专利名称：一种汞蒸汽压的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种汞蒸汽压的测量方法，具体涉及照明领域含汞物——通称为固汞的饱和汞蒸汽压及饱和汞蒸汽压随温度变化特性的测量方法。
背景技术：
在定温下密闭系统中达到液体(或固气)平衡的压力称饱和蒸汽压，其值仅随物质种类(液体本性)与温度而变，与容器大小、液体多寡或其他混合气体均无关。饱和蒸汽压与温度有关温度升高，分子运动加速，因而在单位时间内气相分子数增加，蒸汽压升高。蒸汽压随着绝对温度的变化可用克拉贝龙一克劳修斯方程式来表示
w 一 i r2
式中P为液体在温度T时的饱和蒸汽压(Pa)， T为热力学温度(K)， AHm为液体摩尔气化热(J，mo1—1), R为气体常数。如果温度变化的范围不大，AHm可视为常数。
测量饱和蒸汽压的方法目前己知的主要有三种动态法、饱和气流法和静态法。静态法适用于固体加热分解平衡爪力的测量和易挥发液体饱和蒸汽压的测量，准确性较高。因此汞蒸汽压的测量适宜采用静态法。
静态法是指把待测物质放在一个封闭体系中，在不同的温度下直接测量蒸汽压，它要求体系内无杂质气体。通常是用平衡管(又称等位计)进行测定的。平衡管由一个球管与一个U形管连接而成，如图1所示，待测物质置于球管A内，U形管中放置被测液体B,将平衡管1和抽气系统R、压力计2连接，在一定温度下，当U形管中的液面在同一水平时，表明U形管两臂液面上方的压力相等，记下此时的温度和压力，则压力计的示值就是该温度下液体的饱和蒸汽压，或者说，所测温度就是该压力下的沸点。利用平衡管可以获得并保持体系中为纯试样的饱和蒸汽，U形管中的液体起液封和平衡指示作用。
使用静态法可测量得出液汞在不同温度下的饱和蒸汽压。根据巳有数据，可得出液汞在不同温度下对应的汞蒸汽压曲线PHg，但静态法所要求的在封闭系统中无杂质气体的测试条件，在实际使用操作过程中较难实现。
在照明领域固汞的检验、测量、设计中，需要测量固汞汞蒸汽压随温度变化的特性，采用静态法对固汞在不同温度下的蒸汽压进行测量，具有操作不便以及容易出现汞蒸汽泄露的危险。
己知技术中，照明领域的固汞饱和汞蒸汽压(简称汞蒸汽压)通常采用原子吸收的方法测
3量，在紫外光源与紫外接受传感器之间放置充有汞原子的密闭腔体,'汞原，子对253.7Fim紫外光产生本征吸收，汞原子浓度越高，对紫外光吸收越多，紫外接受传感器的光敏值与汞原子浓度存在对应关系，使用液汞参照对比，可测量固汞的汞蒸汽压；改变固汞温度可测得不同温度下的汞蒸汽压，得到固汞汞蒸汽压温度特性。在日本专利JP2002055009提及一种汞蒸汽压测量装置，采用的是原子吸收的测量方法。
低气压汞放电灯由于灯管径不同，达到最佳发光效率所需汞蒸汽压值不同，除了需要知道固汞汞蒸汽压温度特性外，固汞设计、使用者更希望测量固汞在特定管径的灯中光输出随温度变化的特性。原子吸收的方法无法测量特定规格灯的相对光输出随温度变化的特性。
目前测量灯的光输出的方法是用积分球(又称为光通球)测灯的可见光光通量，积分球是一个中空的完整球壳，内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀，光源在球壁上任意一点上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成，球壁上任意位置的光照度(挡去直接光照后)与灯的光通量O成正比。利用积分球，可以比对测量光源的光通量，将标准光源和待测光源分别放入积分球中的相同位置，测量它们在球壳上某一相同点的照度，然后比对即可求出光源的光通量。目前的积分球不能进行大范围的调温，也不能测紫外光，无法用于测量固汞的特性。
发明内容
本发明的目的是为克服上述不足，提供一种测量含汞物汞蒸汽压的方法，既可直接测量使用含汞物的灯相对光输出随温度变化的特性，又可测量含汞物汞蒸汽压及汞蒸汽压随温度变化的特性。在照明领域固汞的检验、测量、设计中，这一方法简单、安全、直接， 一举两得。
灯的光输出可以是253.7nm紫外光照度或光通量，也可以是可见光照度或光通量；相对光输出指特定温度灯的光输出值与灯的最大光输出值之比，用T！表示，"可以是照度值之比，T！也可以是光通量值之比，采用照度值较易实现。一种汞蒸汽压的测量方法，其特征在于
是通过测量含汞物作汞源的灯相对光输出随含汞物温度变化的特性，与液汞进行比较计算，测得含汞物汞蒸汽压及汞蒸汽压随温度变化特性的方法。
实现本发明的技术方案是它包括制作一支设置了冷端并内置含汞物的低气压汞放电灯；一支设置了冷端并内置液汞的同一规格低气压汞放电灯，当这一规格灯液汞的相对光输出温度特性经反复验证，可作为已知参照对象，不需制作； 一个可调温的高低温箱；控制冷端温度的
小型油浴装置； 一支测量波长为253.7nm紫外线辐射强度的紫外光照度计或可见光照度计；一
台记录存储计算机。
用含汞物作汞源制做不涂粉的低气压汞放电灯，灯上设置有效冷端并将含汞物置于其中，含汞物的温度等同冷端温度，有效冷端是指冷端温度始终低-予灯温度。—有.^"冷端离放电区域距离通常大于2厘米，并置于油浴器皿中，以保证冷端温度的均匀性、准确性。有效冷端温度连续可调。灯置于可调温的高低温箱内，有效冷端及高低温箱的温度可调节范围包括但不限于-40°C-20(TC，灯所处区域应避免风对灯参数产生影响。
高低温箱h丌孔放置测量波长为253.7nm紫外光照度计，在点灯过程中改变有效冷端温度，待冷端温度及照度值均稳定后，分别记录冷端温度、紫外光照度值，测得灯的光输出随含汞物温度变化的特性，简单换算即得到相对光输出随含汞物温度变化的特性。灯的光输出值、相对光输出均为汞蒸汽压饱和时的稳定值。用涂粉的低气压汞放电灯置换不涂粉的低气压汞放电灯，用可见光照度置换253.7nm紫外光照度计，可测量可见光相对光输出随含汞物温度变化的特性。经特殊改装可调温的积分球，可测量可见光光通量与随灯内含汞物温度变化的特性，若积分球内壁涂反射253.7nm紫外光的涂层，则可测量紫外光光通量随含汞物温度变化的特性。测量可见光照度时荧光粉的温度特性会对测量结果带來影响，通常测量紫外光照度，但可以用可见光的测量结果与紫外光的测量结果进行比较，确定可见光与紫外光随冷端温度变化特性的差异。
在同一支灯或同一规格灯中将液汞作汞源同样制灯，测得液汞灯的相对光输出随液汞温度
变化的特性。在同一支灯或同一规格灯中，灯的相对光输出值T]与汞蒸汽压值存在对应关系，T！
的最大值100%对应最佳汞蒸汽压值，T！随汞蒸汽压变化的特性呈抛物线变化规律，见图4中的曲线T]Hg。在相对光输出峰值的同一端，灯的T!值相同，汞蒸汽压值相同。含汞物在温度T1下的相对光输出值为T!l，相对光输出峰值的同一端，液汞达到rjl所对应的液汞温度为T2，查液汞汞蒸汽压一温度对照表或模拟计算公式计算得到液汞在温度T2下的汞蒸汽压值P T2，含汞物在温度Tl下的汞蒸汽压值P T1=P T2。根据这一方法，含汞物的灯各相对光输出值T]值分别与液汞比较计算，可测得其对应温度的汞蒸汽压值。
本方法是忽略同一支灯在不同时刻的差异或忽略同一规格灯在同等制作条件下彼此间的差异，经反复试验，固汞与液汞在同等条件制作同规格的灯，各自相对光输出峰值的同一端，相对光输出值ri相同，T]所对应的汞蒸汽压值相同，重复性较好，与其它方法校验，可证明忽略的差异对于所需测量结果的影响是被控制在可接受的范围内。本方法测量灯的光输出值、相对光输出T]均为汞蒸汽压饱和时的稳定值。
图1为用静态法测量汞蒸汽压的装置示意图。图2为本发明测试装置示意图。
图3为根据本发明测量得到Zn-Hg (50%)汞蒸汽压一温度特性曲线，其中附图标记说明PHg:为已知的液汞汞蒸汽压一温度特性曲线； PZn-Hg(50%):为Zn-Hg (50%)汞蒸汽压一温度特性曲线； r)Hg:为液汞在4)12mm灯管中相对光输出一温度特性曲线； T]Zn-Hg (50%):为Zn-Hg (50%)在4)12mm灯管中相对光输出一温度特性曲线。 图4为根据本发明测量得到的Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%)汞蒸汽压一温度特性曲线，其中
P Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%):为Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%)汞蒸汽压一温度特性曲线；
T]Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%):为Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%)在4> 12mm灯管中相对光输出一温度特性曲线。 图5为根据本发明测量得到Bi-ln-Hg (5%)汞蒸汽压一温度特性曲线，其中 PBi-ln-Hg (5《)为Bi-ln-Hg (5%)荥蒸汽压一温度特性曲线； T]Bi-m-Hg (5%):为B卜ln-Hg (5%)在cM2mm灯管中相对光输出一温度特性曲线。
具体实施例方式
下面给出具体实施例，进一步描述本发明。
实施例1:
按本发明方法测量Zn-Hg (50%)固汞的汞蒸汽压随温度变化的特性，Zn-Hg (50%)固汞是 指含汞量为50%的圆柱体锌汞合金。
步骤一把Zn-Hg (50%)固汞3放置在有效冷端4内，9为直径为小12mra的紫外灯管， 先把灯在常温下老练十五小时后，放进可调温范围为-4(TC-20(rC的恒温箱8内，有效冷端4 置于油浴皿5中，油浴皿5中插入连接点温计的探头6，恒温箱开孔放置紫外光照度计7。在 点灯过程中改变冷端4温度的，待冷端温度及照度值均稳定后，分别记录各冷端温度及紫外照 度值，计算出各冷端温度下的相对紫外光输出，即可得到Zn-Hg (50%)固汞在(H2mm紫外灯 管的相对光输出随冷端温度变化的特性曲线甲n-Hg (50%)，具体参照图2。
步骤二取同一规格的灯管，用液汞替换固汞按照上述方法进行同样的测试，可得到液汞 在4> 12mm紫外管的相对光输出随冷端温度变化的特性曲线，g。
步骤三液汞在不同温度下的汞蒸汽压曲线PHg根据已有技术数据记载为已知，相对光输
出峰值的同一端，曲线rjHg上的值与曲线PHg上的值存在一一对应关系。
图3中曲线t!Hg上液汞在温度Tl时，相对光输出值t!l达到最大值10(m，对应的汞蒸汽 压值为Pl,曲线"Zn-Hg (50%)上在Zn-Hg(50 O固汞温度T2下，相对光输出值"2达到最大 值100%，对应的固汞汞蒸汽压值为P2，则固汞在其温度T2下的汞蒸汽压值P2=P1。 "1、 t]2的 左边，r)3=n4=95%， t!3对应的液汞温度T3，液汞汞蒸汽压值为P3，则固汞在其温度T4下的汞 蒸汽压值P4二P3。 T]l、 "2的右边，T]5=ri6=95%， r)5对应的液汞温度T5，液汞汞蒸汽压值为P5， 则固汞在其温度T6下的汞蒸汽压值P6=P5。同样可由固汞i]值与液汞比较计算各t！值对应温
6当需测量多种固汞在同一规格612mm紫外管的汞蒸汽压值随温度变化的特性曲线，都需用 到T]Hg作为参照曲线，经过反复验证或校准的曲线T]Hg可重复利用，无需重复步骤二。 实施例2:
按本发明方法测量Bi-Pb-Sn-Hg-3.5固汞的汞蒸汽压随温度变化的特性，Bi-Pb-Sn-Hg-3.5
固汞是指含汞量为3.5%的球体铋铅锡汞合金。
按照实施例i的步骤，用Bi-Pb-Sn-Hg(3.5%)固汞替换Zn-Hg(50%)固汞，得到Bi-Pb-Sn-Hg (3.5%)固荥在小12mm紫外管的相对光输出随冷端温度变化的特性曲线，按照实施例1的步骤 三，得到Bi-Pb-Sn-Hg-3.5固汞在cH2紫外管不同温度下的汞蒸汽压一温度曲线PBi-Pb-Sn-Hg (3.5%)。具体参照图4。 实施例3:
按本发明方法测量Bi-ln-Hg (5%)固汞的汞蒸汽压随温度变化的特性，Bi-ln-Hg (5%)固 汞是指含汞量为5%的球体铋铟汞合金。
按照实施例1的步骤，用B卜ln-Hg (5%)固汞替换Zn-Hg (50%)固汞，得到Bi-ln-Hg (5%) 固汞在4)12mm紫外管的相对光输出随冷端温度变化的特性曲线，按照实施例1的步骤三，得到 Bi-ln-Hg (5%)同汞在(H2紫外管不同温度下的汞蒸汽压一温度曲线P Bi如Hg (5%)。具体参照 图5。
权利要求
1、一种汞蒸汽压的测量方法，其特征在于是通过测量含汞物作汞源的灯相对光输出随含汞物温度变化的特性，与液汞进行比较计算，测得含汞物汞蒸汽压及汞蒸汽压随温度变化特性的方法。
2、 根据权利要求1所述的一种汞蒸汽压的测量方法，其特征在于该方法是通过测量含汞物作汞源的灯相对光输出随含汞物温度变化的特性，与液汞进行比较计算，测得含汞物汞蒸汽压及汞蒸汽压随温度变化特性的方法。用含汞物作汞源制做低气压汞放电灯，灯上设置有效冷端并将含汞物置于其中，灯置于可调温的高低温箱内，高低温箱上设置波长为253. 7nm的紫外照度计或可见光照度计，在点灯过程中改变有效冷端温度，测量有效冷端温度及相应的紫外光或可见光照度值，测得灯的相对光输出T]随含汞物温度变化的特性；在同一支灯或同一规格灯中将液汞作汞源同样制灯，测得液汞灯的相对光输出T]随液汞温度变化的特性；含汞物在温度Tl下的相对光输出值为T!l，相对光输出峰值的同一端，液汞达到T!l所对应的液汞温度为T2，查液汞汞蒸汽压一温度对照表或模拟计算公式计算得到液汞在温度T2下的汞蒸汽压值P T2，含汞物在温度Tl下的汞蒸汽压值P Tl= P T2。含汞物的灯各相对光输出T！值分别与液汞比较计算，可测得其对应温度的汞蒸汽压值。
3、 根据权利要求1所述汞蒸汽压的测量方法，所述灯的相对光输出指特定温度下灯的光输出与灯的最大光输出之比，灯的光输出包括253. 7nm紫外光照度或光通量、可见光照度或光通量。灯的光输出值、相对光输出r)值均为汞蒸汽压饱和时的稳定值。
4、 根据权利要求1所述汞蒸汽压的测量方法，是灯上设置有效冷端，并将含汞物或液汞置于其中，有效冷端温度连续可调，有效冷端温度始终低于灯的温度。
5、 根据权利要求1所述汞蒸汽压的测量方法，是忽略同一支灯在不同时刻的差异或忽略同一规格灯在同等制作条件下彼此间的差异，同等条件下，相对光输出峰值的同一端，ri值相同，r)值所对应的汞蒸汽压值相同。
6、 根据权利要求1所述汞蒸汽压的测量方法，有效冷端及高低温箱的温度可调节范围包括但不限于-4(TC-20(TC ，高低温箱包括经改造可调温的积分光通球。
全文摘要
本发明公开了一种汞蒸汽压的测量方法，具体涉及照明领域含汞物——通称为固汞的饱和汞蒸汽压及饱和汞蒸汽压随温度变化特性的测量方法。其特征在于是通过测量含汞物作汞源的灯相对光输出随含汞物温度变化的特性，与液汞进行比较计算，测得含汞物汞蒸汽压及汞蒸汽压随温度变化特性的方法。通过本方法，既可直接测量使用含汞物的灯相对光输出随温度变化的特性，又可测量含汞物汞蒸汽压及汞蒸汽压随温度变化的特性。在照明领域固汞的检验、测量、设计中，这一方法简单、安全、直接，一举两得。
文档编号G01L11/02GK101634599SQ20091004193
公开日2010年1月27日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者何志明 申请人:何志明