專利名稱：一種汞蒸汽壓的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汞蒸汽壓的測量方法，具體涉及照明領(lǐng)域含汞物——通稱為固汞的飽和汞蒸汽壓及飽和汞蒸汽壓隨溫度變化特性的測量方法。
背景技術(shù)：
在定溫下密閉系統(tǒng)中達(dá)到液體(或固氣)平衡的壓力稱飽和蒸汽壓，其值僅隨物質(zhì)種類(液體本性)與溫度而變，與容器大小、液體多寡或其他混合氣體均無關(guān)。飽和蒸汽壓與溫度有關(guān)溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加速，因而在單位時(shí)間內(nèi)氣相分子數(shù)增加，蒸汽壓升高。蒸汽壓隨著絕對溫度的變化可用克拉貝龍一克勞修斯方程式來表示
w 一 i r2
式中P為液體在溫度T時(shí)的飽和蒸汽壓(Pa)， T為熱力學(xué)溫度(K)， AHm為液體摩爾氣化熱(J，mo1—1), R為氣體常數(shù)。如果溫度變化的范圍不大，AHm可視為常數(shù)。
測量飽和蒸汽壓的方法目前己知的主要有三種動(dòng)態(tài)法、飽和氣流法和靜態(tài)法。靜態(tài)法適用于固體加熱分解平衡爪力的測量和易揮發(fā)液體飽和蒸汽壓的測量，準(zhǔn)確性較高。因此汞蒸汽壓的測量適宜采用靜態(tài)法。
靜態(tài)法是指把待測物質(zhì)放在一個(gè)封閉體系中，在不同的溫度下直接測量蒸汽壓，它要求體系內(nèi)無雜質(zhì)氣體。通常是用平衡管(又稱等位計(jì))進(jìn)行測定的。平衡管由一個(gè)球管與一個(gè)U形管連接而成，如圖1所示，待測物質(zhì)置于球管A內(nèi)，U形管中放置被測液體B,將平衡管1和抽氣系統(tǒng)R、壓力計(jì)2連接，在一定溫度下，當(dāng)U形管中的液面在同一水平時(shí)，表明U形管兩臂液面上方的壓力相等，記下此時(shí)的溫度和壓力，則壓力計(jì)的示值就是該溫度下液體的飽和蒸汽壓，或者說，所測溫度就是該壓力下的沸點(diǎn)。利用平衡管可以獲得并保持體系中為純試樣的飽和蒸汽，U形管中的液體起液封和平衡指示作用。
使用靜態(tài)法可測量得出液汞在不同溫度下的飽和蒸汽壓。根據(jù)巳有數(shù)據(jù)，可得出液汞在不同溫度下對應(yīng)的汞蒸汽壓曲線PHg，但靜態(tài)法所要求的在封閉系統(tǒng)中無雜質(zhì)氣體的測試條件，在實(shí)際使用操作過程中較難實(shí)現(xiàn)。
在照明領(lǐng)域固汞的檢驗(yàn)、測量、設(shè)計(jì)中，需要測量固汞汞蒸汽壓隨溫度變化的特性，采用靜態(tài)法對固汞在不同溫度下的蒸汽壓進(jìn)行測量，具有操作不便以及容易出現(xiàn)汞蒸汽泄露的危險(xiǎn)。
己知技術(shù)中，照明領(lǐng)域的固汞飽和汞蒸汽壓(簡稱汞蒸汽壓)通常采用原子吸收的方法測
3量，在紫外光源與紫外接受傳感器之間放置充有汞原子的密閉腔體,'汞原，子對253.7Fim紫外光產(chǎn)生本征吸收，汞原子濃度越高，對紫外光吸收越多，紫外接受傳感器的光敏值與汞原子濃度存在對應(yīng)關(guān)系，使用液汞參照對比，可測量固汞的汞蒸汽壓；改變固汞溫度可測得不同溫度下的汞蒸汽壓，得到固汞汞蒸汽壓溫度特性。在日本專利JP2002055009提及一種汞蒸汽壓測量裝置，采用的是原子吸收的測量方法。
低氣壓汞放電燈由于燈管徑不同，達(dá)到最佳發(fā)光效率所需汞蒸汽壓值不同，除了需要知道固汞汞蒸汽壓溫度特性外，固汞設(shè)計(jì)、使用者更希望測量固汞在特定管徑的燈中光輸出隨溫度變化的特性。原子吸收的方法無法測量特定規(guī)格燈的相對光輸出隨溫度變化的特性。
目前測量燈的光輸出的方法是用積分球(又稱為光通球)測燈的可見光光通量，積分球是一個(gè)中空的完整球殼，內(nèi)壁涂白色漫反射層，且球內(nèi)壁各點(diǎn)漫射均勻，光源在球壁上任意一點(diǎn)上產(chǎn)生的光照度是由多次反射光產(chǎn)生的光照度疊加而成，球壁上任意位置的光照度(擋去直接光照后)與燈的光通量O成正比。利用積分球，可以比對測量光源的光通量，將標(biāo)準(zhǔn)光源和待測光源分別放入積分球中的相同位置，測量它們在球殼上某一相同點(diǎn)的照度，然后比對即可求出光源的光通量。目前的積分球不能進(jìn)行大范圍的調(diào)溫，也不能測紫外光，無法用于測量固汞的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述不足，提供一種測量含汞物汞蒸汽壓的方法，既可直接測量使用含汞物的燈相對光輸出隨溫度變化的特性，又可測量含汞物汞蒸汽壓及汞蒸汽壓隨溫度變化的特性。在照明領(lǐng)域固汞的檢驗(yàn)、測量、設(shè)計(jì)中，這一方法簡單、安全、直接， 一舉兩得。
燈的光輸出可以是253.7nm紫外光照度或光通量，也可以是可見光照度或光通量；相對光輸出指特定溫度燈的光輸出值與燈的最大光輸出值之比，用T！表示，"可以是照度值之比，T！也可以是光通量值之比，采用照度值較易實(shí)現(xiàn)。一種汞蒸汽壓的測量方法，其特征在于
是通過測量含汞物作汞源的燈相對光輸出隨含汞物溫度變化的特性，與液汞進(jìn)行比較計(jì)算，測得含汞物汞蒸汽壓及汞蒸汽壓隨溫度變化特性的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是它包括制作一支設(shè)置了冷端并內(nèi)置含汞物的低氣壓汞放電燈；一支設(shè)置了冷端并內(nèi)置液汞的同一規(guī)格低氣壓汞放電燈，當(dāng)這一規(guī)格燈液汞的相對光輸出溫度特性經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證，可作為已知參照對象，不需制作； 一個(gè)可調(diào)溫的高低溫箱；控制冷端溫度的
小型油浴裝置； 一支測量波長為253.7nm紫外線輻射強(qiáng)度的紫外光照度計(jì)或可見光照度計(jì)；一
臺記錄存儲計(jì)算機(jī)。
用含汞物作汞源制做不涂粉的低氣壓汞放電燈，燈上設(shè)置有效冷端并將含汞物置于其中，含汞物的溫度等同冷端溫度，有效冷端是指冷端溫度始終低-予燈溫度?！?^"冷端離放電區(qū)域距離通常大于2厘米，并置于油浴器皿中，以保證冷端溫度的均勻性、準(zhǔn)確性。有效冷端溫度連續(xù)可調(diào)。燈置于可調(diào)溫的高低溫箱內(nèi)，有效冷端及高低溫箱的溫度可調(diào)節(jié)范圍包括但不限于-40°C-20(TC，燈所處區(qū)域應(yīng)避免風(fēng)對燈參數(shù)產(chǎn)生影響。
高低溫箱h丌孔放置測量波長為253.7nm紫外光照度計(jì)，在點(diǎn)燈過程中改變有效冷端溫度，待冷端溫度及照度值均穩(wěn)定后，分別記錄冷端溫度、紫外光照度值，測得燈的光輸出隨含汞物溫度變化的特性，簡單換算即得到相對光輸出隨含汞物溫度變化的特性。燈的光輸出值、相對光輸出均為汞蒸汽壓飽和時(shí)的穩(wěn)定值。用涂粉的低氣壓汞放電燈置換不涂粉的低氣壓汞放電燈，用可見光照度置換253.7nm紫外光照度計(jì)，可測量可見光相對光輸出隨含汞物溫度變化的特性。經(jīng)特殊改裝可調(diào)溫的積分球，可測量可見光光通量與隨燈內(nèi)含汞物溫度變化的特性，若積分球內(nèi)壁涂反射253.7nm紫外光的涂層，則可測量紫外光光通量隨含汞物溫度變化的特性。測量可見光照度時(shí)熒光粉的溫度特性會(huì)對測量結(jié)果帶來影響，通常測量紫外光照度，但可以用可見光的測量結(jié)果與紫外光的測量結(jié)果進(jìn)行比較，確定可見光與紫外光隨冷端溫度變化特性的差異。
在同一支燈或同一規(guī)格燈中將液汞作汞源同樣制燈，測得液汞燈的相對光輸出隨液汞溫度
變化的特性。在同一支燈或同一規(guī)格燈中，燈的相對光輸出值T]與汞蒸汽壓值存在對應(yīng)關(guān)系，T！
的最大值100%對應(yīng)最佳汞蒸汽壓值，T！隨汞蒸汽壓變化的特性呈拋物線變化規(guī)律，見圖4中的曲線T]Hg。在相對光輸出峰值的同一端，燈的T!值相同，汞蒸汽壓值相同。含汞物在溫度T1下的相對光輸出值為T!l，相對光輸出峰值的同一端，液汞達(dá)到rjl所對應(yīng)的液汞溫度為T2，查液汞汞蒸汽壓一溫度對照表或模擬計(jì)算公式計(jì)算得到液汞在溫度T2下的汞蒸汽壓值P T2，含汞物在溫度Tl下的汞蒸汽壓值P T1=P T2。根據(jù)這一方法，含汞物的燈各相對光輸出值T]值分別與液汞比較計(jì)算，可測得其對應(yīng)溫度的汞蒸汽壓值。
本方法是忽略同一支燈在不同時(shí)刻的差異或忽略同一規(guī)格燈在同等制作條件下彼此間的差異，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，固汞與液汞在同等條件制作同規(guī)格的燈，各自相對光輸出峰值的同一端，相對光輸出值ri相同，T]所對應(yīng)的汞蒸汽壓值相同，重復(fù)性較好，與其它方法校驗(yàn)，可證明忽略的差異對于所需測量結(jié)果的影響是被控制在可接受的范圍內(nèi)。本方法測量燈的光輸出值、相對光輸出T]均為汞蒸汽壓飽和時(shí)的穩(wěn)定值。


圖1為用靜態(tài)法測量汞蒸汽壓的裝置示意圖。圖2為本發(fā)明測試裝置示意圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明測量得到Zn-Hg (50%)汞蒸汽壓一溫度特性曲線，其中附圖標(biāo)記說明PHg:為已知的液汞汞蒸汽壓一溫度特性曲線； PZn-Hg(50%):為Zn-Hg (50%)汞蒸汽壓一溫度特性曲線； r)Hg:為液汞在4)12mm燈管中相對光輸出一溫度特性曲線； T]Zn-Hg (50%):為Zn-Hg (50%)在4)12mm燈管中相對光輸出一溫度特性曲線。 圖4為根據(jù)本發(fā)明測量得到的Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%)汞蒸汽壓一溫度特性曲線，其中
P Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%):為Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%)汞蒸汽壓一溫度特性曲線；
T]Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%):為Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%)在4> 12mm燈管中相對光輸出一溫度特性曲線。 圖5為根據(jù)本發(fā)明測量得到Bi-ln-Hg (5%)汞蒸汽壓一溫度特性曲線，其中 PBi-ln-Hg (5《)為Bi-ln-Hg (5%)滎蒸汽壓一溫度特性曲線； T]Bi-m-Hg (5%):為B卜ln-Hg (5%)在cM2mm燈管中相對光輸出一溫度特性曲線。
具體實(shí)施例方式
下面給出具體實(shí)施例，進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實(shí)施例1:
按本發(fā)明方法測量Zn-Hg (50%)固汞的汞蒸汽壓隨溫度變化的特性，Zn-Hg (50%)固汞是 指含汞量為50%的圓柱體鋅汞合金。
步驟一把Zn-Hg (50%)固汞3放置在有效冷端4內(nèi)，9為直徑為小12mra的紫外燈管， 先把燈在常溫下老練十五小時(shí)后，放進(jìn)可調(diào)溫范圍為-4(TC-20(rC的恒溫箱8內(nèi)，有效冷端4 置于油浴皿5中，油浴皿5中插入連接點(diǎn)溫計(jì)的探頭6，恒溫箱開孔放置紫外光照度計(jì)7。在 點(diǎn)燈過程中改變冷端4溫度的，待冷端溫度及照度值均穩(wěn)定后，分別記錄各冷端溫度及紫外照 度值，計(jì)算出各冷端溫度下的相對紫外光輸出，即可得到Zn-Hg (50%)固汞在(H2mm紫外燈 管的相對光輸出隨冷端溫度變化的特性曲線甲n-Hg (50%)，具體參照圖2。
步驟二取同一規(guī)格的燈管，用液汞替換固汞按照上述方法進(jìn)行同樣的測試，可得到液汞 在4> 12mm紫外管的相對光輸出隨冷端溫度變化的特性曲線，g。
步驟三液汞在不同溫度下的汞蒸汽壓曲線PHg根據(jù)已有技術(shù)數(shù)據(jù)記載為已知，相對光輸
出峰值的同一端，曲線rjHg上的值與曲線PHg上的值存在一一對應(yīng)關(guān)系。
圖3中曲線t!Hg上液汞在溫度Tl時(shí)，相對光輸出值t!l達(dá)到最大值10(m，對應(yīng)的汞蒸汽 壓值為Pl,曲線"Zn-Hg (50%)上在Zn-Hg(50 O固汞溫度T2下，相對光輸出值"2達(dá)到最大 值100%，對應(yīng)的固汞汞蒸汽壓值為P2，則固汞在其溫度T2下的汞蒸汽壓值P2=P1。 "1、 t]2的 左邊，r)3=n4=95%， t!3對應(yīng)的液汞溫度T3，液汞汞蒸汽壓值為P3，則固汞在其溫度T4下的汞 蒸汽壓值P4二P3。 T]l、 "2的右邊，T]5=ri6=95%， r)5對應(yīng)的液汞溫度T5，液汞汞蒸汽壓值為P5， 則固汞在其溫度T6下的汞蒸汽壓值P6=P5。同樣可由固汞i]值與液汞比較計(jì)算各t！值對應(yīng)溫
6當(dāng)需測量多種固汞在同一規(guī)格612mm紫外管的汞蒸汽壓值隨溫度變化的特性曲線，都需用 到T]Hg作為參照曲線，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證或校準(zhǔn)的曲線T]Hg可重復(fù)利用，無需重復(fù)步驟二。 實(shí)施例2:
按本發(fā)明方法測量Bi-Pb-Sn-Hg-3.5固汞的汞蒸汽壓隨溫度變化的特性，Bi-Pb-Sn-Hg-3.5
固汞是指含汞量為3.5%的球體鉍鉛錫汞合金。
按照實(shí)施例i的步驟，用Bi-Pb-Sn-Hg(3.5%)固汞替換Zn-Hg(50%)固汞，得到Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%)固滎在小12mm紫外管的相對光輸出隨冷端溫度變化的特性曲線，按照實(shí)施例1的步驟 三，得到Bi-Pb-Sn-Hg-3.5固汞在cH2紫外管不同溫度下的汞蒸汽壓一溫度曲線PBi-Pb-Sn-Hg (3.5%)。具體參照圖4。 實(shí)施例3:
按本發(fā)明方法測量Bi-ln-Hg (5%)固汞的汞蒸汽壓隨溫度變化的特性，Bi-ln-Hg (5%)固 汞是指含汞量為5%的球體鉍銦汞合金。
按照實(shí)施例1的步驟，用B卜ln-Hg (5%)固汞替換Zn-Hg (50%)固汞，得到Bi-ln-Hg (5%) 固汞在4)12mm紫外管的相對光輸出隨冷端溫度變化的特性曲線，按照實(shí)施例1的步驟三，得到 Bi-ln-Hg (5%)同汞在(H2紫外管不同溫度下的汞蒸汽壓一溫度曲線P Bi如Hg (5%)。具體參照 圖5。
權(quán)利要求
1、一種汞蒸汽壓的測量方法，其特征在于是通過測量含汞物作汞源的燈相對光輸出隨含汞物溫度變化的特性，與液汞進(jìn)行比較計(jì)算，測得含汞物汞蒸汽壓及汞蒸汽壓隨溫度變化特性的方法。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汞蒸汽壓的測量方法，其特征在于該方法是通過測量含汞物作汞源的燈相對光輸出隨含汞物溫度變化的特性，與液汞進(jìn)行比較計(jì)算，測得含汞物汞蒸汽壓及汞蒸汽壓隨溫度變化特性的方法。用含汞物作汞源制做低氣壓汞放電燈，燈上設(shè)置有效冷端并將含汞物置于其中，燈置于可調(diào)溫的高低溫箱內(nèi)，高低溫箱上設(shè)置波長為253. 7nm的紫外照度計(jì)或可見光照度計(jì)，在點(diǎn)燈過程中改變有效冷端溫度，測量有效冷端溫度及相應(yīng)的紫外光或可見光照度值，測得燈的相對光輸出T]隨含汞物溫度變化的特性；在同一支燈或同一規(guī)格燈中將液汞作汞源同樣制燈，測得液汞燈的相對光輸出T]隨液汞溫度變化的特性；含汞物在溫度Tl下的相對光輸出值為T!l，相對光輸出峰值的同一端，液汞達(dá)到T!l所對應(yīng)的液汞溫度為T2，查液汞汞蒸汽壓一溫度對照表或模擬計(jì)算公式計(jì)算得到液汞在溫度T2下的汞蒸汽壓值P T2，含汞物在溫度Tl下的汞蒸汽壓值P Tl= P T2。含汞物的燈各相對光輸出T！值分別與液汞比較計(jì)算，可測得其對應(yīng)溫度的汞蒸汽壓值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汞蒸汽壓的測量方法，所述燈的相對光輸出指特定溫度下燈的光輸出與燈的最大光輸出之比，燈的光輸出包括253. 7nm紫外光照度或光通量、可見光照度或光通量。燈的光輸出值、相對光輸出r)值均為汞蒸汽壓飽和時(shí)的穩(wěn)定值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汞蒸汽壓的測量方法，是燈上設(shè)置有效冷端，并將含汞物或液汞置于其中，有效冷端溫度連續(xù)可調(diào)，有效冷端溫度始終低于燈的溫度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汞蒸汽壓的測量方法，是忽略同一支燈在不同時(shí)刻的差異或忽略同一規(guī)格燈在同等制作條件下彼此間的差異，同等條件下，相對光輸出峰值的同一端，ri值相同，r)值所對應(yīng)的汞蒸汽壓值相同。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述汞蒸汽壓的測量方法，有效冷端及高低溫箱的溫度可調(diào)節(jié)范圍包括但不限于-4(TC-20(TC ，高低溫箱包括經(jīng)改造可調(diào)溫的積分光通球。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汞蒸汽壓的測量方法，具體涉及照明領(lǐng)域含汞物——通稱為固汞的飽和汞蒸汽壓及飽和汞蒸汽壓隨溫度變化特性的測量方法。其特征在于是通過測量含汞物作汞源的燈相對光輸出隨含汞物溫度變化的特性，與液汞進(jìn)行比較計(jì)算，測得含汞物汞蒸汽壓及汞蒸汽壓隨溫度變化特性的方法。通過本方法，既可直接測量使用含汞物的燈相對光輸出隨溫度變化的特性，又可測量含汞物汞蒸汽壓及汞蒸汽壓隨溫度變化的特性。在照明領(lǐng)域固汞的檢驗(yàn)、測量、設(shè)計(jì)中，這一方法簡單、安全、直接，一舉兩得。
文檔編號G01L11/02GK101634599SQ20091004193
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者何志明 申請人:何志明