專利名稱：高頻無極燈的充氣配方及其計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高頻無極燈的充氣配方及其計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
高頻無極燈是基于熒光燈氣體放電和高頻電磁感應(yīng)原理相結(jié)合的一種新型電光源。現(xiàn)有的高頻無極燈主要有低壓氣體高頻無極燈、微波燈、環(huán)形日光燈式電磁感應(yīng)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(chǎn)生的紫外輻射撞擊泡壁三基色粉轉(zhuǎn)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、金鹵燈、高壓 鈉燈等燈種的工作頻率(50Hz)高出5萬 6萬倍，比普通節(jié)能燈或電子鎮(zhèn)流器的工作頻 率(30 60KHz)高出約250倍。微波燈由磁控管微波發(fā)生器通過微波諧振腔，激發(fā)有特 定填充劑的石英球泡，石英泡內(nèi)由10大氣壓(atm)的硫蒸氣分子輻射產(chǎn)生白光，工作頻率 2450MHz，功率達(dá)1000W，光效120Lm/W。環(huán)形日光燈式電磁感應(yīng)燈，工作頻率250KHz。HID 高壓氣體無極放電燈，例如金屬鹵化物無極燈，工作頻率13. 56MHz,目前仍在研發(fā)階段，未 有產(chǎn)品上市。現(xiàn)有的無極燈由于氣體放電區(qū)間(氣體的種類、壓力)選擇不當(dāng)，放電電壓高 或難于放電；致使燈泡表面亮度很差或者難于充亮燈泡。尤其是對(duì)于燈泡直徑小的無極燈， 就更難于充氣放電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高頻無極燈的充氣配方及其計(jì)算方法。采用該配方填 充混合氣體，使放電過程中處于電離態(tài)和激發(fā)態(tài)的氣體原子數(shù)量受到控制，對(duì)于小直徑的 燈泡體，不僅可以充亮燈泡且提高燈泡發(fā)光效率。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種高頻無極燈充氣配方，所述無極燈燈泡體內(nèi)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于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(shù)量為充氣壓力P = 1800/(D_25)Pa，其中D為燈泡體直徑。本發(fā)明高頻無極燈充氣配方的計(jì)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(diǎn)或點(diǎn)燃電壓值，從而確定混合氣體 的最佳工作點(diǎn)；2)根據(jù)帕邢定律P · R = C得出P = C/R，從而確定充氣種類、比例和數(shù)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(nèi)芯 柱管外徑尺寸，C為常數(shù)；充氣種類選擇兩種原子電離電位差值大于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(jù)電子對(duì)于氣體分子的自由程長(zhǎng)計(jì)算公式f(x)dx = ie~~2dx其中e為常數(shù)，_為氣體分子平均自由程長(zhǎng)；則氣體放電中電子
的平均自由程長(zhǎng)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(shù) n=R/I，R為燈泡極間距；當(dāng)碰撞次數(shù)η —定時(shí)，氣體比例與R成反比，且當(dāng)R = 50mm,充 氣壓力P = 18Pa,電離電位低的氣體占4%時(shí)，電子對(duì)氣體的電離碰撞次數(shù)足以滿足正常
的自持放電，則低電離電位氣體氣體所占的比例為，其中Rtl為所求燈泡的極間距，
為燈泡體直徑，d為燈泡體內(nèi)芯柱管直徑，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jiǎn)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(fā)明所述步驟2)中所述的充氣數(shù)量的計(jì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī) kO2
格的芯柱管直徑d = 25mm，從而簡(jiǎn)化為充氣壓力P = 1800/(D-25) Pa，其中D為燈泡體直徑。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明給出了各種規(guī)格高頻無極燈輝光放電的最佳工作點(diǎn)及發(fā)明人的大量實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)，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(wěn)定(充分滿足自持放電條件)，從而達(dá)到最高的放電效率。本發(fā)明在高頻無極燈中使用混合氣體進(jìn)行氣體放電，使放電過程中處于電離態(tài)和 激發(fā)態(tài)的氣體原子數(shù)量(比例)受到控制，在維持正常支持放電的基礎(chǔ)上，有效地提高激發(fā) 態(tài)原子數(shù)量，提高了發(fā)光效率。


圖1為本發(fā)明中燈泡體尺寸示意圖。圖2為本發(fā)明確定最佳工作點(diǎn)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。實(shí)施例本發(fā)明一種高頻無極燈充氣配方，所述無極燈燈泡體1內(nèi)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于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(shù)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(biāo)準(zhǔn)芯柱管的外徑為25mm。
上述高頻無極燈充氣配方的計(jì)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(diǎn)或點(diǎn)燃電壓值，從而確定混合氣體 的最佳工作點(diǎn)；如圖2所示，不同規(guī)格無極燈最低著火(點(diǎn)燃)電壓Vmin-A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)最佳 工作點(diǎn)的充氣壓力(Pa)，不論P(yáng)XR值是大是小，只要離開A點(diǎn)(最佳工作點(diǎn))，Vs (充氣壓 力)都增大(如圖B1、B2)。2)根據(jù)帕邢定律P · R = C得出P = C/R，從而確定充氣種類、比例和數(shù)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(nèi)芯 柱外徑尺寸，C為通過實(shí)驗(yàn)得到的常數(shù)。本發(fā)明人經(jīng)大量的試驗(yàn)得知，不同的充氣氣體種類 (含混合氣體)，對(duì)應(yīng)最低著火(點(diǎn)燃)電壓Vmin的PXR值(常數(shù)C)對(duì)應(yīng)的數(shù)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(xì)列算)各常用規(guī)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，是使放電過程中處于電離態(tài)和激發(fā)態(tài)的氣體原子數(shù)量 (比例)受到控制，在維持正常支持放電的基礎(chǔ)上，有效地提高激發(fā)態(tài)原子數(shù)量一發(fā)光效 率。由此可知，選擇混合氣體，應(yīng)當(dāng)選擇兩種原子電離電位差值大的氣體，本發(fā)明選擇兩種 氣體原子電離電位差值大于5eV的惰性氣體，并以電離電位高的氣體為大比例氣體，以保 證高的激發(fā)態(tài)一燈的放電過程目的是光轉(zhuǎn)換。根據(jù)電子對(duì)于氣體分子(原子)的自由程 長(zhǎng)計(jì)算公式 其中e為常數(shù)，X為氣體分子平均自由程長(zhǎng)；計(jì)算出燈體內(nèi)參與氣體放電的分子平 均自由程長(zhǎng)I，則氣體放電中電子的平均自由程長(zhǎng)，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(shù)n=R/I，R為模型燈泡的極間距。碰撞次數(shù)的多少?zèng)Q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。由于要求電離態(tài)的氣體分子比例能保證正常氣體自持放電，而激發(fā)態(tài)為發(fā)光過 程，激發(fā)態(tài)的氣體分子越多越好。因此，在氣體放電過程中起電離態(tài)作用的氣體為低電離電 位氣體，在混合氣體中占的比例小。本發(fā)明人經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)得出當(dāng)R = 50mm，充氣壓力P= 18Pa，電離電位低的氣體占 4%時(shí)，放電中電子對(duì)氣體的電離碰撞次數(shù)足以滿足正常的自持放電。當(dāng)放電中從陰極到陽 極電子對(duì)氣體的碰撞次數(shù)一定時(shí)，氣體比例與R成反比，則低電離電位氣體氣體所占的比 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(nèi)芯柱管直徑，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jiǎn)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(fā)明的混合氣體主要采用氬氣和氪氣、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(fā)明給出了常用規(guī)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(guān)，則充氣壓力P=18/ (7)，其中
K0
T)-d
R = 50mm, Ro= ，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(fā)明的充氣過程是使用真空系統(tǒng)，向帶有真空微調(diào)針閥的玻璃瓶?jī)?nèi)按比例充 氣。先充比例小的氣體，后充比例大的氣體，總的充氣壓力0，08-0.09Mpa。充氣后，用火花 檢漏儀檢驗(yàn)所配氣瓶是否呈銀白色雷電式放電。出現(xiàn)其它顏色放電或不放電，為氣體不純 或沒充進(jìn)氣體。直到完全充進(jìn)氣體為止。
權(quán)利要求
一種高頻無極燈充氣配方，所述無極燈燈泡體內(nèi)填充有惰性混合氣體，其特征在于所述的惰性混合氣體為兩種電離電位差值大于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(jù)權(quán)利要求1所述的高頻無極燈充氣配方，其特征在于所述混合氣體的充氣數(shù) 量為充氣壓力P = 1800/(D-25)Pa，其中D為燈泡體直徑。
3.如權(quán)利要求1所述高頻無極燈充氣配方的計(jì)算方法，其特征在于包括以下步驟1)確定高頻無極燈混合氣體放電的最低著火點(diǎn)或點(diǎn)燃電壓值，從而確定混合氣體的最 佳工作點(diǎn)；2)根據(jù)帕邢定律P= C得出P = C/R，從而確定充氣種類、比例和數(shù)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(nèi)芯柱管 外徑尺寸，C為常數(shù)；充氣種類選擇兩種原子電離電位差值大于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(jù)電子對(duì)于氣體分子的自由程長(zhǎng)計(jì)算公式f(x)dx = ie^dx其中e為常數(shù)，—為氣體分子平均自由程長(zhǎng)；則氣體放電中電子 ^ ，A的平均自由程長(zhǎng)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(shù) n=R/I，R為燈泡極間距；當(dāng)碰撞次數(shù)n—定時(shí)，氣體比例與R成反比，且當(dāng)R = 50mm，充氣壓力P = 18Pa,電離 電位低的氣體占4%時(shí)，電子對(duì)氣體的電離碰撞次數(shù)足以滿足正常的自持放電，則低電離電位氣體氣體所占的比例為，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(nèi)芯柱管直徑，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jiǎn)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(jù)權(quán)利要求3所述高頻無極燈充氣配方的計(jì)算方法，其特征在于所述步驟2)中所述的充氣數(shù)量的計(jì)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(jiǎn)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(fā)明提供一種高頻無極燈充氣配方及其計(jì)算方法，所述無極燈燈泡體內(nèi)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于5eV的惰性氣體，根據(jù)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(fā)明根據(jù)高頻無極燈放電的最佳工作點(diǎn)及發(fā)明人的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，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(wěn)定，從而達(dá)到最高的放電效率。本發(fā)明使用混合氣體進(jìn)行氣體放電，使放電過程中處于電離態(tài)和激發(fā)態(tài)的氣體原子數(shù)量受到控制，在維持正常支持放電的基礎(chǔ)上，有效地提高激發(fā)態(tài)原子數(shù)量，提高了發(fā)光效率。
文檔編號(hào)H01J61/16GK101859681SQ20091001111
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者許樹良 申請(qǐng)人:遼寧寶林集團(tuán)節(jié)能科技有限公司;許樹良