Приветсвуем посетителей нашего сайта. Подходит к концу цикл статей о лампах накачки. На этот раз рассматриваются наиболее актуальные вопросы для пользователя - срок службы ламп, алгоритм выбора лампы под конкретную задачу.
Срок жизни импульсных ламп
Не существует надежного способа предсказать срок службы лампы. При высоких энергиях накачки срок жизни лампы в основном определяется механической прочностью кварцевой колбы и деструкцией колбы из-за испарения кварца. При высоких энергиях удовлетворительную точность при оценке срока службы лампы дает выражение:
(20) - число импульсов до выхода лампы из строя, где - рабочая энергия, Дж.
(21) - энергия, при которой лампы выходит из строя, Дж.
(22) - константа импульса взрыва лампы, где - 1/3 длительности импульса (с), - длина дуги (см), - внутренний диаметр лампы, (см), - коэффициент прозрачности кварца:
- при d<8мм;
- при d=10-12мм;
- при d>13мм.
Пример расчета срока жизни:
Импульсы | % |
0.58 | |
0.44 | |
0.33 | |
0.26 | |
0.197 |
Табл. 3. Срок жизни лампы в импульсах для режимов с высокой мощностью вспышки
При малых энергиях вспышки срок жизни лампы преимущественно определяется электродными эффектами, в основном испарением материала катода. Испаренный металл осаждается на внутренней поверхности колбы, снижая прозрачность колбы, что в свою очередь приводит к увеличению потерь. Использование выражения (20) приводит к сильному преувеличению ожидаемого срока жизни ламп с малыми энергиями работы. При коэффициенте нагрузки <0.197, следует ожидать срок службы порядка импульсов. Нет способа более точной оценки, кроме экспериментальных исследований с конкретной лампой при конкретных условиях. Большие пиковые токи значительно снижает ресурс лампы. Токи плотностью более 4000 приводят к эрозии материала колбы.
Для продления ресурса лампы при малых длительностях импульса накачки следует особое внимание уделять электрической схеме питания лампы. Быстро нарастающий фронт электрического импульса приводит к возникновению ударной волны, которая разрушает коблу лампы, скорость нарастания тока не должна превосходить значения 100 . Следует очень внимательно подходить к проектирования систем с короткими импульсами.
Использование симмера позволяет существенно увеличить срок службы лампы в любом режиме, особенно в режиме с короткими импульсами накачки.
Время жизни дуговой лампы
Для дуговой лампы характерны высокие температурные нагрузки на анод и малые пиковые токи. Материал анода распыляется и осаждается на колбе, уменьшая срок жизни лампы. Для снижения эрозии катода следует проектировать схему питания лампы так, чтобы пички тока не превосходили 1-2% от рабочего значения. Также следует свести количество циклов поджига к минимуму, т.е. весьма желательно использовать симмер.
Срок жизни дуговой лампы исчисляется в часах, а не в количестве импульсов. Обычно проводят статистические испытания ламп одного типа и определяют среднее значение срока службы в часах при номинальных параметрах. Как правило, дается несколько значений срока службы (для различной электрической мощности, подводимой к лампе).
Выбор импульсной лампы
При заданных энергии импульса, длительности импульса, длине дуги и ресурсе лампы, рассчитывается внутренний диаметр лампы, которая сможет обеспечить все предоставленные требования.
(23) ,
(24) ,
(25) - внутренний диаметр лампы (мм), где - длина дуги лампы (мм).
Сначала рассчитывается энергия взрыва лампы, затем считается константа импульса взрыва, вычисляется диаметр лампы, полученное значение округляется в большую сторону.
Выделяемая мощность и охлаждение
Для надлежащей работы лампы следует определить тип требуемого охлаждения. Для этого рассчитывается средняя выделяемая мощность и плотность мощности в материале колбы.
(26) - средняя мощность (Вт).
(27) - плотность мощности в материале колбы (), где - частота следования импульсов (Гц), - внутренний диаметр лампы (см), - длина дуги (см).
Затем по данным приведенным выше выбирают тип охлаждения: – конвекционное воздушное, - воздушное принудительное, - водяное. Плотность мощности в материале колбы в рабочих условиях должна быть меньше предела плотности материала (для чистого кварца трубки толщиной 0.5мм - 320 Вт/см^2).