ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА
GAS-DISCHARGE LAMP

Предлагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности в частности к осветительным газоразрядным лампам общего и специального назначения.
Известна газоразрядная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, имеющими стержень из тугоплавкого металла с закрепленной на нем спиралью, между витками которой находится эмиссионное вещество (Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. М.: Энергоиздат, 1991, стр.341-344).
Недостатком технического решения, взятого за аналог, является высокая себестоимость ламп вследствие сложности изготовления применяемого спирального электрода и сравнительно невысокий срок службы лампы, обусловленный осыпанием эмиссионного вещества из межвиткового пространства вследствие перепада температуры во включенном и отключенном состояниях лампы.
Наиболее близкой по технической сущности является газоразрядная лампа, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, имеющими стержень из тугоплавкого металла с закрепленной на нем спеченной массой, состоящей из порошка тугоплавкого металла и эмиссионного вещества (пат. США №4303848 от 01.12.81 г.).
Данное техническое решение, взятое за прототип, позволяет обеспечить электроду повышенную устойчивость при изменении температуры.
Недостатком прототипа является относительно небольшой срок службы ламп из-за высокой работы выхода электронов применяемых оксидов, более 2,8 эВ. Для поддержания требуемого уровня разрядного тока оксидные электроды с высокой работой выхода больше нагреваются, при этом происходит ускоренное испарение материала электродов, осаждение его на стенках горелки лампы и повышенный спад светового потока в течение срока службы лампы.
Целью предлагаемого изобретения является увеличение долговечности лампы при снижении ее себестоимости.
2
6
2
4
Поставленная цель достигается тем, что в газоразрядной лампе, содержащей горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, имеющими стержень из тугоплавкого металла с закрепленной на нем спеченной массой, состоящей из порошка тугоплавкого металла и эмиссионного вещества, эмиссионное вещество представляет собой смесь вольфрамата бария-кальция BaCaWO и алюмината бария BaAlO в соотношении от 1:3 до 2:1 и общем содержании от 10 до 50 весовых процентов по отношению к весу порошка тугоплавкого металла.
Указанный интервал рекомендуемых соотношений количеств вольфрамата бария-кальция, алюмината бария и их общего количества в спеченной массе определен экспериментальным путем.
2
6
2
4
2
6
При соотношении вольфрамата бария-кальция BaCaWO и алюмината бария BaAlO меньшем, чем 1:3, на поверхности электрода будет присутствовать недостаточное для эффективной работы количество основного эмиссионного вещества, которым является BaCaWO.
При соотношении большем 2:1 снижается эффективность восстановления бария, что приводит к ухудшению эмиссионной способности электрода.
Если общее содержание композиции вольфрамата и алюмината меньше 10 весовых процентов по отношению к весу порошка тугоплавкого металла, наблюдается недопустимый спад эмиссионной способности электрода, выражающийся в повышении напряжения зажигания лампы, а также затрудненном переходе разряда в дуговую форму.
Увеличение содержания больше 50 весовых процентов приводит к значительному снижению теплопроводности спеченной массы, ухудшению условий теплоотвода и, как следствие, ускоренному испарению материала спеченной массы и перегреву кварцевого стекла в зоне герметизации тугоплавкого стержня в горелку.
В лампе по предлагаемому изобретению не происходит ускоренного испарения эмиссионного вещества спеченной массы, что обусловливает ее повышенную долговечность. Высокая эмиссионная способность и устойчивость к воздействию внешней среды позволяют применять для изготовления горелки более дешевое кварцевое стекло с содержанием гидроксильных групп до 5 ppm, что снижает затраты при изготовлении лампы.
Сущность предлагаемого изобретения пояснена чертежом.
На чертеже приведена газоразрядная лампа, содержащая горелку (1) из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, имеющими стержень из тугоплавкого металла (2), на котором закреплена спеченная масса (3), состоящая из смеси порошков тугоплавкого металла и эмитирующего вещества.
Разрядный ток обеспечивается термоэлектронной эмиссией электрода и, в зависимости от эмиссионной способности применяемого эмиссионного вещества, электрод разогревается во время горения лампы до 1500-2000 К.
Известно, что повышение температуры спеченной массы на 70 К приводит к увеличению скорости испарения эмиссионного вещества с ее поверхности на порядок (Кудинцева Г.А., Мельников A.И, Морозов А.В., Никонов Б.П. Термоэлектронные катоды. М.: Энергия, 1966, с.226, 248-249).
Понижение температуры обеспечивается созданием на эмитирующей поверхности электрода пленки свободного бария, значительно снижающей работу выхода и увеличивающей эмиссионную способность. Для создания такой пленки применен восстановитель бария - вольфрам.
2
6
Авторами экспериментально получено, что наиболее эффективно процесс восстановления бария происходит в присутствии алюминия, находящегося в соединении BaAlO. В этом случае температура спеченной массы не превышает 1500 К.
Механизм работы газоразрядной осветительной лампы состоит в следующем.
Лампа включается в сеть питающего напряжения последовательно с балластным сопротивлением: активным, индуктивным, емкостным, комбинированным или электронным. При подаче питающего напряжения на электроды лампы под воздействием высоковольтного импульса или без него происходит пробой газоразрядного промежутка горелки и развитие в нем дугового разряда в среде рабочего состава. Дуговой разряд генерирует излучение в оптической области спектра: ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной, которое и используется для освещения объектов или в технических целях.
Пример конкретного исполнения лампы.
Для ртутных дуговых осветительных ламп высокого давления ДРЛ 250 изготавливаются электроды, представляющие собой вольфрамовый стержень, на который напрессована спеченная масса в виде цилиндра диаметром 2,7 мм и длиной 3,5 мм. Дальнейшая последовательность операций сборки и тренировки ламп не отличается от известной.
2
6
2
4
Примеры конкретного исполнения ламп с применением спеченных электродов с различным содержанием вольфрамата бария-кальция BaCaWO и алюмината бария BaAlO приведены в таблице 1.
Была изготовлена партия ламп с предлагаемыми электродами. Испытания ламп показали, что их долговечность увеличилась на 20% при снижении затрат на изготовление каждой лампы на 5 руб. При цене лампы 150 руб. и производстве 3 млн. штук в год это дает годовой экономический эффект на уровне 20 млн.руб.
Таблица 1
п/п
Параметры ламп
Значения параметров для исполнения ламп
1
2
3
4
1
Соотношение Ba<sub>2</sub>CaWO<sub>6</sub> и BaAl<sub>2</sub>O<sub>4</sub>
3:1
2:1
1:1
1:2
2
Общее содержание Ba<sub>2</sub>CaWO<sub>6</sub> и BaAl<sub>2</sub>O<sub>4</sub> в весовых процентах по отношению к весу порошка тугоплавкого металла.
10
20
30
50
3
Содержание гидроксильных групп в кварцевом стекле, ppm
3
3
4
5