Метод определения давления газа в разрядных трубках

Известен спектральный метод определения давления аргона в люминесцентных лампах [1], основанный на зависимости соотношения потоков резонансного излучения линий ртути положительным столбом разряда при фиксированном токе разряда. Эта методика длительна по времени, требует применения спектральной аппаратуры и обладает невысокой точностью измерений — примерно 9 %. Давление газа можно определять по напряжению зажигания высокочастотного разряда на частоте 40 МГц между двумя электродами, расположенными диаметрально противоположно на поверхности газоразрядной лампы [2]. Недостатком этого метода является ограниченный диапазон измеряемых давлений. Для его расширения предлагается подавать на рабочие электроды лампы высоковольтный импульс, инициирующий зажигание основного высокочастотного разряда между внешними электродами [3], Давление наполняющего лампу газа определяется по напряжению погасания разряда. Недостаток способа заключается в необходимости подачи высоковольтного напряжения на электроды лампы.

Известен еще один путь, основанный на использовании внешних электродов [3]. На центральной части лампы размещаются внешние электроды. К ним прикладывается модулированное по амплитуде высокочастотное напряжение, и возбуждается разряд. Давление газа устанавливают по графику зависимости напряжения зажигания разряда от давления. Этот метод также имеет ряд недостатков: происходит утечка высокочастотного тока по поверхности лампы, необходимы модуляции высокочастотного напряжения. К тому же он применим только для ламп, откачанных до давления 1,3 кПа. При давлении свыше 1,3 кПа возникает неустойчивый контакт шнура высокочастотного разряда с оболочкой лампы.

Б приведенных способах определение давления газа осуществляется возбуждением продольного разряда между внешними электродами. В таком разряде устранение заряженных частиц идет не за счет их рекомбинации в объеме лампы, а ввиду биполярной диффузии с последующей рекомбинацией на стенках лампы. Радиальное распределение электронов для подобной конфигурации разряда неоднородно. Кроме того, на процесс биполярной диффузии электронов и ионов сильно влияют материал оболочки, состояние ее поверхности, вторично-эмиссионные свойства, а также проводимость диэлектрической оболочки, что ограничивает точность измерений и воспроизводимость результатов.

В отличие от известных методов мы предлагаем расширение диапазона измеряемых давлений, повышение точности и воспроизводимости результатов при определении давления на низких частотах, что достигается возбуждением в поперечном сечении разрядной трубки вспомогательных разрядов, в результате чего объемный механизм развития разряда превалирует над поверхностным, имеющимся при высоких давлениях. Вследствие снижения напряжения возбуждения разряда повышается его стабильность как при низких, так и при высоких давлениях инертного газа.

На рисунке приведена схема устройства, которая реализует предложенный метод. Оно содержит четыре внешних электрода — 1, 2 и 3, 4, которые контактируют с поверхностью лампы 5. Для возбуждения разряда между электродами к ним прикладывается напряжение, сни- маемое с обмоток 6 и 7 трансформатора 8. Постоянные по величине значения токов вспомогательных разрядов поддер живаются резисторами 9 и 10. Контроль токов осуществляется микроамперметрами 11 и 12.

Измерение давления в разрядной трубке проводится на частоте ( переменного напряжения, при которой активная проводимость плазмы а_п значительно больше проводимости о_к конденсаторов, образованных двумя внешними электродами и внутренней поверхностью стенки лампы с толщиной h и относительной диэлектрической проницаемостью е;

(Тп>0,5(Тк. (1)

Активная проводимость плазмы вспомогательного разряда в области низких частот

Проводимость плоского конденсатора на частоте ( переменного тока определяется по формуле сгк=2л:/ —(3) п где Ед — электрическая постоянная; 5 — площадь вспомогательного электрода.

Подставляя соотношения (2) и (3) в формулу (1), получим:

, е^Прh

Известно, что в поперечном разряде в отличие от продольного доминирующими становятся объемные процессы рекомбинации заряженных частиц в плазме, что обусловливает равномерное распределение концентрации электронов по сечению лампы. Это позволяет повысить точность измерений.

Давление в разрядных трубках находится следующим образом.

• 1.    К трансформатору 8 прикладывается напряжение, снимаемое с генератора 15, и возбуждается разряд между внешними электродами 1, 2 и 3, 4.

• 2.    С помощью резисторов 9 и 10 токи разрядов, протекающие между электродами 1, 2 и 3, 4, устанавливаются равными 1,2 мкА.

• 3.    Резистором 16 плавно увеличивается напряжение между парами электродов 1, 2 и 3, 4 до зажигания разряда в промежутке между ними. Зажигание регистрируется по возникновению тока в цепи микроамперметром 17.

• 4.    По измеренному напряжению про-

• боя определяется давление газа в разрядной трубке.

Предложенный нами метод испытан на разрядных трубках натриевых ламп ДнаТ-400, наполненных ксеноном, при давлении 3,192 кПа. Трубку 5 помещают между внешними электродами 1, 2 и 3, 4 размерами 4x6 мм, изготовленными из никелевой фольги и расположенными вдоль ее оси на расстоянии 3 см друг от друга. В схеме применен повышающий трансформатор 8 с коэффициентом транс формации между обмотками 6, 7 и 13, равным 20, и обмотками 14 и 13, равным 40. К трансформатору 8 прикладывается переменное напряжение частотой 800 Гц от генератора низкочастотных колебаний 15.

Метод позволяет упростить измерительную схему, методику измерений и сделать ее доступной для экспресс-конт-роля давления в заводских условиях. Погрешность измерения давления не превышает 3 %.