熒光燈燈絲應用探討.doc

熒光燈燈絲應用探討方偉 鄭文旭 (啟東市照明器材廠 啟東市匯利照明有限公司 226212)關鍵詞：電極、熱能、工作電流、熱阻、冷阻、熱點一、 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到的見解，但對熒光燈電極至今仍不能有一個完整的理論去概括其物理化學過程，往往在工業(yè)生產(chǎn)中甚至科學研究中都是運用各種實驗技術來探討電極的性能，并以此改進電極的工藝，研究新的高性能電極。本文列舉了燈絲應用上的一些經(jīng)驗，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)電離等復雜過程造成了陰極發(fā)射材料不斷蒸發(fā)和濺射，當陰極上發(fā)射材料消耗盡時，熒光燈的放電趨于停止，燈的壽命也就終結。很顯然，要延長燈的壽命就要從三個方面著手：一是電極上儲存更多的陰極發(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，就增加儲存量而言，在管徑越粗的熒光燈中越是容易實現(xiàn)。但隨著電光源的發(fā)展，細管徑甚至超細管徑熒光燈因其更緊湊、運輸倉儲成本更低、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)很不錯了。因此對于超細管徑燈管，希望其長壽命，不能強求電子粉量，應從第二、第三方面著手，如使用高發(fā)射、耐轟擊的電子發(fā)射材料，改進排氣激活工藝，設計更高效、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)的關鍵工藝，歷程時間較短，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燈絲溫度的高低，這種估計偏差大，不準確。燈絲制造廠在提供燈絲時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，這個工作電流值能使陰極產(chǎn)生正常的熱點，保持穩(wěn)定的放電。它的另外含義是如果電極通過這個工作電流的電流值時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含義和燈絲在1400以下時電流和燈絲溫度基本上成正比關系，可以較正確地確定電流和溫度的對應關系。例如：由于當陰極在真空中通電加熱至500左右時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。當然，排氣過程中燈絲電流值的確定還應根據(jù)電子粉涂層的厚薄、系統(tǒng)的抽速和真空狀態(tài)作適當?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)的測量燈絲的熱點電壓或測量燈管的內(nèi)管壓與外管壓之差來判別。熱點電壓測量方法是：將排氣好的燈管正常燃點一小時后即可測熱點電壓，如圖（1） 圖(1)燈管的內(nèi)、外管壓測量方法同測量熱點電壓，接線如圖（2） 圖(2) 無論功率大小，正常的熱點電壓在0.81.5V之間，而且排氣端與封閉端應基本接近。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，熱點正常。在確保陰極上電子粉界面與內(nèi)導絲有1mm左右距離時，如果熱點電壓或內(nèi)、外管壓之差過大，在燈管早期說明陰極分解不透或過頭，離子轟擊嚴重，熱點溫度過高；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與鎮(zhèn)流器不匹配造成。如熱點電壓過小，則說明熱點過低，可能是燈絲熱阻過小或鎢絲太粗與鎮(zhèn)流器不匹配。因此測量熱點電壓和內(nèi)、外管壓可在很短時間內(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,應要將燈絲電流一同考慮進去。不同的電子鎮(zhèn)流器燈絲電流設計差別很大，會造成難以判斷。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，這時候燈管預熱和點燈時的電流會有很大的差別。所以要正確判斷，對于電子鎮(zhèn)流器，同時考核放電電流，導入陰極電流和燈絲電流，然后取相適應的電流和外接電壓用電感方法來考察燈管。五、 燈絲與啟動性能的探討 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。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)是預熱啟動，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，開關壽命測試時開關的次數(shù)大不相同，點燈時光電參數(shù)也不一樣，究其原因，原來認為是因為燈絲的熱容量不同引起的，其實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時電阻）與燈絲熱阻進行了研究，發(fā)現(xiàn)燈絲制成標準燈通于合適電流后熱阻和冷阻比為4倍時，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，會出現(xiàn)起動時陰極溫度不夠而欠熱起動，還有可能出現(xiàn)燃點時熱點過小，造成燈管頻閃，光效降低陰極濺射嚴重，減少燈管壽命。如果測得熱阻與冷阻比大于5.5賠時說明燈絲熱態(tài)溫度偏高，起動雖沒問題，但在燃點過程中可能出現(xiàn)熱點溫度過高，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的關系：Th = ( Rh / Rc ) x ( 234.5 + Tc ) - 234.5Th ：燈絲熱態(tài)溫度（OC）Tc ：常溫燈絲溫度（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的對應表* 燈絲的冷熱電阻比和溫度的關系還跟燈管充入的氣體種類、壓力有關