Лампа кварцевая ультрафиолетовая

 

Изобретение относится к области светотехнических устройств электрорадиотехники, в частности касается лампы кварцевой ультрафиолетовой, и может быть использовано в составе аппаратов ультрафиолетовых, а также в технологических системах, требующих источник излучения длинноволновой области ультрафиолетового диапазона, например электроники и спектроскопии, а также в медицине. Техническим результатом является повышение мощности бактерицидного излучения и исключение образования озона в процессе работы лампы. Технический результат достигается тем, что в лампе, колба которой выполнена из кварцевого стекла и заполнена инертным газом с дозированным количеством ртути, с двумя электродными сборками электроды горения выполнены из неоднократно скрученной спирали с покрытием, понижающим работу выхода электронов, свернутой в виде воронки с вершиной, закрепленной на ножке электродной, а электрод зажигания выполнен в виде проволоки с заостренным наконечником, свободный заостренный конец которой зафиксирован на расстоянии 2-3 мм от края спирали основания воронки электрода горения. На внешнюю поверхность колбы лампы нанесено кремний-титановое покрытие, закрепленное на поверхности высушиванием при нагревании колбы лампы. 1 ил.

Изобретение относится к области светотехнических устройств электрорадиотехники, в частности касается лампы кварцевой ультрафиолетовой, и может быть использовано в составе аппаратов ультрафиолетовых, а также в технологических системах, требующих источник излучения длинноволновой области ультрафиолетового диапазона, например электроники и спектроскопии, а также в медицине.

Известна лампа, колба которой выполнена из кварцевого стекла и заполнена инертным газом с дозированным количеством ртути, с двумя электродными сборками, каждая из которых соединена с фольгой контактной электродной и контактом электродным, заштампованными в колбу с противоположных концов по фольге контактной электродной, электроды электродных сборок выполнены из многошаговой спирали, а на внешнюю поверхность колбы лампы нанесено селективнопропускающее кремне-титановое покрытие.

Недостатком такого решения является невозможность развития высокой мощности ультрафиолетового излучения, а также низкий коэффициент отдачи лампы (отношение мощности излучения к потребляемой мощности).

Наиболее близким решением по технической сущности является лампа, колба которой выполнена из кварцевого стекла, заполнена инертным газом аргоном с дозированным количеством ртути, с двумя электродными сборками в составе электрода зажигания и электрода горения, а излучение осуществляется в дуговом разряде паров ртути.

Недостатком такого решения является низкий коэффициент отдачи лампы (отношение мощности излучения к потребляемой мощности лампы), образование озона в процессе работы лампы из-за широкого спектра ультрафиолетового излучения, с максимальной радиацией на резонансных длинах волн, не только в бактерицидном 253,7 нм, но и озонообразующим 184,9 нм. При взаимодействии озона с азотистыми основаниями, присутствующими в воздухе, образуются диоксиды. Указанные соединения являются ядами, и использование источников ультрафиолетового излучения с такими свойствами недопустимо. Кроме того, собственно озон является сильным окислителем, и его содержание в воздухе допускается не выше установленных норм.

Технической сущностью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение мощности бактерицидного излучения и исключение образования озона в процессе работы лампы.

Поставленная цель достигается тем, что в лампе, колба которой выполнена из кварцевого стекла и заполнена инертным газом с дозированным количеством ртути, с двумя электродными сборками, состоящими из электрода горения и электрода зажигания, каждый из которых закреплен на электродной ножке, каждый электрод горения выполнен из неоднократно скрученной спирали, с покрытием, понижающим работу выхода электронов, свернутой в виде воронки, с вершиной, закрепленной на электродной ножке, а каждый электрод зажигания выполнен в виде проволоки с заостренным наконечником, который зафиксирован на расстоянии 2-3 мм от края спирали основания воронки электрода горения, а на внешнюю поверхность колбы лампы нанесено кремний-титановое покрытие, которое закрепляется высушиванием при нагревании.

На чертеже представлена схема лампы, где показаны 1 колба кварцевая, с селективнопропускающим покрытием 2 кремний-титановым, с первой 3 и второй 4 электродной сборкой, каждая из которых состоит из первого 5 и второго 6 контактов электродных, первой 7 и второй 8 фольги контактной электродной, первой 9 и второй 10 ножки электродной, электрода 11 зажигания и электрода 12 горения.

Лампа выполнена следующим образом. Осуществляется подготовка электродной сборки 3 и 4. Спираль электродов 12 горения изготавливается из вольфрамовой нити скручиванием ее в спираль с минимально возможным шагом. Из полученной спиральной нити скручивается следующая спираль уже большим шагом, чем предыдущая. Затем из уже полученной неоднократно скрученной спирали скручивается воронка, вершина которой закрепляется на электродной ножке. Выполненная многошаговая вольфрамовая спираль, скрученная в виде воронки, покрывается веществом, понижающим работу выхода электронов, например суспензией на основе окиси иттрия. В результате того что спираль электрода 12 горения имеет сложную многошаговую конструкцию, обладает достаточным сопротивлением и площадью поверхности для формирования дугового разряда горения и несет на себе покрытие, понижающее работу выхода электронов значительно больше, чем при изготовлении электрода из одношаговой спирали простой конструкции. Такая конструкция спирали электрода облегчает процесс зажигания лампы и понижает ток, необходимый для формирования газоразрядного процесса, и увеличивает мощность излучения.

Спираль электрода 12 горения электродных сборок 3 и 4 закрепляется на молибденовых ножках 10 электрода, которые приварены к молибденовой фольге 8 контактной электродов, а уже к молибденовой фольге привариваются контакты 6 электродные.

Электрод 9 зажигания выполнен в виде вольфрамовой проволоки, свободный заостренный наконечник которой зафиксирован на расстоянии 2-3 мм от края спирали основания воронки электрода горения, а другой конец соединен с молибденовой ножкой 9, молибденовой фольгой 7 контактной электродной и контактом 5 электродным.

Заостренный наконечник электрода 9 зажигания облегчает формирование коронного разряда зажигания между электродом 9 и электродом 12 горения.

В момент включения лампы между электродом зажигания и электродом горения формируется коронный разряд, который разогревает нить электрода горения, и за счет лавинообразного выхода электронов между электродами горения электродных сборок 3 и 4 формируется дуговой разряд, и лампа зажигается.

Изготовленные таким образом первая 3 и вторая 4 электродные сборки впаиваются в колбу 1 лампы из кварцевого стекла с торцов таким образом что электроды 11 и 12, закрепленные на ножках 9 и 10, завариваются внутри колбы, а заштамповка электродной сборки в кварцевую колбу осуществляется по фольге 7 и 8 контактной. Такое решение предотвращает выход лампы из строя из-за возможности так называемой натечки атмосферного воздуха через место заштамповки электродной сборки в кварцевую колбу лампы.

После технологического прогревания электродов 11 и 12 током высокой частоты происходит дополнительная откачка лампы и заполнение инертным газом с дозированным количеством ртути и заварка технологического канала, место расположения которого из-за непринципиального значения на чертеже не показано. Количество ртути в лампе, а также используемый инертный газ и его давление определяются мощностью лампы.

Следующим этапом проводится технологическая тренировка лампы на стенде включения и проверка ее электрических параметров.

После процесса контроля работоспособности лампы и ее электрических параметров осуществляется процесс легирования поверхности колбы лампы кремний-титановой композицией, исключающей возможность формирования потока излучения в коротковолновой озонообразующей части ультрафиолетового спектра.

Для этого приготавливается специальный раствор селективно пропускающего покрытия, состоящий из основных компонентов, содержащих кремний, - тетраэтоксисилана и титан - тетрабутоксититана, разведенных в этиловом спирте с добавлением кислоты соляной. При этом содержание основных компонентов раствора селективно пропускающего покрытия не превышает 5%. После процесса созревания раствора через 24 ч приступают к нанесению покрытия на поверхность колбы лампы способом обливания или окунания лампы в раствор.

После нанесения покрытия лампу, с переворачиванием вокруг своей оси для избежания образования натеков, прогревают для затвердения и закрепления кремний-титанового покрытия на поверхности колбы лампы в электрической муфельной печи с температурой до 600^oС или включением лампы на 15-30 мин.

Включения лампы также достаточно для прогревания и закрепления покрытия, так как поверхность такой лампы нагревается до достаточно высокой температуры.

Прогревание колбы лампы позволяет сформировать пленку на поверхности колбы лампы, содержащую титан в окиси кремния, т.е. получить кварцевую пленку на поверхности колбы, легированную титаном. Такая пленка устойчива к внешним воздействиям и сохраняется на поверхности колбы лампы весь срок ее службы.

Кристаллизация титановых включений в процессе нагревания позволяет создать защитную кристаллическую решетку молекул титана в покрытии, которая отрезает коротковолновое озонообразующее ультрафиолетовое излучение.

После операции нанесения покрытия осуществляют контроль световых и спектральных параметров лампы и, при необходимости, контакты 5 и 6 электродные закрепляют в соответствующем цоколе.

Выполненные испытания показали высокие технические параметры, удовлетворяющие медицинским требованиям изделия. Лампа кварцевая рекомендована комитетом по новой медицинской технике Минздрава России для производства и практического применения в медицинской практике.

Формула изобретения

Лампа кварцевая ультрафиолетовая, колба которой выполнена из кварцевого стекла и заполнена инертным газом с дозированным количеством ртути, с двумя электродными сборками, состоящими из электрода горения и электрода зажигания, каждый из которых закреплен на электродной ножке, отличающаяся тем, что каждый электрод горения выполнен из неоднократно скрученной спирали, с покрытием, понижающим работу выхода электронов, свернутой в виде воронки с вершиной, закрепленной на электродной ножке, а каждый электрод зажигания выполнен в виде проволоки с заостренным наконечником, который зафиксирован на расстоянии 2-3 мм от края спирали основания воронки электрода горения, а на внешнюю поверхность колбы лампы нанесено кремний-титановое покрытие, которое закрепляется высушиванием при нагревании.

РИСУНКИ

Рисунок 1