高頻無極燈的充氣配方及其計算方法
2023-07-25 05:33:06 2
專利名稱：高頻無極燈的充氣配方及其計算方法
技術領域：
本發明涉及一種高頻無極燈的充氣配方及其計算方法。
背景技術：
高頻無極燈是基於螢光燈氣體放電和高頻電磁感應原理相結合的一種新型電光源。現有的高頻無極燈主要有低壓氣體高頻無極燈、微波燈、環形日光燈式電磁感應燈及 HID高壓氣體無極放電燈。通常低壓氣體放電高頻無極燈是低壓汞和稀有氣體混合放電 產生的紫外輻射撞擊泡壁三基色粉轉換成可見光，所使用的工作頻率為2. 5 3. OMHz,也 就是說，高頻無極燈的工作頻率比普通白熾燈和日常使用的電感式日光燈、金滷燈、高壓 鈉燈等燈種的工作頻率(50Hz)高出5萬 6萬倍，比普通節能燈或電子鎮流器的工作頻 率(30 60KHz)高出約250倍。微波燈由磁控管微波發生器通過微波諧振腔，激發有特 定填充劑的石英球泡，石英泡內由10大氣壓(atm)的硫蒸氣分子輻射產生白光，工作頻率 2450MHz，功率達1000W，光效120Lm/W。環形日光燈式電磁感應燈，工作頻率250KHz。HID 高壓氣體無極放電燈，例如金屬滷化物無極燈，工作頻率13. 56MHz,目前仍在研發階段，未 有產品上市。現有的無極燈由於氣體放電區間(氣體的種類、壓力)選擇不當，放電電壓高 或難於放電；致使燈泡表面亮度很差或者難於充亮燈泡。尤其是對於燈泡直徑小的無極燈， 就更難於充氣放電。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高頻無極燈的充氣配方及其計算方法。採用該配方填 充混合氣體，使放電過程中處於電離態和激發態的氣體原子數量受到控制，對於小直徑的 燈泡體，不僅可以充亮燈泡且提高燈泡發光效率。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的本發明一種高頻無極燈充氣配方，所述無極燈燈泡體內填充有惰性混合氣體， 所述的惰性混合氣體為兩種電離電位差值大於5eV的惰性氣體，其氣壓比為[100-400/ (D-25)] [400/Φ-25)]，其中電離電位低的氣體的比例值小，D為燈泡體直徑。所述混合氣體的充氣數量為充氣壓力P = 1800/(D_25)Pa，其中D為燈泡體直徑。本發明高頻無極燈充氣配方的計算方法，包括以下步驟1)確定高頻無極燈混合氣體放電的最低著火點或點燃電壓值，從而確定混合氣體 的最佳工作點；2)根據帕邢定律P · R = C得出P = C/R，從而確定充氣種類、比例和數量，其中P 為氣體壓力，單位為Pa，R為燈泡的極間距，R = (D-d)/2，D為燈泡外徑尺寸，d為燈泡內芯 柱管外徑尺寸，C為常數；充氣種類選擇兩種原子電離電位差值大於5eV的惰性混合氣體，以維持正常支 持放電，電離電位高的氣體為大比例氣體；
充氣比例根據電子對於氣體分子的自由程長計算公式f(x)dx = ie~~2dx其中e為常數，_為氣體分子平均自由程長；則氣體放電中電子
的平均自由程長疋《I，氣體放電中電子從陰極飛向陽極的過程中，碰撞氣體分子的次數 n=R/I，R為燈泡極間距；當碰撞次數η —定時，氣體比例與R成反比，且當R = 50mm,充 氣壓力P = 18Pa,電離電位低的氣體佔4%時，電子對氣體的電離碰撞次數足以滿足正常
的自持放電，則低電離電位氣體氣體所佔的比例為，其中Rtl為所求燈泡的極間距，
為燈泡體直徑，d為燈泡體內芯柱管直徑，標準規格的芯柱管直徑d = 25mm ； 從而確定兩種混合氣體的氣壓比為高電離電位氣體低電離電位氣體=(l-4%x#): (4%x^-)
RoRo簡化為高電離電位氣體低電離電位氣體=[100-400/(D-25)] [400/(D_25)]本發明所述步驟2)中所述的充氣數量的計算方法為充氣壓力P = C/R，即
Ρ=18/ ，其中c = 18Pa, R = 50匪，R為求得的燈泡極間距，
d為標準規 kO2
格的芯柱管直徑d = 25mm，從而簡化為充氣壓力P = 1800/(D-25) Pa，其中D為燈泡體直徑。本發明的有益效果為本發明給出了各種規格高頻無極燈輝光放電的最佳工作點及發明人的大量實驗 數據，從而確定混合氣體種類、比例、充氣量(充氣壓力)，使得無極燈的氣體放電工作電壓 最低(最容易放電)、放電最穩定(充分滿足自持放電條件)，從而達到最高的放電效率。本發明在高頻無極燈中使用混合氣體進行氣體放電，使放電過程中處於電離態和 激發態的氣體原子數量(比例)受到控制，在維持正常支持放電的基礎上，有效地提高激發 態原子數量，提高了發光效率。
圖1為本發明中燈泡體尺寸示意圖。圖2為本發明確定最佳工作點的曲線圖。
具體實施例方式下面通過實施例和附圖對本發明作進一步詳述。實施例本發明一種高頻無極燈充氣配方，所述無極燈燈泡體1內填充有惰性混合氣體， 所述的惰性混合氣體為兩種電離電位差值大於5eV的惰性氣體，其氣壓比為[100-400/ (D-25)] [400/(D-25)]，其中電離電位低的氣體比例值小，充氣數量為充氣壓力P = 1800/(D-25)Pa，其中D為燈泡體1直徑，如圖1所示，d為芯柱管2外徑，標準芯柱管的外徑為25mm。
上述高頻無極燈充氣配方的計算方法，包括以下步驟1)確定高頻無極燈混合氣體放電的最低著火點或點燃電壓值，從而確定混合氣體 的最佳工作點；如圖2所示，不同規格無極燈最低著火(點燃)電壓Vmin-A點所對應最佳 工作點的充氣壓力(Pa)，不論PXR值是大是小，只要離開A點(最佳工作點)，Vs (充氣壓 力)都增大(如圖B1、B2)。2)根據帕邢定律P · R = C得出P = C/R，從而確定充氣種類、比例和數量，其中P 為氣體壓力，單位為Pa，R為燈泡的極間距，R = (D-d)/2，D為燈泡外徑尺寸，d為燈泡內芯 柱外徑尺寸，C為通過實驗得到的常數。本發明人經大量的試驗得知，不同的充氣氣體種類 (含混合氣體)，對應最低著火(點燃)電壓Vmin的PXR值(常數C)對應的數值列表如 下表1。表1
— 由pXR = C，得出P = C/R，算出填充氬氣+氪氣、氖氣+氪氣(單氣體算法類同， 不詳細列算)各常用規格無極燈的充氣壓力，如下表2 表2: 3)氣體放電使用混合氣體，是使放電過程中處於電離態和激發態的氣體原子數量 (比例)受到控制，在維持正常支持放電的基礎上，有效地提高激發態原子數量一發光效 率。由此可知，選擇混合氣體，應當選擇兩種原子電離電位差值大的氣體，本發明選擇兩種 氣體原子電離電位差值大於5eV的惰性氣體，並以電離電位高的氣體為大比例氣體，以保 證高的激發態一燈的放電過程目的是光轉換。根據電子對於氣體分子(原子)的自由程 長計算公式 其中e為常數，X為氣體分子平均自由程長；計算出燈體內參與氣體放電的分子平 均自由程長I，則氣體放電中電子的平均自由程長，疋》 。氣體放電中電子從陰極飛向陽 極的過程中，碰撞氣體分子的次數n=R/I，R為模型燈泡的極間距。碰撞次數的多少決定了 電子被加速的能量大小，決定了電子碰撞氣體電離率的多少。由於要求電離態的氣體分子比例能保證正常氣體自持放電，而激發態為發光過 程，激發態的氣體分子越多越好。因此，在氣體放電過程中起電離態作用的氣體為低電離電 位氣體，在混合氣體中佔的比例小。本發明人經多次實驗得出當R = 50mm，充氣壓力P= 18Pa，電離電位低的氣體佔 4%時，放電中電子對氣體的電離碰撞次數足以滿足正常的自持放電。當放電中從陰極到陽 極電子對氣體的碰撞次數一定時，氣體比例與R成反比，則低電離電位氣體氣體所佔的比 例為4% X ι，其中R為所求燈泡的極間距，Rq為求得的燈泡極間距，Ra=:^，D為燈
泡體直徑，d為燈泡體內芯柱管直徑，標準規格的芯柱管直徑d = 25mm ；從而確定兩種混合 氣體的氣壓比為高電離電位氣體低電離電位氣體=(1-4%X ^ ) 4%X ^，簡化為
K0 R0高電離電位氣體低電離電位氣體=[100-400/(D-25)] [400/(D_25)]本發明的混合氣體主要採用氬氣和氪氣、氖氣和氪氣或者氖氣和氙氣，其具體比 例如下氬(氖)氣氪(氙)氣=[100-400/(D-25)] [400/(D_25)]本發明給出了常用規格無極燈混合氣配比裂表如下
燈殼尺 D70±2 D85±2 D90±2 D 110 D 120 D 130 | D 140 | D 145 寸 mm±2 ±2 ±2 ±2 ±2
氬(氖)91: 9 93 7 94 6 95 5 95.5 96 4 96.5 97 3 M4.53.54)由上述可知，充氣壓力也是僅與極間距R有關，則充氣壓力P=18/ (7)，其中
K0
T)-d
R = 50mm, Ro= ，標準規格的芯柱管直徑d = 25mm，從而充氣壓力為P = 1800/(D_25)Pa，其中D為燈泡體直徑。本發明的充氣過程是使用真空系統，向帶有真空微調針閥的玻璃瓶內按比例充 氣。先充比例小的氣體，後充比例大的氣體，總的充氣壓力0，08-0.09Mpa。充氣後，用火花 檢漏儀檢驗所配氣瓶是否呈銀白色雷電式放電。出現其它顏色放電或不放電，為氣體不純 或沒充進氣體。直到完全充進氣體為止。
權利要求
一種高頻無極燈充氣配方，所述無極燈燈泡體內填充有惰性混合氣體，其特徵在於所述的惰性混合氣體為兩種電離電位差值大於5eV的惰性氣體，其氣壓比為[100-400/(D-25)]∶[400/(D-25)]，其中電離電位低的氣體的比例值小，D為燈泡體直徑。
2.根據權利要求1所述的高頻無極燈充氣配方，其特徵在於所述混合氣體的充氣數 量為充氣壓力P = 1800/(D-25)Pa，其中D為燈泡體直徑。
3.如權利要求1所述高頻無極燈充氣配方的計算方法，其特徵在於包括以下步驟1)確定高頻無極燈混合氣體放電的最低著火點或點燃電壓值，從而確定混合氣體的最 佳工作點；2)根據帕邢定律P= C得出P = C/R，從而確定充氣種類、比例和數量，其中P為氣 體壓力，單位為Pa，R為燈泡的極間距，R = (D-d)/2，D為燈泡外徑尺寸，d為燈泡內芯柱管 外徑尺寸，C為常數；充氣種類選擇兩種原子電離電位差值大於5eV的惰性混合氣體，以維持正常支持放 電，電離電位高的氣體為大比例氣體；充氣比例根據電子對於氣體分子的自由程長計算公式f(x)dx = ie^dx其中e為常數，—為氣體分子平均自由程長；則氣體放電中電子 ^ ，A的平均自由程長疋=1，氣體放電中電子從陰極飛向陽極的過程中，碰撞氣體分子的次數 n=R/I，R為燈泡極間距；當碰撞次數n—定時，氣體比例與R成反比，且當R = 50mm，充氣壓力P = 18Pa,電離 電位低的氣體佔4%時，電子對氣體的電離碰撞次數足以滿足正常的自持放電，則低電離電位氣體氣體所佔的比例為，其中Ro為所求燈泡的極間距，E^，D為燈泡體^o2直徑，d為燈泡體內芯柱管直徑，標準規格的芯柱管直徑d = 25mm ；從而確定兩種混合氣體 的氣壓比為一低電離電位氣體=(l-4%x^-)高電離電位氣體R。R。簡化為高電離電位氣體低電離電位氣體=[100-400/(D-25)] [400/(D-25)]
4.根據權利要求3所述高頻無極燈充氣配方的計算方法，其特徵在於所述步驟2)中所述的充氣數量的計算方法為充氣壓力p = C/R，即P=18/ ( 7 )，其中c = !8Pa, R =KoB-d50mm, R0為求得的燈泡極間距，R。=]一，d = 25mm，從而簡化為 充氣壓力P = 1800/(D-25) Pa，其中D為燈泡體直徑。
全文摘要
本發明提供一種高頻無極燈充氣配方及其計算方法，所述無極燈燈泡體內填充有惰性混合氣體，所述的惰性混合氣體為兩種電離電位差值大於5eV的惰性氣體，根據帕邢定律P·R＝C，其氣壓比為[100-400/(D-25)]∶[400/(D-25)]，其中電離電位低的氣體的比例值小，D為燈泡體直徑。本發明根據高頻無極燈放電的最佳工作點及發明人的大量實驗數據，確定混合氣體種類、比例、充氣量，使得無極燈氣體放電工作電壓最低、放電最穩定，從而達到最高的放電效率。本發明使用混合氣體進行氣體放電，使放電過程中處於電離態和激發態的氣體原子數量受到控制，在維持正常支持放電的基礎上，有效地提高激發態原子數量，提高了發光效率。
文檔編號H01J61/16GK101859681SQ20091001111
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者許樹良 申請人:遼寧寶林集團節能科技有限公司;許樹良