如何降低紫外線燈管的擊穿電壓呢？

01 燈絲溫度

一、前言

??在昨天測(cè)試紫外線燈管擊穿電壓實(shí)驗(yàn)中， 燈絲沒有加熱。?對(duì)應(yīng)的擊穿電壓為1308V，?如果將燈絲進(jìn)行加熱， 能夠在多大程度上降低紫外線燈管的擊穿電壓呢？?我們知道電子是從陰極發(fā)射的， 所以下面通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試一下對(duì)于陰極燈絲加熱之后， 紫外線燈管的擊穿電壓是多少。

二、燈絲特性

??使用萬用表測(cè)量紫外線燈管兩端的燈絲， 在室溫下電阻不到1歐姆。?下面使用程控直流電源測(cè)試一下燈絲的電壓-電流特性。?這是測(cè)量電路圖，?通過逐步增加燈絲兩端電壓，查看燈絲工作狀況。

▲ 圖1.2.1 測(cè)試燈絲特性示意圖

??這是手工將直流電源輸出電壓調(diào)整在4伏左右， 可以看到燈管的燈絲開始發(fā)紅。?下面再讓我們看看燈絲電壓逐步上升的過程。?DH1766直流電源可以直接通過編程控制輸出電壓以及讀取輸出電流。?測(cè)量輸出電壓從0V上升到4V對(duì)應(yīng)的燈絲工作電流。?可以看到電流上升分為兩個(gè)階段，?這兩個(gè)階段反映了燈絲在冷卻和熾熱狀態(tài)下的電阻是不同的。?后面實(shí)驗(yàn)中選擇燈絲供電電壓3.5V的情況下， 重新測(cè)量紫外線燈管擊穿電壓的情況。

▲ 圖1.2.2 燈管燈絲的伏安特性

三、擊穿電壓

??下面通過編程自動(dòng)測(cè)量燈管在陰極燈絲加熱的情況下， 燈管擊穿的情況。?燈絲驅(qū)動(dòng)電壓為3.5V， 電流1.09A，?通過DH1766給高壓模塊提供輸入電壓， 控制高壓模塊輸出高壓。?這個(gè)過程與昨天測(cè)試的方式是一樣的。?這里給出了測(cè)量結(jié)果，?青色數(shù)據(jù)線表示紫外線燈管兩極之間的高壓，?在1185V的時(shí)候突然下降，對(duì)應(yīng)燈管擊穿了。?這個(gè)電壓比起昨天在燈絲室溫情況下的1308V的電壓下降了大約120V左右。

▲ 圖1.3.1 陰極燈絲加熱狀態(tài)下?lián)舸╇妷?/p>

??雖然紫外線燈管擊穿電壓只是略微下降，但是燈管發(fā)光卻有了明顯變化，?可以看到此時(shí)燈管中的紫色光柱所占的比例增加了。?紫光更靠近陰極燈絲。?這是昨天在燈絲低溫下發(fā)光的情形，???這里對(duì)比一下燈絲加熱狀態(tài)下的區(qū)別。?可以看到明顯燈絲在加熱狀態(tài)下紫外光更強(qiáng)了。這說明燈絲加熱是提高燈管發(fā)光效率的方法。?另外在冷燈絲的情況下，陰極部分有熒光出現(xiàn)，?在加熱狀態(tài)下， 陰極沒有熒光出現(xiàn)。

▲ 圖1.3.2 燈絲在加熱狀態(tài)下一是室外下?lián)舸┖蟀l(fā)光對(duì)比

??為了對(duì)比，重新在陰極燈絲為室溫下測(cè)量紫外線燈管擊穿電壓，?對(duì)比燈絲在加熱狀態(tài)下的曲線，?兩者基本上沒有差別。?把兩次測(cè)量中燈管高壓曲線繪制在統(tǒng)一張圖中，?比較明顯，燈絲的加熱會(huì)使得燈管擊穿電壓略微降低。?這是高壓包工作電流，在一定程度上反映燈管的功率，?在燈絲加熱后，燈管發(fā)光功率也是增加了。

▲ 圖1.3.4 燈絲在室溫和加熱狀態(tài)下紫外線燈管擊穿電壓

▲ 圖1.3.5 燈絲在室溫和加熱狀態(tài)下高壓電源的工作電流

??下面研究一下燈絲陽極加熱對(duì)于燈管擊穿電壓有何影響，?使用3.5V給燈管的陽極燈絲加熱，?陰極仍然保持室溫，?使用相同的方式測(cè)量燈管擊穿的情況。?在燈管擊穿之后，從外觀上來看， 與陰極室溫情況下燈管發(fā)光情況相同， 此時(shí)可以看到陽極發(fā)出白熾光， 陰極發(fā)出橘紅色的熒光。?將燈管陰極加熱、陰極室溫以及陽極加熱對(duì)應(yīng)的燈管擊穿電壓曲線繪制在一起。?可以看到燈絲的溫度對(duì)于燈管擊穿電壓有一定的影響。?令人想不到的是，陽極加熱反而提高了紫外線燈管的擊穿電壓，?這與陰極燈絲加熱的作用恰好相反。?對(duì)于這其中的物理原理，不知道誰能夠幫助解釋一下。

▲ 圖1.3.6 陽極加熱情況下燈管導(dǎo)通

▲ 圖1.3.7 對(duì)比陰極加熱與陽極加熱對(duì)于擊穿電壓的影響

※ 總??結(jié) ※

??本文通過實(shí)驗(yàn)研究了燈絲對(duì)于紫外線燈管擊穿電壓和發(fā)光的影響，?令人想不到的是，紫外線燈管陰極和陽極燈絲的加熱，?對(duì)于燈管的擊穿電壓與發(fā)光影響是不同的。

審核編輯：劉清