熒光燈燈絲應(yīng)用探討.doc

熒光燈燈絲應(yīng)用探討方偉 鄭文旭 (啟東市照明器材廠 啟東市匯利照明有限公司 226212)關(guān)鍵詞：電極、熱能、工作電流、熱阻、冷阻、熱點(diǎn)一、 前言隨著這幾年節(jié)能熒光燈的高速發(fā)展，作為熒光燈電極載體的燈絲從種類到規(guī)格上都得到了完善。各熒光燈制造廠對燈絲都有獨(dú)到的見解，但對熒光燈電極至今仍不能有一個(gè)完整的理論去概括其物理化學(xué)過程，往往在工業(yè)生產(chǎn)中甚至科學(xué)研究中都是運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)來探討電極的性能，并以此改進(jìn)電極的工藝，研究新的高性能電極。本文列舉了燈絲應(yīng)用上的一些經(jīng)驗(yàn)，供大家參考和探討，希望能有拋磚引玉的作用。二、 熒光燈燈絲的主要作用熒光燈電極（又稱之為直熱式氧化物陰極）由燈絲和有發(fā)射電子能力的發(fā)射材料組成，燈絲在熒光燈中主要作用是承載電子粉和通過外加電源產(chǎn)生熱能。三、 燈絲承載電子粉的探討熒光燈燃點(diǎn)過程中，陰極的高溫狀態(tài)及氣體放電中所產(chǎn)生的激發(fā)電離等復(fù)雜過程造成了陰極發(fā)射材料不斷蒸發(fā)和濺射，當(dāng)陰極上發(fā)射材料消耗盡時(shí)，熒光燈的放電趨于停止，燈的壽命也就終結(jié)。很顯然，要延長燈的壽命就要從三個(gè)方面著手：一是電極上儲(chǔ)存更多的陰極發(fā)射物；二是提高電極發(fā)射材料的利用率；三是盡可能減緩熒光燈工作過程中發(fā)射材料因蒸發(fā)和濺射所產(chǎn)生的損耗。對于第一方面，就增加儲(chǔ)存量而言，在管徑越粗的熒光燈中越是容易實(shí)現(xiàn)。但隨著電光源的發(fā)展，細(xì)管徑甚至超細(xì)管徑熒光燈因其更緊湊、運(yùn)輸倉儲(chǔ)成本更低、生產(chǎn)過程消耗原材料更少、光效更高等優(yōu)勢越來越得到發(fā)展，但細(xì)管徑熒光燈中陰極受到管徑空間的制約，燈絲體積做得很小，要求燈絲能儲(chǔ)存更多的電子粉已不太可能，例如：T2管徑的燈管，燈絲能吸附1.3mg電子粉已經(jīng)很不錯(cuò)了。因此對于超細(xì)管徑燈管，希望其長壽命，不能強(qiáng)求電子粉量，應(yīng)從第二、第三方面著手，如使用高發(fā)射、耐轟擊的電子發(fā)射材料，改進(jìn)排氣激活工藝，設(shè)計(jì)更高效、匹配更好的整流器等。四、 燈絲與排氣工藝的探討 熒光燈陰極的分解和激活是熒光燈生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝，歷程時(shí)間較短，但對燈管性能影響極大。對于燈管生產(chǎn)工藝制定者或者排氣操作者都必須深刻理解排氣過程中的各種原理，其中燈絲提供熱能即燈絲溫度大小是陰極分解和激活的關(guān)鍵。在燈管中，由于燈絲表面涂有電子粉，而且體積很小，很難測定其正確溫度，一般都以電流的大小估計(jì)燈絲溫度的高低，這種估計(jì)偏差大，不準(zhǔn)確。燈絲制造廠在提供燈絲時(shí)都能較精確地提供燈絲的工作電流。燈絲的工作電流的含義是指：燈絲在電感鎮(zhèn)流器工作的狀態(tài)下，這個(gè)工作電流值能使陰極產(chǎn)生正常的熱點(diǎn)，保持穩(wěn)定的放電。它的另外含義是如果電極通過這個(gè)工作電流的電流值時(shí)能確保電子粉表層有1260K左右的溫度。因此根據(jù)燈絲工作電流的兩個(gè)含義和燈絲在1400以下時(shí)電流和燈絲溫度基本上成正比關(guān)系，可以較正確地確定電流和溫度的對應(yīng)關(guān)系。例如：由于當(dāng)陰極在真空中通電加熱至500左右時(shí)電子粉中的硝化棉在供氧不足的情況下能迅速分解，即可確定最佳的排氣起步電流為燈絲工作電流的1/2。又例如：為了提高生產(chǎn)效率，縮短激活時(shí)間，又要將電子粉表層良好激活，選擇了1300為BaO的激活溫度。因此最大的BaO激活溫度電流是燈絲工作電流的1.3倍。還有CaCO3、SrCO3、BaCO3的分解的溫度600、800、950都能較正確地將電流與之相對應(yīng)。當(dāng)然，排氣過程中燈絲電流值的確定還應(yīng)根據(jù)電子粉涂層的厚薄、系統(tǒng)的抽速和真空狀態(tài)作適當(dāng)?shù)男拚?那么在排氣激活后怎樣快速知道陰極的發(fā)射性能是否良好？可以借助傳統(tǒng)的測量燈絲的熱點(diǎn)電壓或測量燈管的內(nèi)管壓與外管壓之差來判別。熱點(diǎn)電壓測量方法是：將排氣好的燈管正常燃點(diǎn)一小時(shí)后即可測熱點(diǎn)電壓，如圖（1） 圖(1)燈管的內(nèi)、外管壓測量方法同測量熱點(diǎn)電壓，接線如圖（2） 圖(2) 無論功率大小，正常的熱點(diǎn)電壓在0.81.5V之間，而且排氣端與封閉端應(yīng)基本接近。內(nèi)管壓與外管壓兩者差值在2V之內(nèi)也說明陰極分解良好，熱點(diǎn)正常。在確保陰極上電子粉界面與內(nèi)導(dǎo)絲有1mm左右距離時(shí)，如果熱點(diǎn)電壓或內(nèi)、外管壓之差過大，在燈管早期說明陰極分解不透或過頭，離子轟擊嚴(yán)重，熱點(diǎn)溫度過高；在燈管中、后期說明陰極電子粉殘留量已不多，其中也有可能燈絲熱阻過大或鎢絲過細(xì)與鎮(zhèn)流器不匹配造成。如熱點(diǎn)電壓過小，則說明熱點(diǎn)過低，可能是燈絲熱阻過小或鎢絲太粗與鎮(zhèn)流器不匹配。因此測量熱點(diǎn)電壓和內(nèi)、外管壓可在很短時(shí)間內(nèi)判斷排氣工藝狀況和燈絲與鎮(zhèn)流器的匹配情況。這是電感鎮(zhèn)流器配合下的一個(gè)傳統(tǒng)測試，然而目前的現(xiàn)狀是，大部分燈管配合高頻電子鎮(zhèn)流器,這類測試就帶有極大的不確定性,應(yīng)要將燈絲電流一同考慮進(jìn)去。不同的電子鎮(zhèn)流器燈絲電流設(shè)計(jì)差別很大，會(huì)造成難以判斷。甚至有些鎮(zhèn)流器為降低電極功耗，在電極兩端并聯(lián)二極管，這時(shí)候燈管預(yù)熱和點(diǎn)燈時(shí)的電流會(huì)有很大的差別。所以要正確判斷，對于電子鎮(zhèn)流器，同時(shí)考核放電電流，導(dǎo)入陰極電流和燈絲電流，然后取相適應(yīng)的電流和外接電壓用電感方法來考察燈管。五、 燈絲與啟動(dòng)性能的探討 熒光燈的著火條件是遵循巴邢定律，著火電壓與熒光燈管的長度、管內(nèi)氣體壓力、氣體種類和陰極性質(zhì)有關(guān)。很明顯對于一種燈管而言，燈管長度、氣壓、氣體種類這三者均相同,所不同的是陰極性質(zhì)。這里不探討發(fā)射物質(zhì)即電子粉的性質(zhì)，就探討一下燈絲的熱性能?，F(xiàn)階段熒光燈絕大多數(shù)是預(yù)熱啟動(dòng)，陰極都為熱電子陰極即由外界提供熱能給陰極，讓電子發(fā)射材料溫度升至較高值，從而大量發(fā)射電子，燈絲既是給陰極提供熱能的加熱源。然而在相同條件下，不同的燈絲產(chǎn)生的熱能及熱能產(chǎn)生的快慢是不同的，即不同的燈絲做成相同的燈管，開關(guān)壽命測試時(shí)開關(guān)的次數(shù)大不相同，點(diǎn)燈時(shí)光電參數(shù)也不一樣，究其原因，原來認(rèn)為是因?yàn)闊艚z的熱容量不同引起的，其實(shí)除了燈絲的熱容量外，主要是燈絲的熱態(tài)電阻引起。許多制燈廠已經(jīng)對燈絲冷態(tài)電阻（25時(shí)電阻）與燈絲熱阻進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)燈絲制成標(biāo)準(zhǔn)燈通于合適電流后熱阻和冷阻比為4倍時(shí)，燈絲溫度已有800左右。所以，有的制燈廠要求燈絲通上燈管工作電流（電子燈為導(dǎo)入陰極電流）即燈絲工作電流值后，要求熱阻與冷阻比4倍，但不能大于5.5倍。陰極熱電阻的測試方法按圖（3）所示，采用合適的直流、交流（50Hz）或高頻(25KHz)等電源供電，將流經(jīng)陰極燈絲的電流調(diào)整至額定試驗(yàn)電流值，測出電源電壓，再減去電流表的電壓降，就可以算出陰極熱電阻。 圖(3)如果以燈管工作電流或電子燈的導(dǎo)入陰極電流為額定測定電流，測得熱阻與冷阻比小于4倍，則說明燈絲熱態(tài)溫度偏低，會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)時(shí)陰極溫度不夠而欠熱起動(dòng)，還有可能出現(xiàn)燃點(diǎn)時(shí)熱點(diǎn)過小，造成燈管頻閃，光效降低陰極濺射嚴(yán)重，減少燈管壽命。如果測得熱阻與冷阻比大于5.5賠時(shí)說明燈絲熱態(tài)溫度偏高，起動(dòng)雖沒問題，但在燃點(diǎn)過程中可能出現(xiàn)熱點(diǎn)溫度過高，造成燈管溫升過高，燈管功率飄移，光效降低，陰極熱蒸發(fā)大，減少燈管壽命。燈絲溫度與Rh/Rc的關(guān)系：Th = ( Rh / Rc ) x ( 234.5 + Tc ) - 234.5Th ：燈絲熱態(tài)溫度（OC）Tc ：常溫?zé)艚z溫度（25OC）Rh ：燈絲熱態(tài)阻值Rc ：燈絲冷態(tài)阻值（25OC）以下是某一燈管的燈絲溫度與Rh/Rc的對應(yīng)表* 燈絲的冷熱電阻比和溫度的關(guān)系還跟燈管充入的氣體種類、壓力有關(guān)