Schalter
1 geschlossen ist, wird die Spannung auf die Anode 12 durch einen großen Widerstand
P, von der Leistungsquelle VD aufgebracht. Zur selben Zeit wird die Spannung (10V)
der Leistungsquelle Vf auf den Kathodenheizfaden 14 aufgebracht und thermische Elektrenenemission
tritt auf. Wenn die thermische Elektronenemission einen Wert erreicht hat, der ausreichend
ist, um eine Bogenentladung zu induzieren, werden die Anode und die Kathode leitfähig,
die hohe Spannung, die auf die Anode 12 aufgebracht wird, wird vermindert und anstelle
der hohen Spannung wird ein konstanter Strom (300mA) von der Konstantstromquelle
22 durch eine Diode D1 zum Aufrechterhalten der Entladung zugeführt. Eine stabile
Entladung wird danach aufrechterhalten.
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In diesem Erleuchtungsverfahren ist es unmöglich, eine Induktivität
20 zu gebrauchen, sowie sie in der Ausführung der Fig. 1 gebraucht worden ist, weil
die Gasentladungsröhre durch Gleichstrom gestartet wird. Die Ausführung der
Fig.
4 wird durch Gebrauch eines Thyristors 32 verwirklicht.
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Der Thyristor 32 ist zwischen der Abschirmung 16 und einem Ende des
Kathodenheizfadens 14 vorgesehen, so daß seine Anode A mit der Abschirmung und seine
Kathode K mit dem Kathodenheizfaden 14 verbunden ist. Die Gitterelektrode G des
Thyristors 32 ist mit dem anderen Ende des Kathodenheizfadens 14 über einen Widerstand
R1 verbunden. Ein Widerstand R2 und ein Kondensator Cl sind zwischen der Gitterelektrode
G und der Kathode K verbunden.
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Die Gitterelektrode G des Thyristors 32 wird in einem geschlossenen
Zustand gehalten, d. h. der Thyristor 32 ist in einem nicht leitenden Zustand, bis
die Entladung zwischen der Anode 12 und dem Kathodenheizfaden 14 durch Aufbringen
einer hohen Spannung auf die Anode 12 gestartet wird; und, nachdem die Entladung
gestartet worden ist, veranlaßt die Gitterelektrode G des Thyristors 32 ihn, zu
seinem "An"-Zustand zu wechseln. D. h., der Thyristor 32 wird zu seinem leitenden
Zustand nur nachdem Starten der Gasentladungsröhre 10 verändert; als ein Ergebnis
fließt Strom von der Abschirmung 16 zu einem Ende des Kathodenelements 14 durch
den Thyristor 32 während normalem Betrieb. Folglich erreichen, wenn die Gasentladungsröhre
gestartet worden ist, die positiven Ionen, die von der Anode 12 emittiert werden,
den Kathodenheizfaden 14, ohne durch die Abschirmung gefangen zu werden, und, nach
dem derThyristor 32 in seinem leitfähigen Zustand geschaltet worden ist, wird ein
Teil der positiven Ionen von der Abschirmung gefangen. Folglich wird die Anzahl
der positiven Ionen, die die Kathode 14 erreichen, durch die Abschirmung lediglich
während normalem Betrieb vermindert. In diesem Gleichstromerleuchtungsverfahren
ist es ebenfalls möglich, eine Gasentladungsröhre zu realisieren, die leicht zu
starten ist und eine lange Lebensdauer hat. Die Zeit, zu der das Anschaltsignal
zu der Gitterelektrode G des Thyristors 32 gegeben wird, wird eingestellt durch
Auswahl der Werte der Widerstände R1, R2 und des Kondensators Cl.
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Wie oben beschrieben worden ist, ist es möglich, eine Gasentladungsröhre
der Hitzekathodenart zu erhalten, die leicht zu starten ist und die eine lange Lebensdauer
hat.
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