Свойства основных люминофоров

Марка, химический состав	Активатор	λмакс	γ,%	η,%	τпосл, с
ЛГ-1, ЛГ-2, ЛГ-5, ЛГ-6, ЛГ-3к (галофосфат кальция) 3Ca3(PO4)2*Ca(F,Cl)2	Sb, Mn	465, 585	71 - 92	34 ... 40	0,1
Л-42д,н – (фосфат кальция, цинка); (Ca,Zn)3(PO4)2	Sn	605	72	35	2·10-5
Л-33, ФЛ-490-1 (ортосиликат бария) BaSi2O4	Pb, Ti	350, 480	78	56	- -
К-35, К-60 (силикат цинка) Zn2SiO4	Mn	520	70 - 74	33 ... 36	4·10-2

4.7. Лампы тлеющего разряда

Лампы тлеющего разряда (ЛТР) – один из самых дешевых газоразрядных источников света мгновенного включения. Светоотдача этих источников небольшая – порядка 10 лм/Вт. Это приборы трубчатой и капиллярной конструкции с разнообразным световым составом.

По назначению ЛТР бывают сигнальными и лампами световой рекламы. Сигнальные имеют обозначения: ТЛ, затем следует буква, обозначающая цвет свечения (К – красный, Ж – желтый, О – оранжевый, Г – голубой и т.д.), и последняя – номер разработки. Например, ТЛГ-1-1.

Обозначение ламп световой рекламы: ГР (газосветная реклама), затем следует цифра, обозначающая рабочий ток в миллиамперах (ГР-20). Лампы световой рекламы более распространены, чем сигнальные.

Конструктивные особенности ламп световой рекламы

Основные элементы (электроды и стеклянные трубки) изготавливаются на специализированных предприятиях, а затем поступают в организации, занимающиеся изготовлением рекламных щитов.

Приборы световой рекламы питаются от сети переменного тока, поэтому имеют симметричную форму электродной системы, каждый из электродов которой выполняет поочередно то функцию катода, то функцию анода. Поскольку в газоразрядных приборах особых требований к свойствам анодов не существует, требования к электродам рассматриваются только в связи с условиями их эмиссионных свойств. Поэтому оба электрода называются катодами.

Катоды выполняется из железа марки УЭГР-20 (сплав железа, алюминия и никеля). Этот сплав обладает высокой пластичностью, благодаря чему удается делать катоды в виде бесшовных цилиндров с закрытыми торцами сферической формы путем вытяжки из листового материала. (В прежние годы катоды изготавливались сворачиванием.) Толщина стенок катода 0,8 мм.

После вытяжки катоды отжигают, моют в ультразвуковой ванне в воде, затем промывают в ацетоне. После промывки их окисляют прогревом на воздухе при температуре порядка 800 ⁰С в установках высокочастотного нагрева. Окисление (воронение) повышает устойчивость катодов к воздействию атмосферной влаги, снижает интенсивность распыления под действием ионной бомбардировки и повышает коэффициент ионно-электронной эмиссии. Иногда поверхность катодов дополнительно активируют, покрывая лантаном, перекисью бария либо другими термоактивными материалами. Внутренний диаметр катода 9 мм, длина 28 мм.

Для закрепления в стеклянной оболочке и создания электрического контакта к катоду приваривается с торцевой стороны точечной сваркой проволочный вывод в виде петли из платинита. Со стороны открытого конца на катод надевается кольцо из стеатитовой керамики, уменьшающее поперечное перемещение катодного узла и предотвращающее проникновение разряда на внешнюю сторону катода. Платинит обеспечивает согласованный спай со стеклами легкоплавкой группы. В качестве материала оболочки используется обычно стекло марки СЛ97-1. Катоды устанавливаются в специальные ампулы (рис. 4.15), заполняются азотом либо инертным газом, завариваются и в таком виде поставляются предприятиям – изготовителям рекламы.

Н а предприятии по изготовлению рекламных щитов ампулы вскрывают и соединяют сваркой со стеклянными трубками из такого же стекла, предварительно придав им соответствующую форму в виде сегмента какой-либо буквы или знака. Диаметр стеклянных трубок от 12 до 18 мм. Трубки до соединения с ампулами покрывают изнутри люминофором соответствующего состава. Длина отдельной трубки от 1 до 1,5 м.

Трубки с напаянными с двух сторон катодами поступают на откачной пост. Откачка обеспечивается форвакуумными насосами. Обезгаживание оболочки и катодов обеспечивается прогревом этих элементов конструкции разрядом в атмосфере. Дополнительно прибор иногда обезгаживают под разрядом в рабочем газе. Выбор режима обработки определяется с учетом экономических требований.

Рабочим газом может быть аргон, неон либо смесь аргона со ртутью. Давление неона составляет примерно 5…7 мм рт.ст. Давление аргона – 3…5 мм рт.ст. Узкие и короткие трубки наполняются до большего давления из-за жестчения газа в процессе длительной работы и связанного с ним изменения давления. Цвет свечения зависит от газового состава и типа применяемого люминофора (табл. 4.4).

Светоотдача η ≈ 9…11 лм/Вт. Световой поток с единицы длины – Ф' ≈ 100 лм/м. Сила света для белого, желтого, розового и золотистого цвета составляет I ≈ 2000 … 2500 кд. Для красного, голубого и синего – I ≈ 1000 … 1500 кд. Без люминофора – I ≈ 300 … 500 кд.

Электрический режим. Во избежание интенсивного распыления материала катода ток обычно поддерживается на уровне 20 мА (плотность тока на катоде 1…3 мА/см², по сечению трубки – 10…50 мА/см²). Если катод выполнен с активирующим покрытием, ток может быть увеличен до 150…200 мА, соответственно увеличивается плотность тока на катод и по сечению трубки. Напряжение горения разряда

U_гор = U_кат + E l.

Катодное падение напряжения U_кат для смеси Ar+Hg составляет примерно 195 … 230 В (в зависимости от диаметра трубки); для неона U_кат ≈ 250 В. В случае активированного катода U_кат ≈ 70…80 В. Через несколькох секунд после включения возрастает температура газовой среды вблизи катода. Вследствие этого падает плотность газа в катодной области и увеличивается катодное падение.

Градиент потенциала по длине разрядного промежутка E для смеси Ar+Hg составляет примерно 2,25…3,3 В/см. Для неона E ≈ 4,0…5,6 В/см. Напряжение зажигания разряда зависит от диаметра трубок, газового состава и длины трубки U_заж = E_заж l. Наиболее характерные значения градиента потенциала, определяющего условия зажигания, представлены в табл. 4.5.

Таблица 4.4

Параметры основных вариантов газосветных ламп

Условный №	Наполнение	Люминофор	Цвет	Условный №	Наполнение	Люминофор	Цвет
1	Ne	Л-25М	Красный	11	Ar+Hg	ЛР-1	Темно-синий
2	Ne	Л-14	Светло-красный	12	Ar+Hg	Л-25	Голубой
5	Ne	К-35	Желто-зеленый	13	Ar+Hg	Л-14 и Л-29	Бледно-желтый
6	Ne	ЛР-1	Малиновый	14	Ar+Hg	Л-14	Белый
7	Ne	Л-29	Сиреневый	15	Ar+Hg	Л-29М	Бледно-розовый
9	Ar	К-35	Темно-зеленый	16	Ar	- -	Красный
10	Ar+Hg	К-35	Светло-зеленый	17	Ar+Hg	- -	Голубой

Для смеси аргона со ртутью по мере уменьшения температуры окружающей среды напряжение горения и напряжение зажигания разряда увеличиваются. При температуре –10 ⁰С напряжение зажигания возрастает на 40 %, напряжение горения – на 10 %.

Таблица 4.5

Напряженность электрического поля зажигания разряда

Газовый состав	Eзаж, В/см
	d = 16 мм	d = 18 мм
Ne	10	8,5
Ar	16	10
Ar+Hg	6	5,2

С егменты газосветной рекламы включаются последовательно. Питание подается на крайние электроды (рис. 4.16). Для поддержания оптимального электрического режима используется специальный повышающий трансформатор с магнитным шунтом, обеспечивающий стабильное значение тока. Наиболее распространенным трансформатором, используемым в газосветной рекламе, является трансформатор марки ТГМ-1020 УХЛ1 (трансформатор газосветной рекламы, модернизированный, напряжение холостого хода 10 кВ, ток в нагрузке 20 мА, устойчивый к соответствующим климатическим условиям). Питание газосветной рекламы от указанного трансформатора предполагает заземление средней точки системы газоразрядных трубок.

При последовательном включении зажигание возникает вначале на самой короткой трубке, после чего напряженность поля на остальных трубках возрастает и зажигание разряда быстро распространяется на всю цепочку газосветных ламп. Общая длина трубок может составлять от 6 до 10 м при длине отдельной трубки 1…1,5 м. При малой общей длине трубок трансформатор перегревается, при слишком большой – может не зажечься разряд.

Работа рекламы с указанным выше типом трансформатора сопряжена с появлением радиопомех, сопровождается гудением трансформатора и отличается повышенной опасностью электрического поражения. Более экологически совершенными являются специально разработанные устройства высокочастотного (20-30 кГц) питания газосветных ламп.

Срок службы газосветных ламп тлеющего разряда составляет примерно 10000…20000 ч. Основными причинами, ограничивающими срок службы, являются: поглощение ртути материалом катода (медленное амальгамирование), повышение напряжения горения из-за жестчения газового состава, напыление на стекло продуктов испарения катода. Особенно опасна последняя причина, поскольку на поверхности стекла в районе катодов образуется проводящая пленка. При больших размерах пленки она оказывается электрически соединенной с электрическим выводом, в результате чего разряд перебрасывается на стеклянную поверхность, что приводит к разрушению оболочки.

Для предотвращения преждевременного выхода лампы из строя должны приниматься меры, исключающие переход разряда на внешнюю сторону поверхности катодного узла. С этой целью должна быть обеспечена качественная установка катода в ампуле, а в период откачки – тщательное обезгаживание катодного узла и стеклянной оболочки.