4.14. Лампы специального назначения

К лампам специального назначения относятся источники тлеющего свечения и лампы с определенным, эталонным составом излучения (спектральные лампы).

4.14.1. Лампы тлеющего свечения

Лампы тлеющего свечения могут использоваться в качестве индикаторов высокого напряжения, индикаторов высокочастотного электрического поля, указателей фазного напряжения, сигнальных ламп. Достоинством таких ламп являются неприхотливость к внешним условиям, простота конструкции. Заметное излучение этих ламп наблюдается даже при очень малом рабочем токе. Лампы имеют небольшие размеры, поэтому светящийся объем соответствует области катодного свечения. В качестве рабочего газа чаще всего используется неон, поэтому для краткости их обычно называют неоновыми, хотя встречаются варианты с наполнением гелием, аргоном, бывают лампы с парами ртути и смесями этих газов. В отдельных случаях на внутреннюю сторону стеклянных стенок наносится люминофор. Рабочее давление газа 6...20 мм рт.ст. Лампы тлеющего свечения потребляют малую мощность – 0,01...10 Вт, световой поток – порядка 0,02...5 лм, яркость светящегося участка 100...10000 кд/м². Срок службы ламп свыше 1000 часов. Основное ограничение по сроку службы связано с потемнением стеклянной оболочки в результате запыления ее поверхности продуктами испарения материала электродов.

В озможные варианты конструктивного исполнения неоновых ламп поясняются на рис. 4.48. В зависимости от конструктивных особенностей, а следовательно, и назначения неоновые лампы делятся на следующие группы: сигнальные (СН-1, СН-2); миниатюрные (МН-3, МН-5 и т.д.); панельные (ПН-1); фазовые (ФН-2); волномерные (ВМН-1); указатели высокого напряжения (УВН-1). Лампы могут работать как при постоянном, так и при переменном напряжении. При питании переменным напряжением свечение распределено равномерно по всему межэлектродному промежутку, при питании постоянным током свечение наблюдается преимущественно вблизи отрицательного электрода. Величина рабочего тока устанавливается балластным резистором. В отдельных случаях балластный резистор (в лампе УВН-1 – конденсатор) вмонтирован в цоколь.

В настоящее время область использования ламп тлеющего свечения сокращается из-за конкуренции со стороны светодиодов.

4.14.2. Спектральные лампы

Спектральные лампы используются в качестве эталонных источников света со строго определенной длиной волны. Такие лампы применяются для калибровки спектрометров и других источников излучения в технике физического эксперимента и в исследованиях компонентного состава различных материалов.

По устройству и принципу действия спектральные лампы подразделяются на несколько групп.

Лампы на парах металла с прямым разрядным промежутком (рис. 4.49, а)

П оскольку при нормальной температуре (порядка 20 ⁰С) металлы имеют очень низкое давление паров, для начального зажигания разряда в объем лампы вводится аргон. После зажигания разряда формируется дуговой режим горения и таким образом – высокая температура металлического электрода, необходимое давление паров металла и высокая интенсивность излучения.

Маркировка ламп содержит в качестве первой буквы Д – дуговая; следующая буква или две буквы характеризуют наполнение, например цинк (Цн), кадмий (Кд), таллий (Тл), натрий (На), цезий (Цз), ртуть (Р), ртутно-гелиевая смесь (РГ). Маркировка заканчивается цифрами, обозначающими потребляемую мощность. Конструктивные особенности таких ламп типичны для источников света с дуговым разрядом – имеются защитная оболочка и горелка, содержащая рабочую смесь. Питание обеспечивается в режиме постоянного тока, поэтому в горелке предусмотрен поджигающий электрод, расположенный вблизи катода. Поджигающий электрод подключается к анодной цепи через ограничительный резистор. Цоколь лампы в зависимости от условий подключения может быть либо резьбовой, либо октальный, либо специальной конструкции.

Лампы с водородным и дейтериевым наполнением (рис. 4.49, б)

В лампах указанного типа используются интенсивные линии излучения водорода и дейтерия в ультрафиолетовой области спектра. Они дают непрерывное излучение в диапазоне 165...400 нм и линейчатый спектр в диапазоне 80...165 нм. Поскольку обычные стекла непрозрачны для ультрафиолетового излучения, в таких лампах предусмотрена установка специальных окон из монокристалла фтористого магния, герметично установленного на боковой либо торцевой стороне оболочки. Предусматривается система вакуумно-плотного подсоединения к установке спектральных исследований, поскольку при длине волны излучения менее 200 нм воздух почти непрозрачен (вакуумный ультрафиолет).

Лампы тлеющего разряда на парах металла с полым катодом (рис. 4.49, в)

Конструктивные особенности таких ламп обеспечивают возможность генерации спектров тугоплавких металлов. В качестве излучающего металла используются, в частности, золото (линии излучения 267,6 и 242,8 нм), серебро (328,1 нм), вольфрам (408 нм) и т.д.

Такие лампы могут выполняться в виде многоэлектродной и многоэлементной конструкции. Благодаря очень низкому давлению рабочего газа (пары металла) обеспечивается очень узкая (порядка 0,001 ... 0,002 нм) ширина линии излучения, режим газового разряда соответствует левой ветви кривой Пашена и разряд горит по длинному пути, в результате чего в полости катодного узла формируется отрицательное свечение большой интенсивности.