DE69007786T2

DE69007786T2 - Spannungsversorgungsschaltung für Deuteriumlampe.

Info

Publication number: DE69007786T2
Application number: DE1990607786
Authority: DE
Inventors: Armin Karl Sonnenschein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1994-07-07
Anticipated expiration: 2010-07-10
Also published as: DE69007786D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Spannungsversorgungsmittel für Deuteriumlampen und insbesondere auf solche, die das Plasma bei niedrigeren Spannungen als bisher erforderlich zum Glühen bringen.
Deuteriumlampen werden eingesetzt als Beleuchtung bei Farbanalysen, die eine breites Energiewellenlängenspektrum im Ultraviolettbereich erfordern (ungefähr 160 nm bis 400 nm).
Die zur Zeit eingesetzten Deuteriumlampensysteme erfordern, daß die Anwendung der Anodenspannung ungefähr 30 Sekunden bis eine Minute, nachdem das Heizelement unter Spannung gesetzt wurde, stattfindet. In diesem Zusammenhang bedeutet das "Heizelement" entweder den Heizkörper für eine indirekt geheizte Kathode oder eine direkt geheizte Kathode (Glühfaden). Dieser Verzug bei der Anwendung der vollen Anodenspannung ist notwendig, um die Kathodenzerstäubung der Heizbeschichtung zu verhindern.
Es ist demnach der Zweck der Erfindung, Mittel zu entwickeln, um zwischen der Kathode und dem Lampenmantel einen niedrigeren Spannungsbogen (20V-30V) aufzubauen. Dadurch beginnt das Plasma in der Röhre zu glühen und können niedrigere Anodenspannungen (120V- 160V) eingesetzt werden, um den Hauptbogen zwischen der Kathode und der Anode durch die Mantelöffnung anzuschlagen, so daß völliges Plasmaglühen ermöglicht wird.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, Mittel zu entwickeln, um die Heizspannung und die niedrigeren Mantel- und Anodenspannungen zugleich einzusetzen, um einen schnellen Anfang des Plasmaglühens zu ermöglichen.
Weiter zielt die Erfindung darauf hin, einen kleinen Anlasserstromkreis mit geringem Stromverbrauch zu entwickeln. Dieser könnte unmittelbar bei der Basis der Lampe angebracht werden, wodurch die Erfindung mit den meisten bestehenden Stromversorgungsmitteln für Deuteriumlampen eingesetzt werden kann.
Die Erfindung zielt zudem darauf hin, einen kleinen Anlasserstromkreis zu entwickeln, der in einem bestehenden Stromversorgungsmittel angebracht werden kann.
Der Zweck der Erfindung ist ebenfalls, einen Anlasserstromkreis zu entwickeln, der sich als sicherer erweist, weil die Zündspannung viel niedriger ist, als bei den gegenwärtig eingesetzten Systemen erforderlich ist.
Die Erfindung zielt ebenfalls darauf hin, ein System zu entwickeln, das kleine, bogenbestimmende Öffnungen ermöglicht, die benutzt werden können, ohne daß die zur Zeit angewandten extrem hohen Zündspannungen von Hunderten Volt erforderlich sind.
Die Erfindung will Mittel entwickeln, um niedrigere Anodenspannungen in Deuteriumlampenstromkreisen anzuwenden und zugleich eine bessere Betriebsstabilität zu erreichen. Der eingesetzte Stromkreis wendet einen Schaltkreis zwischen der Lampenanode und deren Mantel an. Der Schaltkreis enthält Mittel, um eine niedrige positive Spannung auf den Mantel anzuwenden. Nach der Zunahme des Bogenaufbaus und des Plasmaglühens innerhalb der Lampe, wird der Elektronenfluß zwischen der Kathode und der Anode beschleunigt. In diesem Augenblick setzt der Schaltkreis den bestehenden Fluß zum Mantel auf ungefähr null herab und wird die Anode unter Höchststrom gestellt, so daß das maximale Plasmaglühen erreicht wird. Da die Erfindung die gleichzeitige Anwendung des Kathodenheizkörpers und der Anodenspannungen ermöglicht, ist es möglich, beim Ein- und Ausschalten der positiven Spannung eine Impulslichtwirkleistungsabgabe zu bekommen, ohne Kathodenzerstäubung oder andere Lampenschäden zu verursachen. Der Mantel befindet sich zwischen der Anode und der Kathode, um einen unerwünschten Stromfluß in der Lampe zu vermeiden.
Die Zwecke, Vorteile, Anwendungen und Kennzeichen der Erfindung werden erfahrenen Leuten deutlich sein, wenn sie in Verbindung mit der folgenden Darlegung und den dazugehörigen Abbildungen betrachtet werden
ABBILDUNG 1 ist ein Blockschaltplan der Erfindung, in dem der Anlasserstromkreis mit der jetzigen beschränkten Anodenspannungsversorgung assoziiert ist;
ABBILDUNG 2 ist eine Kombination eines Blockschaltplans und einer Prinzipskizze, in der der kombinierte Schalt- und Anlasserstromkreis gezeigt wird, der einen zwischen der Anode und dem Mantel der Lampe angebrachten spannungsabhängigen Metalloxydwiderstand (Varistor) enthält;
ABBILDUNG 3 gleicht ABBILDUNG 2, in der der kombinierte Schalt- und Anlasserstromkreis eine Zenerdiode und einen Widerstand in Serienschaltung enthält;
ABBILDUNG 4 zeigt eine teilweise abgebrochene Deuteriumlampe und den mit der Anode und dem Mantel verbundenen kombinierten Schalt- und Anlasserstromkreis der ABBILDUNG 2;
ABBILDUNG 5 gleicht ABBILDUNG 4 und zeigt eine etwas unterschiedliche Lampenkonstruktion mit dem zwischen der Lampenanode und dem Mantel angebrachten Varistor;
ABBILDUNG 6 zeigt die Lampe der ABBILDUNG 4, eine Zenerdiode und einen Widerstand in Serienschaltung zwischen der Anode und dem Mantel; und
ABBILDUNG 7 zeigt die Lampe der ABBILDUNG 5 mit einer Zenerdiode und einem Widerstand in Serienschaltung zwischen der Anode und dem Mantel.
In den Abbildungen werden die bevorzugten Ausführungen der Erfindung gezeigt, und dieselben Nummern wurden benutzt, um überall die entsprechenden Teilstücke zu bezeichnen. Die Nummer 10 bezeichnet im allgemeinen eine bei der Erfindung angewandte Deuteriumlampe (ABBILDUNG 1). Die Lampe 10 enthält eine Hülle 12 und eine Kathode 14, eine Anode 16 und einen in der Hülle 12 angebrachten Mantel 18. Die Hülle 12 ist mit einem angemessenen Gas wie z.B. Deuterium gefüllt und die Hülle ist gedichtet.
Der Mantel 18 besteht vorzugsweise aus Metall und ist mit einer bogenbestimmenden Öffnung 20 versehen. Die Öffnung 20 hat einen Durchmesser von ungefähr 0,5 mm und dient der Konzentration des Elektronenflussess in Richtung der Mitte der Anodenüberfläche. Ein Draht 22 ist mit der Anode 16 verbunden und geht durch die Hülle 12, um die Herstellung der erforderlichen elektrischen Verbindung mit einer strombegrenzten Anodenversorgung 24 zu ermöglichen. Zwei Drähte 26 und 28 sind mit dem Glühfaden oder dem Heizkörper verbunden und gehen aus der Hülle 12, um eine elektrische Verbindung mit der Glühfadenversorgung 30 zu ermöglichen.
Während die Zeichnung zeigt, daß eine direkterhitzte Kathode oder ein direkterhitzter Glühfaden eingesetzt wird, kann in der Erfindung ebenfalls eine indirekterhitzte Kathode eingesetzt werden. Bei einer solchen Konstruktion kann die Kathode mit einer Seite des Glühfadens in der Lampe verbunden werden. Unter solchen Umständen wird diese seite des Glühfadens mit der allgemeinen oder der Geräte-Erde verbunden werden.
Der Mantel 18 (ABBILDUNG 1) ist in der Lampe mit einem Draht 32 verbunden, der aus der Hülle geht, um mit einem Anlasserstromkreis 34 verbunden zu werden. Der Anlasserstromkreis 34 versorgt eine niedrige, positive, strombegrenzte Spannung von ungefähr 30 Volt, um das Plasmaglühen einzuleiten. Bei der Verbreitung des Plasmaglühens in der Hülle 12 wird der leitfähige Pfad zwischen der Kathode 14 und der Anode 16 verbessert, und ein Schalter 36 verringert den Strom zum Mantel 18 und ermöglicht dank dem potentiellen Unterschied von 130 bis 160 Volt einen Stromfluß zwischen der Kathode 14 und der Anode 16. Das Plasmaglühen erreicht das Maximum bei der eingestellten Stromgrenze. Jetzt ist die Lampe fertig, um für eine Analyse benutzt zu werden.
Die Abbildungen 2 und 3 zeigen zwei bevorzugte Ausführungen eines kombinierten Schalters und Anlasserstromkreises für die Unterrichte bezüglich der Erfindung. Untersuchen wir erst die Wirkungsweise des Stromkreises auf der ABBILDUNG 2. Ein Schalter- Anlasserstromkreis 38 ist mit den Drähten 22 und 32 verbunden, so daß die hohe positive Spannung auf eine Anode 16 und die niedrigere positive Spannung auf einen Mantel 18 angewandt wird. Ein Leiter 35 dient der Verbindung eines Handelsbleis 26 mit der negativen Anschlußklemme der Anodenversorgung 24.
Der Schalter-Anlasser 38 enthält einen elektrisch mit der Anode 16 und dem Mantel 18 verbundenen spannungsabhängigen Metalloxydwiderstand (Varistor) 40. Die hohe Seite des Schalter-Anlassers 38, der den Varistor 40 enthält, ist mit der Anode 16 und die niedrige Seite mit dem Mantel 18 elektrisch verbunden. Der Ausgang der strombegrenzten Anodenversorgung 24 ist ebenfalls mit der hohen Seite des Schalter-Anlassers 38 verbunden.
Wenn die Glühfadenversorgung 30 und die Anodenversorgung 24 eingeschaltet werden, gibt es in der Lampe keinen Elektronenfluß. Zu dieser Zeit kommen ungefähr 30 Volt in den Mantel 18 und entsteht ein von dem Elektronenfluß zwischen der Kathode und dem Mantel verursachtes Plasmaglühen. Bei der Zunahme des Plasmaglühens wird das Anodenplasmaglühen vom Elektronenfluß zwischen der Anode 16 und der Kathode 14 eingeleitet. Bei der Zunahme des Anodenplasmaglühens und des Stroms wird die eingestellte Stromgrenze erreicht und fängt die Spannung der Anode 16 an abzunehmen, bis ein stabiler Zustand und das völlige Plasmaglühen (ungefähr 75 bis 90 Volt) erreicht werden. Wegen dieser niedrigeren Spannung der Anode 16 verringert sich die Spannung durch den Varistor 40 unter seine Schwellenspannung während die Spannung zum Mantel 18 sich erheblich verringert. Die Anodeversorgung 24 ist strombegrenzt, um zu vermeiden, daß der interne Lampenstrom einen höheren Punkt erreicht als der, der für das völlige Plasmaglühen erforderlich ist. Wenn die Anodenversorgung nicht so begrenzt wäre, würde die Kathode verdampfen und würde die Lampe funktionsunfähig werden.
Der Stromkreis der ABBILDUNG 3 gleicht dem der ABBILDUNG 2. Der Schalter-Anlasser 42 enthält eine Zenerdiode 44 und einen strombegrenzenden Widerstand (Varistor) von ungefähr 300 Ohm oder weniger in Serienschaltung. Der Widerstand 46 ist mit der hohen Seite des Schalter-Anlassers 42 und dann mit der Anode 16 verbunden. Die Zenerdiode 44 ist mit der niedrigen Seite des Schalter-Anlassers und dann mit dem Mantel 18 verbunden. Wenn die Versorgungen zum ersten Mal eingeschaltet werden, ist die niedrige positive Spannung mit dem Mantel 18 verbunden und fängt das Plasmaglühen an. Zuerst wird das Mantelkathodenplasmaglühen und anschließend das Anoden-Kathodenplasmaglühen erreicht. Beim Erreichen der Stromgrenze nimmt die Anodenspannung ab und hört die Stromleitung der Zenerdiode 44 auf. Der Strom zum Mantel 18 wird erheblich gesenkt und der Höchststrom wird auf die Anode 16 angewandt, um so das völlige Plasmaglühen zu erreichen.
Die in den ABBILDUNGEN 2 und 3 gezeigten Schalter-Anlasser- Stromkreise können in den Netzeinschub aufgenommen werden, wie in der ABBILDUNG 1 graphisch dargestellt wird, oder sie können auf den Leitfäden der Lampe angebracht werden, wie in den ABBILDUNGEN 4 bis 7 gezeigt wird. Die kleinen Abmessungen der Stromkreiselemente lassen die beiden Möglichkeiten zu.
ABBILDUNG 4 ist eine allgemeine Darstellung einer Lampe 110 mit einer Hülle 112, einer Kathode 114, einer Anode 116 und einem Mantel 118 gezeigt. Ein Varistor 140 ist auf den Fäden 122 und 132, die mit der Anode 116 bzw. dem Mantel 118 verbunden sind, angebracht und gesichert worden. Die Hülle 112 ist mit einem Napf 152, der einen Teil der Hülle 112 bildet, versehen. Wenn alle Teilstücke und Verbindungsdrähte richtig angebracht worden sind und all die erforderlichen Prüfungen durchgeführt worden sind, wird der Napf 152 mit Silikongummi oder einem ähnlichen Material gefüllt, damit die Teilstücke sich nicht mehr bewegen können.
In ABBILDUNG 5 wird eine Lampe 210 mit einer Hülle 212, einer Anode 216, einer Kathode 214 und einem Mantel 218 gezeigt. Ein Varistor 240 ist durch den Draht 222 mit der Anode 216 und durch den Draht 232 mit dem Mantel 218 verbunden. Ein Napf 254 wird bis zur Hülle 212 hochgebracht und um dort nach der Durchführung aller erforderlichen Prüfungen verklebt. Epoxid und Klebstoff können angewandt werden, um alle Teilstücke unter dem Napf 254 an ihrer Stelle und bei normalem Gebrauch bruchfest zu behalten.
Die ABBILDUNGEN 6 und 7 ähneln den ABBILDUNGEN 4 und 5. Eine Zenerdiode 144 (ABBILDUNG 6) ist mit dem Draht 132 und dann mit dem Mantel 118 verbunden, und ein mit der Zenerdiode 144 seriengeschalteter Widerstand 146 ist mit dem Draht 122 und der Anode 116 verbunden. Der Napf 152 kann - und das ist normalerweise der Fall - mit Silikongummi oder einem ähnlichen Material gefüllt werden, wenn alle Prüfungen durchgeführt worden sind.
In der ABBILDUNG 7 ist eine Zenerdiode 244 mit dem Draht 232 und dann mit dem Mantel 218 verbunden. Der mit der Zenerdiode 244 seriengeschaltete Widerstand 246 ist mit dem Draht 222 und dann mit der Anode 216 verbunden. Nachdeiw alle Prüfungen durchgeführt worden sind, wird der Napf 254 nach oben gebracht, um die Hülle 212 zu berühren. Epoxid und Klebstoff können angewandt werden, um alle Teilstücke an ihrer Stelle zu behalten.
Es ist ebenfalls möglich, eine Zenerdiode ohne den Serienwiderstand einzusetzen. Mit dem Serienwiderstand wird verhindert, daß Stromänderungen wie Spannungsspitzen sich auf die Zenerdiode einwirken und sie beschädigen.
Die Erfindung bietet drei wichtige Vorteile : erstens können die Systemheizkörper- und die Anodenspannungen zu gleicher Zeit und ohne Verzögerungskreise eingeschaltet werden; zweitens erreicht man wegen der Anwendung einer niedrigen Zündspannung (120 bis 160 V) eine bessere Sicherheit; und drittens kann die Öffnung im Gegensatz zu der des vorigen Typs bis auf einen Durchmesser von 0,5 mm oder weniger verringert werden, indem für den Anlaß nur bis 160 V erforderlich sind. Die Lampen des vorigen Typs erforderten eine Anodenzündspannung von ungefähr 400 bis 700 Volt. Die mit den Stromkreisen der heutigen Erfindung angewandten Lampen können mit einer Spannung von nur 120 Volt gezündet werden.
Man kann also zwei nützliche Funktionen der Erfindung betrachten : erstens dient der Mantel als eine Starter-Elektrode, die zuläßt, daß die erforderliche Anodenzündspannung niedrig ist; und zweitens ist die Punktquelle des Ultravioletts kleiner gemacht worden, da der Durchmesser der Öffnung im Mantel kleiner sein kann. Es ist wichtig, daß der Strom im Mantel-zur-Kathode-Stromkreis in der Lampe erheblich verringert wird, sobald der Bogen zwischen der Kathode und der Anode aufgebaut wird. Wenn dies nicht der Fall ist, werden Kathodenzerstäubung und andere Störwirkungen auftreten, wodurch Fehler ausgelöst werden und die Lampenelemente wahrscheinlich vernichtet werden.

Claims

1. Ein Spannungsversorgungsmittel für eine Deuteriumlampe mit einer gasgefüllten eingeschlossenen Hülle und wenigstens drei in der Hülle montierten Elementen, und zwar einer Kathode (14), einer Anode (16) und einem Mantel (18), die zwischen der Anode, der Kathode und den mit der Kathode assoziierten Heizmitteln angebracht sind, wobei der Mantel eine bogenbestimmende Öffnung mit wenigstens 4 Leitern von der Innenseite der Hülle bis zu deren Außenseite, von denen der erste und der zweite mit den Kathodenheizmitteln (wobei einer der beiden ein gemeinsamer Leiter ist), der dritte mit der Anode und der vierte mit dem Mantel verbunden sind und wobei die Spannungsversorgungsmittel einen ersten Zweipolausgang haben, um die Kathodenheizmittel unter Spannung zu setzen, und einen zweiten, um die Anode unter Spannung zu setzen; kennzeichnend dafür ist es, daß die Spannungsversorgungsmittel einen Schaltkreis (34,36) enthalten, der zwischen der Anode und dem Mantel angebracht werden muß. Der Schaltkreis enthält Mittel, um eine positive Spannung, die niedriger ist als die strombegrenzte Anfangsspannung der Anode, auf den Mantel anzuwenden, um einen Bogenaufbau zwischen der Kathode und dem Mantel auszulösen, wodurch ein Mantelplasmaglühen eingeleitet wird und der Strom zum Mantel herabgesetzt wird, während das Anodenplasmaglühen erhöht wird, und der Anodenhöchststrom erreicht wird.

2. Ein Spannungsversorgungsmittel gemäß Patentanspruch 1, bei dem der Schaltkreis zwischen dem dritten und dem vierten Leiter der Lampe geschaltet wird.

3. Ein Spannungsversorgungsmittel gemäß Patentanspruch 1, bei dem der Schaltkreis zwischen der gemeinsamen Anschlußklemme des Spannungsversorgungsmittels und der Anodenanschlußklemme des Spannungsversorgungsmittels geschaltet wird. Das Spannungsversorgungsmittel hat eine weitere Anschlußklemme, die mit dem Ausgang der Anschlußklemme mit niedriger, positiver Spannung des Schaltkreises geschaltet ist. Die Anschlußklemme mit niedriger positiven Spannung ist mit dem vierten Leiter, der aus der Lampenhülle hervorragt, verbunden.

4. Ein Spannungsversorgungsmittel gemäß Patentanspruch 2 oder 3, bei dem der Schaltkreis einen stromabhängigen Metalloxydwiderstand (Varistor) enthält.

5. Ein Spannungsversorgungsmittel gemäß Patentanspruch 2 oder 3, bei dem der Schaltkreis eine Zenerdiode enthält.

6. Ein Spannungsversorgungmittel gemäß Patentanspruch 5, das einen mit der Zenerdiode seriengeschalteten Widerstand enthält.

7. Eine Deuteriumlampe und ein Spannungsversorgungskreis, die die folgenden Elemente enthalten :

eine Kathode (14), einen Heizkörper für die Kathode, eine Anode (16) und einen leitfähigen Mantel (18), in dem sich eine Öffnung befindet und der zwischen der Kathode und der Anode angebracht wird;

eine gasgefüllte Hülle, die die Kathode, den Heizkörper, die Anode und den Mantel umfaßt;

zwei Klemmendrähte, die vom Heizkörper durch die Hülle hervorragen;

einen Klemmendraht, der von der Anode durch die Hülle hervorragt;

einen Klemmendraht, der vom Mantel durch die Hülle hervorragt; und

ein Mittel, das die Anode und den Mantel mit einem Schaltmittel verbindet. Das Schaltmittel sieht Mittel (34) vor, um auf den Mantel eine positive Spannung anzuwenden, die niedriger ist als die auf die Anode angewandte strombegrenzte Anfangsspannung, wenn zwischen der Kathode und der Anode kein Strom fließt, wodurch ein Strom zwischen der Kathode und dem Mantel fließt, so daß zwischen diesen ein Plasmaglühen ausgelöst wird, und Mittel (36), um den Strom zwischen dem Mantel und der Kathode zu verringern, wenn der Stromfluß zwischen der Anode und der Kathode die vom Mittel (24) zur Versorgung der strombegrenzten Anodenspannung bestimmte Stromgrenze erreicht, wobei in der Lampe ein volles Plasmaglühen entwickelt wird.

8. Eine Lampe gemäß Patentanspruch 7, bei der das Schaltmittel einen stromabhängigen Metalloxydwiderstand enthält.

9. Eine Lampe gemäß Patentanspruch 7, bei der das Schaltmittel eine Zenerdiode enthält.

10. Eine Lampe gemäß Patentanspruch 9, die einen mit der Zenerdiode seriengeschalteten Widerstand enthält.