高频无极灯真空系统的研究(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)许昌职业技术学院 作者:杨一平

  高频无极灯的灯泡真空度高低, 不仅关系灯光效的高低, 而且影响灯的使用寿命, 因此, 灯泡真空系统的设计和抽真空系统的抽真空过程是灯泡生产工艺的关键环节, 本文以典型的高频无极灯的高空系统抽气为例, 介绍了灯泡真空的抽气设备和抽真空的全部过程。

  高频无极放电灯, 简称高频无极灯, 灯内无灯丝, 又称电子灯泡, 是一种代表照明技术高光效、长寿命、高显色性及未来发展方向的新型光源。该灯可广泛应用于厂房、大厅、广场、公路、灯光工程等照明场所, 是工厂、机关、学校、场馆、车站、码头、机场、高速公路、隧道、市政道路等首选的照明产品, 尤其适合在照明可靠性要求较高,需要长期照明而维修、更换灯具困难的场所使用。由于它的寿命长、高效节能, 因此它必将成为21世纪最有发展前景的绿色节能照明光源的换代产品。

  如图1 所示为高频无极灯的完整结构。整个光源由灯泡1; 功率耦合器2; 高频发生器3 三部分组成。由图1 还可以看到, 高频无极灯灯泡主要由内壁涂有三基色荧光粉的玻壳、外壁涂有三基色荧光粉的内管、汞齐、辅助汞齐四部分组成。

1、高频无极放电灯的工作原理

  无极灯工作原理是: 高频发生器产生频率为2.65 MHz 的高频波, 并同时产生一个3000 V 左右的点火电压, 高频波通过最长不得超过0.5 m的高频馈线( 条件许可时, 越短越好, 减少高频能量消耗) 与耦合器连接, 耦合器装在灯泡内, 高频电磁场的能量以感应方式耦合进灯泡内, 灯泡通过功率耦合器在玻璃泡壳内瞬间建立一个高频磁场, 在高频磁场的作用下, 灯泡内部的惰性气体( 氪气和氩气的混合气体) 发生气体雪崩电离成等离子体, 等离子体受激, 原子返回基态时自发辐射出254nm 的紫外线, 紫外线使灯泡内壁稀土荧光粉受到激发而发出可见光。

高频无极放电灯结构

图1 高频无极放电灯结构

2、灯泡抽高真空系统的研究

  灯泡真空度的高低, 不仅决定灯泡光效的高低, 而且影响灯泡的使用寿命, 真空度达不到5×10-3 Pa 以上, 在高电压启动时难以点亮, 即使勉强点亮灯泡, 但灯泡亮度不高, 荧光粉光效衰减过快, 寿命不长, 因此, 灯泡真空系统的设计和真空系统的操作过程是灯泡生产工艺的关键环节。

  高频无极放电灯抽真空时难度较大, 灯泡排气前, 灯泡的一个排气管内已经装入主汞齐— 重金属元素固态汞合金, 内管上已经熔焊了辅助汞齐, 所设计的真空系统及真空测量仪器和元件工作时必须能抵抗挥发的重金属污染, 再加上抽真空系统管道为玻璃管道, 阀门为玻璃阀门器件,密封难于处理, 系统工作环境的温度不能太高,也不能太低, 否则, 重金属容易挥发, 造成真空管道污染; 密封材料— 真空脂会变成液体或凝固,密封性能难于保证, 抽真空的时间会很长, 真空度很难达到5×10-3Pa以上, 影响灯泡光效的高低、寿命的长短, 甚至灯泡要报废, 前功尽弃。

3、抽真空设备和步骤

3.1、排气设备

  真空系统; 复合真空计; 充气系统; 玻壳加热除气烘箱; 花检漏器; 灯泡检测仪器。

3.2、排气工艺

  (1) 目的: 抽除灯内大气; 对玻壳加热; 去除所吸附的气体; 充入氩气; 封闭排气管和主汞齐管。

  (2) 工艺标准: 抽真空温度曲线, 如下图2所示, 温度变化表如表1。

高频无极放电灯灯泡抽真空温度曲线图

图2 高频无极放电灯灯泡抽真空温度曲线图

表1 高频无极放电灯灯泡抽真空温度变化表

高频无极放电灯灯泡抽真空温度变化表

  总加热时间: 约30 min。28 min 后→移开烘箱, 自然降温, 检漏, 继续高真空抽取, 进行Ar 冲洗、继续抽高真空、再次Ar 冲洗→- - - 真空度符合要求, 排气管封闭。整个过程要不断检漏。

(3) 高真空设备系统:

  抽真空设备由真空系统、充气系统、加热烘箱和检测仪器组成, 其中K1-K7为真空活塞, 如图3 所示。

3.3、抽真空步骤

(1) 准备工作: 灯泡正式抽高真空前, 必须充分地做好准备工作。

  ① 将K1、K2、K3、K4、K5、K7 真空活塞的旋塞分别取下, 在磨口部分均匀地抹上一层真空油脂, 然后一一推回原位, 轻轻旋转, 使活塞端口密封而不会漏气(注意: 靠近Ar 瓶一端的K4, 只能在更换Ar 瓶时再次涂抹新油脂)。

  ② 关闭K7( 抽真空时, 一直关闭) 、K1、K2,启动抽大气机械泵1 和扩散泵的前置真空机械泵2, 再缓缓打开连接机械泵的真空胶管上以防喷油的夹子, 机械泵工作正常时, 真空度应达到1 Pa 左右。

  ③ 检查扩散泵前置真空度达到要求后, 打开扩散泵冷却水, 再开加热电源。

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