如何降低紫外线灯管的击穿电压呢？

01 灯丝温度

一、前言

  在昨天测试紫外线灯管击穿电压实验中， 灯丝没有加热。 对应的击穿电压为1308V， 如果将灯丝进行加热， 能够在多大程度上降低紫外线灯管的击穿电压呢？ 我们知道电子是从阴极发射的， 所以下面通过实验测试一下对于阴极灯丝加热之后， 紫外线灯管的击穿电压是多少。

二、灯丝特性

  使用万用表测量紫外线灯管两端的灯丝， 在室温下电阻不到1欧姆。 下面使用程控直流电源测试一下灯丝的电压-电流特性。 这是测量电路图， 通过逐步增加灯丝两端电压，查看灯丝工作状况。

▲ 图1.2.1 测试灯丝特性示意图

  这是手工将直流电源输出电压调整在4伏左右， 可以看到灯管的灯丝开始发红。 下面再让我们看看灯丝电压逐步上升的过程。 DH1766直流电源可以直接通过编程控制输出电压以及读取输出电流。 测量输出电压从0V上升到4V对应的灯丝工作电流。 可以看到电流上升分为两个阶段， 这两个阶段反映了灯丝在冷却和炽热状态下的电阻是不同的。 后面实验中选择灯丝供电电压3.5V的情况下， 重新测量紫外线灯管击穿电压的情况。

▲ 图1.2.2 灯管灯丝的伏安特性

三、击穿电压

  下面通过编程自动测量灯管在阴极灯丝加热的情况下， 灯管击穿的情况。 灯丝驱动电压为3.5V， 电流1.09A， 通过DH1766给高压模块提供输入电压， 控制高压模块输出高压。 这个过程与昨天测试的方式是一样的。 这里给出了测量结果， 青色数据线表示紫外线灯管两极之间的高压， 在1185V的时候突然下降，对应灯管击穿了。 这个电压比起昨天在灯丝室温情况下的1308V的电压下降了大约120V左右。

▲ 图1.3.1 阴极灯丝加热状态下击穿电压

  虽然紫外线灯管击穿电压只是略微下降，但是灯管发光却有了明显变化， 可以看到此时灯管中的紫色光柱所占的比例增加了。 紫光更靠近阴极灯丝。 这是昨天在灯丝低温下发光的情形，   这里对比一下灯丝加热状态下的区别。 可以看到明显灯丝在加热状态下紫外光更强了。这说明灯丝加热是提高灯管发光效率的方法。 另外在冷灯丝的情况下，阴极部分有荧光出现， 在加热状态下， 阴极没有荧光出现。

▲ 图1.3.2 灯丝在加热状态下一是室外下击穿后发光对比

  为了对比，重新在阴极灯丝为室温下测量紫外线灯管击穿电压， 对比灯丝在加热状态下的曲线， 两者基本上没有差别。 把两次测量中灯管高压曲线绘制在统一张图中， 比较明显，灯丝的加热会使得灯管击穿电压略微降低。 这是高压包工作电流，在一定程度上反映灯管的功率， 在灯丝加热后，灯管发光功率也是增加了。

▲ 图1.3.4 灯丝在室温和加热状态下紫外线灯管击穿电压

▲ 图1.3.5 灯丝在室温和加热状态下高压电源的工作电流

  下面研究一下灯丝阳极加热对于灯管击穿电压有何影响， 使用3.5V给灯管的阳极灯丝加热， 阴极仍然保持室温， 使用相同的方式测量灯管击穿的情况。 在灯管击穿之后，从外观上来看， 与阴极室温情况下灯管发光情况相同， 此时可以看到阳极发出白炽光， 阴极发出橘红色的荧光。 将灯管阴极加热、阴极室温以及阳极加热对应的灯管击穿电压曲线绘制在一起。 可以看到灯丝的温度对于灯管击穿电压有一定的影响。 令人想不到的是，阳极加热反而提高了紫外线灯管的击穿电压， 这与阴极灯丝加热的作用恰好相反。 对于这其中的物理原理，不知道谁能够帮助解释一下。

▲ 图1.3.6 阳极加热情况下灯管导通

▲ 图1.3.7 对比阴极加热与阳极加热对于击穿电压的影响

※ 总  结 ※

  本文通过实验研究了灯丝对于紫外线灯管击穿电压和发光的影响， 令人想不到的是，紫外线灯管阴极和阳极灯丝的加热， 对于灯管的击穿电压与发光影响是不同的。

审核编辑：刘清