Газоразрядный прибор низкого давления

 

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 512652 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено25.06.73 (21)1933479/26 25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано25. 10.76,Бюллетень № 39 (45) Дата опубликования описания 22.12.76 (51) M. Кл.е

Н 01 з 17/44

Государственный комитет

Совета Министров СССР аа делам изобретений н открытий е (53) У ДК 62 1. 3 87. 3 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. И. Аксенов, В. А. Белоус, В. A Крестов, С. А. Смирнов и Л. М. Тихомиров (71) Заявитель (54) ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ПРИБОР НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Предлагаемое изобретение относится к газоразрядным приборам низкого давления с холодным катодом.

Известны газоразрядные приборы с холодным катодом, в которых какой-либо из электродов, катод HlIH анод выполнен полым и содержит по крайней мере одну расположенную в полости электрода и связайную с ней посредством отверстий дополнительную камеру. 10

Эти прибор имеют сравнительно большие коммутационные потери, обусловленные большим падением напряжения на них во время прохождения импульса коммугируемого тока. Критический ток, переходя в дугу в таких приборах, превышает 1 ка. Причем, даже при коммутации больших токов, в начале импульса горит тлеющий разряд, характеризующийся более высоким падением напряжения, чем дуговой разряд. Это, в свою 20 очередь, ведет к увеличению стартовых потерь и к искажению импульса тока.

Целью предлагаемого изобретения является снижение коммутационных потерь в газоразрядных приборах с холодным катодом. 25

Поставленная цель достигается тем, что на стенках внутри дополнительной камеры размещены элементы из диэлектрического материала, на по верх нос ти ко торых хо гя бы частично нанесена тонкая металлическая пленка, имеющая электрический контакт со стенкой. Диэлектрические элементы целесообразно выполнять в виде керамических колец, которые, чередуясь с металлическими кольцами, образуют одну из стенок дополнительной камеры.

Для уменьшения критического тока перехода в дугу и уменьшения времени развития разряда поперечньш размер сечения дополнительной камеры рекомендуется выбирать в пределах от 2 до 12 мм.

На фиг. 1 представлен один из вариантов газоразрядного прибора, в котором диэлектрические элементы выполнены в виде керамических колец, разрез; на фиг. 2— расположение металлических и керамических колец с нанесенной на них гонкой металлической пленкой; на фиг. 3 - схема прибора, у которого диэлектрические элементы размещены в дополнительной камере, 512652 образованной двойными стенками в торцовой части, катода; на фиг. 4 — схема прибора, у которого диэлектрические элементы размещены в дополнительных камерах в торцовой стенке катода; на фиг. 5 — схема прибора, у которого диэлектрические элементы размещены в дополнительных камерах как в катоде, так и в аноде.

Газоразрядный прибор (фиг. 1) имеет керамический корпус 1 цилиндрической формы, в котором размещены анод 2 и каlO тод 3 в виде стаканов. В полости 4 катода, выполняющей функции пусковой камеры, размещен пусковой электрод в виде двух дисков

5 и 6„соединенных металлическими стойками 7. Пусковая камера сообщается с заI зором 8 между анодом и катодом посредством отверстий 9 в торцовой стенке катода.

Полость дополнительной камеры 10 кольцевой формы образована цилиндрическим экраном 11. В этом экране имеются отверстия в виде щелей 12, с lioìoø þ которых дополнительная камера связана с полостью 4.

Внутри дополнительной камеры (см, фиг. 2), размещены диэлектричсские элементы 13 в виде колец из керамики, например, марки Q

22ХС. Кольца 13 отделены upyr o= друга к еталлическими кольцами 14 и образуют сОВместно с ни ми стенкъ дополнительной камеры. На откры тай поверхности диэлектрических колец 13 нанесеча тонкая металли- ЗО ческая пленка 15 (показана пунктиром) например, из материала колец 14, которые могут быть выполнены из меди, нержавеющей стали или другого подходящего металла или сплава. Упомянутая пленка имеет электри-. Я ческий KOItTакт с кольцами 14, Ko opü e, свою o÷åðåä, контактируют с катодом 3.

Прибор работает следующим образом, Анод соединяется с положительным полюсом коммутируемой цепи, а катод — с о трица тель нь; м.

На пусковой электрод через токоограничивающий резистор подается положите IbHOB относительно катода смещение, которое во-буждает внутри полости 4 слаботочный тле- б ющий дежурный разряд. Запускается прибор путем годачи на пусковои электрод отрицательного им рльса, амплитуда которого должна превышать величину напряжения горения дежурного тлеющего разряда. При этом элек- @ троны из плазмы дежурного разряда попадают через отверстия 9 в зазор 8, вызывая пробой последнего и срабатывание прибора, после чего в нем устанавливается низковольтный дуговой разряд. Существенную роль при развитии дугового разряда играет тонкая металлическая пленка.

Поскольку коэффициент вторичной эмиссии пленки существенно больше, чем у ма6О териала катода, плотность разрядного Ioêà на пленку будет выше, чем на другие участки катода. С другой стороны, критический ток перехода тлеющего разряда в дугу для тонких пленок существенно меньше, чем для массивного металлического катода. Поэтому разряд будет переходить в дуговую форму при сравнительно небольших токах. Переходу разряда в дуговую форму способствует также повышенное сопротивление пленки, которая должна иметь электрический контакт с электродом, при прохождении по ней разрядного гока пленка разогревается, что облегчает развитие катодных пятен, которые быстро переходят на металлические кольца

14-. Причем, цуга горит на стыке металли8 ческих колец 14. и диэлектрических колец

13, то есть место горения катодного пятна строго фиксировано, На этой стадии развития дугового разряда, как показали проведенные эксперименты, существенное значение имеет то обстоятельство, что диэлектрические элементы с металлической пленкой размещены в дополнительной камере.

Если поперечный размер дополнительной камеры (между цилиндрическим экраном 11 и открытой поверхностью диэлектрических колец 13 с нанесенной на ней пленкой выбрать в диапазоне от 2 до 12 мм при давлении водорода от 0,3 до 0,6 тор, то по сравнению с другими поперечными размерами камеры 10, это приводит, во-первых, к уменьшению критического тока перехода в дугу в два-три раза, во-вторых, к существенному повышению стабильности горения дуги даже при малых токах и, в-третьих, к некоторому уменьшению падения напряжения на приборе во время коммутации импульса тока.

Диэлектрический элемент 13 можетбыть размещен в дополнительной камере 10 газоразрядного прибора, которая образована перфорированной перегородкой в торцовой части катода, обращенной к аноду 2, и дополнительной стенкой 16 (фиг. 3). Преимушеством такого прибора является более простая конструкция и несколько меньшие габариты и вес (чем у прибора по фиг. 1). диэлектрические элементы 13 могут быть размещены в дополнительных камерах 10, которые представляют собой расширяющиеся в сторону катода отверстия в толстой перегородке 17. Этот вариант конструкции (фиг. 4) целесообразно использовать при коммутации импульсных гоков большой амплитуды и длительности.

Возможно наряду с диэлектрическими элементами 13, размещенными в дополнительной камере 1 0 катода, наличие таких же диэлектрических элементов в виде колец, которые расположены в дополнительной камере 10 анода 2, образованной в полости

512652 анода 4 с помощью цилиндрического экрана 11 (фиг. 5). Так же как и в катоде диэлектрические кольца 13 разделены металлическими кольцами 14 и образуют стенку дополнительной камеры 10. Анодная камера так же, как и катодная, связана с промежутком между катодом и анодом с помощью отверстий 9. Газоразрядный прибортакой конструкции может быть использован для коммутации импульсов переменного тока, например, при разряде конденсатора на индуктивную нагрузку. Работа этого прибора в основном аналогична работе прибора, описанного выше (фиг. 1), за исключением того обстоятельства, что при перемене полярности коммутируемого тока катодное пятно поочередно возникает либо в одной камере 10, либо в другой. В результате падение напряжения на приборе имеет малое значение при прохождении тока как в прямом, так и в обратном направлении. 20

Как показали эксперименты, удобным способом нанесения на диэлектрические элементы металлической пленки с необходимыми для получения положительного эффекта свойствами является возбуждение в катодной полости импульсного тлеющего разряда. Для этого полностью изготовленный и оттренированный прибор подключают в качестве коммутирующего устройства в цепь мощного импульсного модулятора и включают в работу. 33

Первоначально падение напряжения на коммутаторе будет сравнительно высоким. Однако после того, как на поверхности диэлектрических элементов вследствие распыления материала катода под действием тлеющего 35 разряда появится хотя бы в одном месте тонкая металлическая пленка, имеющая контакт с катодом, разряд переходит в дуговую форму с малым падением напряжения. После этого тренировку можно прекратить и 40 прибор готов к использованию. Необходимо отметить,что этот способ изготовления не является единственно возможным. Она может быть изготовлена и другими методами, например, вакуумным напылением, однако 4б метод распыления материала катода в тлеющем разряде наиболее удобный и эффективный.

Во время эксплуатации прибора при горении дугового разряда происходит, с одной стороны, разрушение пленки непосредственно в том месте, где горит дуга, и, с другой стороны, напыление пленки на те места диэлектрических элементов, которые в данный момент непосредственно с разрядом не соприкасаются. Эксперименты показали, когда поверхность диэлектрических элементов, доступная для воздействия разряда, существенно больше, чем область, занятая разрядом, то в широком диапазоне токов при разрушении пленки в одном месте диэлектрических элементов она напыляется в соседнем месте и таким образом, условия, способствующие зажиганию низковольт« ного стабильного разряда, сохраняются при работе прибора в течение продолжительного времени.

Основное преимущество предлагаемого прибора по сравнению с известными заключается в том, что его конструкция позволяет реализовать дуговой разряд, характеризующийся низким напряжением горения, и следовательно, низким уровнем потерь, при значительно меньших коммутируемых токах.

Формула изо бре гения

1. Газоразрядный прибор низкого давления, содержащий холодный катод и анод, причем по крайней мере один из электродов, например катод, выполнен полым и снабжен по крайней мере одной дополнительной камерой, расположенной в полости электрода и связанной с ней отверстиями, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью снижения коммутационных потерь, на стенках камеры расположены диэлектрические элементы с нанесенной на них металлической пленкой, имеющей электрический контакт со стенкой.

2. Прибор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что стенка дополнительной камеры выполнена в виде чередующихся металлических и диэлектрических колец с нанесенной на их внутреннюю поверхность металлической пленкой.

512652

Составитель Н. Корешенко

Редактор P. Киселева Техред Г. Родак Корректор А. ?диденко

Заказ 5447/212 Тираж 963 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4