Ртутные лампы высокого давления типа ДРТ и ДРШ

ДРТ. Устройство и принцип действия. Лампы этого типа представляют собой цилиндрическую трубку большей частью из кварцевого стекла с впаянными по концам активированными самонакаляющимися электродами. Некоторые типы ламп для облегчения зажигания разряда имеют один или два вспомогательных электрода. В лампу вводится небольшое, строго дозированное количество ртути и аргон (реже другой инертный газ или смесь газов) при давлении от нескольких сот до нескольких тысяч паскалей. Аргон служит для облегчения зажигания разряда(эффект Пенинга) и защиты катодов от разрушения в начальной стадии разгорания, т.к. при комнатной температуре давление паров ртути очень малое 0,2 Па. Рабочее давление паров ртути в РТ около 100 кПа, т.е. это 1 атм. при этом температура стенок лежит в пределах от 400 до 500 град.С. Некоторые типы ламп монтируются внутри стеклянной колбы.

Лампы, типа ДРТ (дуговые, ртутные, трубчатые) кроме видимого и близкого ИК дают большое количество излучений в УФ-области спектра и применяются для облучения в медицине, сельском хозяйстве, в фотохимии и других областях. Специальные типы ламп применяются в светокопировальных аппаратах, для УФ-сушки и других целей. Для освещения они не применяются из-за плохого качества цветопередачи. Для освещения применяют ртутные лампы с исправленной цветностью.

Лампы изготавливаются на мощности от 125 Вт до 10 кВт. Средний срок службы ламп составляет 1000—3000 ч и определяется главным образом падением потока излучения в УФ части спектра.

Включение в сеть производится по схеме рис.. Для облегчения зажигания ламп ДРТ 230, 400 и 1000 служит узкая металлическая полоска, соединенная с конденсатором С емкостью 300—500 пФ. Зажигание осуществляется кратковременным нажатием ключа К..

УФ-нормаль (лампа типа ДРТС-250) Ртутный разряд ВД при соблюдении ряда условий может быть использован в качестве эталонного источника УФ и видимого излучения.

Лампы типа ДРТ для светокопировальных работ, УФ-сушки и других технологических целей. Исходя из условий применения, лампы имеют большую длину и, как следствие, требуют для работы и зажигания высоких напряжений. Мощности ламп в зависимости от длины и удельной нагрузки лежат в пределах от 1 до 10 кВт. Лампы работают в горизонтальном положении. Очень важным требованием является высокая равномерность излучения по длине. Для этого проводится строгий контроль постоянства диаметра и толщины стенок разрядных трубок по длине, а давление наполняющего газа (обычно аргона) выбирают как можно более низким (~500—600 Па). В лампах большой длины с высоким напряжением горения можно применять ксенон, имеющий молекулярную массу, близкую к ртути. Исследования показали, что более эффективны лампы с более высокими давлением паров ртути и удельной нагрузкой.

В аппаратах с принудительным охлаждением (продуваемый воздух) пространства между лампой и объектом облучения лампу приходится помещать в специальный стеклянный цилиндр, предотвращающий переохлаждение лампы и конденсацию ртути. Цилиндры бывают съемными или составляют одно целое с разрядной трубкой. В целях устранения образования озона современные лампы, предназначенные для получения УФ-излучения с 280—300 нм и работающие без внешнего стеклянного цилиндра, делают в трубках из легированного кварцевого стекла, непрозрачного для излучения с длиной волны короче 280—300 нм (так называемого безозонного).

ДРШ. Особенностью ламп этого типа является высокая яркость при довольно удобной для целей проекции веретенообразной или бочкообразной форме светящегося тела. Яркости обычных ламп этого типа составляют 150—200 Мкд/м2. У специальных ламп яркость может достигать тысячи мегакандел на 1 м2 при весьма малом размере светящегося тела. Лампы могут работать от сети напряжением 220 и 127 В, а отдельные типы ламп с очень малыми расстояниями между электродами требуют для работы напряжений 36 и даже 24 В. Лампы, как правило, работают при естественном охлаждении.

Устройство и принцип действия. Высокие яркости в лампах СВД с короткой дугой получаются за счет высоких давлений и стягивания разряда у электродов, которое препятствует свободному расширению канала разряда на расстояниях вблизи электродов.

Лампы представляют собой толстостенную (2—3 мм) кварцевую колбу шаровой или близкой к ней формы,, в которую обычно с противоположных сторон впаяны на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга два вольфрамовых активированных электрода У некоторых типов ламп для облегчения зажигания в колбу впаян еще зажигающий, электрод в виде вольфрамовой проволочки. Лампы наполнены строго дозированным количеством ртути и инертным газом, обычно аргоном. Рабочее давление паров ртути в зависимости от типа лампы лежит в пределах от 1 до 8 МПа. Как правило, чем меньше объем и мощность лампы, тем выше может быть давление. Благодаря возможности варьировать в широких пределах размеры колбы и электродов удается создавать шаровые лампы на самые различные мощности, и при этом отпадает необходимость в принудительном охлаждении. Лампы изготовляются на мощности от 50 Вт до 2 кВт. Имеются разработки ламп и на мощности до 10—15 кВт. На рис. дан общий вид ртутно-кварцевых ламп ДРШ различной мощности.

Яркость и ее распределение. В зависимости от температуры. рабочей части электродов и их конструкции можно получить различное распределение яркости. Когда температура электродов недостаточна для обеспечения всего (или почти всего) разрядного тока за счет термоэмиссии электронов, разряд стягивается у электродов в яркие светящиеся точки очень малых I размеров и свечение приобретает веретенообразную форму рис. Яркости вблизи электродов достигают 1000 Мкд/м2 и больше, но величины этих областей весьма малы, так что в потоке излучения они не играют существенной роли. В специальных типах ламп с очень малым расстоянием между электродами эти области используются для получения высоких яркостей при точкообразной форме светящегося тела. В случае стягивания разряда у электродов яркость растет с ростом давления и силы тока (мощности) и уменьшением расстояния между электродами

Если температура рабочей поверхности электродов достаточна для обеспечения тока разряда за счет термоэмиссии электронов, то разряд «расползается» по торцевой поверхности электрода и принимает бочкообразную или цилиндрическую форму. В этом случае получается более равномерное распределение яркости вдоль разряда. Яркость в этом случае по-прежнему возрастает с ростом тока и давления, радиус же канала определяется размерами и конструкцией рабочей части электродов и от расстояния между электродами зависит в меньшей степени.

Световая отдача возрастает с ростом удельной мощности. Для веретенообразной формы разряда световая отдача (при постоянной мощности и давлении) имеет оптимум при определенном расстоянии между электродами. С уменьшением расстояния она падает вследствие увеличения доли околоэлектродных потерь в общей мощности лампы, при увеличении расстояния падает из-за расширения канала разряда и уменьшения его температуры.

Спектр излучения ламп ДРШ имеет линейчатый характер с сильно выраженным непрерывным фоном. Благодаря наличию непрерывного фона доля красного света в видимом излучении разряда достигает 4—6 %. Распределение излучения между спектральными линиями зависит от рабочего давления паров ртути и удельной мощности.

Методы выравнивания температурного поля колб. Ввиду весьма напряженного теплового режима колб важно уменьшить разницу между tmin и tmax. Равномерный нагрев колбы важен также для сокращения времени разгорания ламп, поскольку время разгорания определяется скоростью повышения температуры в наиболее холодной точке колбы. Для ламп, работающих в вертикальном положении на переменном токе, с этой целью целесообразно несколько сместить электроды вниз от геометрического центра колбы. Весьма эффективно применять колбы, сужающиеся книзу, — грушевидной формы, но это сложнее в условиях производства. В лампах постоянного тока более равномерный нагрев колбы получается, если анод расположен внизу. В целях выравнивания температуры наиболее холодные места колбы утепляют, покрывая тонким слоем В лампах постоянного тока анодную ножку иногда делают несколько длиннее, чтобы снизить температуру цоколя. Схемы включения, зажигание. Лампы включаются в сеть только последовательно с балластным сопротивлением: активным — при работе на постоянном токе и индуктивным — при работе на переменном токе. В ряде применений используются специальные схемы.

Зажигание ламп с зажигающим электродом осуществляется путем подачи на этот электрод кратковременного импульса высокого напряжения высокой частоты от миниатюрного высокочастотного трансформатора. Зажигающее устройство может питаться от той же цепи, что и лампа. Этим способом обеспечивается зажигание лампы при работе как на переменном, так и на постоянном токе. Зажигание ламп с двумя электродами (без зажигающего электрода) осуществляется путем подачи на электроды высокочастотного импульса высокого напряжения.

Время разгорания ламп и пути его сокращения. Время разгорания определяется скоростью испарения ртути. Чем больше мощность, выделяющаяся в лампе в период разгорания, чем меньше теплоемкость лампы и тепловые потери в период ее разгорания, тем меньше время разгорания. Время разгорания ламп этого типа составляет от 2 до 5 мин.

Для многих важных применений (например, фотоэкспонирование и др.) необходимо сократить период разгорания иногда до нескольких секунд. С этой целью в настоящее время применяют специальные схемы включения, которые после зажигания разряда автоматически обеспечивают на 1—2 с пусковой ток трех — пятикратной величины от номинального. Однако для работы в таких режимах следует применять специальные лампы с повышенным давлением ксенона и усиленными вводами.

Положение горения. При расстоянии между электродами не более 6—8 мм разряд стабилизируется в основном электродами так, что форма дуги и ее характеристики сравнительно слабо зависят от положения горения лампы. Однако неравномерный нагрев колбы из-за конвекционных потоков паров ртути внутри лампы и окружающего воздуха снаружи ограничивает возможность работы ламп только определенным положением горения, на которое она рассчитана, чаще всего — вертикальное. Некоторые типы ламп мощностью до 500 Вт допускают работу в любом положении, но при этом снижается срок их службы.

Срок службы ламп составляет от 50 до нескольких сотен часов в зависимости от типа лампы и условий ее эксплуатации.

Меры предосторожности. Лампы ДРШ являются мощным источником УФ-излучения. Поэтому для защиты от облучения, а также от горячих осколков кварца на случай разрыва колбы (крайне редкого) лампа должна работать в закрытом металлическом кожухе. (Температура колбы у работающих ламп достигает 700—900 °С).

Области применения. Лампы применяются в светолучевых осциллографах с прямой записью на фотобумагу (ДРШ-100), в фотолитографии, в люминесцентном анализе и люминесцентной микроскопии, в различных проекционных системах и других случаях, когда требуются источники высокой яркости в видимой и УФ-областях спектра при малых размерах излучающего тела.