Исследование механизмов спада УФ излучения и ресурса работы источников УФ излучения с ртутной дугой низкого давления

• Автор: Печеркин, Владимир Яковлевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Обеззараживание УФ излучением

1.2. Характеристики источников бактерицидного УФ излучения

1.2.1. Газоразрядные источники низкого давления

1.2.2. Газоразрядные источники высокого давления

1.2.2. Газоразрядные импульсные источники

1.2.4. Газоразрядные безэлектродные источники

1.2.5. Полупроводниковые диоды

1.3. Заключение к обзору литературы

1.4. Постановка задачи

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Экспериментальные установки
2.2. Методики измерений
2.2.1. Измерение электрических параметров разряда
2.2.2. Измерение относительного спектрального распределения излучения
2.2.2. Измерение абсолютной мощности УФ излучения
2.2.4. Измерение скорости воздуха
2.2.5. Измерение коэффициента пропускания УФ излучения
2.2.6. Методика проведения ресурсных испытаний
2.2.7. Методика определения температуры оксидного электрода
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Вольтамперные характеристики и мощность УФ излучения
2.1.1. Зависимость вольтамперных характеристик от давления и состава инертных газов
2.1.2. Зависимость мощности УФ излучения и КПД от давления, состава инертных газов и разрядного тока
3.1.3. Зависимость мощности УФ излучения и КПД от изотопного состава ртути в амальгаме
3.2. Влияние потока воздуха на мощность УФ излучения
3.2.1. Продольное обтекание разрядной трубки
3.2.2. Поперечное обтекание разрядной трубки
3.2.3. Выбор оптимального состава амальгамы
3.2.4. Дополнительные меры тепловой защиты разрядной трубки
3.2.5. Тепловой расчет поверхности разрядной трубки в потоке воздуха
3.3. Дуговой разряд в кварцевой трубке в смеси инертных газов
3.3.1 Зависимость времени горения разряда от давления инертного газа
3.3.2. Зависимость времени горения разряда от состава инертного газа
3.3.3. Влияние длины разрядного промежутка на время горения
3.3.4. Время горения высокочастотного безэлектродногоразряда
3.3.5. Влияние замены газа в разрядной трубке на время горения разряда
3.3.6. Влияние защитного слоя на время горения разряда
3.3.7. Влияние температуры разрядной трубки на время горения разряда
3.4. Время горения разряда низкого давления в смесях инертных газов с парами ртути и спад мощности УФ излучения
3.4.1. Влияние давления инертного газа на ресурс работы
3.4.2 Влияние защитного слоя на ресурс работы
3.4.3. Зависимость спада УФ излучения от давления инертного газа
3.4.4. Зависимость спада УФ излучения от степени термообработки оксидных электродов
3.4.5. Спад УФ излучения с защитным слоем на внутренней поверхности кварца
3.4.6. Определение причин спада УФ излучения
3.5. Измерение температуры электрода
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Влияние состава, давления буферного газа и плотности тока
на параметры ламп
4.2. Ресурс работы
4.3. Спад УФ излучения
4.4. Разработка лампы
4.4.1. Выбор параметров лампы
4.4.2. Конструкция электрода
4.4.3. Конструкция лампы
4.4.4. Параметры ламп опытной партии
4.5. Примеры применения амальгамных ламп
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Широкое внедрение метода УФ обеззараживания для промышленного применения, а также ужесточение экологических требований и неспособность традиционных технологий, таких как хлорирование и озонирование, удовлетворить им сделали актуальной задачу разработку новых более мощных, высокоэффективных, долговечных и экологически безопасных источников бактерицидного УФ излучения.
Решение этих задач требует детального исследования вклада энергии в разрядный промежуток и ее распределения по различным каналам в электрическом разряде в газе, влияния воздействия плазмы на разрядную оболочку и катоды ламп, новых экологически безопасных материалов для обеспечения оптимального давления паров излучающего вещества в разрядной оболочке.
Эффективность разряда низкого давления стимулировала исследования по увеличению энерговклада в разряд и его преобразованию в бактерицидное УФ излучение, а также по увеличению полезного срока службы. При этом наибольший интерес в научном и практическом плане представляют исследования ртутного разряда низкого давления при пониженном давлении буферного газа.
В настоящее время отсутствуют полные данные о зависимости энерговклада в ртутный разряд низкого давления при больших плотностях тока и пониженных давлениях смесей буферных газов. Предыдущие исследования включали в себя в основном исследования в инертных газах одного типа и были направлены на увеличение энерговклада в разряд при питании током промышленной частоты. Применение ЭПРА с частотой разрядного тока несколько десятков килогерц приводит к повышению мощности УФ излучения, и увеличению КПД разряда. Однако, мало статей посвящено исследованию влияния высокочастотного разрядного тока на ресурс работы и спад УФ излучения кварцевых источников. Мало исследовано влияние увеличения мощности разряда на время горения и спад УФ излучения мощных кварцевых источников УФ излучения низкого давления. Практически отсутствуют данные о влиянии защитного слоя на внутренней поверхности кварца на физический ресурс горения и спад УФ излучения.
Целью настоящей работы является исследование механизмов, определяющих длительность горения и спад интенсивности УФ излучения дугового разряда низкого давления в смесях инертных газов и паров ртути, и разработка источника УФ излучения с повышенной мощностью, высоким КПД и повышенным ресурсом работы.
Автор выносит на защиту следующие положения:
1. Экспериментальные результаты исследования дугового разряда переменного тока высокой частоты 25-50 кГц при пониженных давлениях смесей инертных газов аргон-неон 0,3-3 торр с погонной мощностью 1,5

длиной 1,8 м. Для исследования продольного обтекания разрядная трубка крепится при помощи двух поддержек, которые могут перемещаться вдоль стенда по специальному рельсу (Рис. 2.3). Для выравнивания потока воздуха по скоростям в поперечном сечении трубы на обоих концах трубы установлены двухслойные металлические сетки с размером ячейки 0,5 мм.
Чувствительный элемент
УФ датчика I5-2L
Направление потока воздуха
Амальгама лампы
Рис. 2.3. Крепление разрядной трубки в коробе.
Поток воздуха внутри короба формируется при помощи вентилятора Woks 300. Вентилятор позволяет закачивать воздух в короб (приточная система) или создавать разряжение внутри короба (вытяжная система). Питание разряда осуществлялось переменным током с частотой 45 кГц при помощи управляемого электронного пускорегулирующего автомата (УЭПРА). В ходе экспериментов при помощи контроллера управления мощности поддерживался постоянный ток разряда 2,00±0,02 А.
2.2. Методики измерений
2.2.1. Измерение электрических параметров разряда
Система регистрации электрических параметров для частоты разряда 30-г50 кГц значительно отличается от регистрации электрических параметров на промышленной частоте 50 Гц. Стрелочные приборы непригодны для регистрации эффективных значений. Из-за высокой частоты нельзя использовать датчик Холла. Кроме того, особенностью существующих электронных пускорегулирующих аппаратов является то, что напряжение на электродах колеблется относительно потенциала земли с амплитудой до удвоенного значения сетевого напряжения. ЭПРА представляет собой электронный преобразователь частоты, и выполняет ряд дополнительных функций, таких как, зажигание разряда, стабилизация параметров разряда при изменении напряжения питающей сети и коррекция cos