Метод определения давления газа в разрядных трубках Текст научной статьи по специальности «Физика»

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В РАЗРЯДНЫХ ТРУБКАХ

В. К. СВЕШНИКОВ, доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент Академии электротехнических наук РФ

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.

В 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-

© В. К. Свешников, 2005

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 И и 12.

Рис.

Измерение давления в разрядной трубке проводится на частоте /* переменного напряжения, при которой активная проводимость плазмы сгп значительно больше проводимости ак конденсаторов, образованных двумя внешними электродами и внутренней поверхностью стенки лампы с толщиной Л и относительной диэлектрической проницаемостью е:

сгп >0,5 сгк.

(1)

Активная проводимость плазмы вспомогательного разряда в области низких

частот

^п =

е\

ту

(2)

Проводимость плоского конденсатора на частоте /" переменного тока определяется по формуле

стк =2 тг /

его 5 к

(3)

где £0 — электрическая постоянная; 5 площадь вспомогательного электрода.

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

в

е^пе к

п ту Бе ¿о

(4)

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 4 х б 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 б, 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-контроля давления в заводских условиях. Погрешность измерения давления не превышает 3 %.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Алукаев Б. X. К определению давления инертного газа в люминесцентных лампах спектральным методом / Б. X. Алукаев, В. Ф. Дадонов, А. С. Федоренко // Светотехника. 1973. № 5. С. 4 — 5.

2. Свешников В. К. Способ определения давления газа в газоразрядных трубках / В. К. Свешников // Электронная техника. Сер. 4, Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1980. Вып. 5. С. 48 — 49.

3. Физико-технические методы неразрушающего контроля ГРИ высокоинтенсивного оптического излучения / Ю. П. Андреев [и др.] / / Электронная техника. Сер. 4, Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1990. Вып. 4. С. 35.

Поступила 14.02.05.

НАПРЯЖЕНИЯ В КАПИЛЛЯРАХ КОМПОЗИТА С НЕОДНОРОДНОСТЬЮ НЕПРЕРЫВНОГО ТИПА

B. Д. ЧЕРКАСОВ, доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент РААСН, А. С. ТЮРЯХИН, кандидат технических наук,

C. Н. БОГАТОВА, аспирант

В ряде задач механики композитов в качестве модели представительной ячейки капиллярно-пористого композита можно выбрать (в геометрическом смысле) одиночный призматический капилляр кругового сечения [2; 3; 5]. Для такой модели ранее уже были представлены особенности макромеханики [4] и напряжен-но-деформироваииого состояния [2] ячейки из однородного материала, а также изложена методика определения эффективных модулей [3] и пористости [5] для ячеек с неоднородностью кусочно-одно-родпого типа. В данной статье, опираясь

на методы, изложенные в монографии [ 1 ], расширим класс решаемых задач и для ячеек, материал которых обладает свойством неоднородности непрерывного типа.

Расчетную модель ячейки композита представим прямолинейным капилляром, который имеет длину Ь, а также внутренний а и внешний Ъ радиусы кругового сечения (рис. 1). При этом замкнутая пористость композита при достаточно большой величине отношения Ь/Ь будет равна объемной доле канала в одиночной капиллярной ячейке:

© В. Д. Черкасов, А. С. Тюряхин, С. Н. Богатова, 2005