專利名稱：電容結構電極及相關燈管和電路的設計方法
技術領域：
本發(fā)明提出電容結構作為燈管電極及相關燈管和電路的一種設計方法。屬電光源照明技術領域。
自從熒光燈、霓虹燈、紫外燈問世以來，燈管電極一直采用燈絲結構，以燈絲為電極的燈管結構簡單，對電源的技術要求不復雜。因此，燈管和相關電源的加工生產成本低。但是，這類燈管在使用過程中，燈絲電極的質量必定受到損害，燈管的使用壽命幾乎由燈絲電極的壽命所制約。燈絲電極失效，燈管的使用壽命也就終止[專利申請?zhí)?9116330.3，俞安琪《光源與照明》1998.3.P44]。人們長期以來在努力探索一種既廉價又長壽的燈管。
本發(fā)明的目的是用一種新的燈管電極代替燈絲結構電極，新的燈管電極結構在燈管使用過程中，電極在正常使用情況下不受到器質性的損害，從而使燈管的使用壽命大大延長。本發(fā)明提出的電極也可以作為燈絲電極的附屬結構，改善以燈絲結構為電極的燈管的性能。
為實現本發(fā)明的目的，提出以電容結構作為燈管電極。為了讓燈管的電容結構電極發(fā)射離子流和電子流，要求電源的技術參數滿足這種燈管使用的要求。具體措施是1．燈管的兩端電極為電容結構。
2．作為燈管電極的電容，它的一極的金屬表面完全裸露在燈管內的氣體之中，它的另一極及其導線的表面都應完全覆蓋一層絕緣膜。也就是說，電容的兩極之間的介質分為兩層，一層是絕緣層，它阻止電容一極的表面與氣體接觸，一層是燈管內的氣體，氣體應與電容的另一極充分接觸。
3．電容結構作為燈絲電極的附屬組成，可將燈絲兩根導線合二為一，裸露在燈管氣體中的導線和燈絲作為電容的一極。另外在兩導線之間封裝一片金屬，它的表面及其導線都應覆蓋一層絕緣膜，作為電容結構的另一極。
4．以電容結構為電極的燈管要求電源所提供電流應維持燈管電極的電容的兩極之間的氣體產生輝光放電。首先，電流必須通過燈管電極的電容，讓電容充放電。其次，在電容兩極之間氣體產生輝光放電時，電流能通過電容裸露在氣體的一極表面上的電極反應，由電路流入電容的氣體介質中。也就是說，燈管兩極電容的裸露在氣體介質中一極應與鎮(zhèn)流器輸出導線連接。最后，燈管維持正常工作，要求在正常工作的燈管的阻抗和與燈管并聯的電容容抗相互匹配。也就是說，鎮(zhèn)流器提供的高電壓能使電極電容充放電產所生的離子流和電子流擊穿燈管氣體啟動其工作，同時，所提供的工作電壓、頻率和燈管電極的電容及正常工作的阻抗等技術參數應協同一致。
提供本發(fā)明的依據是基于在電離氣體介質中的電極反應在特定條件下能發(fā)射離子流或電子流。
1．實驗依據實驗如附圖所示，將8瓦直管熒光燈管接入附

圖1電路，接通電源，使直流電壓施加在熒光燈管的兩端燈絲電極上。由于氣體處在原子和分子狀態(tài)，是絕緣體，沒有電流通過熒光燈管，不能啟動熒光燈管工作。要啟動熒光燈管工作，必須有足夠的離子流或電子流進入燈管的氣體介質中，并在電場的作用下獲得足夠的能量擊穿管內的氣體成為導體。只要用手指觸摸燈管電極附近的外殼，不論是觸摸正極還是觸摸負極，都能立即啟動熒光燈管正常工作。這表明手指觸摸燈絲電極的燈管外殼時，手指和燈絲電極之間構成了電容，并形成了回路，電容在充電時，在裸露的電極上存在電極反應，因此有離子流或電子流發(fā)射出去了，從而啟動熒光燈管工作。將8W直管熒光燈管接入附圖2電路，接通電源之后，熒光燈管立即啟動工作。附圖2與附圖1不同之處在于熒光燈管燈絲電極附近的燈管外殼繞了一圈導線，并通過一個電容與220V電網的零線相連。這圈導線和燈絲電極構成了一個電容，并形成電容充電回路。當接通電源之后，電容立即充電，在燈絲電極的表面上存在電極反應，因此有相當數量的離子流或電子流發(fā)射，不論線圈是繞在正極還是繞在負極的燈管外殼，兩者均能立即啟動熒光燈管工作。
2．電容結構作為燈管電極發(fā)射離子流和電子流的機理。
當電容兩極之間的電壓差超過某一臨界值時，在電容兩極之間的隋性氣體和飽和汞蒸氣則產生輝光放電。在電容的裸露在燈管氣體的一極表面上發(fā)生電極反應，則有電流(正電流或負電流)經過界面由電路流入電容的氣體介質中。而電容的另一極則覆蓋有絕緣膜，電流不可能通過絕緣膜由氣體介質進入電路。因此，電容必須發(fā)射相應的離子流或電子流，使進入電容的氣體介質中的電量和流出的電量相等。具體地說，電極處在交流電的正半周時，在電容的裸露在氣體介質的一極的表面和氣體介質的接觸界面上存在電位降。這種電位降能使界面上的氣體原子的外層軌道上的電子激發(fā)，產生電離反應，即隋性氣體和飽和汞蒸氣在電極表面放電，有正電流經過界面的金屬表面流入氣體介質中。電極反應產生的是正離子。同時有一部分電子從等離子氣體介質經過界面直接進入到電極金屬表面。而電容的另一極覆蓋絕緣膜，不可能有電流經過絕緣膜。因此，此刻電容兩極間的氣體介質中的離子數大于電子數，在電場作用下，過剩的離子將向負極發(fā)射。電極電容處在交流電的負半周時，將發(fā)生類似的過程。不過在電容裸露電極的金屬表面的界面上，發(fā)生的電極反應是還原反應。即離子從電極表面獲得電子被還原為原子，有負電流流過界面，而電容的另一極因覆蓋絕緣膜，沒有電流經過絕緣膜。因此，此刻電容兩極之間的氣體介質中，電子數大于離子數，在電場的作用下，過剩的電子將向正極發(fā)射。
以電容結構作為燈管的電極，要求電源提供的電流為交變電流。如果采用直流恒流電源，只在接通電源的瞬間，電容充電發(fā)射瞬間的離子流或電子流。此刻，電容的裸露在燈管氣體的一極的金屬表面有電極反應，有電流經過金屬表面的界面流入氣體介質中，其中一部分向燈管的另一極發(fā)射出去，另一部分使電容另一極的絕緣膜兩側產生雙電荷層。當雙電荷層之間的電壓差和電容電極之間的電壓差相等時，電容的裸露在氣體的一極的金屬表面的界面上則不存在電位降，因而，不會再發(fā)生電極反應，電容失去了發(fā)射離子或電子的能力。如果采用交變電流，不論燈管電極處在正半周還是處在負半周，電極的電容都存在充電和放電兩個過程，電容在充電過程中，裸露在氣體介質的一極的表面有電極反應，電容能發(fā)射離子或電子，并且在電容的絕緣膜的兩側形成雙電荷層。在電容放電過程中，雖然裸露在氣體介質的一極的表面的界面上不存在電位降，電極反應暫停，但是絕緣膜兩則的雙電荷層將在放電過程中消失，因此，絕緣膜的氣體一側的電荷將在電場的作用下向燈管的另一極發(fā)射?？傊?，只要電極的電容的兩極之間存在輝光放電，有交變電流通過電極的電容，在充電和放電的過程中，電容都能發(fā)射離子或電子。
交變電流電壓應超過某一臨界值，才能使燈管電極的電容內產生電極反應，進而產生輝光放電。這個臨界值與燈管內氣體組分和其濃度有關，也與電容兩極之間的氣體介質層的厚度有關，還與電容電極之間絕緣膜的介質常數和膜的厚度有關。燈管電容結構發(fā)射離子流和電子流的大小則和電極反應的表面積大小，電容的容值、交變電流的電壓與頻率以及燈管的阻抗有關。當交變電流電壓低于臨界值時，在電極的電容結構內，既不可能產生氣體的電極反應，氣體也不能產生輝光放電，氣體則成為絕緣體，在這樣的條件下，燈管的電容結構電極不可能發(fā)射離子或電子。
與以燈絲結構為電極的燈管相比較，本發(fā)明提出的電容結構為電極的燈管能到達到以下技術效果。
1．燈管采用燈絲結構為電極，燈管的使用必定對電極質量造成損害，燈管使用次數越多，使用時間越長，這種器質性的損害越加嚴重。這類燈管的壽命主要受燈絲電極的壽命制約，是有限的。但是，采用電容結構作為燈管的電極，燈管在使用過程中，電極不發(fā)生器質性的損害，電容結構電極能經久耐用。因此，采用電容結構作為燈管的電極，可以大幅度提高燈管的壽命，燈管的使用壽命不再取決電極的壽命，而將取決于其他因素。
2．電容結構電極適合于大批量加工制作，而且燈管封裝電極的工藝也可以大大簡化，因此，與生產以燈絲結構為電極的燈管相比較，以電容結構為電極的燈管的生產效率高，生產的成本低。
3．電容結構作為燈管燈絲電極的附屬結構，它不僅可以改善燈管啟動的性能，而且可以通過控制電容的容值大小來控制啟動燈管工作的電流大小，最大限度地減小啟動電流對燈絲電極的損害。加之，燈絲電極附加電容結構以后，使正常工作的燈管的燈絲電流分布較均稱，從而使燈絲的溫度分布較均勻，這有利于減少燈絲上的陰極材料的蒸發(fā)損耗。也就是說，電容作為燈絲電極的附屬結構，它既能改善燈管的啟動性能，也能延長燈管的使用壽命。
本發(fā)明是一項應用基礎性的技術，是一項關系到熒光燈管、霓紅燈管、紫外燈管的使用壽命的核心技術，它有廣泛的市場。本發(fā)明涉及的技術含量高，但技術難度低。因此，本發(fā)明是一項風險低價值大的技術。但是，本發(fā)明僅僅是應用基礎性技術，若將其轉化為生產力，必須與相關技術融合，進行二次技術開發(fā)。相關技術包括鎮(zhèn)流器，電容結構電極的制作設備及其工藝等，和其他新技術一樣，實現科技與經濟的密切結合，就應以技術協同發(fā)展為條件，實現供求協同的飛躍發(fā)展。如果在政府的大力支持下，順利實施本發(fā)明，不僅在我國獲得專利，而且在國外也獲得專利，那么，它將為我國創(chuàng)造大量的就業(yè)機會。就我國相關的科技資源和生產能力而言，實施本發(fā)明的關鍵不是風險投資的問題，而是管理問題。只要管理上解決好以成功為條件的投資信譽作擔保，讓有關部門、企事業(yè)單位齊心協力，達到共同發(fā)展為目的，實施本發(fā)明是不困難。
圖1實驗電路是將熒光燈管連接在直流鎮(zhèn)流器上。圖中1為電容(鎮(zhèn)流元件)，2為橋式鎮(zhèn)流器，3為8瓦直管熒光燈，4為22μF電容，5為100Ω電阻。
圖2實驗電路是將熒光燈的一極附加1個小的電容并將其連接在直流鎮(zhèn)流器上。圖中6是0.22μF電容，7是一圈導線。
權利要求
1．一種電容結構電極及其燈管和電路的設計方法，其技術特征是燈管的兩端電極為電容結構，電容的一極的金屬表面裸露在燈管內氣體中。電容的另一極的金屬表面及其導線的表面完全由絕緣膜覆蓋
2．按權利1要求所述的一種電容結構電極及其燈管和電路的設計方法，其技術特征是電容結構可以作為燈管燈絲電極的附屬結構，將裸露在燈管內氣體中的燈絲及其導線作為電容的一極，另封裝一片金屬，它的表面及其導線完全覆蓋絕緣膜，作為電容的另一極；
3．按權利1要求所述的一種電容結構電極及其燈管和電路的設計方法，其技術特征是燈管要求鎮(zhèn)流器提供交變電流，燈管電極的電容與鎮(zhèn)流器的輸出導線連接，構成電極電容充放電回路，鎮(zhèn)流器提供的交變電流應維持燈管電極電容中的氣體電極反應和輝光放電，燈管在電極電壓的交替變換時，使電極的電容的充放電過程能發(fā)射離子流和電子流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電容結構電極及其燈管和電路的設計方法。這種以電容結構為電極的燈管要求鎮(zhèn)流器提供交變電流。交變電流通過電極的電容時,燈管的電極極性為正時,電容的充放電發(fā)射正離子流,燈管的電極極性為負時,電容的充放電將發(fā)射電子流。這種燈管在使用時,電容結構的電極不存在器質性的損害,從而可以大幅提高燈管的使用壽命,電容結構也可以作為燈絲電極的附屬結構,它不僅可以改善燈管的啟動性能,而且可以延長燈管的使用壽命。
文檔編號H01J61/56GK1304166SQ99120128
公開日2001年7月18日 申請日期1999年12月15日 優(yōu)先權日1999年12月15日
發(fā)明者楊克讓 申請人:楊克讓