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    管壁厚度和方波电源频率对氯化氪准分子灯效率的影响(第2页)
    《照明工程学报》2010—2012年优秀论文评选 二等奖
    来源:照明工程学报 作者:庄晓波 朱绍龙 张善端 浏览:1926人次 发布:2013-08-16
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      本文介绍了基于介质阻挡放电( DBD) 的KrCl* 准分子灯的光谱、输入功率以及222nm 的辐射效率。KrCl* 准分子灯为同轴结构,内管内/ 外径为14 /16mm,外管外径为40mm,壁厚分别为1. 2,1. 5,2. 0mm。灯中充有1. 5 Torr 氯气(Cl2) 和148. 5 Torr 氪气(Kr) ,总气压为150 Torr。灯用方波电源来驱动。222nm 的辐射功率由Keitz 公式计算得出,而灯电功率则通过高压探头和电流互感器结合示波器测量得出。

      3 结果和讨论

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      3. 1 KrCl* 准分子灯的光谱

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      KrCl* 准分子灯光谱由CCD 光谱仪测得(OceanOptics HR4000 CG-UV-NIR) ,并用标准氘灯定标(Mikropack DH2000-CAL)。图5 是KrCl* 准分子灯在方波电源驱动下的光谱, 输入功率300W,它在200 ~ 1000nm 范围内只有222nm 这一根强线,且半值全宽度( FWHM) 为1. 73nm。在750 ~ 900nm 有几根弱的氪原子谱线。

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          3. 2 输入功率

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      方波电源功率300W 时,灯的电参数波形如图6所示,电压电流波形有一些阻尼振荡,电流比电压超前0. 18 μs。电压波形上升时间是0. 56 μs,频率是50 kHz。当功率从100W 到500W 逐步增大,电压的峰-峰值从6. 73 增大到11. 73kV, 电流有效值从0. 28 到0. 73 A 变化。准分子灯的丝状放电现象如图7 所示,放电丝围绕着环状放电间隙旋转,也就是说放电丝在一个地方产生,在另一个地方消失。而有些细丝从接高压电极的一端向另一端漂移。当功率低于300W 时,下部的放电丝明显比上部少,但当功率大于300W 时,下部细丝增多,从而使整个放电看上去比较均匀。大部分放电丝的形状是线状,但小部分丝在外管壁处有分叉。

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          3. 3 辐照度和辐射功率

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      (1) 辐照度随时间的变化

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      准分子灯的发光长度是32cm。灯在密封的房间内工作, 且没有采取任何冷却措施。在输入功率300W 时,用一热成像仪( Fluke IR FlexCam Ti45 )测量灯的管壁温度,10min 内稳定在约144℃,其热成像图如图8 所示。辐照度随时间的变化如图9 所示,当等离子体稳定后,管壁温度也趋向稳定。当灯被点亮后并逐步变热,辐照度会减少,这是因为形成KrCl* 准分子的反应系数在高温下减小。初始、最高、最低和稳定的辐照度值如表2 所示。稳定后的辐照度值与初始值之比Esta /E0 =0. 967,这表明方波电源的初始值非常接近稳定值,也就意味着在144℃ 下准分子的复合和离解系数与室温相比变化不大。

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      (2) 测量距离对Keitz 公式的影响

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      测量距离对辐射功率的影响如图10 所示。结果表明,从Keitz 公式计算得出的辐射功率在测量距离50,80,100cm 时变化很小( < 3% )。因此后面测量准分子灯效率时把灯与探头的距离固定在80cm。

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      3. 4 输入功率对效率的影响

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      根据3. 2 和3. 3 节所得到的数据,计算了3 种壁厚的KrCl* 准分子灯222nm 在方波电源驱动下5个设定功率的辐射效率。输入功率对辐射效率的影响如图11 所示。当功率大于200W,222nm 的辐射效率明显减小,这个趋势与Panchenko 等人[10]的结论相吻合。这种现象可以由形成KrCl* 准分子的反应动力学过程来解释。KrCl* 准分子的产生方式可以是氪离子、氯离子和中性原子之间的三体碰撞,

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      式中M 是三体碰撞粒子,可为原子、分子或者其他粒子。当功率增大时, 电流和电子浓度增加导致Kr* 的逐级电离和氯分子的减少。在150 Torr 这一相对较低的气压下, 占主导地位的形成机制是Harpooning 反应( 式5)。因为逐级电离导致Kr* 的减少和高能电子导致氯分子的解离,222nm 辐射将随着功率增大而减少,因此效率下降。

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      3. 5 频率对效率的影响

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      方波电源的频率对三种壁厚的KrCl* 准分子灯效率的影响如图12 ~ 图14 所示。对壁厚为1. 5 和2. 0mm 的KrCl* 准分子灯来说,频率对效率几乎没有影响。但对于1. 2mm 的KrCl* 准分子灯来说,70kHz 下工作更好,因为这时效率高。

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      3. 6 管壁厚度对效率的影响

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      如图11,图15 所示,壁厚为1. 2mm 的KrCl*准分子灯在方波电源驱动下有着最高的效率。原因可能是薄管壁使222nm 的辐射吸收小,并且在高频高压下介质热损耗小。透过率τ 可由下式得出:

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      式中n 是折射率,α 是吸收系数,t 是管壁厚度。对于GE 214 石英, n = 1. 491,α = 0. 65cm - 1 , 从式(6) 计算得出壁厚为1. 2,1. 5 和2. 0mm 的透过率分别为85. 4% ,83. 8% 和81. 1%。从表3 可以看出壁厚为1. 2 和1. 5mm 的石英管来说,计算得出和测量所得的透过率非常吻合,且都大于80%。但对于壁厚为2. 0mm 的石英管来说,透过率的计算值和测量值相差很大,可能因为其金属杂质、结构缺陷和羟基含量多一些。  

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      4 结论

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      本文研究了KrCl* 准分子灯的辐射特性。在方波电源( 重复频率40 ~ 70kHz) 的驱动下,随着功率的变大, 电压的峰-峰值从6. 73kV 增大到11. 73kV,电流有效值从0. 28A 到0. 73A 变化。放电丝围绕着环状放电间隙旋转, 当功率大于300W时,整个放电看上去比较均匀。1. 2mm 壁厚的KrCl* 准分子灯在频率40kHz, 功率200W 时,222nm 的辐射效率达到最佳值8. 1%。

    中国照明网技术论文:管壁厚度和方波电源频率对氯化氪准分子灯效率的影响[庄晓波 朱绍龙 张善端]
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    最新论文回贴及评论
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    中照网网友 在2021-1-11 9:45:39发表 
    可否提供诸玉华的联系方式?
    中照网网友 在2018-6-6 17:54:50发表 
    shiyong
    中照网网友 在2016-12-29 17:53:27发表 
    伟然科技照明
    中照网网友 在2016-6-2 11:44:56发表 
    这个确实是事实,可是国家一边为了照顾经济发展,一边又没有投入资金对企业进行辅导,确实让企业也茫然。是无奈还是放任,这需…
    中照网网友 在2016-5-19 11:36:38发表 
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