Способ неразрушающего контроля количества ртути в трубчатой люминесцентной лампе и устройство для его осуществления



Способ неразрушающего контроля количества ртути в трубчатой люминесцентной лампе и устройство для его осуществления
Способ неразрушающего контроля количества ртути в трубчатой люминесцентной лампе и устройство для его осуществления
Способ неразрушающего контроля количества ртути в трубчатой люминесцентной лампе и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2410791:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при испытаниях и контроле качества люминесцентных ламп. Технический результат заключается в сокращении времени определения количества ртути в люминесцентной лампе без ее разрушения и высокотемпературного термического воздействия на нее, что позволяет сократить энергетические затраты. Способ обеспечивает изменение электрических характеристик люминесцентной лампы, при работе которой от источника постоянного тока в интенсивном режиме собирают ртуть в зоне положительного столба разряда вблизи отрицательно заряженного электрода путем охлаждения указанной зоны с одновременным утеплением остальной зоны положительного столба разряда, а затем переключают полярность источника постоянного тока, меняя местами зоны охлаждения и утепления, и повторно собирают ртуть в холодной зоне. Измеряют время с начала повторного переноса ртути до момента резкого уменьшения напряжения на лампе при поддержании постоянного значения тока и по градуировочной зависимости, которую строят с использованием контрольных ламп, определяют количество ртути. Способ реализуется с помощью устройства, в котором зона охлаждения для конденсации ртути вставлена в контактный охладитель, а остальная ее поверхность, находящаяся вне зоны конденсации, покрыта теплоизолирующей многослойной манжетой. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при испытаниях и контроле качества люминесцентных ламп.

Известен способ определения количества ртути в люминесцентных лампах (ЛЛ) по изменению напряжения горения тлеющего разряда, заключающийся в том, что при контроле массы ртути исследуют зависимость напряжения горения лампы, работающей от сети переменного тока, от температуры колбы. Горение происходит в режиме тлеющего разряда (ток до 100 мА, напряжение более 140 В) при температурах 20÷350°С, которые достигаются помещением лампы в специальную печь, и при поддержании постоянного уровня тока разряда. Электроды лампы разогревают до температуры, превышающей температуру колбы. Контроль массы ртути осуществляют по излому кривой температурной зависимости. При нагревании лампы, горящей при постоянном значении тока разряда, наблюдается рост напряжения на лампе, который приводит к тому, что при температурах, превышающих температуры полного испарения введенной в лампу ртути, напряжение горения будет тем больше, чем больше масса введенной в лампу ртути. Таким образом, по соотношению напряжений горения ламп при температурах, меньших и превышающих температуру полного испарения введенной ртути, можно контролировать ее массу в лампе (SU 1661865, МПК Н01J 9/395, 9/42, опубл. 07.07.1991).

Известна установка для осуществления способа неразрушающего контроля массы ртути в люминесцентных лампах, состоящая из печи-термостата с регулируемой температурой, которую измеряют с помощью термодатчика.

Недостатком известного способа является следующее: для его реализации необходимо применение специальной печи, а нагрев лампы до достаточно высокой температуры приводит не только к испарению всей ртути, но и к вероятности зартучивания помещения в случае разрушения лампы. Кроме того, при нагреве снижается электрическая прочность цоколей, что исключает возможность дальнейшего использования лампы.

Технический результат заключается в сокращении времени определения количества ртути в ЛЛ без ее разрушения и высокотемпературного термического воздействия на нее, что позволяет сократить энергетические затраты. Кроме того, способ легко осуществим, а также позволяет контролировать экологический показатель производства люминесцентных ламп.

Технический результат заключается в том, что в способе неразрушающего контроля количества ртути в трубчатой люминесцентной лампе, заключающемся в изменении ее электрических характеристик, при работе лампы от источника постоянного тока в интенсивном режиме вначале собирают ртуть в зоне положительного столба разряда вблизи отрицательно заряженного электрода путем охлаждения указанной зоны с одновременным утеплением всей остальной зоны положительного столба разряда, затем переключают полярность источника постоянного тока, а зоны охлаждения и утепления меняют местами, повторно собирают ртуть в холодной зоне, при этом измеряют время с начала повторного переноса ртути до момента резкого уменьшения напряжения на лампе при поддержании постоянного значения тока и по градуировочной зависимости определяют количества ртути. Градуировочные зависимости определяют с использованием контрольных ламп с известным количеством ртути.

В устройстве неразрушающего контроля количества ртути в трубчатой люминесцентной лампе, подключенной к источнику постоянного тока, трубчатая люминесцентная лампа зоной охлаждения для конденсации ртути вставлена в контактный охладитель, остальная ее поверхность, находящаяся вне зоны конденсации ртути, покрыта теплоизолирующей многослойной манжетой, при этом источник постоянного тока подключен к средствам контроля изменения напряжения во времени на трубчатой люминесцентной лампе. Контактный охладитель содержит корпус с жестко закрепленными на его противоположных сторонах штуцерами для подвода и слива воды и цилиндрический канал, расположенный по оси внутренней полости корпуса. Теплоизолирующая многослойная манжета выполнена из картона.

Предлагаемый способ основан на применении двух физических явлений: переносе положительных ионов ртути в область катода при работе ЛЛ в цепи постоянного тока (явление продольного катафореза); диффузии нейтральных атомов ртути в специально созданную холодную зону в прикатодной части положительного столба разряда из более нагретых участков лампы. Таким образом, перенос ртути идет синхронно ионами и нейтральными атомами в одну сторону (прикатодную), что существенно ускоряет время переноса. При завершении времени переноса ртути (τпер) изменяются не только свечение по длине лампы и характеристики прианодной части разряда (отсутствие излучения ртутных линий, усиление излучения инертного газа и др.), но и изменяется (падает на 10÷15%) напряжение на лампе (при поддержании постоянным значения тока). Это обусловлено разницей градиента потенциалов в разряде смеси Hg+Аr (прикатодная половина лампы) и разряде в Аr (прианодная половина лампы). Процесс переноса еще больше сокращается при увеличении значения тока в 2÷2,5 раза по сравнению с номинальным значением тока лампы, при этом обеспечивается работа лампы в режиме двух катодных пятен (ток идет на оба конца электродов). Дополнительное ускорение процесса переноса осуществляется надеванием на лампу вне холодной зоны теплоизолирующей многослойной манжеты из картона. Перед определением τпер осуществляется предварительный сбор ртути в зоне охладителя. Это необходимо потому, что после транспортирования лампы от изготовителя до установки, реализующей предлагаемый способ, ртуть оказывается распределенной неравномерно по всей внутренней поверхности лампы.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ, на фиг.2 - контактный охладитель, на фиг.3 - график зависимости времени переноса ртути от ее количества.

Устройство содержит (фиг.1) трубчатую люминесцентную лампу (ЛЛ) 1 с электродами 2, 3, контактный охладитель 4, помещенную в прикатодную зону положительного столба ЛЛ 1, теплоизолирующую многослойную манжету 5 из картона, надетую на ЛЛ 1 вне охладителя 4, источник постоянного тока 6 ЛЛ 1 для создания интенсивного режима работы лампы от цепи постоянного тока с преобразователем переменного тока в постоянный. Источник постоянного тока 6 подключен к средствам контроля изменения напряжения на ЛЛ, содержащим стабилизатор напряжения переменного тока 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 и персональный компьютер (ПК) 9 или самопишущий вольтметр. Контактный охладитель 4 (фиг.2) содержит корпус 10 с жестко закрепленными на его противоположных сторонах штуцерами для подвода 11 и слива 12 воды, соединенными с цилиндрическим каналом 13, расположенным по оси внутренней полости корпуса 10.

Способ осуществляется следующим образом. Контактный охладитель 4 с помощью штуцера для подвода воды 11 подключается к водопроводу, ЛЛ 1 помещается в цилиндрический канал 13 контактного охладителя 4, подключается к источнику постоянного тока 6 и зажигается. Устанавливается требуемый ток и начинается процесс переноса ртути в зону контактного охладителя 4. Изменения электрических характеристик контролируются АЦП 8, подключенным через последовательный порт системного блока разъемным соединителем к ПК 9. В АЦП 8 полученный электрический сигнал усиливается и преобразуется в цифровой. С АЦП 8 цифровой сигнал, попадая в последовательный порт ПК 9, обрабатывается программой и выводится на экран монитора ПК в графическом виде. После завершения процесса переноса ртути блок питания 6 ЛЛ выключается, контактный охладитель 4 перемещается к противоположному концу ЛЛ 1, меняясь местоположением с теплоизолирующей многослойной манжетой 5. Далее в схеме питания ЛЛ 1 меняется полярность (переключением на панели источника постоянного тока 6 ЛЛ специального тумблера), включается источник постоянного тока 6 ЛЛ и процесс переноса повторяется. Время повторного переноса (τпер) используется для определения массы ртути по градуировочным зависимостям, построенным для каждого типоразмера ламп.

Для построения градуировочных зависимостей были изготовлены контрольные образцы люминесцентных ламп мощностью 20 и 40 Вт. Технология изготовления ламп отличалась от промышленной следующими особенностями:

1) после заварки ламп их откачка проводилась на откачном посту, снабженном дозатором штабика амальгамы в объем лампы (амальгама должна быть в штенгеле);

2) прежде взвешенный штабик амальгамы дозировался в штенгель лампы, прошедшей стандартную термовакуумную обработку и охлажденную до комнатной температуры (состав амальгамы 70% Pb+30% Hg);

3) лампа отпаивалась с удлиненным штенгелем и переносилась на установку для перегонки ртути из амальгамы в объем лампы;

4) конец лампы с удлиненным штенгелем помещался в печь установки перегонки ртути;

5) путем нагрева печи до температуры, на 20-30°С меньшей температуры плавления амальгамы (около 250°С), в течение заданного времени (для разных ламп это время варьировалось от 0,5 до 3 часов) ртуть из амальгамы испарялась в объем лампы;

6) удлиненный штенгель с оставшейся (обедненной ртутью) амальгамой отпаивался от лампы;

7) отпаянный штенгель вскрывался и амальгама взвешивалась второй раз;

8) определялось количество ртути в лампе как разница масс штабиков амальгамы до откачки лампы и после вскрытия штенгеля.

Сначала с использованием контрольных ламп строятся графики зависимости напряжения на лампе от времени протекания процесса переноса ртути (Uл=φ(t)). Затем по падению Uл в конце процесса переноса по графикам (Uл=φ(t)) определяют значение времени переноса ртути (τпер). По результатам измерений всех контрольных ламп (с разными значениями массы ртути (mHg)) строятся графики mHg=φ(τпер) (фиг.3) для обоих типов ламп. Подобные градуировочные зависимости должны быть построены для всех типоразмеров ламп, в которых предлагается контролировать количество ртути.

По сравнению с известным решением предлагаемый способ имеет следующие преимущества: способ не предусматривает вскрытие лампы и применение печей для нагревания до высоких температур, а также трудоемких химических анализов и расчетов. Способ легко осуществим при наличии в помещении водопровода и сети 220 В. Способ отличается оперативностью и простотой выполнения, позволяет контролировать экологический показатель производства люминесцентных ламп, т.е. количество ртути в них, что особенно важно при декларировании малых количеств ртути в люминесцентной лампе.

1. Способ неразрушающего контроля количества ртути в трубчатой люминесцентной лампе, заключающийся в изменении ее электрических характеристик, отличающийся тем, что при работе лампы от источника постоянного тока в интенсивном режиме вначале собирают ртуть в зоне положительного столба разряда вблизи отрицательно заряженного электрода путем охлаждения указанной зоны с одновременным утеплением всей остальной зоны положительного столба разряда, затем переключают полярность источника постоянного тока, а зоны охлаждения и утепления меняют местами, повторно собирают ртуть в холодной зоне, при этом измеряют время с начала повторного переноса ртути до момента резкого уменьшения напряжения на лампе при поддержании постоянного значения тока, и по градуировочной зависимости определяют количество ртути.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что градуировочные зависимости определяют с использованием контрольных ламп с известным количеством ртути.

3. Устройство неразрушающего контроля количества ртути в трубчатой люминесцентной лампе, подключенной к источнику постоянного тока, отличающееся тем, что трубчатая люминесцентная лампа зоной охлаждения для конденсации ртути вставлена в контактный охладитель, остальная ее поверхность, находящаяся вне зоны конденсации ртути, покрыта теплоизолирующей многослойной манжетой, при этом источник постоянного тока подключен к средствам контроля изменения напряжения во времени на трубчатой люминесцентной лампе.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что контактный охладитель содержит корпус с жестко закрепленными на его противоположных сторонах штуцерами для подвода и слива воды и цилиндрический канал, расположенный по оси внутренней полости корпуса.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что теплоизолирующая многослойная манжета выполнена из картона.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способам определения расстояния между электродами электровакуумных приборов (ЭВП). .

Изобретение относится к области проведения испытаний приборов и может быть использовано при изготовлении мощных генераторных ламп. .

Изобретение относится к области электронной техники и приборостроения, в частности к способам контроля термоэмиссионного состояния поверхностно-ионизационных термоэмиттеров ионов органических соединений, используемых для селективной ионизации молекул органических соединений в условиях атмосферы воздуха в газоанализаторах типа хроматографов и дрейф-спектрометров.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для испытания электровакуумных приборов. .

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству разрядных ламп. .

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при производстве вакуумных люминесцентных индикаторов (ВЛИ) и люминесцентных материалов. .

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к газоразрядным лазерам. .

Изобретение относится к микроэлектронике, измерительной технике, может быть использовано при производстве, проектировании электролюминесцентных индикаторов (ЭЛИ), а также их научных исследованиях.

Изобретение относится к контролю характеристик электровакуумных приборов и может быть использовано при разработках и производстве вакуумных катодолюминесцентных индикаторов и люминофоров.

Изобретение относится к испытаниям электровакуумных приборов, в частности к электрическим испытаниям высоковольтных мощных титронов в импульсных квазидинамических режимах, и может найти применение при разработке и производстве мощных электровакуумных приборов.

Изобретение относится к способам измерения низких давлений газа в газоразрядных камерах, в которых образуется плазменный фокус (ПФ) - нецилиндрический Z-пинч, токовая оболочка которого имеет форму типа воронки, и может быть использовано в таких областях, как мощная импульсная электрофизика, физика плазмы, где необходимы измерения давления рабочего газа в газоразрядных камерах плазменного фокуса в диапазоне 1-50 мм рт.ст. Технический результат - возможность измерения давления как радиоактивного, так и нерадиоактивного рабочего газа в отпаянной камере ПФ. В способе измерения давления газа в запаянных разрядных камерах плазменного фокуса на электроды разрядной камеры плазменного фокуса подают высокое напряжение, измеряют контролируемый параметр камеры плазменного фокуса, а давление газа определяют, используя градуировочный график зависимости давления от контролируемого параметра для данного типа разрядной камеры плазменного фокуса, высокое напряжение подают с емкостного накопителя, на осциллограмме разрядного тока, протекающего через разрядную камеру плазменного фокуса, в качестве контролируемого параметра измеряют интервал времени от момента начала роста тока до его резкого падения - время особенности, и по полученному значению интервала времени, используя градуировочный график зависимости давления газа от времени особенности при подаваемом напряжении для данного типа разрядной камеры плазменного фокуса, определяют давление газа. 4 ил.
Наверх