ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ВУФ-ЛАМПА ДЛЯ ФОТОИОНИЗАЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА
GAS-DISCHARGING VUV-LAMP FOR PHOTOIONIZATION DETECTOR

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и, в частности, к газоразрядным лампам вакуумного ультрафиолета (ВУФ-лампам), используемым в качестве источника ионизации анализируемых газов в фотоионизационных детекторах.
Известна газоразрядная ВУФ-лампа, содержащая герметичный цилиндрический стеклянный корпус, в котором в качестве излучающей среды используется инертный газ или смесь инертных газов при пониженном давлении, окно для вывода ВУФ-излучения, перекрывающее торцевую часть корпуса, полый стеклянный цилиндр, установленный внутри корпуса, катод, расположенный внутри полого стеклянного цилиндра, анод и выступающие из корпуса выводы для подсоединения к источнику электрического питания (см. С.А. Яковлев, Н.А. Невяжская, 5-я Всесоюзная научно-техническая конференция «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение», тезисы докладов, М. 1984, с. 209). Недостатком лампы является взаимодействие плазмы газового разряда, существующего между электродами, с внутренней поверхностью стеклянного цилиндра, в результате которого из стекла выделяются посторонние газы, уменьшающие срок службы лампы. Кроме того, данному типу ламп присущ такой недостаток, как смещение светового луча относительно центра окна лампы, которое может иметь место при ударных воздействиях на лампу.
Наиболее близкой по технической сущности является газоразрядная ВУФ-лампа для фотоионизационного детектора, содержащая герметичный цилиндрический стеклянный корпус, в котором в качестве излучающей среды используется инертный газ или смесь инертных газов при пониженном давлении, окно для вывода ВУФ-излучения, полый керамический изолятор, выполненный в виде цилиндра и установленный напротив окна для вывода излучения, электроды для создания тлеющего разряда, установленные внутри керамического изолятора и соединенные с выступающими из корпуса металлическими шайбами, служащими для подключения к источнику электрического питания (RU 121100, H01J 40/02, опубл. 10.10.2012). В данной лампе тлеющий разряд возбуждается и горит внутри полого керамического изолятора. При этом исключается взаимодействие газоразрядной плазмы со стеклянными элементами конструкции. Указанная лампа имеет большой срок службы и высокую стабильность. Соединение отдельных узлов лампы происходит с помощью высокотемпературного ситаллоцемента, фиксирующего их положение и исключающего смещение светового луча относительно центра окна лампы. Это решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Особенностью этой лампы является наличие двух разрядных промежутков, один из которых находится внутри полого керамического изолятора, выполненного в виде цилиндра, а другой представляет собой полость между внешней поверхностью керамического изолятора и внутренней поверхностью цилиндрического стеклянного корпуса. Эти разрядные промежутки должны быть скоординированы таким образом, чтобы разряд возникал только внутри полого керамического цилиндра при заполнении лампы инертными газами или их смесями. В большинстве случаев такая координация имеет место, и тлеющий разряд возникает и существует внутри полого керамического изолятора. Однако в некоторых случаях после длительной работы в лампе могут произойти изменения поверхности электродов, которые приводят к тому, что разряд возникает вне полого керамического изолятора, в объеме, ограниченном внешней поверхностью керамического изолятора и внутренней поверхностью цилиндрического стеклянного корпуса. Это приводит к уменьшению срока службы и выходу лампы из строя.
Настоящее изобретение ставит своей целью повышение надежности и долговечности газоразрядной ВУФ-лампы. Технической задачей изобретения является создание таких условий внутри объема лампы, благодаря которым возникновение и существование разряда вне полого керамического изолятора станет невозможным или максимально затруднится.
Решение указанной технический задачи достигается тем, что в газоразрядной ВУФ-лампе для фотоионизационного детектора, содержащей герметичный цилиндрический стеклянный корпус, в котором в качестве излучающей среды используется инертный газ или смесь инертных газов при пониженном давлении, окно для вывода ВУФ-излучения, полый керамический изолятор, выполненный в виде цилиндра и установленный напротив окна для вывода излучения, электроды для создания тлеющего разряда, установленные внутри керамического изолятора и соединенные с выступающими из корпуса металлическими шайбами, служащими для подключения к источнику электрического питания, по крайне мере одна из металлических шайб в области ее размещения в полости между внешней стенкой керамического изолятора и внутренней поверхностью цилиндрического стеклянного корпуса выполнена с изоляционным покрытием для предотвращения возникновения электрического разряда вне полого керамического изолятора.
Вторым отличием является то, что покрытие может быть выполнено из неорганических материалов, в том числе стеклоэмали, ситаллоцемента, керамики или иных изоляционных материалов, и нанесено на поверхность шайбы методом химико-термическим, химического осаждения, физического осаждения, катодно-ионной бомбардировкой, магнитно-ионным распылением или любым иным методом, обеспечивающим требуемое качество покрытия поверхностей и возникновение электрического разряда.
Третье отличие состоит в том, что изоляционное покрытие нанесено также на прилегающие внешние части полого керамического изолятора, исключая тем самым наличие зазора между керамическим изолятором и металлической шайбой с изоляционным покрытием.
Четвертым отличием является выполнение керамического изолятора из материала, имеющего коэффициент термического расширения, равный коэффициенту термического расширения металла, из которого выполнена шайба.
Пятым отличием является то, что полость между внешней поверхностью полого керамического изолятора и внутренней поверхностью цилиндрического стеклянного корпуса заполнена воздухом при атмосферном давлении.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2 показаны разрезы двух вариантов конструкции газоразрядной ВУФ-лампы для фотоионизационного детектора.
Ниже рассматривается конкретные примеры исполнения такой лампы.
ВУФ-лампа (фиг. 1) содержит герметичный цилиндрический стеклянный корпус 1, с одного конца которого выполнено окно 2 для вывода ВУФ-излучения, внутри корпуса закреплен полый керамический изолятор 3 и установленные в нем электроды 4 и 5, соединенные с металлическими шайбами 6 и 7 соответственно, подключенными к источнику 8 электрического питания. Полый керамический изолятор 3 установлен между окном 2 для вывода излучения и торцом лампы (шайба 7), с которой герметично соединен штенгель 9, выполненный из стекла, используемый для присоединения лампы к вакуумному посту (не показан) в процессе изготовления. Штенгель 9 после заполнения объема лампы инертным газом или смесью инертных газов при пониженном давлении отпаивается, обеспечивая герметичность этого объема. Шайба 7 имеет изоляционное покрытие 10, имеющее коэффициент линейного теплового расширения материала, согласованный с коэффициентом линейного теплового расширения металла, из которого выполнены шайбы 6 и 7. Покрытие наносится на поверхность шайбы методом химико-термическим, химического осаждения, физического осаждения, катодно-ионной бомбардировкой, магнитно-ионным распылением или любым иным методом, обеспечивающим требуемое качество покрытия поверхностей и возникновение электрического разряда.
Лампа работает следующим образом. После включения источника 8 электрического питания между металлическими шайбами 6 и 7 появляется разность потенциалов. Наличие изоляционного покрытия 10 на металлической шайбе 7 удлиняет возможный путь развития пробоя между шайбами 6 и 7, что увеличивает пробивное напряжение и уменьшает вероятность появления пробоя. В то же время между электродами 4 и 5 внутри керамического изолятора 3 происходит пробой и зажигается тлеющий разряд, служащий источником ВУФ-излучения, которое через окно 2 выводится в ионизационную камеру фотоионизационного детектора (на чертеже не показана), где осуществляется ионизация анализируемых веществ и происходит формирование полезного токового сигнала. Таким образом обеспечивается правильная работа лампы.
На фиг. 2 показан разрез ВУФ-лампы, в которой керамический изолятор выполнен из форстеритовой керамики, имеющей коэффициент линейного термического расширения, согласованный с коэффициентами линейного термического расширения изоляционного покрытия 10 и металла, из которого изготовлены шайбы 6 и 7. Изоляционное покрытие 10 в этом случае наносится также на прилегающие внешние части керамического изолятора 3, благодаря чему образуется полость 11 между внешней стенкой керамического изолятора и внутренней поверхностью цилиндрического стеклянного корпуса, не соединенная с объемом полого керамического изолятора и заполненная воздухом при атмосферном давлении. В этом случае штенгель 9 после заполнения объема полого керамического изолятора лампы инертным газом или смесью инертных газов при пониженном давлении отпаивается, обеспечивая герметичность этого объема, а наличие атмосферного воздуха в полости 11 исключает пробой между металлическими шайбами 6 и 7.
Лампа работает следующим образом. После подачи напряжения от источника 8 электрического питания между электродами 4 и 5 внутри керамического изолятора 3 зажигается тлеющий разряд, служащий источником ВУФ-излучения, которое через окно 2 выводится в ионизационную камеру фотоионизационного детектора (на чертеже не показана), где осуществляется ионизация анализируемых веществ и происходит формирование полезного токового сигнала. При этом наличие воздуха при атмосферном давлении внутри полости 11 между внешней стенкой полого керамического изолятора и внутренней поверхностью цилиндрического стеклянного корпуса обеспечивает высокую электрическую прочность промежутка между металлическими шайбами 6 и 7, исключающую зажигание разряда между шайбами 6 и 7 вне полого керамического изолятора 3, что обеспечивает правильную работу лампы.
Изобретение позволяет исключить пробой между электродами лампы за пределами полого керамического изолятора, что позволяет улучшить эксплуатационные характеристики лампы и увеличить срок ее службы. Также изобретение позволяет уменьшить расстояние между электродами и, как следствие, габариты лампы.