RU2303312C1 - Low-pressure discharge lamp electrode - Google Patents

Low-pressure discharge lamp electrode Download PDF

Info

Publication number
RU2303312C1
RU2303312C1 RU2006112159/09A RU2006112159A RU2303312C1 RU 2303312 C1 RU2303312 C1 RU 2303312C1 RU 2006112159/09 A RU2006112159/09 A RU 2006112159/09A RU 2006112159 A RU2006112159 A RU 2006112159A RU 2303312 C1 RU2303312 C1 RU 2303312C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
lamp
diameter
turns
discharge
Prior art date
Application number
RU2006112159/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Иванович Королев (RU)
Валерий Иванович Королев
Андрей Владимирович Разинов (RU)
Андрей Владимирович Разинов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева"
Priority to RU2006112159/09A priority Critical patent/RU2303312C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2303312C1 publication Critical patent/RU2303312C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; manufacture of low-pressure discharge and fluorescent lamps.
SUBSTANCE: proposed electrode has single-spiral wire covered with emissive coating with effective part formed by inner surface of turns coiled into conical spiral whose inner space functions as electrode effective part. Ratio of effective part turn diameter to distance between them is 1.0 - 1.3. Electrode is attached through its diameter d1 to lamp terminal leads and at its diameter d2 faces lamp positive column plasma; diameters d1 and d2 are interrelated by set of equations given in invention specification. Right integrated cone axis is parallel to lamp discharge axis.
EFFECT: enhanced stability of light flux due to reducing in-service near-electrode darkening of lamp bulb.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству разрядных ламп низкого давления, и может быть использовано в производстве люминесцентных ламп.The invention relates to the electrical industry, in particular to the production of low-pressure discharge lamps, and can be used in the manufacture of fluorescent lamps.

Известны электроды для разрядных ламп низкого давления моноспирали, биспирали или триспирали из проволок тугоплавких металлов (патент США 2353635, кл 3313-312, опубл. 1944 г. Полости этих спиралей заполнены эмиссионным веществом. Концы (тире) этих спиралей присоединены к электрическим вводам лампы. Проволока является токопроводящей арматурой для удержания и прочного закрепления эмиссионного вещества, а также для прогрева проходящим током эмиссионного покрытия при термовакуумной обработке и зажигании разряда в лампе. Геометрические параметры последней спирализации - коэффициент шага и сердечника выбираются из условий обеспечения необходимого запаса эмиссионного вещества и составляет обычно более 1,5 и 2,5.Known electrodes for low-pressure discharge lamps are mono-helix, double-helix or tri-helix made of refractory metal wires (US Pat. No. 2,353,635, CL 3313-312, publ. 1944. The cavities of these spirals are filled with emission substance. The ends (dashes) of these spirals are connected to the lamp electrical inputs. The wire is a conductive armature for holding and firmly securing the emission substance, as well as for heating the emission coating with a passing current during thermal vacuum treatment and ignition of the discharge in the lamp. the last spiralization - the step and core coefficients are selected from the conditions for ensuring the necessary supply of emission material and is usually more than 1.5 and 2.5.

Недостатком таких электродов является их распыление в режиме тлеющего разряда, имеющего место при зажигании холодных или недостаточно прогретых электродов, что приводит к снижению их продолжительности горения. Во время работы этих электродов их нагрев происходит только за счет энергии газового разряда и проходящего тока.The disadvantage of such electrodes is their spraying in the glow discharge mode, which occurs when igniting cold or insufficiently heated electrodes, which leads to a decrease in their burning time. During the operation of these electrodes, their heating occurs only due to the energy of the gas discharge and the passing current.

Поэтому в катодный полупериод разряда на электроде образуется катодное пятно. Относительно высокая температура катодного пятна приводит к сильному испарению эмиссионного вещества и, следовательно, к уменьшению срока службы, а также снижению стабильности светового потока ламп вследствие сильного потемнения колбы особенно вблизи электродов. Для устранения этих нежелательных явлений часто усложняют конструкцию ламп: вводят защитные экраны, повышают массу эмиссионного вещества.Therefore, in the cathode half-cycle of the discharge, a cathode spot is formed on the electrode. The relatively high temperature of the cathode spot leads to a strong evaporation of the emission substance and, consequently, to a decrease in the service life, as well as a decrease in the stability of the light flux of the lamps due to the strong darkening of the bulb especially near the electrodes. To eliminate these undesirable phenomena, the design of lamps is often complicated: protective screens are introduced, and the mass of the emission substance is increased.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электрод для газоразрядной лампы, который работает в режиме полого катода. Он состоит из по крайней мере однократно спирализованной проволоки, витки которой с нанесенным на них эмиссионным слоем образуют рабочую часть с образованной внутренней поверхностью витков полостью, ось которой перпендикулярна оси разряда. Отношение диаметра витков рабочей части к расстоянию между ними составляет 1,0-1,3 (SU 951478. М.кл3 Н01J 61/067, опубл. 15.08.1982).Closest to the proposed invention is an electrode for a discharge lamp, which operates in a hollow cathode mode. It consists of at least a once spiralized wire, the turns of which, with the emission layer deposited on them, form the working part with a cavity formed on the inner surface of the turns, the axis of which is perpendicular to the discharge axis. The ratio of the diameter of the turns of the working part to the distance between them is 1.0-1.3 (SU 951478. M.cl 3 H01J 61/067, publ. 08/15/1982).

Недостатком данного технического решения является следующее: возникновению режима полого катода часто препятствует неравномерная активировка эмиссионного слоя по длине, связанная с тем, что благодаря приэлектродному разряду лучше активированными оказываются участки эмиссионного слоя на тире, в результате чего при зажигании разряда на тире образуется катодное пятно. Нередко при растягивании электрода перед нанесением эмиссионного слоя на монтажном автомате витки последней спирализации могут быть сильно растянуты, что также препятствует образованию режима полого катода и он работает как обычный электрод.The disadvantage of this technical solution is the following: the non-uniform activation of the emission layer along the length often prevents the emergence of the hollow cathode mode, due to the fact that, due to the near-electrode discharge, sections of the emission layer on the dash are better activated, as a result of which a cathode spot is formed on the dash when the discharge is ignited. Often, when the electrode is stretched before applying the emission layer on the mounting machine, the turns of the last spiral can be very stretched, which also prevents the formation of a hollow cathode mode and it works like a normal electrode.

Технический результат заключается в повышении стабильности светового потока лампы за счет снижения приэлектродных потемнений ее колбы в процессе эксплуатации.The technical result consists in increasing the stability of the luminous flux of the lamp by reducing the near-electrode darkening of its bulb during operation.

Указанная цель достигается тем, что электрод для разрядной лампы низкого давления, состоящий из по меньшей мере однократно спирализованной проволоки, витки которой с нанесенным на них эмиссионным покрытием образуют рабочую часть с образованной внутренней поверхностью витков полостью, а отношение диаметра витков рабочей части к расстоянию между ними составляет 1,0-1,3, выполнен из изогнутой пополам спирали в форме прямого усеченного конуса, ось которого в лампе параллельна оси разряда, а диаметр d1 электрода в месте соединения электрода с электрическими вводами лампы связан с противоположным диаметром d2 электрода системой двух уравнений:This goal is achieved by the fact that the electrode for a low-pressure discharge lamp, consisting of at least a once spiralized wire, the turns of which with an emission coating applied to them form a working part with a cavity formed by the inner surface of the turns, and the ratio of the diameter of the turns of the working part to the distance between them is 1.0-1.3, formed of a curved spiral shaped half direct truncated cone, which is parallel to the tube axis of the discharge axis and the diameter d 1 of the electrode in place of the electrode connection The electrical inputs lamp associated with the opposite diameter d 2 of the electrode system of two equations:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ip - рабочий ток, [А];where i p is the operating current, [A];

р - давление наполняющего лампу газа [мм рт.ст.];p is the pressure of the gas filling the lamp [mm Hg];

d1 - диаметр электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы, [мм];d 1 - the diameter of the electrode at the junction with the electrical inputs of the lamp, [mm];

d2 - диаметр электрода в месте обращения его к плазме положительного столба лампы, [мм];d 2 - the diameter of the electrode at the point of contact with the plasma of the positive column of the lamp, [mm];

k - коэффициент, равный 10 (А)-0.5 (мм рт.ст.)0.5. k is a coefficient equal to 10 (A) -0.5 (mmHg) 0.5.

Конструкция электрода представлена на фиг.1 и 2. Электрод состоит из токопроводящей арматуры 1 - моно или биспирали, покрытой эмиссионным покрытием 2 с рабочей частью, образованной внутренней поверхностью витков 3, свитых в коническую спираль, внутренняя полость которой 4 является рабочей частью электрода. Отношение диаметра витков рабочей части к расстоянию между ними составляет 1,0-1,3. Диаметр d1 электрода присоединен к электрическим вводам лампы, а диаметр d2 электрода обращен к плазме положительного столба лампы. Ось 5 прямого усеченного конуса параллельна оси разряда в лампе. Диаметры d1 и d2 связаны между собой системой двух уравнений:The electrode design is shown in FIGS. 1 and 2. The electrode consists of conductive fittings 1 — mono or double helix, coated with an emission coating 2 with a working part formed by the inner surface of the coils 3, twisted into a conical spiral, the inner cavity of which 4 is the working part of the electrode. The ratio of the diameter of the turns of the working part to the distance between them is 1.0-1.3. The diameter d 1 of the electrode is connected to the electrical inputs of the lamp, and the diameter d 2 of the electrode is facing the plasma of the positive column of the lamp. The axis 5 of the straight truncated cone is parallel to the axis of the discharge in the lamp. The diameters d 1 and d 2 are interconnected by a system of two equations:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ip - рабочий ток, [А];where i p is the operating current, [A];

р - давление наполняющего лампу газа, [мм рт.ст.];p is the pressure of the gas filling the lamp, [mm Hg];

d1 - диаметр электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы, [мм];d 1 - the diameter of the electrode at the junction with the electrical inputs of the lamp, [mm];

d2 - диаметр электрода в месте обращения его к плазме положительного столба лампы, [мм];d 2 - the diameter of the electrode at the point of contact with the plasma of the positive column of the lamp, [mm];

k - коэффициент, равный 10 (А)-0.5 (мм рт.ст.)0.5.k is a coefficient equal to 10 (A) -0.5 (mmHg) 0.5 .

Пример расчета d2 и d1 для конструкции электрода, представленной на фиг.1 (d2>d1).An example of the calculation of d 2 and d 1 for the design of the electrode shown in figure 1 (d 2 > d 1 ).

Для лампы мощностью 40 Вт (ip=0,43 А; р=2,5 мм рт.ст.) решим систему двух уравнений:For a lamp with a power of 40 W (i p = 0.43 A; p = 2.5 mm Hg), we solve the system of two equations:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ip - рабочий ток, [А];where i p is the operating current, [A];

p - давление наполняющего лампу газа, [мм рт.ст.];p is the pressure of the gas filling the lamp, [mm Hg];

d1 - диаметр электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы, [мм];d 1 - the diameter of the electrode at the junction with the electrical inputs of the lamp, [mm];

d2 - диаметр электрода в месте обращения его к плазме положительного столба лампы, [мм];d 2 - the diameter of the electrode at the point of contact with the plasma of the positive column of the lamp, [mm];

k - коэффициент, равный 10 (А)-0.5 (мм рт.ст.)0.5.k is a coefficient equal to 10 (A) -0.5 (mmHg) 0.5 .

Пусть d2=1,5d1, откуда

Figure 00000004
. Тогда
Figure 00000005
. Подставив вместо k, ip и р их численные значения, получим d2=2,48 мм и d1=1,66 мм.Let d 2 = 1,5d 1, whence
Figure 00000004
. Then
Figure 00000005
. Substituting their numerical values instead of k, i p and p, we obtain d 2 = 2.48 mm and d 1 = 1.66 mm.

Пусть d2=1,35·d1, откуда

Figure 00000006
. Аналогично предыдущему вычислим d2=2,38 мм и d1=1,76 мм.Let d 2 = 1.35 · d 1 , whence
Figure 00000006
. Similarly to the previous one, we calculate d 2 = 2.38 mm and d 1 = 1.76 mm.

Пусть d2=1,2·d1, откуда

Figure 00000007
. Аналогично предыдущему вычислим d2=2,26 мм и d1=1,88 мм.Let d 2 = 1,2 · d 1 , whence
Figure 00000007
. Similarly to the previous one, we calculate d 2 = 2.26 mm and d 1 = 1.88 mm.

При d2=d1

Figure 00000008
. Подставив вместо k, ip и р их численные значения, получим
Figure 00000009
, откуда d2=d1=2,07 мм. В этом случае конус превращается в цилиндр и при d1>d2 образуется конструкция, представленная на фиг.2.When d 2 = d 1
Figure 00000008
. Substituting instead of k, i p and p their numerical values, we obtain
Figure 00000009
, whence d 2 = d 1 = 2.07 mm. In this case, the cone turns into a cylinder and, when d 1 > d 2 , the structure shown in FIG. 2 is formed.

Пример расчета d2 и d1 для конструкции электрода, представленной на фиг.2 (d1>d2).An example of the calculation of d 2 and d 1 for the design of the electrode shown in figure 2 (d 1 > d 2 ).

Для лампы мощностью 40 Вт (ip=0,43 А; р=2,5 мм рт.ст.) аналогично предыдущему решим систему двух уравнений:For a lamp with a power of 40 W (i p = 0.43 A; p = 2.5 mm Hg), similarly to the previous one, we solve a system of two equations:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ip - рабочий ток, [А];where i p is the operating current, [A];

р - давление наполняющего лампу газа, [мм рт.ст.];p is the pressure of the gas filling the lamp, [mm Hg];

d1 - диаметр электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы, [мм];d 1 - the diameter of the electrode at the junction with the electrical inputs of the lamp, [mm];

d2 - диаметр электрода в месте обращения его к плазме положительного столба лампы, [мм];d 2 - the diameter of the electrode at the point of contact with the plasma of the positive column of the lamp, [mm];

k - коэффициент, равный 10 (А)-0.5 (мм рт.ст.)0.5.k is a coefficient equal to 10 (A) -0.5 (mmHg) 0.5 .

Пусть d2=0,67d1, откуда

Figure 00000010
. Тогда
Figure 00000011
. Подставив вместо k, ip и р их численные значения, получим d2=1,66 мм и d1=2,48 мм.Let d 2 = 0.67d 1, whence
Figure 00000010
. Then
Figure 00000011
. Substituting instead of k, i p and p their numerical values, we obtain d 2 = 1.66 mm and d 1 = 2.48 mm.

Пусть d2=0,8·d1, откуда

Figure 00000012
. Аналогично предыдущему вычислим d2=1,843 мм и d1=2,3 мм.Let d 2 = 0.8 · d 1 , whence
Figure 00000012
. Similarly to the previous one, we calculate d 2 = 1.843 mm and d 1 = 2.3 mm.

Пусть d2=0,95·d1, откуда

Figure 00000013
. Аналогично предыдущему вычислим d2=2,02 мм и d1=2,12 мм.Let d 2 = 0.95 · d 1 , whence
Figure 00000013
. Similarly to the previous one, we calculate d 2 = 2.02 mm and d 1 = 2.12 mm.

В электроде данной конструкции реализуется эффект полого катода. Внутренняя поверхность полости является рабочей в газоразрядных лампах низкого давления как в пусковом так и в рабочих режимах работы. За счет эффекта полого катода значительно снижается падение напряжения в катодной области (на 20-30 В) по сравнению с электродами традиционной конструкции. Результатом является снижение напряжения зажигания и облегчение перехода из тлеющего разряда в дуговой с последующим формированием внутренней полости, образованной внутренней поверхностью витков спирали, плазменного пространства, называемого активной зоной. Попадающие в нее эмиссионные электроны после ускорения в слое пространственного заряда ионизуют газ. Другая часть энергии эмиссионных электронов в результате кулоновских соударений передается плазменным электронам, которые также принимают участие в ионизации газа. Энергия, приобретаемая эмиссионными электронами в зоне пространственного заряда, практически нацело используется в пределах активной зоны, что в конечном итоге приводит к снижению катодного падения потенциала и увеличению световой отдачи ламп. Одновременно возникновение активной зоны внутри полости приводит к снижению расхода эмиссионного покрытия, увеличению продолжительности горения и стабильности светового потока люминесцентных ламп.In the electrode of this design, the hollow cathode effect is realized. The inner surface of the cavity is working in low-pressure discharge lamps in both starting and operating modes. Due to the hollow cathode effect, the voltage drop in the cathode region is significantly reduced (by 20-30 V) compared to electrodes of a traditional design. The result is a reduction in the ignition voltage and facilitating the transition from a glow discharge to an arc with the subsequent formation of an internal cavity formed by the inner surface of the spiral turns, a plasma space called an active zone. The emission electrons falling into it after acceleration in the space charge layer ionize the gas. Another part of the energy of emission electrons as a result of Coulomb collisions is transferred to plasma electrons, which also take part in gas ionization. The energy acquired by emission electrons in the space charge zone is almost completely used within the active zone, which ultimately leads to a decrease in the cathode potential drop and an increase in the light output of the lamps. At the same time, the appearance of an active zone inside the cavity leads to a decrease in the consumption of emission coating, an increase in the duration of combustion and the stability of the luminous flux of fluorescent lamps.

Данная конструкция исключает формирование катодного пятна на тире, так как эмиссионное покрытие на них не наносится. Не предусмотрена операция растяжения конического электрода при монтаже, поэтому его геометрические параметры будут строго фиксированы. Вследствие этого электрод всегда работает полого катода. Для повышения жесткости электрода используются токоведущие вольфрамовые проволоки допустимого предельно большого диаметра для данной мощности лампы.This design eliminates the formation of a cathode spot on the dash, since the emission coating is not applied to them. The operation of stretching the conical electrode during installation is not provided, therefore its geometrical parameters will be strictly fixed. As a result of this, the electrode always operates in a hollow cathode. To increase the stiffness of the electrode, current-carrying tungsten wires of an allowable extremely large diameter are used for a given lamp power.

Конструкция двух электродов, вычисленных для люминесцентной лампы мощностью 40 Вт, приведена на фиг.1-2. На фиг.1 d2=2,48 мм, d1=1,66 мм. На фиг.2 d2 1,66 мм, d1=2,48 мм.The design of two electrodes calculated for a 40 W fluorescent lamp is shown in FIGS. 1-2. 1, d 2 = 2.48 mm, d 1 = 1.66 mm. 2, d 2 1.66 mm, d 1 = 2.48 mm.

Предварительные оценки показывают, что предлагаемая конструкция электрода, работающего в режиме полого катода, позволяет значительно снизить потемнение колбы лампы в области электродов и, как показывают оценки, на 2,0-3,0% повысить стабильность светового потока ламп.Preliminary estimates show that the proposed design of the electrode operating in the hollow cathode mode can significantly reduce the darkening of the lamp bulb in the region of the electrodes and, as estimates show, increase the light flux stability of the lamps by 2.0-3.0%.

Claims (1)

Электрод для разрядной лампы низкого давления, состоящий из по меньшей мере однократно спирализованной проволоки, витки которой с нанесенным на них эмиссионным покрытием образуют рабочую часть с образованной внутренней поверхностью витков полостью, а отношение диаметра витков рабочей части к расстоянию между ними составляет 1,0-1,3, отличающийся тем, что электрод выполнен из изогнутой пополам спирали в форме прямого усеченного конуса, ось которого в лампе параллельна оси разряда, а диаметр d1 электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы связан с противоположным диаметром d2 электрода системой двух уравнений:An electrode for a low-pressure discharge lamp, consisting of at least a once spiralized wire, the turns of which with an emission coating applied to them form a working part with a cavity formed by the inner surface of the turns, and the ratio of the diameter of the turns of the working part to the distance between them is 1.0-1 , 3, characterized in that the electrode is made of a helix bent in half in the form of a straight truncated cone, the axis of which in the lamp is parallel to the discharge axis, and the diameter d 1 of the electrode at the junction with their lamp inputs are connected with the opposite diameter d 2 of the electrode by a system of two equations:
Figure 00000014
Figure 00000014
 где ip - рабочий ток, [А];where i p is the operating current, [A]; p - давление наполняющего лампу газа, [мм рт.ст.];p is the pressure of the gas filling the lamp, [mm Hg]; d1 - диаметр электрода в месте соединения его с электрическими вводами лампы, [мм];d 1 - the diameter of the electrode at the junction with the electrical inputs of the lamp, [mm]; d2 - диаметр электрода в месте обращения его к плазме положительного столба лампы, [мм];d 2 - the diameter of the electrode at the point of contact with the plasma of the positive column of the lamp, [mm]; k - коэффициент равный 10 (А)-0,5 (мм рт.ст.)0,5.k - coefficient equal to 10 (A) -0.5 (mmHg) 0.5 .
RU2006112159/09A 2006-04-12 2006-04-12 Low-pressure discharge lamp electrode RU2303312C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006112159/09A RU2303312C1 (en) 2006-04-12 2006-04-12 Low-pressure discharge lamp electrode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006112159/09A RU2303312C1 (en) 2006-04-12 2006-04-12 Low-pressure discharge lamp electrode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2303312C1 true RU2303312C1 (en) 2007-07-20

Family

ID=38431233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006112159/09A RU2303312C1 (en) 2006-04-12 2006-04-12 Low-pressure discharge lamp electrode

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2303312C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1391916B1 (en) Light source device
US20080303402A1 (en) Ignition aid and fitting shroud for discharge lamp
CA2518316A1 (en) Discharge lamp with integral starting electrode
JP2001043831A (en) Gas discharge lamp
US8729801B2 (en) Environmentally friendly metal halogen lamp comprising burner made of quartz glass or ceramic glass
RU2303312C1 (en) Low-pressure discharge lamp electrode
US20080007178A1 (en) Metal Halide Lamp and Illuminating Device Using the Same
EP2149146B1 (en) High pressure sodium lamp
JP2006294419A (en) Lighting system
SU951478A1 (en) Electrode for gas-discharge lamp
JP5342627B2 (en) Cold cathode fluorescent lamp for lighting
JPH02265159A (en) Fluorescent lamp
EP0577275A1 (en) Fluorescent lamp
US20130278130A1 (en) Temperature control of arc tube of fluorescent lamp
SU386455A1 (en) ELECTRODE ASSEMBLY FOR HIGH AND ULTRA HIGH PRESSURE DISCHARGE LAMPS
JP3334573B2 (en) Incandescent light bulb
JP3165274U (en) Hot cathode preheating start discharge lamp
JP2018049755A (en) Fluorescent lamp
JPS645750B2 (en)
JPS58103766A (en) Low-pressure mercury-vapor electric-discharge lamp
JPH103881A (en) Fluorescent lamp
JPS60249237A (en) High pressure metallic vapor electric-discharge lamp
JPS60148047A (en) Electrode for discharge lamp
JP2011187351A (en) Electrode and discharge lamp
JPH0522333B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080413