专利名称：高频无极灯的充气配方及其计算方法
技术领域：
本发明涉及一种高频无极灯的充气配方及其计算方法。
背景技术：
高频无极灯是基于荧光灯气体放电和高频电磁感应原理相结合的一种新型电光源。现有的高频无极灯主要有低压气体高频无极灯、微波灯、环形日光灯式电磁感应灯及 HID高压气体无极放电灯。通常低压气体放电高频无极灯是低压汞和稀有气体混合放电 产生的紫外辐射撞击泡壁三基色粉转换成可见光，所使用的工作频率为2. 5 3. OMHz,也 就是说，高频无极灯的工作频率比普通白炽灯和日常使用的电感式日光灯、金卤灯、高压 钠灯等灯种的工作频率(50Hz)高出5万 6万倍，比普通节能灯或电子镇流器的工作频 率(30 60KHz)高出约250倍。微波灯由磁控管微波发生器通过微波谐振腔，激发有特 定填充剂的石英球泡，石英泡内由10大气压(atm)的硫蒸气分子辐射产生白光，工作频率 2450MHz，功率达1000W，光效120Lm/W。环形日光灯式电磁感应灯，工作频率250KHz。HID 高压气体无极放电灯，例如金属卤化物无极灯，工作频率13. 56MHz,目前仍在研发阶段，未 有产品上市。现有的无极灯由于气体放电区间(气体的种类、压力)选择不当，放电电压高 或难于放电；致使灯泡表面亮度很差或者难于充亮灯泡。尤其是对于灯泡直径小的无极灯， 就更难于充气放电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高频无极灯的充气配方及其计算方法。采用该配方填 充混合气体，使放电过程中处于电离态和激发态的气体原子数量受到控制，对于小直径的 灯泡体，不仅可以充亮灯泡且提高灯泡发光效率。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本发明一种高频无极灯充气配方，所述无极灯灯泡体内填充有惰性混合气体， 所述的惰性混合气体为两种电离电位差值大于5eV的惰性气体，其气压比为[100-400/ (D-25)] [400/Φ-25)]，其中电离电位低的气体的比例值小，D为灯泡体直径。所述混合气体的充气数量为充气压力P = 1800/(D_25)Pa，其中D为灯泡体直径。本发明高频无极灯充气配方的计算方法，包括以下步骤1)确定高频无极灯混合气体放电的最低着火点或点燃电压值，从而确定混合气体 的最佳工作点；2)根据帕邢定律P · R = C得出P = C/R，从而确定充气种类、比例和数量，其中P 为气体压力，单位为Pa，R为灯泡的极间距，R = (D-d)/2，D为灯泡外径尺寸，d为灯泡内芯 柱管外径尺寸，C为常数；充气种类选择两种原子电离电位差值大于5eV的惰性混合气体，以维持正常支 持放电，电离电位高的气体为大比例气体；
充气比例根据电子对于气体分子的自由程长计算公式f(x)dx = ie~~2dx其中e为常数，_为气体分子平均自由程长；则气体放电中电子
的平均自由程长疋《I，气体放电中电子从阴极飞向阳极的过程中，碰撞气体分子的次数 n=R/I，R为灯泡极间距；当碰撞次数η —定时，气体比例与R成反比，且当R = 50mm,充 气压力P = 18Pa,电离电位低的气体占4%时，电子对气体的电离碰撞次数足以满足正常
的自持放电，则低电离电位气体气体所占的比例为，其中Rtl为所求灯泡的极间距，
为灯泡体直径，d为灯泡体内芯柱管直径，标准规格的芯柱管直径d = 25mm ； 从而确定两种混合气体的气压比为高电离电位气体低电离电位气体=(l-4%x#): (4%x^-)
RoRo简化为高电离电位气体低电离电位气体=[100-400/(D-25)] [400/(D_25)]本发明所述步骤2)中所述的充气数量的计算方法为充气压力P = C/R，即
Ρ=18/ ()，其中c = 18Pa, R = 50匪，R为求得的灯泡极间距，
d为标准规 kO2
格的芯柱管直径d = 25mm，从而简化为充气压力P = 1800/(D-25) Pa，其中D为灯泡体直径。本发明的有益效果为本发明给出了各种规格高频无极灯辉光放电的最佳工作点及发明人的大量实验 数据，从而确定混合气体种类、比例、充气量(充气压力)，使得无极灯的气体放电工作电压 最低(最容易放电)、放电最稳定(充分满足自持放电条件)，从而达到最高的放电效率。本发明在高频无极灯中使用混合气体进行气体放电，使放电过程中处于电离态和 激发态的气体原子数量(比例)受到控制，在维持正常支持放电的基础上，有效地提高激发 态原子数量，提高了发光效率。
图1为本发明中灯泡体尺寸示意图。图2为本发明确定最佳工作点的曲线图。
具体实施例方式下面通过实施例和附图对本发明作进一步详述。实施例本发明一种高频无极灯充气配方，所述无极灯灯泡体1内填充有惰性混合气体， 所述的惰性混合气体为两种电离电位差值大于5eV的惰性气体，其气压比为[100-400/ (D-25)] [400/(D-25)]，其中电离电位低的气体比例值小，充气数量为充气压力P = 1800/(D-25)Pa，其中D为灯泡体1直径，如图1所示，d为芯柱管2外径，标准芯柱管的外径为25mm。
上述高频无极灯充气配方的计算方法，包括以下步骤1)确定高频无极灯混合气体放电的最低着火点或点燃电压值，从而确定混合气体 的最佳工作点；如图2所示，不同规格无极灯最低着火(点燃)电压Vmin-A点所对应最佳 工作点的充气压力(Pa)，不论PXR值是大是小，只要离开A点(最佳工作点)，Vs (充气压 力)都增大(如图B1、B2)。2)根据帕邢定律P · R = C得出P = C/R，从而确定充气种类、比例和数量，其中P 为气体压力，单位为Pa，R为灯泡的极间距，R = (D-d)/2，D为灯泡外径尺寸，d为灯泡内芯 柱外径尺寸，C为通过实验得到的常数。本发明人经大量的试验得知，不同的充气气体种类 (含混合气体)，对应最低着火(点燃)电压Vmin的PXR值(常数C)对应的数值列表如 下表1。表1
— 由pXR = C，得出P = C/R，算出填充氩气+氪气、氖气+氪气(单气体算法类同， 不详细列算)各常用规格无极灯的充气压力，如下表2 表2: 3)气体放电使用混合气体，是使放电过程中处于电离态和激发态的气体原子数量 (比例)受到控制，在维持正常支持放电的基础上，有效地提高激发态原子数量一发光效 率。由此可知，选择混合气体，应当选择两种原子电离电位差值大的气体，本发明选择两种 气体原子电离电位差值大于5eV的惰性气体，并以电离电位高的气体为大比例气体，以保 证高的激发态一灯的放电过程目的是光转换。根据电子对于气体分子(原子)的自由程 长计算公式 其中e为常数，X为气体分子平均自由程长；计算出灯体内参与气体放电的分子平 均自由程长I，则气体放电中电子的平均自由程长，疋》 。气体放电中电子从阴极飞向阳 极的过程中，碰撞气体分子的次数n=R/I，R为模型灯泡的极间距。碰撞次数的多少决定了 电子被加速的能量大小，决定了电子碰撞气体电离率的多少。由于要求电离态的气体分子比例能保证正常气体自持放电，而激发态为发光过 程，激发态的气体分子越多越好。因此，在气体放电过程中起电离态作用的气体为低电离电 位气体，在混合气体中占的比例小。本发明人经多次实验得出当R = 50mm，充气压力P= 18Pa，电离电位低的气体占 4%时，放电中电子对气体的电离碰撞次数足以满足正常的自持放电。当放电中从阴极到阳 极电子对气体的碰撞次数一定时，气体比例与R成反比，则低电离电位气体气体所占的比 例为4% X ι，其中R为所求灯泡的极间距，Rq为求得的灯泡极间距，Ra=:^，D为灯
泡体直径，d为灯泡体内芯柱管直径，标准规格的芯柱管直径d = 25mm ；从而确定两种混合 气体的气压比为高电离电位气体低电离电位气体=(1-4%X ^ ) 4%X ^，简化为
K0 R0高电离电位气体低电离电位气体=[100-400/(D-25)] [400/(D_25)]本发明的混合气体主要采用氩气和氪气、氖气和氪气或者氖气和氙气，其具体比 例如下氩(氖)气氪(氙)气=[100-400/(D-25)] [400/(D_25)]本发明给出了常用规格无极灯混合气配比裂表如下
灯壳尺 D70±2 D85±2 D90±2 D 110 D 120 D 130 | D 140 | D 145 寸 mm±2 ±2 ±2 ±2 ±2
氩(氖)91: 9 93 7 94 6 95 5 95.5 96 4 96.5 97 3 M4.53.54)由上述可知，充气压力也是仅与极间距R有关，则充气压力P=18/ (7)，其中
K0
T)-d
R = 50mm, Ro= ，标准规格的芯柱管直径d = 25mm，从而充气压力为P = 1800/(D_25)Pa，其中D为灯泡体直径。本发明的充气过程是使用真空系统，向带有真空微调针阀的玻璃瓶内按比例充 气。先充比例小的气体，后充比例大的气体，总的充气压力0，08-0.09Mpa。充气后，用火花 检漏仪检验所配气瓶是否呈银白色雷电式放电。出现其它颜色放电或不放电，为气体不纯 或没充进气体。直到完全充进气体为止。
权利要求
一种高频无极灯充气配方，所述无极灯灯泡体内填充有惰性混合气体，其特征在于所述的惰性混合气体为两种电离电位差值大于5eV的惰性气体，其气压比为[100-400/(D-25)]∶[400/(D-25)]，其中电离电位低的气体的比例值小，D为灯泡体直径。
2.根据权利要求1所述的高频无极灯充气配方，其特征在于所述混合气体的充气数 量为充气压力P = 1800/(D-25)Pa，其中D为灯泡体直径。
3.如权利要求1所述高频无极灯充气配方的计算方法，其特征在于包括以下步骤1)确定高频无极灯混合气体放电的最低着火点或点燃电压值，从而确定混合气体的最 佳工作点；2)根据帕邢定律P= C得出P = C/R，从而确定充气种类、比例和数量，其中P为气 体压力，单位为Pa，R为灯泡的极间距，R = (D-d)/2，D为灯泡外径尺寸，d为灯泡内芯柱管 外径尺寸，C为常数；充气种类选择两种原子电离电位差值大于5eV的惰性混合气体，以维持正常支持放 电，电离电位高的气体为大比例气体；充气比例根据电子对于气体分子的自由程长计算公式f(x)dx = ie^dx其中e为常数，—为气体分子平均自由程长；则气体放电中电子 ^ ，A的平均自由程长疋=1，气体放电中电子从阴极飞向阳极的过程中，碰撞气体分子的次数 n=R/I，R为灯泡极间距；当碰撞次数n—定时，气体比例与R成反比，且当R = 50mm，充气压力P = 18Pa,电离 电位低的气体占4%时，电子对气体的电离碰撞次数足以满足正常的自持放电，则低电离电位气体气体所占的比例为，其中Ro为所求灯泡的极间距，E^，D为灯泡体^o2直径，d为灯泡体内芯柱管直径，标准规格的芯柱管直径d = 25mm ；从而确定两种混合气体 的气压比为一低电离电位气体=(l-4%x^-)高电离电位气体R。R。简化为高电离电位气体低电离电位气体=[100-400/(D-25)] [400/(D-25)]
4.根据权利要求3所述高频无极灯充气配方的计算方法，其特征在于所述步骤2)中所述的充气数量的计算方法为充气压力p = C/R，即P=18/ ( 7 )，其中c = !8Pa, R =KoB-d50mm, R0为求得的灯泡极间距，R。=]一，d = 25mm，从而简化为 充气压力P = 1800/(D-25) Pa，其中D为灯泡体直径。
全文摘要
本发明提供一种高频无极灯充气配方及其计算方法，所述无极灯灯泡体内填充有惰性混合气体，所述的惰性混合气体为两种电离电位差值大于5eV的惰性气体，根据帕邢定律P·R＝C，其气压比为[100-400/(D-25)]∶[400/(D-25)]，其中电离电位低的气体的比例值小，D为灯泡体直径。本发明根据高频无极灯放电的最佳工作点及发明人的大量实验数据，确定混合气体种类、比例、充气量，使得无极灯气体放电工作电压最低、放电最稳定，从而达到最高的放电效率。本发明使用混合气体进行气体放电，使放电过程中处于电离态和激发态的气体原子数量受到控制，在维持正常支持放电的基础上，有效地提高激发态原子数量，提高了发光效率。
文档编号H01J61/16GK101859681SQ20091001111
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月10日 优先权日2009年4月10日
发明者许树良 申请人:辽宁宝林集团节能科技有限公司;许树良