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在1907年至1910年期间?科学家克洛德和林德发明了液态空气分馏。利用 这一发明?在霓虹灯内充入一定的惰性气体?这样就明显减缓了气体在灯管内部 的消耗速度?颜色也丰富了?可产生红、绿、蓝、黄等颜色。第二次世界大战前 夕?光致发光的材料被研制出来了。这种材料不仅能发出各种颜色的光?而且发 光效率也高?我们称之为荧光粉。荧光粉被应用在霓虹灯制作中后?霓虹灯的亮 度不仅有了明显提高?而且灯管的颜色也更加鲜艳夺目?变化多端?同时也简化 了制灯的工艺。故在第二世界大战结束后?霓虹灯得到了迅猛的发展。
1.3 霓虹灯的现状与发展
目前?霓虹灯市场上鱼龙混杂?有营业执照承接工程的单位只占市场的 30%?这类单位有独自的设计、制作、安装能力?信誉好、产品质量过关?后期 维护到位?是用户的首选单位。
第二类?没有营业执照挂靠其它单位?这类“单位”专业性不强?产品质量无 保证?后期维护不到位。
第三类?皮包公司?无任何证件、信誉和能力?打一枪换一地?产品质量和 后期维护根本谈不上。
霓虹灯是一个专业性比较强的行业?正规单位的产品质量好?寿命长。可正 是第二类和第三类公司扰乱霓虹灯市场?给用户的感觉霓虹灯容易坏。其实霓虹 灯的寿命比日光灯还长?为了您的利益?请选择有执照?有能力?有信誉的单位。
以前霓虹灯制造企业几乎全部用普通玻璃管、普通电极?随着人们对产品要 求的提高?高铅玻璃管、陶瓷环电极、三基色粉管?渐变彩虹霓虹灯正越来越广 泛的走向人们的生活?使人们的生活更加精彩、亮丽。霓虹灯以它斑斓夺目的色 彩、生动逼真的形态、耀眼夺目的照明为夜间城市的购物中心招徕顾客、文化娱 乐中心吸引游客营造气氛?给夜间城市的购物活动带来方便?给文化娱乐活动增 添情趣。霓虹灯营造了夜间城市的绚丽多姿和繁华?它已成为现代城市商业繁荣 的标志之一。
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第二章、霓虹灯变压器的设计
2.1霓虹灯的工作原理
霓虹灯采用正常辉光放电形式工作?具有辉光放电的基本特征?正离子轰击 阴极使阴极发射二次电子来维持放电?阴极电流主要由正离子所贡献。由于是正 常辉光放电?所以在一定的电流范围内? 阴极的电流密度不变?阴极位降不变。 阴极位降大约为100一20伏?为正离子加速提供能量。当外电源电路接通后?变 压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。能激发产生大量的电子。这些激 发出来的电子?在高电压电场中被加速?并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这 些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时?就能使气体原子发生电离而成为正离 子和电子?这就是气体的电离现象。带电粒子与气体原子之间的碰撞?多余的能 量就以光子的形式发射出来?这就完成了霓虹灯的发光点亮的整个过程。霓虹灯 的开关次数不影响使用寿命?适合制作广告背景扫描。
2.2霓虹灯的结构与部件
一般的商品用霓虹灯多采用冷阴极辉光放电形式工作。典型的冷阴极霓虹灯 结构如图2-2所示。由玻璃灯管、霓虹灯变压器、霓虹灯专用高压线等部分组成。
图2-2 霓虹灯的结构
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玻璃灯管根据要求弯制加工成直线状或异形曲线状的文字或图案。玻璃管主 要用来填充工作气体?限制放电区域?保持真空和透射光线。玻璃灯管以直径规 格分为:Ф6、Ф7、Ф8、Ф9、Ф10、Ф12、Ф15、Ф18、Ф20mm等;以玻璃材质分: 钠玻璃管(俗称石灰料玻璃管)及铅玻璃管<又称红丹料玻璃管)。钠玻璃管稳定性 差?受潮后极易变质、泛碱(风化)?牢度差易爆裂。目前国内大部分采用的是石 灰料即钠钙玻璃?与国外采用的红丹料玻璃即铅错玻璃质量相差较大?存在问题 为:采用的钠钙玻璃内氧化锰杂质含量过大;钠钙玻璃的化学稳定性差?玻璃表面 长期使用后的透明度降低?使灯的光衰加剧:玻璃中的纳原子向玻管的内表扩散? 溶入荧光粉晶体中?使荧光粉劣化;如果在弯制过程中加温过甚? 玻璃中的纳原 子析出与汞化合形成黑色的吸光纳汞齐膜?使荧光粉的光效率大为下降。铅玻璃 管其热性能、机械性能、电性能、化学稳定性能、真空性能和光学性能优于钠玻 璃?其耐候性、使用寿命大大超过钠玻璃。
玻璃管可以是透明的(俗称明管)?也可以是涂有荧光粉的(俗称粉管)?依据 所需获得光色而定。明管所充的工作气体通常为惰性气体?不同的惰性气体有其 不一样的发光光谱特性。以氖气最为常见?发红色光?此时氖气不仅参与放电? 而且也参与发光。粉管内涂各种规格荧光粉?内充氢气及少量金属汞?汞蒸激发 辐射2537埃紫外线?被荧光粉吸收而产生荧光?氛气作用提高光效降低着火电压。 在玻璃管两端各置一个金属电极?作为发射电子和收集电荷之用。常用电解铜或 镀镍铁制成圆锥形?有足够的发射面积?保证散热和降低阴极电位。电极要能经 受质量相当大的正离子轰击而不致升温过高?不熔化和减少阴极溅射。金属电极 外有云母片?其作用一是支撑电极?二是隔热?防止在真空除气过程中?电极升 温过高导致外玻璃管炸裂。电极作为霓虹灯管的核心部件?其质量与性能的优劣 将直接影响灯管的寿命。质量好的灯管除了对真空度有较高的技术要求外?更重 要的是必须有一对发射性能良好的电极?因为电极壳的表层通过轰击加热的过程 中?能形成一层非常有利于电子发射激活层。若在轰击中?完全丧失了这一激活 层?那么真空度再高?其寿命也不会超过1000小时的。实验也证明了灯管寿命不 是跟真空度成正比关系。霓虹灯的电极发射电子是由正子轰击阴极表面而产生二 次电子发射的。它取决于阴极的材质及阴极的表面状态。实验证明?当阴极表面 被其它单层低逸出功金属原子覆盖时?其二次电子发射系数变大?逸出功降低?
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发射性能好?溅射少。霓虹灯电极材料大都使用铜、铁、镀镍铁等金属制作的? 这些金属的逸出功较高?电子发射性能相对较差。如果灯管使用这些纯金属发射 电子势必造成其阴极压降大?阴极溅射得快?从而使灯管很快因溅射失效?特别 是铜电极溅射得更快。实验证明?纯金属容易溅散?但在金属表面氧化一层有益 的氧化膜或涂一层其它逸出功较低的金属或其氧化物?这样做可以大大降低其逸 出功的?提高了电子发射性能?从而减缓了阴极溅散?起到了延长灯管寿命的作 用。于是人们在制造电极时?大都把电极进行预处理。
常见的霓虹灯变压器有两种?漏磁变压器和电子变压器。漏磁变压器既是变 压器?与普通变压器有同样的结构?在铁芯上绕上初级和次级线圈?同样在铁芯 窗口的中间部位增加了一个普通变压器所没有的磁分路?这个磁分路用小的硅钢 片叠合而成?且与铁芯之间有空气隙?有意让铁芯中的磁通能通过这一分路漏出 铁芯。其作用相当于在变压器上安装了一个安全阀?当次级电流增加时?铁芯中 的磁通就会被这磁分路所旁路?只有少数磁通与次级线圈相联系?使次级的感应 电动势减小?从而使漏磁变压器获得了霓虹灯变压器所需的保持灯管电流不变的 特性。实际上?灯管的寿命与电极的性能和结构有着紧密的联系着的。漏磁变压 器通过长期的使用和改进?设计及制作工艺都已达到完善和成熟。它的性能可靠? 工作稳定?被广泛使用。漏磁式霓虹灯变压器功率高450vA ?重量大于10公斤? 虽然具有工作稳定可靠?负载能力强(可带1米到12米霓虹管)?但是漏磁变压器 需耗费大量的铜和钢?笨重且价高?安装困难?而且功率因数仅为0.5左右。在 电力资源日益紧张的今大?传统的漏磁式霓虹灯变压器正被能低、体积小、重量 轻的电子式霓虹灯变压器所取代。
电子式霓虹灯变压器一般6米的功耗不大于80W?12米的功耗不大于105W?大 型霓虹灯工程中能大幅度节约电力资源?且方便安装维护?但也有缺点?主要是 可靠性差、亮度低、恒流性能弱?其中以可靠性问题最为突出。电子变压器原理 并不复杂?所用之电经过整流滤波后得到 3OOV左右的直流电压?然后通过逆变 电路?将直流电转变为高频交流电?再经升压变压器升压到很高的电压供霓虹灯 启辉工作电路通常设置有保护电路?以保证霓虹灯管开路或短路等异常情况时电 路的安全。用电子技术制成的霓虹灯电子变压器?在霓虹灯工程中得到广泛应用?
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相当大范围内取代了传统的漏磁变压器。变压器通过霓虹灯专用高压绝缘线、杜 美丝与玻璃管内电极相连。常见的高压线有两种?一是普通高压线即塑料高压线? 这种高压线价格便宜?但塑料容易老化?室外使用不久塑料就要老化易引起拉火 等?安全性较差。另一种是硅橡胶绝缘高压线?是目前较理想的霓虹灯连接线? 安全性强?可靠性好。
2.3高可靠性霓虹灯的设计
针对霓虹灯电子变压器可靠性差的问题?本文从性价比及可靠性两方面研究 市场上逐渐成为主流的6到8米电子式霓虹灯变压器?主要考虑关键部件设计、器 件优选和易损器件的保护?以期提高可靠性和性价比。
电子变压器的线路及工作原理霓虹灯电子变压器电子线路见图2-3。
图2-3 霓虹灯电子变压器线路图
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