專利名稱：電容結(jié)構(gòu)電極及相關(guān)燈管和電路的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出電容結(jié)構(gòu)作為燈管電極及相關(guān)燈管和電路的一種設(shè)計(jì)方法。屬電光源照明技術(shù)領(lǐng)域。
自從熒光燈、霓虹燈、紫外燈問(wèn)世以來(lái)，燈管電極一直采用燈絲結(jié)構(gòu)，以燈絲為電極的燈管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)電源的技術(shù)要求不復(fù)雜。因此，燈管和相關(guān)電源的加工生產(chǎn)成本低。但是，這類燈管在使用過(guò)程中，燈絲電極的質(zhì)量必定受到損害，燈管的使用壽命幾乎由燈絲電極的壽命所制約。燈絲電極失效，燈管的使用壽命也就終止[專利申請(qǐng)?zhí)?9116330.3，俞安琪《光源與照明》1998.3.P44]。人們長(zhǎng)期以來(lái)在努力探索一種既廉價(jià)又長(zhǎng)壽的燈管。
本發(fā)明的目的是用一種新的燈管電極代替燈絲結(jié)構(gòu)電極，新的燈管電極結(jié)構(gòu)在燈管使用過(guò)程中，電極在正常使用情況下不受到器質(zhì)性的損害，從而使燈管的使用壽命大大延長(zhǎng)。本發(fā)明提出的電極也可以作為燈絲電極的附屬結(jié)構(gòu)，改善以燈絲結(jié)構(gòu)為電極的燈管的性能。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出以電容結(jié)構(gòu)作為燈管電極。為了讓燈管的電容結(jié)構(gòu)電極發(fā)射離子流和電子流，要求電源的技術(shù)參數(shù)滿足這種燈管使用的要求。具體措施是1．燈管的兩端電極為電容結(jié)構(gòu)。
2．作為燈管電極的電容，它的一極的金屬表面完全裸露在燈管內(nèi)的氣體之中，它的另一極及其導(dǎo)線的表面都應(yīng)完全覆蓋一層絕緣膜。也就是說(shuō)，電容的兩極之間的介質(zhì)分為兩層，一層是絕緣層，它阻止電容一極的表面與氣體接觸，一層是燈管內(nèi)的氣體，氣體應(yīng)與電容的另一極充分接觸。
3．電容結(jié)構(gòu)作為燈絲電極的附屬組成，可將燈絲兩根導(dǎo)線合二為一，裸露在燈管氣體中的導(dǎo)線和燈絲作為電容的一極。另外在兩導(dǎo)線之間封裝一片金屬，它的表面及其導(dǎo)線都應(yīng)覆蓋一層絕緣膜，作為電容結(jié)構(gòu)的另一極。
4．以電容結(jié)構(gòu)為電極的燈管要求電源所提供電流應(yīng)維持燈管電極的電容的兩極之間的氣體產(chǎn)生輝光放電。首先，電流必須通過(guò)燈管電極的電容，讓電容充放電。其次，在電容兩極之間氣體產(chǎn)生輝光放電時(shí)，電流能通過(guò)電容裸露在氣體的一極表面上的電極反應(yīng)，由電路流入電容的氣體介質(zhì)中。也就是說(shuō)，燈管兩極電容的裸露在氣體介質(zhì)中一極應(yīng)與鎮(zhèn)流器輸出導(dǎo)線連接。最后，燈管維持正常工作，要求在正常工作的燈管的阻抗和與燈管并聯(lián)的電容容抗相互匹配。也就是說(shuō)，鎮(zhèn)流器提供的高電壓能使電極電容充放電產(chǎn)所生的離子流和電子流擊穿燈管氣體啟動(dòng)其工作，同時(shí)，所提供的工作電壓、頻率和燈管電極的電容及正常工作的阻抗等技術(shù)參數(shù)應(yīng)協(xié)同一致。
提供本發(fā)明的依據(jù)是基于在電離氣體介質(zhì)中的電極反應(yīng)在特定條件下能發(fā)射離子流或電子流。
1．實(shí)驗(yàn)依據(jù)實(shí)驗(yàn)如附圖所示，將8瓦直管熒光燈管接入附

圖1電路，接通電源，使直流電壓施加在熒光燈管的兩端燈絲電極上。由于氣體處在原子和分子狀態(tài)，是絕緣體，沒有電流通過(guò)熒光燈管，不能啟動(dòng)熒光燈管工作。要啟動(dòng)熒光燈管工作，必須有足夠的離子流或電子流進(jìn)入燈管的氣體介質(zhì)中，并在電場(chǎng)的作用下獲得足夠的能量擊穿管內(nèi)的氣體成為導(dǎo)體。只要用手指觸摸燈管電極附近的外殼，不論是觸摸正極還是觸摸負(fù)極，都能立即啟動(dòng)熒光燈管正常工作。這表明手指觸摸燈絲電極的燈管外殼時(shí)，手指和燈絲電極之間構(gòu)成了電容，并形成了回路，電容在充電時(shí)，在裸露的電極上存在電極反應(yīng)，因此有離子流或電子流發(fā)射出去了，從而啟動(dòng)熒光燈管工作。將8W直管熒光燈管接入附圖2電路，接通電源之后，熒光燈管立即啟動(dòng)工作。附圖2與附圖1不同之處在于熒光燈管燈絲電極附近的燈管外殼繞了一圈導(dǎo)線，并通過(guò)一個(gè)電容與220V電網(wǎng)的零線相連。這圈導(dǎo)線和燈絲電極構(gòu)成了一個(gè)電容，并形成電容充電回路。當(dāng)接通電源之后，電容立即充電，在燈絲電極的表面上存在電極反應(yīng)，因此有相當(dāng)數(shù)量的離子流或電子流發(fā)射，不論線圈是繞在正極還是繞在負(fù)極的燈管外殼，兩者均能立即啟動(dòng)熒光燈管工作。
2．電容結(jié)構(gòu)作為燈管電極發(fā)射離子流和電子流的機(jī)理。
當(dāng)電容兩極之間的電壓差超過(guò)某一臨界值時(shí)，在電容兩極之間的隋性氣體和飽和汞蒸氣則產(chǎn)生輝光放電。在電容的裸露在燈管氣體的一極表面上發(fā)生電極反應(yīng)，則有電流(正電流或負(fù)電流)經(jīng)過(guò)界面由電路流入電容的氣體介質(zhì)中。而電容的另一極則覆蓋有絕緣膜，電流不可能通過(guò)絕緣膜由氣體介質(zhì)進(jìn)入電路。因此，電容必須發(fā)射相應(yīng)的離子流或電子流，使進(jìn)入電容的氣體介質(zhì)中的電量和流出的電量相等。具體地說(shuō)，電極處在交流電的正半周時(shí)，在電容的裸露在氣體介質(zhì)的一極的表面和氣體介質(zhì)的接觸界面上存在電位降。這種電位降能使界面上的氣體原子的外層軌道上的電子激發(fā)，產(chǎn)生電離反應(yīng)，即隋性氣體和飽和汞蒸氣在電極表面放電，有正電流經(jīng)過(guò)界面的金屬表面流入氣體介質(zhì)中。電極反應(yīng)產(chǎn)生的是正離子。同時(shí)有一部分電子從等離子氣體介質(zhì)經(jīng)過(guò)界面直接進(jìn)入到電極金屬表面。而電容的另一極覆蓋絕緣膜，不可能有電流經(jīng)過(guò)絕緣膜。因此，此刻電容兩極間的氣體介質(zhì)中的離子數(shù)大于電子數(shù)，在電場(chǎng)作用下，過(guò)剩的離子將向負(fù)極發(fā)射。電極電容處在交流電的負(fù)半周時(shí)，將發(fā)生類似的過(guò)程。不過(guò)在電容裸露電極的金屬表面的界面上，發(fā)生的電極反應(yīng)是還原反應(yīng)。即離子從電極表面獲得電子被還原為原子，有負(fù)電流流過(guò)界面，而電容的另一極因覆蓋絕緣膜，沒有電流經(jīng)過(guò)絕緣膜。因此，此刻電容兩極之間的氣體介質(zhì)中，電子數(shù)大于離子數(shù)，在電場(chǎng)的作用下，過(guò)剩的電子將向正極發(fā)射。
以電容結(jié)構(gòu)作為燈管的電極，要求電源提供的電流為交變電流。如果采用直流恒流電源，只在接通電源的瞬間，電容充電發(fā)射瞬間的離子流或電子流。此刻，電容的裸露在燈管氣體的一極的金屬表面有電極反應(yīng)，有電流經(jīng)過(guò)金屬表面的界面流入氣體介質(zhì)中，其中一部分向燈管的另一極發(fā)射出去，另一部分使電容另一極的絕緣膜兩側(cè)產(chǎn)生雙電荷層。當(dāng)雙電荷層之間的電壓差和電容電極之間的電壓差相等時(shí)，電容的裸露在氣體的一極的金屬表面的界面上則不存在電位降，因而，不會(huì)再發(fā)生電極反應(yīng)，電容失去了發(fā)射離子或電子的能力。如果采用交變電流，不論燈管電極處在正半周還是處在負(fù)半周，電極的電容都存在充電和放電兩個(gè)過(guò)程，電容在充電過(guò)程中，裸露在氣體介質(zhì)的一極的表面有電極反應(yīng)，電容能發(fā)射離子或電子，并且在電容的絕緣膜的兩側(cè)形成雙電荷層。在電容放電過(guò)程中，雖然裸露在氣體介質(zhì)的一極的表面的界面上不存在電位降，電極反應(yīng)暫停，但是絕緣膜兩則的雙電荷層將在放電過(guò)程中消失，因此，絕緣膜的氣體一側(cè)的電荷將在電場(chǎng)的作用下向燈管的另一極發(fā)射?？傊灰姌O的電容的兩極之間存在輝光放電，有交變電流通過(guò)電極的電容，在充電和放電的過(guò)程中，電容都能發(fā)射離子或電子。
交變電流電壓應(yīng)超過(guò)某一臨界值，才能使燈管電極的電容內(nèi)產(chǎn)生電極反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生輝光放電。這個(gè)臨界值與燈管內(nèi)氣體組分和其濃度有關(guān)，也與電容兩極之間的氣體介質(zhì)層的厚度有關(guān)，還與電容電極之間絕緣膜的介質(zhì)常數(shù)和膜的厚度有關(guān)。燈管電容結(jié)構(gòu)發(fā)射離子流和電子流的大小則和電極反應(yīng)的表面積大小，電容的容值、交變電流的電壓與頻率以及燈管的阻抗有關(guān)。當(dāng)交變電流電壓低于臨界值時(shí)，在電極的電容結(jié)構(gòu)內(nèi)，既不可能產(chǎn)生氣體的電極反應(yīng)，氣體也不能產(chǎn)生輝光放電，氣體則成為絕緣體，在這樣的條件下，燈管的電容結(jié)構(gòu)電極不可能發(fā)射離子或電子。
與以燈絲結(jié)構(gòu)為電極的燈管相比較，本發(fā)明提出的電容結(jié)構(gòu)為電極的燈管能到達(dá)到以下技術(shù)效果。
1．燈管采用燈絲結(jié)構(gòu)為電極，燈管的使用必定對(duì)電極質(zhì)量造成損害，燈管使用次數(shù)越多，使用時(shí)間越長(zhǎng)，這種器質(zhì)性的損害越加嚴(yán)重。這類燈管的壽命主要受燈絲電極的壽命制約，是有限的。但是，采用電容結(jié)構(gòu)作為燈管的電極，燈管在使用過(guò)程中，電極不發(fā)生器質(zhì)性的損害，電容結(jié)構(gòu)電極能經(jīng)久耐用。因此，采用電容結(jié)構(gòu)作為燈管的電極，可以大幅度提高燈管的壽命，燈管的使用壽命不再取決電極的壽命，而將取決于其他因素。
2．電容結(jié)構(gòu)電極適合于大批量加工制作，而且燈管封裝電極的工藝也可以大大簡(jiǎn)化，因此，與生產(chǎn)以燈絲結(jié)構(gòu)為電極的燈管相比較，以電容結(jié)構(gòu)為電極的燈管的生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)的成本低。
3．電容結(jié)構(gòu)作為燈管燈絲電極的附屬結(jié)構(gòu)，它不僅可以改善燈管啟動(dòng)的性能，而且可以通過(guò)控制電容的容值大小來(lái)控制啟動(dòng)燈管工作的電流大小，最大限度地減小啟動(dòng)電流對(duì)燈絲電極的損害。加之，燈絲電極附加電容結(jié)構(gòu)以后，使正常工作的燈管的燈絲電流分布較均稱，從而使燈絲的溫度分布較均勻，這有利于減少燈絲上的陰極材料的蒸發(fā)損耗。也就是說(shuō)，電容作為燈絲電極的附屬結(jié)構(gòu)，它既能改善燈管的啟動(dòng)性能，也能延長(zhǎng)燈管的使用壽命。
本發(fā)明是一項(xiàng)應(yīng)用基礎(chǔ)性的技術(shù)，是一項(xiàng)關(guān)系到熒光燈管、霓紅燈管、紫外燈管的使用壽命的核心技術(shù)，它有廣泛的市場(chǎng)。本發(fā)明涉及的技術(shù)含量高，但技術(shù)難度低。因此，本發(fā)明是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)低價(jià)值大的技術(shù)。但是，本發(fā)明僅僅是應(yīng)用基礎(chǔ)性技術(shù)，若將其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，必須與相關(guān)技術(shù)融合，進(jìn)行二次技術(shù)開發(fā)。相關(guān)技術(shù)包括鎮(zhèn)流器，電容結(jié)構(gòu)電極的制作設(shè)備及其工藝等，和其他新技術(shù)一樣，實(shí)現(xiàn)科技與經(jīng)濟(jì)的密切結(jié)合，就應(yīng)以技術(shù)協(xié)同發(fā)展為條件，實(shí)現(xiàn)供求協(xié)同的飛躍發(fā)展。如果在政府的大力支持下，順利實(shí)施本發(fā)明，不僅在我國(guó)獲得專利，而且在國(guó)外也獲得專利，那么，它將為我國(guó)創(chuàng)造大量的就業(yè)機(jī)會(huì)。就我國(guó)相關(guān)的科技資源和生產(chǎn)能力而言，實(shí)施本發(fā)明的關(guān)鍵不是風(fēng)險(xiǎn)投資的問(wèn)題，而是管理問(wèn)題。只要管理上解決好以成功為條件的投資信譽(yù)作擔(dān)保，讓有關(guān)部門、企事業(yè)單位齊心協(xié)力，達(dá)到共同發(fā)展為目的，實(shí)施本發(fā)明是不困難。
圖1實(shí)驗(yàn)電路是將熒光燈管連接在直流鎮(zhèn)流器上。圖中1為電容(鎮(zhèn)流元件)，2為橋式鎮(zhèn)流器，3為8瓦直管熒光燈，4為22μF電容，5為100Ω電阻。
圖2實(shí)驗(yàn)電路是將熒光燈的一極附加1個(gè)小的電容并將其連接在直流鎮(zhèn)流器上。圖中6是0.22μF電容，7是一圈導(dǎo)線。
權(quán)利要求
1．一種電容結(jié)構(gòu)電極及其燈管和電路的設(shè)計(jì)方法，其技術(shù)特征是燈管的兩端電極為電容結(jié)構(gòu)，電容的一極的金屬表面裸露在燈管內(nèi)氣體中。電容的另一極的金屬表面及其導(dǎo)線的表面完全由絕緣膜覆蓋
2．按權(quán)利1要求所述的一種電容結(jié)構(gòu)電極及其燈管和電路的設(shè)計(jì)方法，其技術(shù)特征是電容結(jié)構(gòu)可以作為燈管燈絲電極的附屬結(jié)構(gòu)，將裸露在燈管內(nèi)氣體中的燈絲及其導(dǎo)線作為電容的一極，另封裝一片金屬，它的表面及其導(dǎo)線完全覆蓋絕緣膜，作為電容的另一極；
3．按權(quán)利1要求所述的一種電容結(jié)構(gòu)電極及其燈管和電路的設(shè)計(jì)方法，其技術(shù)特征是燈管要求鎮(zhèn)流器提供交變電流，燈管電極的電容與鎮(zhèn)流器的輸出導(dǎo)線連接，構(gòu)成電極電容充放電回路，鎮(zhèn)流器提供的交變電流應(yīng)維持燈管電極電容中的氣體電極反應(yīng)和輝光放電，燈管在電極電壓的交替變換時(shí)，使電極的電容的充放電過(guò)程能發(fā)射離子流和電子流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電容結(jié)構(gòu)電極及其燈管和電路的設(shè)計(jì)方法。這種以電容結(jié)構(gòu)為電極的燈管要求鎮(zhèn)流器提供交變電流。交變電流通過(guò)電極的電容時(shí),燈管的電極極性為正時(shí),電容的充放電發(fā)射正離子流,燈管的電極極性為負(fù)時(shí),電容的充放電將發(fā)射電子流。這種燈管在使用時(shí),電容結(jié)構(gòu)的電極不存在器質(zhì)性的損害,從而可以大幅提高燈管的使用壽命,電容結(jié)構(gòu)也可以作為燈絲電極的附屬結(jié)構(gòu),它不僅可以改善燈管的啟動(dòng)性能,而且可以延長(zhǎng)燈管的使用壽命。
文檔編號(hào)H01J61/56GK1304166SQ99120128
公開日2001年7月18日 申請(qǐng)日期1999年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月15日
發(fā)明者楊克讓 申請(qǐng)人:楊克讓