Газоразрядная спектральная лампа и способ ее изготовления

.а ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУДМфСПО ДЕЛ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 6(56) 1. Патент США У 3956655,кл. 313-112, 1976.2. Патент ФРГ Р 2410329,кл, Н 01 7 61/12, 1975.3. Авторское свидетельство СССРВ 917239, кл. Н 01 У 61/10, 1980.4. Денисов В.П. Производствоэлектрических источников света. М"Энергияф, 1975, с. 410-449.5. Авторское свидетельство СССР9 855785, кл. Н 01 5 9/02, 1979,54) ГАЗОРАЗРЯДНАЯ СПЕКТРАЛЬНАЯ ЛАМПА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, 57) 1. Газоразрядная спектральная ампа, содержащая заполненную рабочим газом колбу с плоским окном для вывода излучения, герметично установленные внутри нее катод, анод, расположенную между ними диафрагму с отверстием для формирования канала разряда и расположенный между окном и анодом металлический диск с отверстием, соосным отверстию диафрагмы, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения ее долговечности и стабильности ультрафиолетового излучения, указанный диск электрически соединен с катодом и установлен на расстоянии от внутренней поверхности окна, равном О, 5-1, 0 наибольшего поперечного размера внутренней поверхности окна, а окно по внешнему пери- В метру снабжено буртом, выполненным из диэлектрического материала с высотой по отношению к наружной поверхности окна, равной 0,1-0,3 его наибольшего поперечного размера.1108534 2. Лампа по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что бурт выполнен съемньм.3. Способ изготовления гаэоразрядной спектральной лампы, включающий сборку катода, анода, диафрагмы и диска на ножке, заварку ее н колбу, откачку и обезгажинание колбы, наполнение рабочим газом, герметизацию лампы и ее тренировку постоянным током, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения долговечности лампы и стабильности ее ультрафиолетового излучения, окно по его внешнему периметру снабжают буртом из диэлектрического материала, тренировку Изобретение относится к гаэоразрядным осветительным лампам, н частности к спектральным дейтериеным лампам низкого давления, применяемым нкачестве ультрафиолетовых излучателей 5и спектройотометрической аппаратуре,Известны газоразрядные спектраль-,ные лампы, содержащие заполненнуюдейтерием колбу с окном для выводаизлучения, в которой герметично установлены анод, катод и разделяющаяих диафрагма с отверстием для формирования канала разряда 1,Долговечность таких ламп ограничивается снижением прозрачности окнадля Уф-излучения.Для снижения скорости уменьшенияпропускания выходным окном лампыУФ-излучения к наполняющему подобнуюлампу дейтерию добавляют инертныегазы 2 3.Однако долговечность ламп остаетсянедостаточной.Наиболее близкой по техническойсущности к изобретению является гаэоразрядная спектральная лампа, содержацая заполненную рабочим газом колбу с плоским окном для вывода излучения, герметично установленные внутриколбы катод, анод и расположеннуюмежду ними диафрагму с отверстием, амежду анодом и окном расположен металлический диск с отверстием, соосным отверстию диафрагмы 3.Известны способы изготовления газоразрядных ламп, согласно которым 35собранную и занаренную лампу подвергают вакуумной обработке, включающейобеэгаживание деталей и активиронкукатода, затем наполняют лампу рабочим газом, герметизируют и тренируют 40н эксплуатационном режиме 4 .Известные способы не предусматривают мер по повышении прозрачности лампи осуществляют током, на 20-50превышающим наибольший эксплуатационный, после указанной тренировки устанавливают лампу окном в горизонтальной плоскости, вводят в объем, образованный буртом, электропроводящуюжидкость, нейтральную по отношениюк материалу окна, между этой жидкостью и металлическим диском прикладывают высокочастотное напряжение,величину которого выбирают достаточной для возбуждения н рабочем газев промежутке между диском и окномразряда, дополнительно тренируютлампу этим разрядом, после указаннойтренировки удаляют жидкость. для Уф-излучения, выводящего излучение участка колбы лампы.Наиболее близким по технической сущйости к предлагаемому является способ изготовления гаэоразрядных ламп, содержащий сборку катода, анода,диафрагмы и диска на ножке, заварку ее в колбу, откачку и обезгаживание, наполнение рабочим газом, тренировку постоянным током 53.Однако известная лампа и известный способ ее изготовления не обеспечивают достаточную долговечность и стабильность параметров, так как основная часть продуктов распыления в газовом разряде материалов внутри- ламповых деталей неизбежно попадает на внутреннюю поверхность выходного окна и взаимодействует с ее материалом, при этом свойства окна меняются таким образом, что оставаясь высоко- прозрачным в видимой области спектра, окно начинает задерживать излучение н Уф-области спектра.Целью изобретения является повышение долговечности лампы и стабильности ее ультрафиолетового излучения. Цель достигается тем, что в газораэрядной спектральной лампе, содержащей заполненную рабочим газом колбу с плоским окном для вывода излучения, герметично установленные внутри нее катод, анод, расположенную между ними диафрагму с отверстием для Формирования канала разряда и расположенный между окном и анодом металлический диск с отверстием, соосным отверстию диафрагмы., указанный диск электрически соединен с катодом и установлен на расстоянии от внутренней поверхности окна, равном 0,5-1,0 наибольшего поперечного размера внутренней поверхности окна, аокно по внешнему периметру снабженобуртом, выполненным по отношению кнаружной поверхности окна, равной0,1-0, 3 его наибольшего поперечногоразмера.указанный бурт может быть съемным, 5Цель достигается тем, что согласно способу изготовления газоразрядной спектральной лампи, включающемусборку катода, анода, диафрагмы и диска на ножке, заварку ее в колбу, 1 Ооткачку и обезгаживание колбы, наполнение рабочим газом, герметизациюи тренировку постоянным током, окнопо его внешнему периметру снабжают.буртом из диэлектрического матеркала, тренировку лампы осуществляюттоком, на 20-50 превышающим наибольший эксплуатационный, после тренировки устанавливают лампу окном вгоризонтальной плоскостиу вводят В 20объем, образованный буртом, электропроводящую жидкость, нейтральную поотношению к материалу окна, межцуэтой жидкостью и металлическим диском прикладывают высокочастотное нап 25ряжение, величину которого выбираютдостаточной для зажигания в промежутке между диском и окном разряда,дополнительно тренируют лампу этимразрядом, .после дополнительной высокочастотной тренировки удаляют жидкость,Высокочастотная тренировка можетбыть повторена в процессе эксплуатации лампы.На Фиг. 1 изображена предлагаемая З 5лампа; на Фиг,2 - схема дополнительной тренировки, на фиг, 3 - кривые изменения силы света ламп в процессеэксплуатации.Лампа состоит из герметичной колбы 1, наполненной смесью дейтерия синертными газами под давлением 1015 мм рт,ст. В колбе 1 установленыкатод 2, в данном варианте прямонакальный, анод 3 с отверстием для прохождения излучения и разделяющая ихдиафрагма 4 с отверстием для Формирования канала разряда (элементы жесткого крепления электродов не показаны). Катод 2 электрически соединен с окружающим перечисленные электроды металлическим экраном 5, перед отверстием которого установлен металлический диск б с отверстием для прохождения излучения. Таким образом, диск 6 электрически соединен с катодом 2, Диск б установлен своей плоскостью параллельно плоскости выходного окна 7 лампы, являясь ближайшим к окну 7 электродом, на расстоянии от внутренней поверхности окна 7,равном 0,5-1, 0 наибольшего диаметра внутренней поверхности окна 7.На выступающей части колбы 1,к которой приварено окно 7, укреплен диэлектрический цилиндрический бурт 8, край которого 65 выступает над внешней поверхностью окна 7 на 0,1-0,3 наибольшего внешнего диаметра окна 7. Диафрагма 4, анод 3, диск 6, как н отверстия в них, соосны окну 7. В случае выполнения колбы 1 из кварцевого стекла, окно 7 выполнено из кварцевой пластины и герметично приварено к колбе 1, Бурт 8 также может быть выполнен из кварцевого стекла, в этом случае он представляет собой неотъемлемую часть колбы 1, В другом варианте бурт 8 выполнен из Фторопласта, в этом случае он может быть съемным.При изготовлении лампы, собранные на ножке внутренние детали, перечислейные выше, завариваются в кварцевую колбу 1 с выходным окном 7, при этом,в случае выполнения бурта 8 из кварца, он приваривается к колбе 1 при ее изготовлении, а в случае выполнения бурта 8 из фторопласта, он устанавливается на колбе 1 после термической обработки колбы 1 при вакуумной обработке. Затем лампы от- качиваются до давления не выше 5 10 мм рт.ст, внутренние детали обезгаживаются нагревом токами высокой частоты, а колба 1 - нагревом пламенем горелки, Затем следует термическая обработка катода 2, в колбу 1 впускается инертный газ,катод 2 активируется постоянным разрядным током, инертный газ откачивают, лампа наполняется рабочим газом под рабочим давлением и герметизируется запайкой штенгеля. После укаэанных операций лампы разделяются на две группы: первую группу тренируют по известному способу в режиме, соответстветствующем эксплуатационному, постоянный разрядный ток между катодом 2 и анодом 3 0,3 А в течение 1 ч, вторую группу ламп тренируют согласно предлагаемому способу, для чего лампы тренируют постоянным разрядным током, на 20-50 превышающим. наибольший эксплуатационный (0,35-0,451) в течение также 1 ч, после этого помещают лампу окном 7 в горизонтальной плоскости, наливают в объем, образованный выступающей частью цилиндра 8, электропроводящую жидкость (например 20-ный раствор хлористого натрия в воде или металлическую ртуть 1, соединяют эту жидкость 9 с выводом 10 высокочастотного генератора 11, другой вывод 12 которого соединяют с выводом лампы, соединенным с экраном 5 который соединен внутри лампы с катодом 2 и диском 6 ), Электропровоящая жидкость 9 обеспечивает плотный электрический контакт со всей наружной поверхностью окна 7, а введение ее в объем бурта 8, удаление после дополнительной тренировки и промывка окна 7 от остатков жидкости 9 представляют собой простые опе1108534 ии режима более значительно. Это ожно объяснить сильным начальным распылением покрытия катода, различных налетов, острых краев металла и т.п., причем продукты распыления, достигая окна 7, изменяют его свойства в сторону уменьшения прозрачности для УФ-излучения. Сила света ламп, изготовленных по предлагаемому способу, после дополнительной тренировки резко возрастает, что можнообъяснить повышением прозрачностиокна 7 под воздействием бомбардировки ионами рабочего газа с большойэнергией из-за высокого напряжения тренировки, что обязательно для зажигания разряда между наружным и внутриламповым электродами ). Так как эти лампы тренируются в более интенсивном режиме, распыление в лампе происходит более ускоренно, соответственно сила света уменьшается более значительиб, однако после дополнительной тренировки сила света ламп второй группы значительно выше,чем улами первой группы, не прошедших дополнительную тренировку. Также и и течение первых 50 ч эксплуатации, сила авета ламп второй группы уменьшается меньше, а в дальнейшем такжестабилизируется (кривая 14 1, но сбольшим превышением относительно минимально допустимого уровня прямая15). Это позволяет делать вывод о большом ресурсе работы ламп, изготовленных по предлагаемому способу. Каквцявлено экспериментально, при интенсификации токовой тренировки увеличением постоянного тока разряда на50, достигается снижение интенсивности УФ-излучения до уровня, при нормальном режиме тренировки достигаемого после 15-20 ч; но так как после дополнительной тренировки прозрачность окна 7 восстанавливается, витоге интенсификации токовой тренировки начальная стабильность излучения лампы значительно возрастает присущественном уменьшении общего времени изготовления лампы. Прн повышении тока тренировки до ббот наибальшего эксплуатационного значения,наблюдаются случаи снижения эмиссионных свойств катода 2, а увеличениеуказанного тока лишь до 10-15 отэксплуатационного увеличивает эффек"тивность способа незначительно,поэтому выбраны укаэанные пределы, Дополнительная тренировка может повторяться во время эксплуатации лампы,при снижении силы света в УФ-областиспектра до минимально допустимогоуровня, при этом общая долговечностьпредлагаемой лампы ограничивается лишь запасом рабочего газа и истощением эмиссионных свойств катодау 2.Для ламп с ограниченными габаритамицилиндр 8 может быть съемным, в этом рации, поэтому способ существенноупрощается. Если выступающая над внешней поверхностью окна 7 часть бурта 8менее 0,1 наружного диаметра окна 7,дополнительная тренировка усложняется из-за необходимости вьдерживать . 5окно 7 строго горизонтально, иначе часть окна 7 контактирует с жидкостью9 неустойчиво, в таком случае положи"тельный эффект не достигается. Увеличение указанной высоты более 0,3 ц 3наружного диаметра окна 7 практически более не Упрощает способ, но габариты лампы увеличиваются. Затемгенератор 11 включается, и лампа дополнительно тРенируется при амплитуд ном значении напряжения высокой частоты 15-25 кВ, частота 0,4-0,6 ИРц. Между внутренней поверхностью окна 7 и поверхностью диска б возникает высокочастотный разряд, которым лампа тренируется 1 ч. Электрическое соединение диска б с катодом 2 обеспечивает сохранение после дополнительной тренировки эмиссионных свойств катода 2 внесли диск 6 соединяется с анодом 3, емкостной высокочастотный ток между катодом 2 и остальными деталями приводит к распылению активного слоя катода 2, и его эмиссионные характеристики резко ухудшаются . Размещение диска б к внутренней поверхности окна 7 ближе, чем на 0,5 внутреннего диаметра окна 7, не обеспечивает равномерное распределение высокочастотного разряда по всей внут ренней поверхности окна, и положи тельный эффект не достигается; если это расстояние больше 1,0 указанного диаметра, качество обработки окна 7 далее не повышается, однако увеличивается необходимое для дополнитель ной тренировки высокочастотное напряжение, что усложняет способ. Иосле дополнительной тренировки прозрачность окна 7 для УФ-излучения резко повышается. такое изменение свойств 45 окна 7 можно объяснить Распылением под воздействием бомбардировки ионами рабочего газа, имеющими большую энергию, тонкого поверхностного слоя окна 7, в который внедрены распыляемые при токовой тренировке материалы внутриламповых деталей. Обе группы ламп испытываются на долговечность в рабочем режиме, причем периодически измеряется сила света в УФ-области спектра (в услов. ед.1..На фиг. 3 кривая 13 соответствует изменению силы света ламп (среднее значение изготовленных известным способом 1, кривая 14 - то же, изготовленных по предлагаемому способу пря 60 мая 15 соответствует минимально допустимому уровню силы света. Как видно из кривых, после тренировки .в режиме постоянного тока сила света уменьшается, причем при интенсификаЗаказ 5876/39 Тираж 683 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 случае способ несколько усложняется, но габариты лампы могут быть уменьшены.Предлагаемая лампа и способ ее изготовления обеспечивают с самого начала эксплуатации лампы низкую скорость падения силы света в Уф-области, т.е. повышенную стабильность излучения лампы, но в то же время начальная сила света лампы значительно выше, чем для известных ламп, изготовленных известным способом. Повышение начального значения силы света в сочетании с низкой скоростью падения света, позволяет увеличить долговечность лампы, при этом тренировкадля повышения прозрачности окна дляУФ-излучения может неоднократно пов 5 торяться во время эксплуатации ламп,что еше более увеличивает срок ееслужбы. Указанный положительный эффект достигается незначительным усложнением конструкции лампы и техно 10 логии ее изготовления, поэтому изобретение нетрудно внедрить в производство,