Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_12209
.pdf
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_395851.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=395851&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB395851A
[]
[Второе издание.] ]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ; - j -; ДАТА ПРИНЯТИЯ ПАТЕНТА (США): 29 мая 1931 г.
395,851 Дата подачи заявления (в Соединенном Королевстве): 30 мая 1932 года. № 15,319 /32.
Полная спецификация принята: 27 июля 1933 года.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в области электроэрозионных устройств и связанные с ними разработки.
Мы, компания BRITISH THOMSON-HOUSTON COMPANY LmuTED, британская компания с
зарегистрированным офисом по адресу: Crown House, Aldwvych, London, W.C. 2, (правопреемники Теда
Юджина Фулике, проживающего по адресу: 30, Evelvn Place, Nutley, County of Essex, State of New Jersey,
United States of America, гражданина Соединенных Штатов Америки), настоящим заявляем о характере
данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут подробно описаны и установлены в
следующем заявлении:
Настоящее изобретение относится к газоэлектрическим разрядным устройствам в целом, и в частности к
разрядным устройствам, работающим с разрядом в виде длинного положительного столба.
Одной из целей изобретения является создание газоразрядного устройства положительного столба, в
котором разряд может быть инициирован приложением постоянного тока с потенциалом менее 110 вольт
между его электродами. Таким образом, согласно настоящему изобретению, мы предлагаем способ запуска и
работы электрического газоразрядного устройства, имеющего желаемую газовую атмосферу, смешанную со
следами другого газа, ионизирующий потенциал которого ниже метастабильного потенциала газовой
атмосферы, который включает в себя создание локализованного разряда в указанном устройстве путем
приложения нормального рабочего потенциала между парой соседних электродов внутри устройства,
использование излучения от указанного разряда для возбуждения атомов указанной газовой атмосферы до
метастабильного состояния во всем пространстве между парой более удаленных друг от друга электродов,
использование энергии указанных метастабильных атомов для ионизации атомов указанных следов другого
газа и приложение нормального рабочего потенциала между последней парой электродов для инициирования
основного разряда между ними через указанный ионизированный газ.
Как известно, газоразрядные трубки в своем нормальном неионизированном состоянии оказывают очень
значительное сопротивление прохождению электрического разряда, поскольку для возникновения
нормального положительного столбчатого разряда при низком напряжении необходимо ионизировать газ или
пар. Для достижения 55-й степени ионизации, очевидно, необходимо обеспечить средства для образования
ионов со скоростью, превышающей потери ионов в результате рекомбинации с электронами в пространстве и
на стенках устройства. В прошлом это включало либо приложение чрезвычайно высокого потенциала для
получения необходимой ионизации, либо образование ионов посредством разряда на вспомогательный
электрод через зазор, достаточно короткий для инициирования разряда при линейном потенциале. Первый
вариант, очевидно, нежелателен, поскольку он предполагает использование вспомогательного оборудования,
такого как высоковольтный трансформатор с низким коэффициентом стабилизации или его эквивалент; или
высокочастотный высоковольтный механизм, например, обычная вибрационная катушка; или средства для
создания индуктивного импульса требуемого потенциала.
Таким образом, использование вспомогательного сброса, позволяющее избежать применения
вспомогательного оборудования, теоретически является более предпочтительным из этих решений. Однако
на практике оказалось невозможным инициировать положительные столбчатые разряды сколько-нибудь
значительной длины в обычных коммерческих цепях с потенциалом порядка 110 вольт переменного или
постоянного тока, поскольку вспомогательный разряд обязательно локализован на одном конце трубки, а
диффузия ионов используется для снижения потенциала, необходимого для инициирования положительного
столба в трубке. Однако эта диффузия быстро уменьшается с расстоянием, и количество ионов, достигающих
расстояния всего в три диаметра трубки от разряда, незначительно. Таким образом, этот метод 95
по-прежнему требовал использования потенциалов порядка 220 вольт или более, за исключением случаев,
когда длина положительного столба была меньше трех диаметров трубки. Таким образом, этот способ
ионизации газа так и не был полностью внедрен в коммерческое использование из-за очевидных присущих
ему ограничений.
Однако теперь мы обнаружили, что, вводя в основной газ небольшое количество, обычно менее одного
процента, газа или пара, имеющего ионизирующий потенциал, меньший, чем потенциал метастабильных
атомов основного газа, излучение от такого вспомогательного разряда может быть использовано новым
способом для получения ионизации на относительно больших расстояниях от вспомогательного разряда, при
условии выполнения определенных других условий, изложенных ниже. Эта ионизация дополняет ионизацию,
ранее присутствовавшую в непосредственной близости от вспомогательного разряда, и впервые позволяет
запускать положительные столбчатые разряды значительной длины при потенциалах менее 100 вольт
постоянного тока. Например, потенциал метастабильных атомов неона составляет около 16,5 вольт, поэтому
в качестве вспомогательного газа можно использовать любой газ или пар с более низким ионизирующим
потенциалом, такой как аргон, криптон, ксенон или ртуть.
Однако на практике было установлено, что наилучшие результаты достигаются, когда разница между
метастабильным потенциалом основного газа и ионизирующим потенциалом вспомогательного газа
относительно невелика, например, порядка 5 вольт или меньше. Поэтому мы предпочитаем использовать
аргон, ионизирующий потенциал которого составляет около 15,7 вольт, в качестве вспомогательного газа в
неоновой лампе.
К другим эффективным комбинациям относятся гелий-аргон, гелий-криптон, аргон-ртуть, ксенон-цезий и
ртуть-цезий, причем последний газ или пар в каждом случае выступает в качестве вспомогательного газа.
Вспомогательный разряд в любом из вышеперечисленных случаев испускает излучения, характерные для
основного газа, в результате чего становятся доступными резонансные линии этого газа. В то время как ядро
этих линий поглощается основным газом на очень небольшом расстоянии, было обнаружено, что края или
периферия этих линий проникают в газ на значительное расстояние, прежде чем поглотиться. Атомы
основного газа, поглощающие это излучение, при этом переходят в возбужденное состояние, которое обычно
длится очень недолго и, следовательно, относительно неэффективно. Однако значительная часть
возбужденных атомов в результате столкновений получает или теряет достаточно энергии, чтобы перейти в
метастабильное состояние, поскольку время жизни этих метастабильных атомов относительно велико, так что
у них есть множество возможностей столкнуться с атомом вспомогательного газа. При таком столкновении
энергия метастабильного атома передается последнему, вызывая ионизацию этого атома вспомогательного
газа.
Таким образом, будет видно, что если газ в пространстве между основными электродами облучать
излучением этого вспомогательного разряда, то по всему пути положительного столба возникнет
значительная ионизация, в результате чего проводимость трубки увеличится настолько, что разряд
положительного столба может быть инициирован при потенциале, лишь немного превышающем напряжение
поддержания дуги. 70 После того как дуга загорается, основной газ, разумеется, ионизируется, и после этого
вспомогательный газ играет лишь незначительную роль в передаче энергии через трубку.
Из вышеизложенного становится очевидно, что количество используемого вспомогательного газа
определяется двумя соображениями: он должен присутствовать в достаточной концентрации, чтобы
обеспечить ионизацию, необходимую для начала положительного столбчатого разряда; и он не должен
присутствовать в таком большом количестве, чтобы существенно изменить характеристики излучения
вспомогательного разряда по сравнению с характеристиками излучения основного газа. Например, для
неоновой лампы мощностью 85 Вт мы обнаружили, что эффективная концентрация аргона составляет от
0,01% до 1%, хотя в некоторых случаях могут использоваться более или менее высокие значения.
Давление газа также имеет очень важное значение, поскольку в неоново-аргоновой лампе этот эффект
практически исчезает при давлении до 10 мм ртутного столба. На практике мы используем давление,
максимально низкое, соответствующее началу вспомогательного разряда в устройстве, поскольку при этом не
только увеличивается желаемая ионизация по всей трубке в величине, значительно непропорциональной
снижению давления, но и повышается эффективность положительного столбчатого разряда. Например, в
неоновой лампе с холодным катодом мы используем давление порядка 4 мм ртутного столба, а в лампе с
термоэлектронным катодом желательно давление от 1 до 3 мм ртутного столба.
При использовании других газов, разумеется, необходимо применять соответственно низкое давление.
В любом случае используемое давление неизбежно представляет собой компромисс между низким
давлением, при котором положительный разряд будет наиболее эффективным, и несколько более высоким
давлением, при котором наиболее эффективно происходит ионизация за счет резонансного излучения и
явлений столкновений. В случае устройства с холодным катодом необходимо также учитывать несколько
более высокое давление, при котором наиболее легко происходит начальный пробой вспомогательного
зазора 120. Поскольку крайне важно, чтобы давление было как можно ниже, необходимо, чтобы геометрия
вспомогательного зазора была максимально благоприятной для пробоя при низком напряжении 125, а
поверхность катода имела минимальную работу выхода, чтобы потенциал пробоя этого вспомогательного
зазора оставался ниже доступного линейного потенциала 130 395-,851 1. Стекло или другой стеклообразный
материал имеет трубчатый катод 2, который предпочтительно выполнен из никеля, и анод 3, который удобно
изготавливать из углерода.
Указанный катод поддерживается выводом 4, который 70 герметично вставлен в соседний конец указанного
конверта 1. Еще один вывод 5, который служит вспомогательным анодом, также герметично вставлен в тот же
конец указанного корпуса, причем этот вывод простирается на значительное расстояние внутри трубчатого
катода 2 и предпочтительно заканчивается в точке, расположенной близко к нему. Та часть вывода 5, которая
проходит внутри оболочки 1, предпочтительно состоит из никеля, вольфрама или другого подходящего
электродного материала. Анод 3 поддерживается выводом 6, который герметично вставлен в
противоположный конец конверта 1. На катодном конце 85 оболочки 1 приклеено стандартное винтовое
основание 7, а на противоположном конце этой оболочки приклеена металлическая крышка 8. Ввод 4
соединен с наконечником винтового основания 7 через сопротивление 9, имеющее подходящее значение для
балластировки разряда 90, например, порядка 500-1500 Ом, в то время как ввод 5 соединен с втулкой
винтового основания через относительно большое сопротивление 10, порядка 25 000-100 000 Ом.
Аналогичным образом, вывод 6 (95) соединен с крышкой 8, которая, в свою очередь, соединена с втулкой
винтового основания 7 посредством проводника 11 из алюминиевой фольги или подобного материала,
проходящего вдоль поверхности конверта 100. Катод 2 может быть изготовлен из вещества с низкой работой
выхода, такого как цезий или рубидий, или из покрытого им неблагородного металла, но мы предпочитаем
использовать катод из неблагородного металла, например, никеля 105, покрытого цезием, смешанным с
оксидом, поскольку было установлено, что цезий гораздо прочнее прилипает к такой поверхности, в
результате чего такой катод имеет относительно длительный срок службы. Такой катод удобно изготавливать
путем нанесения на чистый никелевый катод 2 покрытия, например, карбоната цезия, в процессе
производства устройства. В процессе откачки воздуха из оболочки 115 катод нагревается соответствующим
образом, например, с помощью высокочастотного поля, до температуры, достаточной для восстановления
карбоната до оксида, а выделяющийся газ откачивается насосом.
Разумеется, любой заключенный в трубке газ также удаляется в процессе нагрева. Затем нагревают гранулу
12, которая надлежащим образом закреплена вблизи одного из концов устройства и которая предпочтительно
состоит из разлагаемого цезия или другого щелочного соединения, а также, при необходимости,
восстановителя; обычно используется смесь дихромата цезия и кремния. Чистый металлический сплав 183,
несмотря на неблагоприятно низкое давление газа. При использовании холодных катодов мы обнаружили, что
покрытие из цезия, предпочтительно смешанное с его оксидом, обеспечивает очень удовлетворительную
поверхность для этой цели, позволяя пробивать неон при постоянном токе менее 100 вольт даже при
давлении газа всего 3 мм ртутного столба. В тех случаях, когда катод вспомогательного разряда
одновременно является катодом основного разряда, как это обычно бывает, такое покрытие с низкой работой
выхода также существенно уменьшает падение напряжения на катоде, высвобождая тем самым
значительную часть доступного потенциала для использования в положительном столбе, например, катод с
таким покрытием, как описано выше, имеет падение напряжения на катоде всего 40 вольт постоянного тока.
При использовании термоэлектронного катода пробой, разумеется, может быть обеспечен при доступном
линейном потенциале даже при более низком давлении, а поддерживающее напряжение также существенно
снижается, так что можно запускать и эксплуатировать значительно более длинные положительные колонны
как за счет более эффективного использования резонансного излучения, так и за счет снижения потребления
напряжения на катоде.
Для иллюстрации изобретения inW0 мы показали несколько его вариантов осуществления на прилагаемых
чертежах, где фиг. 1 представляет собой вид сбоку, в частичном разрезе, электрического газоразрядного
устройства положительного столбчатого типа.
Рис. 2 представляет собой вид сбоку модификации устройства, показанного на рис. 1, специально
адаптированной для использования с переменным током; рис. 3 представляет собой вид сбоку в разрезе
другой модификации устройства, показанного на рис. 1, демонстрирующей использование специального
анода для работы в полноволновом режиме; рис. 4 представляет собой вид сбоку в разрезе устройства для
газоразрядного электрического разряда с использованием термоэлектронного катода; рис. 5 и 6 представляют
собой разрезы, показывающие детали катода, который предпочтительно используется в разрядном
устройстве, показанном на рис. 4; рис. 7 представляет собой вид сбоку модификации устройства, показанного
на рис. 4, специально адаптированной для использования в системах переменного тока; рис. 8 представляет
собой вид сбоку в разрезе другой модификации устройства, показанного на рис. 4; и рис. 9 и 10 представляют
собой виды сбоку еще одной модификации устройства, показанного на рис. 4, с двумя различными схемами
работы, схематически изображенными в связи с ней.
На чертежах, в частности, на фиг. 1, изображена трубчатая оболочка 395,851 eaesium, пар которой проникает
во все части устройства, конденсируясь на его стенках.
Затем устройство заполняется газом или паром, который излучает желаемое излучение, вместе с небольшим
процентом другого газа или пара, ионизирующий потенциал которого меньше потенциала метастабильных
атомов основного газа, при давлении, которое обычно составляет менее 1 мм ртутного столба. Например,
когда требуется красный свет, мы используем неон, содержащий около 0,2% аргона, под давлением от 3 до 6
мм ртутного столба.
В модификации, показанной на рис. 2, оболочка 1 имеет катод 2, поддерживаемый выводом 4, как на рис. 1.
Аналогичным образом, вывод также проходит внутри катода 2. Однако на противоположном конце оболочки 1
расположен аналогичный катод 21, поддерживаемый выводом 41 и выводом 51, который проходит внутри
катода 21, что делает противоположные концы устройства симметричными.
Ввод 4 подключен к одному из выводов подходящего источника переменного тока через балластное
сопротивление 9, а ввод 51 подключен к тому же выводу через указанное сопротивление 9. Провод 41
подключен к противоположному выводу указанного источника, к которому через высокое сопротивление 10
также подключен входной провод 5.
Благодаря своей симметрии, это устройство приспособлено для работы в полноволновом режиме на
переменном токе. Электроды 2 и 21, разумеется, предпочтительно покрыты таким же образом, как описано в
связи с рис. 1, и аналогичная газовая атмосфера герметично заключена внутри оболочки 1.
Устройство, показанное на рис. 3, весьма похоже на устройство, показанное на рис. 1, основное отличие
заключается в том, что в качестве анода 31 используется спеченная смесь вольфрама и оксида бария или
аналогичного вещества. Перфорированная крышка 81 также сделана немного большего размера, чтобы
вместить балластное сопротивление 9, которое в данном случае подключено между входным патрубком 6 и
указанной крышкой 81. Такое расположение сопротивления балласта желательно в некоторых случаях,
поскольку оно позволяет легче отводить выделяемое им тепло и, следовательно, более применимо к лампам
большой мощности.
55- В структуре, изображенной на рис.
4-6 Трубчатая стекловидная оболочка 20 имеет на одном из своих концов анод 21, который может быть
выполнен из графита, железа или другого подходящего материала и поддерживается свинцовым выводом 22.
На другом конце указанной оболочки, при температуре -60°, находится катод 23 из никеля или подобного
материала, как подробно показано на рис. 5 и 6. Вокруг указанного катода и в электрическом соединении с
ним расположены цилиндрические теплозащитные экраны 24 и -5 25, которые также удобно изготавливать из
никеля. Внешний теплозащитный экран 25 предпочтительно выступает на некоторое расстояние за конец
катода 23. Указанный катод разделен на множество отсеков лопастями 26, которые, взаимодействуя друг с
другом, образуют центральную трубку, плотно прилегающую к нагревателю 27. Указанный нагреватель
рассчитан на работу от сети 110 вольт, поэтому его нагревательная спираль (не показана) полностью
встроена в подходящий огнеупорный изоляционный материал, такой как корень, чтобы предотвратить
образование дуги между различными его частями. Одна из клемм указанной нагревательной спирали
подключена к входному выводу 28, а другая ее клемма подключена к теплозащитному экрану 25, при этом
последняя клемма поддерживается на потенциале катода 23.
Указанный свинцовый проводник 28 защищен от газопроводящей проводимости с помощью никелевой втулки
85 29, которая плотно прилегает как к концу нагревателя 27, так и к концу трубчатой стекловидной втулки 30,
являющейся частью свинцового уплотнения. Внутренняя поверхность катода 23 и открытые поверхности
лопаток 26 предпочтительно покрываются щелочным или щелочноземельным металлом или его
соединением, чтобы уменьшить рабочую функцию этих поверхностей. Например, мы предпочитаем
использовать смесь оксидов 95-бария и стронция, причем эти оксиды восстанавливаются из карбонатов in situ
с помощью нагревания хорошо известным способом. В некоторых случаях мы также покрываем ту часть
внутренних поверхностей теплозащитных экранов 24 и 25, которая выступает за пределы катода 23,
материалом, таким как порошкообразный алюминий, который, как известно, устойчив к активации частицами,
распыленными с активной поверхности катода, чтобы 105 навсегда ограничить разряд желаемыми
поверхностями внутри катода 23.
-Теплозащитный экран 25, находящийся в электрическом соединении с катодом 23, соединен с выводом 31, с
помощью которого он частично поддерживается. Третий входной патрубок 32 проходит внутрь указанного
корпуса 20 и заканчивается кольцом 33, которое концентрично с теплозащитным экраном 25 и лежит в
плоскости, близкой к его концу. Указанное кольцо 115 служит вспомогательным анодом и, следовательно,
предпочтительно изготавливается из никеля, железа, вольфрама или другого подходящего материала. Для
того чтобы ограничить эффективные поверхности указанного вспомогательного анода кольцевой частью 120
указанного вывода 32, предпочтительно размещать стекловидную втулку 34 вокруг той части указанного
вывода 32, которая простирается вдоль теплозащитного экрана 25. При питании от источника постоянного
тока положительный вывод 125 указанного источника подключается через балластное сопротивление 35
порядка 10-100 Ом к входному выводу 22.
Указанный положительный вывод также подключен непосредственно к входному выводу 28, а входной вывод
32 соединен через высокое сопротивление 36 с точкой подходящего потенциала на потенциометре 44, причем
указанный потенциометр подключен параллельно линии.
Рис. 10 аналогичен рис. 9, за исключением того, что в этом случае вывод 32 соединен с анодом через
устройство газового разряда 45 катодного тлеющего типа и балластное сопротивление 361, которое имеет
несколько меньшее сопротивление, чем соответствующее сопротивление 75 в других показанных схемах.
Указанное разрядное устройство имеет потенциал пробоя значительно ниже доступного напряжения в сети, а
также обладает токовой мощностью, равной требуемой для вспомогательного разряда 80 В.
При использовании и работе устройства электрического разряда, показанного на рис. 1, при подаче на него
постоянного тока напряжением порядка 100-110 вольт немедленно происходит разряд порядка 5-30
миллиампер между катодом 2 и вспомогательным анодом 5, причем этот ток ограничивается сопротивлением
10. В присутствии смеси неона и аргона, как описано выше, этот разряд будет излучать характерное
излучение неона, включая его резонансные линии. Хотя основная часть этих резонансных линий поглощается
на очень коротком расстоянии, было обнаружено, что их периферийная полоса проникает в газ на
значительное расстояние. Атомы неона, поглощающие это резонансное излучение, при этом переводятся в
возбужденное состояние. Продолжительность жизни этого возбужденного состояния чрезвычайно коротка, но
за это время большое количество возбужденных атомов получает или теряет достаточно энергии, чтобы
перейти в метастабильное состояние, причем эти метастабильные атомы, как известно, имеют относительно
долгую жизнь.
При столкновении этих метастабильных атомов неона с атомами аргона часто происходит передача энергии,
что приводит к ионизации атомов аргона. Ионизация атомов аргона, по-видимому, также возможна при
столкновении с ними любых возбужденных атомов неона, поскольку эти возбужденные атомы также обладают
необходимой энергией 115. Эта ионизация распространяется по всей длине трубки благодаря проникновению
резонансных излучений и позволяет небольшому току протекать между катодом 2 и анодом 3. Этот ток,
разумеется, вызывает изменение распределения электрического поля, возникающего в результате
потенциала, приложенного между катодом 2 и анодом 3, что приводит к общему ускорению ионов и
электронов и, как следствие, к увеличению ионизации за счет столкновений. Увеличение концентрации ионов
продолжается до тех пор, пока концентрация ионов не станет настолько велика, что разряд между катодом 3 и
анодом 2 превратится в разряд 130 Ом через указанное сопротивление 35 и высокое сопротивление 36,
порядка 1000 Ом, на входе 32.
Отрицательный вывод указанного источника затем напрямую подключается 5i к входному выводу 31. При
необходимости, очевидно, может быть предусмотрено винтовое основание, как показано на фиг. 1 или 3.
Конверт 20 заполнен любым желаемым газом, а также небольшим процентом другого газа, ионизирующий
потенциал которого ниже метастабильного потенциала основного газа. Например, если требуется источник
красного света, мы используем неон, содержащий около 0,2% аргона, при давлении 1-3 мм ртутного столба.
Устройство, показанное на рис. 7, отличается от устройства, показанного на рис. 4, главным образом тем, что
вместо анода 21 используется дублирующий катодный узел. Эта симметричная трубка особенно хорошо
подходит для использования с переменным током. Один вывод источника переменного тока соединен с
входным выводом 31 через балластное сопротивление 35, с входным выводом 321 через высокое
сопротивление 36' и непосредственно с входным выводом 28', в то время как другой вывод указанного
источника соединен непосредственно с входными выводами 31' и 28 и через высокое сопротивление 36 с
входным выводом 32.
В модификации, показанной на рис. 4 (рис. 8), анод 21 заменен электродным узлом, который практически
идентичен узлу на другом конце трубки, за исключением отсутствия вспомогательного анода и того, что
нагревательная спираль нагревателя 27' предназначена для пропускания основного разрядного тока. К
катодному концу оболочки 20 приклеено стандартное винтовое основание 40, а вывод 31 соединен
непосредственно с его наконечником. Вводной вывод 28 соединен непосредственно с втулкой указанного
основания, а вводной вывод 32 также соединен с ним через высокоомное сопротивление 36, которое удобно
расположено известным способом внутри указанного основания 40. К противоположному концу указанного
корпуса 20 приклеен проводящий колпачок 41, к которому подключен вывод 281. Указанная крышка 41, в свою
очередь, соединена с втулкой основания 40 через проводник 42, который удобно выполнен из алюминиевой
фольги, приклеенной к оболочке 20, и расположен таким образом, чтобы минимизировать помехи для
излучения света из указанной оболочки 20.
На рис. 9 показана дальнейшая модификация конструкции, изображенной на рис. 4, в которой вместо анода
21 используется анод 43 типа, описанного в связи с рис. 3, и состоящий, например, из спеченной смеси оксида
вольфрама и бария.
Соединения различных выводов такие же, как на рис. 4, за исключением того, что дуга 395,851 a95,851 имеет
типичную отрицательную вольт-амперную характеристику, при этом ток в этом случае ограничивается
сопротивлением 9. При достижении этого условия продолжение работы разряда :5 больше не зависит от
продолжения работы вспомогательного разряда.
При возникновении дуги потребление энергии во вспомогательном разряде автоматически уменьшается за
счет увеличения падения напряжения на резисторе 9, что приводит к повышению эффективности устройства.
Хотя эти явления описываются как происходящие последовательно, следует понимать, что начало
образования положительного столба происходит практически мгновенно, без какой-либо задержки. В
результате такого новаторского использования резонансного излучения для усиления ионизации по всему
разрядному пути нам удалось запустить и эксплуатировать трубку, показанную на рис. 1, имеющую
положительный столб длиной приблизительно 13 дюймов и диаметром 1 дюйм, при потенциале всего 100
вольт постоянного тока. Следовательно, такая лампа будет удовлетворительно работать в промышленных
сетях с номинальным напряжением постоянного тока 110 вольт, несмотря на сильные колебания напряжения
в них. При необходимости устройство, изображенное на рис. 1, может также работать от цепей переменного
тока, однако очевидно, что положительный столбец будет формироваться только на чередующихся
полупериодах из-за высокой работы выхода анода 3.
Разумеется, очевидно, что для других газов максимальная возможная длина положительного столба будет
варьироваться, будучи несколько меньше, например, у гелия, и больше у аргона или ртути.
Устройство, изображенное на рис. 2, начинает работу в любой заданный полупериод тем же способом, что и
было описано в связи со структурой, изображенной на рис. 1, при этом очевидно, что разрядка
возобновляется таким же образом в начале каждого полупериода с чередующихся концов устройства.
Максимальная длина положительного столба, который можно легко запустить при напряжении 110 вольт с
помощью этой конструкции, примерно на 50% больше, чем достигается с помощью конструкции, показанной
на рис. 1, например, 18 дюймов при использовании трубки диаметром 1 дюйм. В некоторых случаях можно
обойтись без вспомогательного анода 51, поскольку было установлено, что ионизация сохраняется
достаточно долго, чтобы переноситься из одного полуцикла в следующий. Это особенно верно в тех случаях,
когда положительный столбец несколько короче максимально возможного при симметричной структуре,
показанной на иллюстрации.
- Устройство, изображенное на рис. 3, запускается аналогично описанному в связи со структурой. Рис. 1,
полуволновой разряд, возникающий при работе устройства ОС от переменного тока. Однако по мере
нагревания анода 31 разрядом этот анод начинает испускать электроны, в результате чего он начинает
функционировать как катод в обратном полупериоде. В результате, с помощью этой структуры достигается
полноволновой режим работы, аналогичный тому, который был получен с устройством, показанным на рис. 2,
но без вспомогательного анода 51, как описано выше.
Устройство, изображенное на рис. 4-6, функционирует практически так же, как и устройство, показанное на
рис. 1. При подаче на это устройство постоянного тока напряжением 110 вольт, которое может иметь
положительный столб длиной порядка 18 дюймов и диаметром 80 дюймов при использовании неона в
качестве основного газа, ток протекает через нагреватель 27, вызывая нагрев катода 23. Когда указанный
катод начинает испускать электроны под воздействием этого нагрева, происходит разряд от вспомогательного
анода 33.
Этот разряд, который ограничивается сопротивлением 36 до тока порядка миллиампер, обеспечивает
резонансные излучения 90, которые необходимы для нового метода запуска этих устройств, как описано
выше. Поскольку эти излучения могут проходить через отверстие в кольцевом аноде 33, они облучают все
газовое пространство между катодом 23 и анодом 21, так что быстро начинается основной разряд между
ними. При желании это устройство также может работать от переменного тока, при этом разряд будет
происходить через каждые две половины цикла.
Устройство, показанное на рис. 7, работает аналогично устройствам, показанным на рис. 4-6, за исключением
того, что разряд возобновляется 105 раз в каждом полуцикле с разных концов устройства. Положительные
столбы длиной до дюймов и диаметром до одного дюйма могут быть успешно запущены при использовании
неона в качестве основного газа при напряжении переменного тока от 110 до 110 вольт в устройстве,
сконструированном таким образом. Теплозащитные экраны 25 и 251 эффективно выполняют функцию анодов
в обратных полуциклах, увеличивая площадь электрода и, таким образом, уменьшая нагрев анода. Следует
также отметить, что после начала разряда подвод энергии к нагревателям автоматически уменьшается из-за
увеличения падения напряжения на резисторе 35. Вместо параллельного соединения 120 нагревателей,
очевидно, что при необходимости их можно соединять последовательно.
Устройство, показанное на рис. 8, специально разработано для работы от переменного тока. При подаче
соответствующего потенциала, например, 110 вольт, в нем инициируется полуволновой положительный
столбчатый разряд способом, описанным в связи с устройством на рис. 4.130. Это позволяет значительно
уменьшить падение напряжения между катодом 25 и указанным вспомогательным анодом 33, в результате
чего ток через устройство 45 не может протекать, и вспомогательный разряд невозможен.
Однако, как только излучение достигает желаемого значения 70, распределение потенциала изменяется
таким образом, что в устройстве 45 происходит пробой с сопутствующим инициированием вспомогательного
разряда. После этого начинается разряд положительного столба. 75 Но как только основной разрядный ток
начинает протекать через балласт 35, напряжение на устройстве 45 снижается ниже напряжения,
необходимого для поддержания разряда через него, в результате чего вспомогательный разряд 80
прекращается. Разумеется, очевидно, что если разряд не возобновится в каком-либо последующем цикле
из-за первоначальной работы в полуволновом режиме, вспомогательный разряд на мгновение возобновится,
но как только будет достигнута работа в полноволновом режиме, в нем больше не будет необходимости.
Очевидно, что прекращение вспомогательного разряда эффективно повышает КПД устройства за счет
устранения потребления этой мощности.
Однако еще большее повышение эффективности достигается за счет изменений, происходящих в
положительном столбе при прекращении вспомогательного разряда 95, поскольку было обнаружено, что
происходит очень заметное увеличение светоизлучения без соответствующего увеличения тока. В
дополнение к этому весьма существенному повышению эффективности, данное устройство также обладает
чрезвычайно длительным сроком службы, поскольку начальная задержка в инициировании вспомогательного
разряда предотвращает разрушение катода, а прекращение вспомогательного разряда во время работы
устраняет возможный источник распыления.
Разумеется, очевидно, что данная схема не ограничивается конкретным типом показанного устройства и не
работает с переменным током. Кроме того, следует понимать, что при необходимости могут быть
использованы и другие способы прекращения вспомогательного сброса.
В некоторых случаях, особенно когда в качестве основного компонента газовой атмосферы используется
конденсируемый пар, роли двух компонентов атмосферы могут поменяться местами на начальном этапе
полета. Например, в ртутной лампе аргон-120 может подаваться под низким давлением. В начале процесса
будет присутствовать лишь незначительное количество паров ртути из-за их низкого давления паров. Таким
образом, вспомогательный разряд будет излучать резонансные линии аргона, возбуждая атомы аргона по
всему разрядному пространству и приводя к обильному образованию метастабильных атомов аргона.
Поскольку потенциал этих метастабильных атомов больше 13i, этот разрядный ток протекает через
последовательно соединенный нагреватель 27', нагревая соответствующий электрод, который в начале
служит только анодом, таким образом, указанный нагреватель 271 6' выполняет как функцию нагревателя, так
и функцию балласта для разряда. При этом температура этого электрода повышается как за счет тепла,
получаемого от нагревателя 2 7', так и за счет тепла, выделяемого при его анодной бомбардировке.
Как только указанный электрод достигает температуры, при которой происходит эмиссия электронов, он
начинает служить катодом в обратном полупериоде, при этом ток увеличивается по мере увеличения
тепловой эмиссии до достижения температурного равновесия, после чего через устройство проходит
сбалансированный разрядный ток полного цикла. В результате двойного использования балласта это
устройство, очевидно, несколько эффективнее, чем полноволновое устройство, показанное на рис. 7. Кроме
того, к аноду трубки требуется всего одно соединение, что делает это устройство более подходящим для
работы в обычном винтовом гнезде.
Устройство, изображенное на рис. 9, также предназначено для работы в полноволновом режиме на
переменном токе. Однако данное устройство начинает работу с полуволнового разряда, который переходит в
полноволновой, когда анод 43 достигает состояния эмиссии электронов в результате его анодного нагрева,
аналогично тому, как это описано в связи со структурой на рис. 3.
:35 При использовании термоэлектронных катодов иногда начинается вспомогательный разряд, который, в
свою очередь, запускает основной разряд, прежде чем эмиссия катода станет достаточной для поддержания
нормального положительного тока разряда столба. В этом случае катод может быть разрушен, его
эффективность может быть серьезно снижена, или могут выделяться нежелательные газообразные примеси
из-за концентрации разряда в «горячей точке» на катоде. Один из способов устранения этой трудности
показан на данном рисунке. С помощью потенциометра 4 напряжение между вспомогательным анодом 33 и
катодом 23 ограничивается, скажем, до 30-40 вольт, так что вспомогательный разряд не может начаться до
тех пор, пока не будет наблюдаться практически нормальная рабочая эмиссия от указанного катода. В
результате начало положительного столбчатого разряда положительно откладывается до тех пор, пока катод
не обеспечит необходимую эмиссию электронов.
Другой способ решения этой проблемы показан на рис. 10. В данной конструкции разрядное устройство 45,
включенное последовательно со вспомогательным анодом 38, требует потенциала, скажем, 60-70 вольт (если
устройство должно работать в цепи 110 вольт), для создания в нем разряда.
Следовательно, пока эмиссия электронов с катода 25 не станет достаточной, чтобы значительно превышать
ионизирующий потенциал ртути, очевидно, что столкновения этих метастабильных атомов аргона с атомами
ртути приводят к ионизации последних. По мере нагревания устройства доля паров ртути увеличивается, так
что энергия постоянно передается главным образом ионами ртути. К сожалению, такое устройство нельзя
перезапустить, пока оно горячее, поскольку в этом случае основным газом является ртуть.
Эту трудность можно преодолеть добавлением небольшого количества цезия. Когда лампа холодная, этот
цезий оказывает незначительное воздействие из-за своего крайне низкого давления пара.
Однако дуга легко загорается, когда лампа холодная, благодаря наличию аргона. По мере нагревания лампы
цезий испаряется в достаточном количестве, чтобы служить вспомогательным газом, с помощью которого
лампу можно снова зажечь в горячем состоянии. В этом случае вспомогательный разряд испускает
резонансное излучение ртути, которое возбуждает атомы ртути по всему разрядному пространству, что
приводит к образованию метастабильных атомов ртути. Эти метастабильные атомы ртути ионизируют атомы
цезия при столкновении с ними, и в результате этой ионизации возникает дуга, при этом пары ртути
ионизируются и служат для передачи практически всей энергии.
При использовании только комбинации ртути и цезия очевидно, что необходимо предусмотреть средства для
достаточного нагрева цезия и ртути для получения необходимого количества пара. Аналогичные средства
нагрева требуются также при использовании цинка, кадмия, любых щелочных металлов и тому подобных
веществ в качестве основного или вспомогательного пара, согласно общему правилу, изложенному выше.
Было установлено, что термоэлектронный катод, изображенный на рис. 5 и 6, особенно эффективен,
возможно, потому что газ внутри полости горячее, чем в остальной части устройства. Считается, что это
приводит к смещению относительного количества энергии, доступной в ядре и на периферии резонансных
линий, делая эти линии более эффективными на расстоянии. Кроме того, хорошо известно, что электроны,
испускаемые из полой металлической камеры, имеют относительно низкую случайную скорость или
температуру. Эти электроны при низкой температуре не создают такого сильного заряда на стенках дуговой
трубки, как электроны при более высокой температуре, поэтому толщина пристеночного слоя
минимизируется, что позволяет увеличить площадь, через которую ионы могут свободно перемещаться, не
подвергаясь воздействию этого слоя. Следует, однако, понимать, что, хотя мы предпочитаем использовать
именно этот тип термоэлектронного катода, мы не ограничиваемся им, и хорошие результаты могут быть
получены с любым из обычных термоэлектронных катодов.
Интенсивность резонансного излучения, которым облучается газ в апертуре, зависит от нескольких факторов.
Одним из таких факторов, безусловно, является ток, протекающий во вспомогательном разряде. Этот ток,
который обычно составляет несколько миллиампер, как уже указывалось ранее, ограничивается главным
образом экономическими факторами, поскольку нежелательно вкладывать в этот разряд очень много энергии
из-за низкой эффективности его использования. Однако в некоторых случаях, например, когда требуются
чрезвычайно длинные положительные столбцы, этот ток может быть значительно увеличен, что приведет к
увеличению длины положительного столбца, который может быть запущен при заданном напряжении.
Или же, вместо этого, в другой точке разрядной колонны может быть предусмотрен дополнительный разряд
для компенсации ослабления резонансного излучения вследствие поглощения. Или же резонансные линии
могут быть расширены, как, например, за счет эффекта Доплера-90, так что большая часть излучения сможет
проникнуть на значительное расстояние в газ.
Хотя мы описали использование резистора для балластировки разряда, следует понимать, что при
использовании переменного тока его можно по желанию заменить индуктивностью. В некоторых случаях это
желательно, поскольку общая эффективность устройства повысится, но с некоторым ухудшением
коэффициента мощности. Кроме того, индуктивность служит для поддержания разряда в течение более
длительного периода каждого полупериода.
Нам известно о британской спецификации 105.
В патенте № 363343 предложено создать светящуюся трубку для положительного столбчатого разряда с
газовым заполнением, включающим в качестве основного газа неон, содержащий не более 110 примерно
0,5% одного или нескольких газов с низким градиентом потенциала: аргона, криптона и ксенона, причем
трубка снабжена (в дополнение к обычным рабочим электродам внутри) одним или несколькими
пластинчатыми 115 вспомогательными электродами, установленными снаружи стеклянной стенки трубки и
предназначенными для приложения к ним электрического потенциала, значение которого может быть таким
же, большим или меньшим, чем потенциал, приложенный к обычным рабочим электродам трубки для
облегчения запуска последней, и мы хотим, чтобы было понятно, что мы не заявляем в качестве нашего
изобретения ничего из описанного в этом 125 документе. Более того, мы не заявляем здесь никаких претензий
на трубку тлеющего разряда с электрическим катодом, имеющую холодные электроды и газовый
наполнитель, состоящий из неона, к которому добавлено небольшое количество аргона, например, около 1%
130 395,851 q j f i i t i 1 1 i 395,851, при этом давление указанного наполнителя составляет 6 мм, и в которой
вспомогательный электрод, имеющий множество отверстий, состоящий, например, из проволочной сетки,
Соседние файлы в папке патенты