專利名稱：：真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種溫度計算方法，特別涉及一種真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法。
背景技術：
：真空熒光顯示器(VacuumFluorescentDisplay,簡稱VFD)是信息顯示學會SID(SocietyforInformationDisplay)、汽車工禾呈師協、會SAE(SocietyofAutomotiveEngineers)專門規(guī)定的術語，是一種從真空管發(fā)展而來的真空顯示器件。它利用陽極上熒光粉受電子轟擊而發(fā)光，是一種自身發(fā)光的顯示器件，具有體積小、視角廣、亮度高、壽命長、溫度適應范圍寬、易做成多色彩顯示；驅動電壓低、易與半導體集成電路匹配、可靠性高等特點，因此，在家電、電子衡器、儀器儀表、通信器材、OA等領域得到了廣泛的應用。VFD燈絲電壓C/,是為讓陰極溫度r上升到設定值，以獲得良好的熱電子發(fā)射。如燈絲電壓設定過高.電流或亮度并不隨之增加，反而因陰極溫度上升而加速鎢絲上的氧化物蒸發(fā)，同時也會污染熒光粉表面，使發(fā)光效率及亮度提早惡化而縮短產品壽命。相反如果使燈絲電壓過低，因陰極溫度下降而無法獲得充分又穩(wěn)定的熱電子發(fā)射，致使顯示品質劣化或燈絲電壓變動而使亮度不穩(wěn)定。另外，燈絲長時間在低的電壓條件下使用，會引起可靠性下降。燈絲溫度關系到VFD產品的合格率、可靠性以及壽命。因此，VFD設計之初，必須慎重考慮一定規(guī)格的燈絲在排氣、激活和老化等工藝過程的溫度控制，從而選擇相應的工作電壓。一般情況下，很難精確地測量燈絲在這些工藝過程中的實際溫度。目前根據產品工藝參數，憑著經驗，按長度來定電壓的方法來設計。
發(fā)明內容本發(fā)明是針對現有國內缺乏精確測試燈絲的方法問題，提出了一種真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法，針對真空熒光顯示器(VFD)燈絲溫度特性，給出了燈絲溫度特性的基本算法模型，建立VFD燈絲溫度特性計算對燈絲的選型(規(guī)格)、對燈絲排氣、激活和老化時的參數控制以及最優(yōu)選擇有指導意義，并為規(guī)范設計提供理論依據。本發(fā)明的技術方案為一種真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法，包括如下步驟-1)通過對真空熒光顯示器的五種燈絲規(guī)格進行大量試驗，采集每步燈絲電壓M7丌r2C/,下燈絲電流/,的實測數據，結合公式/^=10—、"^得到鎢絲電阻率P，利用公式r-(^nA,^^~、+r。7"計算得到燈絲溫度r，形成數據(r，^)，采用最小二乘法給出真空熒光顯示器五種型號下電阻率隨燈絲溫度變化的線性擬合公式；五種燈絲規(guī)格<table>complextableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2)根據公式F(r)-"rs+w^+cr+"o求出每步燈絲電壓下的燈絲溫度r，式中<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage6</formula>為燈絲涂覆層外徑，^單根燈絲剝落的長度，一般有4臓w,",，r。為燈絲周圍的溫度(一般指室溫r。=293.15/:);3)將2)得到的燈絲溫度r代入1)中電阻率隨燈絲溫度變化的線性擬合公式""r十/,得至IJ電阻率P;4)將3)得到電阻率線性公式中的參數"、代入公式<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage6</formula>計算得到燈絲電流/,。所述真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法中步驟2)中的燈絲溫度r在真空熒光顯示器各個工藝過程中燈絲溫度的范圍為[600尺,2000/:]，計算燈絲溫度r就相當于求解步驟2)中的燈絲溫度r公式在區(qū)間[600《，2000《]的一個根，首先考慮函數F(r)在所在區(qū)間的單調遞增性質，在擴大的區(qū)間[600《,2000《]范圍也單調遞增，則在區(qū)間[600《,2000《]上必有一根，即試驗數據所繪制的F(r)-r圖中曲線必與;c軸有一交點；其次在具體求解的過程中，采用牛頓迭代法或二分法來實現對步驟2)中的燈絲溫度r公式在指定區(qū)間內根的搜索。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法，為真空熒光顯示器(VFD)規(guī)范設計提供理論依據，對燈絲排氣、激活和老化時的參數控制以及最優(yōu)選擇有指導意義，從而提高VFD產品的合格率、可靠性以及壽命。圖1本發(fā)明真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法中燈絲內部結構示意圖。具體實施例方式真空熒光顯示器(VFD)燈絲溫度特性(主要包括鎢絲電阻率、燈絲電流、燈絲溫度)計算方法結合每步燈絲電壓下實測燈絲電流的數據，通過計算形成數據(T^)，采用最小二乘法給出VFD五種型號下電阻率^隨燈絲溫度r變化的線性擬合公式p-"r+z，基于以上方法，根據相應的燈絲規(guī)格、燈絲電壓、燈絲根數、涂覆層外徑、燈絲長度等參數，便可求出每步燈絲電壓下燈絲電流、鎢絲電阻率、燈絲溫度。一、鎢絲電阻率的確定通常情況下，鎢絲電阻率的計算公式為式中W為燈絲的根數，t/,為VFD燈絲兩段所加電壓，r為鎢絲的半徑，/,為燈絲電流，z為單根燈絲的長度。當測出每個燈絲電壓t/,下的燈絲電流/,時，可利用式(1)完成電阻率的計算。實際上，在VFD設計之初，不可能通過式(1)來計算電阻率，因為無法通過實驗測出燈絲電流。而電阻率是鎢絲的物理特性，主要隨著鎢絲的溫度r(/Q呈線性變化，對于VFD燈絲，實驗數據也證實了電阻率和溫度之間基本上成線性關系=(2)式中《、^為參數，對于同一種規(guī)格的燈絲，它們是常數。VFD燈絲的發(fā)射電流密度取決于它的溫度，因而精確地確定燈絲的溫度，對于保證燈絲的發(fā)射本領是必須的。以前往往通過實驗測量的方法求出燈絲的溫度分布。但由于溫度變化很劇烈，一般不易測準，采用計算的方法雖然要引入一些近似的假定，卻可為設計燈絲尺寸和加熱電源功率提供初始的數據。而且如果計算中所作的假定條件盡可能接近于實際，則所得結果的準確度可以相當好，因此仍不失為一種可取的途徑。VFD燈絲內部結構如圖l所示，包括內層為鉤絲l，外層為涂有氧化物的涂覆層2，燈絲的半徑很小，遠遠小于其長度，可作為一維簡化模型處理。此外，由于剝落層與燈絲的長度相比一般比較小，也就是冷端的長度相對比較小，因此，可認為整個燈絲溫度沿長度方向是均勻的。燈絲溫度取決于其熱平衡條件，即由熱輻射、對流等方式所散失的功率與加熱電流供給的功率，由于燈絲處于高真空環(huán)境中，由對流產生的熱耗散可以略去不計，因此，在穩(wěn)定狀態(tài)下達到平衡(由發(fā)射電子帶走的能量損耗很小，通?？梢院雎圆挥?，而只考慮熱輻射功率^與加熱功率S之間的平衡關系。在燈絲加熱條件下的工作溫度為r=(-^~+r04)1/4(3)式中《(在國家標準GB9586-88中)的取值建議為《=1.919x10-"m『/mm^4，d為燈絲涂覆層外徑，^單根燈絲剝落的長度，一般有4附m《A^6ww，r。為燈絲周圍的溫度(一般指室溫7;=293.15/0。通常情況下，燈絲的規(guī)格并不是直接用燈絲的線徑來區(qū)分，而且以長度為200mm的鴇芯絲的重量(單位MG)來區(qū)分燈絲的規(guī)格。這樣，通過對VFD常見的五種燈絲規(guī)格迸行大量試驗，測得每步燈絲電壓下力的燈絲電流/,，由式(1)和式(3)得到鎢絲電阻率和燈絲溫度，形成數據(r，A，最后利用最小二乘法來確定式(2)中的兩個參數，從而確定了電阻率隨溫度變化的線性公式，具體參數值見表1。因此，可以利用實驗所確定的^="7>-，來完成VFD燈絲設計之初對燈絲電流和燈絲溫度的計算，下面給出它們的具體計算公式。表lVFD五種規(guī)格下燈絲電阻率p與燈絲溫度r的關系式<table>complextableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>二、燈絲電流的計算在由實驗確定了電阻率和溫度線性公式(2)中的參數"、p之后，將式(2)代入式(1)中整理后得到<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(4)從式(4)不難得知，燈絲電流依賴于燈絲溫度的確定。三、燈絲溫度的計算由于VFD燈絲設計之初無法測量燈絲電流，這就必須給出不依賴于燈絲電流的溫度表達式，把式(4)代入式(3)可得到<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(5)顯然，溫度的計算公式(5)并非顯式表達式。將式(5)變換為<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(6)式中<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage10</formula>由于VFD在各個工藝過程中燈絲溫度的范圍為[600《，2000iq，所以，計算溫度r就相當于求解非線方程(6)在區(qū)間[600《，2000iq的一個根。需要說明的是1)考慮函數F(r)在所在區(qū)間的單調遞增性質，在擴大的區(qū)間[600《，2000幻范圍也單調遞增，則在區(qū)間[600《，2000/H上必有一根，試驗數據所繪制的^(r)-:r圖也證實了曲線必與;c軸有一交點；2)在具體求解的過程中，采用牛頓迭代法或二分法來實現對非線性方程(6)在指定區(qū)間內根的搜索。舉例說明1、VFD燈絲規(guī)格和對應燈絲規(guī)格下VFD型號的選擇選擇VFD的燈絲規(guī)格為0.64MG;對應該燈絲規(guī)格下的VFD型號為20-0815N。2、燈絲相關計算參數該VFD型號燈絲根數W為4;燈絲長度^為63.3mm;涂覆層外徑d為30//m。3、燈絲溫度r、電阻率p和燈絲電流/,的確定給定燈絲電壓^的初始值3.0V、終止值15V和步長1.0V，由式(6)求出每步燈絲電壓下的燈絲溫度r，將燈絲溫度r分別代入式(2)并結合表1便可得到鎢絲電阻率^，然后將燈絲溫度r代入式(4)可計算出燈絲電流/,，具體結果如下表所示。表2輸出結果:<table>complextableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>complextableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權利要求1、一種真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法，其特征在于，所述燈絲溫度特性計算方法包括如下步驟1)通過對真空熒光顯示器的五種燈絲規(guī)格進行大量試驗，采集每步燈絲電壓Uf下燈絲電流If的實測數據，結合公式<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>ρ</mi><mo>=</mo><msup><mn>10</mn><mrow><mo>-</mo><mn>6</mn></mrow></msup><mo>×</mo><mfrac><mrow><msub><mi>NU</mi><mi>f</mi></msub><msup><mi>πr</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msub><mi>I</mi><mi>f</mi></msub><mi>L</mi></mrow></mfrac></mrow>]]></math>id="icf0001"file="A2008100422390002C1.tif"wi="35"he="12"top="63"left="107"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>得到鎢絲電阻率ρ，利用公式id="icf0002"file="A2008100422390002C2.tif"wi="53"he="11"top="80"left="41"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>計算得到燈絲溫度T，形成數據(T，ρ)，采用最小二乘法給出真空熒光顯示器五種型號下電阻率隨燈絲溫度變化的線性擬合公式；<tablesid="tabl0001"num="0001"><table><tgroupcols="2"><colspeccolname="c001"colwidth="29%"/><colspeccolname="c002"colwidth="71%"/><thead></column></row><row><column><entrymorerows="1">五種燈絲規(guī)格</entry><entrymorerows="1">ρ＝αT+β線性擬合公式</entry></column></row></thead><tbody></column></row><row><column><entrymorerows="1">0.42MG</entry><entrymorerows="1">ρ＝3.0602×10-10T+1.3978×10-8</entry></column></row></column></row><row><column><entrymorerows="1">0.64MG</entry><entrymorerows="1">ρ＝3.1324×10-10T+1.5078×10-9</entry></column></row></column></row><row><column><entrymorerows="1">0.72MG</entry><entrymorerows="1">ρ＝3.0347×10-10T+5.3790×10-9</entry></column></row></column></row><row><column><entrymorerows="1">0.80MG</entry><entrymorerows="1">ρ＝3.1754×10-10T+1.0055×10-8</entry></column></row></column></row><row><column><entrymorerows="1">1.00MG</entry><entrymorerows="1">ρ＝3.0567×10-10T+8.3096×10-9</entry></column></row></tbody></tgroup></column></row><table></tables>2)根據公式F(T)＝aT5+bT4+cT+d＝0求出每步燈絲電壓下的燈絲溫度T，式中a＝q□d□L(L-Ld)□a，b＝a□β/α，id="icf0003"file="A2008100422390002C3.tif"wi="18"he="5"top="213"left="96"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>id="icf0004"file="A2008100422390002C4.tif"wi="44"he="5"top="213"left="119"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>q＝1.919×10-11mW/mm2K4，d為燈絲涂覆層外徑，Ld單根燈絲剝落的長度，一般有4mm≤Ld≤6mm，T0為燈絲周圍的溫度(一般指室溫T0＝293.15K)；3)將2)得到的燈絲溫度T代入1)中電阻率隨燈絲溫度變化的線性擬合公式ρ＝αT+β，得至電阻率ρ；4)將3)得到電阻率線性公式中的參數α、β代入公式<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>I</mi><mi>f</mi></msub><mo>=</mo><msup><mn>10</mn><mrow><mo>-</mo><mn>6</mn></mrow></msup><mo>×</mo><mfrac><mrow><msub><mi>NU</mi><mi>f</mi></msub><mi>π</mi><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mi>αT</mi><mo>+</mo><mi>β</mi><mo>)</mo></mrow><mi>L</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0005"file="A2008100422390003C1.tif"wi="41"he="11"top="30"left="142"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>計算得到燈絲電流If。2、根據權力要求1所述真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法，其特征在于，所述真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法中步驟2)中的燈絲溫度T在真空熒光顯示器各個工藝過程中燈絲溫度的范圍為[600K，2000K]，計算燈絲溫度T就相當于求解步驟2)中的燈絲溫度T公式在區(qū)間[600K，2000K]的一個根，首先考慮函數F(r)在所在區(qū)間的單調遞增性質，在擴大的區(qū)間[600K，2000K]范圍也單調遞增，則在區(qū)間[600K，2000K]上必有一根，即試驗數據所繪制的F(r)-r圖中曲線必與x軸有一交點；其次在具體求解的過程中，采用牛頓迭代法或二分法來實現對步驟2)中的燈絲溫度r公式在指定區(qū)間內根的搜索。全文摘要本發(fā)明涉及一種真空熒光顯示器燈絲溫度特性計算方法，針對真空熒光顯示器(VFD)燈絲溫度特性(主要包括鎢絲電阻率、燈絲電流、燈絲溫度)，給出了燈絲溫度特性的基本算法模型。結合每步燈絲電壓下實測燈絲電流的數據，通過計算形成數據(T，ρ)，采用最小二乘法給出VFD五種型號下電阻率ρ隨燈絲溫度T變化的線性擬合公式。通過實驗確定的電阻率線性公式ρ＝αT+β，最終實現每步燈絲電壓下燈絲溫度T、電阻率ρ以及燈絲電流I<sub>f</sub>的計算。為真空熒光顯示器(VFD)規(guī)范設計提供理論依據，對燈絲排氣、激活和老化時的參數控制以及最優(yōu)選擇有指導意義，從而提高VFD產品的合格率、可靠性以及壽命。文檔編號G01K7/00GK101344553SQ200810042239公開日2009年1月14日申請日期2008年8月29日優(yōu)先權日2008年8月29日發(fā)明者張建平申請人:上海電力學院