Gaz dolu tüp - Gas-filled tube

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Bir kompakt bir florasan lamba gaz ile doldurulmuş bir tüpün bir ev uygulamasıdır

Bir gazla doldurulmuş tüp de yaygın bir şekilde bilinmektedir, deşarj tüpü ya da eskiden bir şekilde plucker tüp , bir düzenlemedir elektrotlar bir de gaz bir mesafede olan yalıtıcı , sıcaklığa dayanıklı bir zarf . Gazla doldurulmuş tüpler , gazlardaki elektrik boşalmasıyla ilgili olaylardan yararlanır ve gazı , Townsend deşarjının altında yatan fenomen tarafından elektriksel iletime neden olmaya yetecek kadar uygulanan bir voltajla iyonize ederek çalışır . Bir gaz deşarj lambası , gazla doldurulmuş bir tüp kullanan bir elektrik ışığıdır ; bunlara floresan lambalar , metal halide lambalar , sodyum buharlı lambalar ve neon ışıklar dahildir . Elektrikli cihazlarda anahtarlama cihazları olarak krytron , tiratron ve ignitron gibi özel gazla doldurulmuş tüpler kullanılır.

Deşarjı başlatmak ve sürdürmek için gereken voltaj , doldurma gazının basıncına ve bileşimine ve tüpün geometrisine bağlıdır. Zarf tipik olarak cam olsa da, güç tüpleri genellikle seramik kullanır ve askeri tüpler genellikle cam kaplı metal kullanır. Hem sıcak katot hem de soğuk katot tipi cihazlarla karşılaşılır.

Kullanılan gazlar

Hidrojen

Hidrojen , çok dik kenarların gerekli olduğu bazı tiratronlar , dekatronlar ve kritronlar gibi çok hızlı geçiş için kullanılan tüplerde kullanılır . Hidrojenin birikme ve geri kazanım süreleri diğer gazlara göre çok daha kısadır. Hidrojen tiratronları genellikle sıcak katottur. Hidrojen (ve döteryum), bir yardımcı filaman ile ısıtılmış bir metal hidrit formunda tüp içinde depolanabilir ; Bu tür depolama elemanının ısıtılmasıyla hidrojen, temizlenmiş gazı doldurmak ve hatta belirli bir voltajda bir tiratron işlemi için gerektiği gibi basıncı ayarlamak için kullanılabilir.

Döteryum

Döteryum , ultraviyole spektroskopi için ultraviyole lambalarda , nötron jeneratör tüplerinde ve özel tüplerde (örneğin, crossatron ) kullanılır. Hidrojenden daha yüksek kırılma voltajına sahiptir. Hızlı anahtarlamalı tüplerde, yüksek voltajlı çalışmanın gerekli olduğu yerlerde hidrojen yerine kullanılır. Karşılaştırma için, hidrojenle doldurulmuş CX1140 tiratronun anot voltaj derecesi 25 kV iken döteryum dolu ve başka şekilde aynı olan CX1159 33 kV'ye sahiptir. Ayrıca, aynı voltajda döteryumun basıncı hidrojenden daha yüksek olabilir ve aşırı anot dağılımına neden olmadan önce akımın yükselme oranlarının daha yüksek olmasına izin verir. Önemli ölçüde daha yüksek tepe güçleri elde edilebilir. Bununla birlikte, iyileşme süresi hidrojenden yaklaşık% 40 daha yavaştır.

soy gazlar

Soy gaz deşarj tüpleri; soldan sağa: helyum , neon , argon , kripton , ksenon

Soy gazlar , aydınlatmadan anahtarlamaya kadar birçok amaç için tüplerde sıklıkla kullanılır. Anahtarlama tüplerinde saf soy gazlar kullanılır. Soygazla doldurulmuş tiratronlar, cıva bazlı olanlardan daha iyi elektriksel parametrelere sahiptir. Elektrotlar, yüksek hızlı iyonlar tarafından hasar görür. Gazın nötr atomları çarpışmalarla iyonları yavaşlatır ve iyon çarpmasıyla elektrotlara aktarılan enerjiyi azaltır. Ksenon gibi yüksek molekül ağırlıklı gazlar elektrotları daha hafif olanlardan daha iyi korur, örneğin neon.

  • Helyum , helyum-neon lazerlerde ve yüksek akımlar ve yüksek voltajlar için derecelendirilmiş bazı tiratronlarda kullanılır. Helyum, hidrojen kadar kısa deiyonizasyon süresi sağlar, ancak daha düşük gerilime dayanabilir, bu nedenle çok daha az kullanılır.
  • Neon , düşük ateşleme voltajına sahiptir ve genellikle düşük voltajlı tüplerde kullanılır. Neondaki deşarj nispeten parlak kırmızı ışık yayar; bu nedenle neon dolgulu anahtarlama tüpleri, açıldığında kırmızı renkte parlayan gösterge görevi görür. Bu, hem sayaç hem de gösterge görevi gören dekatron tüplerde kullanılmaktadır . Kırmızı ışığı neon tabelalarda kullanılıyor . Endüstriyel aydınlatma tüpleri gibi yüksek güçlü ve kısa uzunluğa sahip floresan tüplerde kullanılır . Argon ve kriptona göre daha yüksek voltaj düşüşüne sahiptir. Düşük atomik kütlesi, elektrotlara hızlandırılmış iyonlara karşı çok az koruma sağlar; anot ömrünü uzatmak için ek ekranlama telleri veya plakaları kullanılabilir. Floresan tüplerde civa ile kombinasyon halinde kullanılır.
  • Argon , floresan tüplerde kullanılan ilk gazdı ve düşük maliyeti, yüksek verimliliği ve çok düşük vuruş voltajı nedeniyle hala sıklıkla kullanılmaktadır. Floresan tüplerde civa ile kombinasyon halinde kullanılır. İlk redresör tüplerinde de kullanıldı ; ilk tiratronlar bu tür argon dolu tüplerden türetilmiştir.
  • Kripton , argon yerine floresan lambalarda kullanılabilir; bu uygulamada elektrotlardaki toplam enerji kayıplarını yaklaşık% 15'ten% 7'ye düşürür. Bununla birlikte, lamba uzunluğu başına voltaj düşüşü, daha küçük tüp çapı ile telafi edilebilen argon ile olduğundan daha düşüktür. Kripton dolu lambalar ayrıca daha yüksek başlatma voltajı gerektirir; bu, örneğin% 25-% 75 argon-kripton karışımı kullanılarak hafifletilebilir. Floresan tüplerde civa ile birlikte kullanılır.
  • Ksenon saf halde yüksek gerilim şalt tüplerde yararlı hale yüksek dayanma gerilimine sahiptir. Ksenon ayrıca ultraviyole radyasyon üretimi gerektiğinde, örneğin plazma ekranlarda , genellikle bir fosforu harekete geçirmek için gaz karışımlarının bir bileşeni olarak kullanılır . Üretilen dalga boyu argon ve kriptondan daha uzundur ve fosforlara daha iyi nüfuz eder. İyonizasyon voltajını düşürmek için neon-ksenon veya helyum-ksenon kullanılır; 350  Torr'un (47  kPa ) üzerinde, helyumun kırılma voltajı neondan daha düşüktür ve bunun tersi de geçerlidir. % 1 ve daha az ksenon konsantrasyonlarında, bu tür karışımlarda Penning etkisi önemli hale gelir, çünkü ksenon iyonlaşmasının çoğu diğer asal gazın uyarılmış atomları ile çarpışma sonucu meydana gelir; Ksenonun birkaç yüzdesinin üzerinde olduğunda deşarj, elektronların çoğu enerjisinin ksenonun doğrudan iyonlaşması için harcanması nedeniyle ksenonu doğrudan iyonize eder.
  • Radon , soylu bir gaz olmasına rağmen, tehlikeli derecede radyoaktiftir ve en kararlı izotopunun yarı ömrü dört günden azdır. Sonuç olarak elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmamaktadır.
  • Daha düşük iyonizasyon voltajının gerekli olduğu yerlerde, örneğin neon lambalarda , Geiger-Müller tüplerinde ve diğer gazla doldurulmuş partikül dedektörlerinde perdeleme karışımları kullanılır . Klasik bir kombinasyon, neon ampullerde ve monokrom plazma ekranlarda kullanılan,% 0,5-2 argon içeren neonun yaklaşık% 98-99,5'idir .

Elementel buharlar (metaller ve ametaller)

  • Cıva buharları, ışıklar, cıva ark valfleri , ateşleyiciler gibi yüksek akımlı uygulamalarda kullanılır . Cıva, yüksek buhar basıncı ve düşük iyonlaşma potansiyeli nedeniyle kullanılmaktadır. İnert bir gazla karıştırılmış cıva, tüpteki enerji kayıplarının düşük olması ve tüp ömrünün uzun olması gerektiğinde kullanılır. Cıva etkisiz gaz karışımlarında, deşarj ilk olarak asal gaz tarafından taşınır; açığa çıkan ısı daha sonra istenen buhar basıncına ulaşmak için yeterince civanın buharlaşmasına hizmet eder. Düşük voltajlı (yüzlerce volt) redresörler, az miktarda inert gazla birlikte doymuş cıva buharı kullanarak tüplerin soğuk başlamasına izin verir. Yüksek voltajlı (kilovoltlar ve daha fazlası) redresörlerde, tüpün maksimum sıcaklığının korunmasını gerektiren, düşük basınçta saf cıva buharı kullanılır. Sıvı cıva, deşarj sırasında kullanılan buharları yenileyerek bir cıva rezervuarı görevi görür. Doymamış cıva buharı kullanılabilir ancak yeniden doldurulamadığı için bu tür tüplerin kullanım ömrü daha düşüktür. Buhar basıncının cıva sıcaklığına güçlü bağımlılığı, cıva bazlı tüplerin çalışabileceği ortamları sınırlar. Düşük basınçlı cıva lambalarda, en yüksek verimlilik için optimum cıva basıncı vardır. İyonize cıva atomları tarafından yayılan fotonlar yakındaki iyonlaşmamış atomlar tarafından emilebilir ve ya yeniden ışınlanabilir ya da atom radyasyonsuz olarak uyarılabilir, çok yüksek cıva basıncı bu nedenle ışık kayıplarına neden olur. Çok düşük cıva basıncı, iyonize olmak ve fotonları yaymak için çok az sayıda atom bulunmasına neden olur. Düşük basınçlı cıva lambaları için optimum sıcaklık, cıvanın doymuş buhar basıncı (temizleme yoluyla kayıpları telafi eden bir rezervuar olarak tüpte yaklaşık 1 mg sıvı cıva düşüşü olarak bulunur) yaklaşık 42 ° C'dir. bu optimuma ulaşır. Daha yüksek ortam sıcaklıklarında ve daha geniş bir sıcaklık aralığında çalışması amaçlanan lambalarda cıva, örneğin bizmut ve indiyum ile bir amalgam formunda mevcuttur ; amalgamın üzerindeki buhar basıncı, sıvı civadan daha düşüktür. Cıva, fosforu uyarmak için floresan tüplerde görünür ve ultraviyole ışık kaynağı olarak kullanılır ; bu uygulamada genellikle argon ile veya bazı durumlarda kripton veya neon ile birlikte kullanılır. Cıva iyonları yavaş yavaş deiyonize olur ve cıva dolu tiratronların geçiş hızını sınırlar. Nispeten düşük enerjili cıva iyonlarıyla iyon bombardımanı, ayrıca oksit kaplı katotları kademeli olarak yok eder.
  • Sodyum buharlı lambalarda sodyum buharı kullanılır .
  • Kükürt lambalarda kükürt buharları kullanılır .
  • Tek başına ya da bir arada, bir soy gaz ile bir çok metal buharı çok kullanılan lazerlerin .

Diğer gazlar

Deşarj tüplerindeki diğer gazlar; soldan sağa: hidrojen , döteryum , nitrojen , oksijen , cıva

İzolasyon gazları

Özel durumlarda (örneğin, yüksek voltaj anahtarları), iyi dielektrik özelliklere ve çok yüksek kırılma voltajlarına sahip gazlara ihtiyaç vardır. Deşarj kanalında bulunan iyonlarla hızla yeniden birleştikleri için, yüksek derecede elektronegatif elemanlar, örneğin halojenler tercih edilmektedir. En popüler seçeneklerden biri , özel yüksek voltaj uygulamalarında kullanılan sülfür hekzaflorürdür . Diğer yaygın seçenekler kuru basınçlı nitrojen ve halokarbonlardır .

Gaz tüpü fiziği ve teknolojisi

1 Torr'da (130 Pa) neon elektrik deşarjının voltaj-akım özellikleri, 50 cm aralıklı iki düzlemsel elektrot ile.
A: kozmik radyasyonla rastgele darbeler
B: doygunluk akımı
C: çığ Townsend deşarjı
D: kendi kendine devam eden Townsend deşarjı
E: kararsız bölge: korona deşarjı
F: normalin altında ışıma deşarjı
G: normal ışıma deşarjı
H: anormal ışıma deşarjı
I: kararsız bölge: akkor ark geçişi
J: elektrik arkı
K: elektrik arkı
AD bölgesi karanlık deşarj olarak adlandırılır; bir miktar iyonlaşma var, ancak akım 10 mikroamperin altında ve önemli miktarda radyasyon üretilmiyor.
DG bölgesi, negatif bir diferansiyel direnç sergiler
. FH bölgesi, bir akkor deşarj bölgesidir; plazma, tüpün neredeyse tüm hacmini kaplayan zayıf bir ışıltı yayar; ışığın çoğu uyarılmış nötr atomlar tarafından yayılır.
IK bölgesi, ark boşalmasının bir bölgesidir; plazma, tüpün merkezi boyunca dar bir kanalda yoğunlaşır; büyük miktarda radyasyon üretilir.

Temel mekanizma, gaz yoğunluğu için kritik bir elektrik alan kuvveti değerine ulaşıldığında elektron akışının iyon etkisiyle sürekli çarpımı olan Townsend deşarjıdır. Elektrik alanı arttıkça, eşlik eden grafikte gösterildiği gibi çeşitli deşarj aşamalarıyla karşılaşılır. Kullanılan gaz, tüpün parametrelerini önemli ölçüde etkiler. Arıza gerilimi, gaz bileşimine ve elektrot mesafesine bağlıdır; bağımlılıklar Paschen yasası tarafından tanımlanmıştır .

Gaz basıncı

Gaz basıncı 0,001 ile 1,000 Torr (0,13-130,000 Pa) arasında değişebilir; en yaygın olarak 1-10 torr arasındaki basınçlar kullanılır. Gaz basıncı aşağıdaki faktörleri etkiler:

  • arıza voltajı (ateşleme voltajı da denir)
  • akım yoğunluğu
  • çalışma gerilimi
  • geri tepme gerilimi
  • tüp ömrü (düşük basınçlı tüpler, gazın tükenmesi nedeniyle daha kısa ömre sahip olma eğilimindedir)
  • katot püskürtme , yüksek basınçlarda azaltılır

Belirli bir değerin üzerinde, gaz basıncı ne kadar yüksekse ateşleme voltajı o kadar yüksek olur. Yüksek basınçlı aydınlatma tüpleri, soğukken, gaz basıncı düşük olduğunda ateşleme için birkaç kilovolt impuls gerektirebilir. Isındıktan sonra, ışık yayımı için kullanılan uçucu bileşik buharlaştığında ve basınç arttığında, deşarjın yeniden tutuşması ya önemli ölçüde daha yüksek voltaj gerektirir ya da lambayı soğutarak iç basıncı düşürür. Örneğin, birçok sodyum buharlı lamba kapatıldıktan hemen sonra yeniden yakılamaz; tekrar yakılmadan önce soğumaları gerekir.

Gaz, tüp operasyonu sırasında topluca temizleme adı verilen birkaç fenomen tarafından tüketilme eğilimindedir . Gaz atomları veya molekülleri , elektrotların yüzeylerine adsorbe edilir . Yüksek voltajlı tüplerde, hızlandırılmış iyonlar elektrot malzemelerine nüfuz edebilir. Elektrotların püskürtülmesi ile oluşturulan ve örneğin tüpün iç yüzeylerinde biriken yeni yüzeyler de gazları kolayca adsorbe eder. İnert olmayan gazlar da tüp bileşenleriyle kimyasal olarak reaksiyona girebilir. Hidrojen bazı metallerden geçebilir.

Vakum tüplerindeki gazın uzaklaştırılması için alıcılar kullanılır. Gazla doldurulmuş tüplere gaz ikmali için , ikmal maddeleri kullanılır. En yaygın olarak, ikmal maddeleri hidrojen ile kullanılır; Tüpte hidrojen emici bir metalden (örneğin zirkonyum veya titanyum) yapılmış bir filaman mevcuttur ve sıcaklığının kontrol edilmesiyle emilen ve desorbe edilen hidrojenin oranı ayarlanarak tüpteki hidrojen basıncının kontrol edilmesi sağlanır. Metal lif, bir hidrojen deposu görevi görür. Bu yaklaşım, örneğin hidrojen tiratronlarda veya nötron tüplerinde kullanılır. Doymuş cıva buharının kullanımı, büyük bir malzeme deposu olarak bir sıvı cıva havuzunun kullanılmasına izin verir; temizleme ile kaybedilen atomlar, daha fazla cıvanın buharlaşmasıyla otomatik olarak yenilenir. Bununla birlikte, tüpteki basınç, dikkatle kontrol edilmesi gereken cıva sıcaklığına büyük ölçüde bağlıdır.

Büyük redresörler, az miktarda inert gaz içeren doymuş cıva buharı kullanır. İnert gaz, tüp soğukken deşarjı destekler.

Cıva ark valfinin akım-voltaj özellikleri büyük ölçüde sıvı cıvanın sıcaklığına bağlıdır. İleri öngerilimdeki voltaj düşüşü, 0 ° C'de yaklaşık 60 volttan 50 ° C'de 10 voltun biraz üzerine düşer ve ardından sabit kalır; ters öngerilim kırılma ("ark geri") voltajı, sıcaklıkla önemli ölçüde düşer; 60 ° C'de 36 kV'den 80 ° C'de 12 kV'ye, daha yüksek sıcaklıklarda daha da azına. Bu nedenle çalışma aralığı genellikle 18–65 ° C arasındadır.

Gaz saflığı

Tüpteki gazın istenen özelliklerin korunması için saf tutulması gerekir; az miktarda yabancı madde bile tüp değerlerini önemli ölçüde değiştirebilir; İnert olmayan gazların varlığı genellikle bozulma ve yanma voltajlarını artırır. Gazın ışıma rengindeki değişikliklerle safsızlıkların varlığı gözlemlenebilir. Tüpün içine sızan hava, yüksek oranda elektronegatif olan ve elektron çığlarının üretimini engelleyen oksijen verir. Bu, akıntının soluk, sütlü veya kırmızımsı görünmesine neden olur. Cıva buharı izleri mavimsi parlayarak orijinal gaz rengini gizler. Magnezyum buharı deşarjı yeşile boyar. Çalışma sırasında boru bileşenlerinin dışarı çıkmasını önlemek için , gazla doldurmadan ve sızdırmaz hale getirmeden önce bir pişirme gereklidir. Yüksek kaliteli tüpler için kapsamlı gaz giderme gereklidir;  Elektrotların monomoleküler oksit tabakasıyla birkaç saat içinde kaplanması için 10 −8 torr (≈1 μPa) kadar az oksijen bile yeterlidir. İnert olmayan gazlar uygun alıcılar ile uzaklaştırılabilir . cıva içeren tüpler için cıva ile amalgam oluşturmayan alıcılar (örn. zirkonyum , ancak baryum değil ) kullanılmalıdır. Katot püskürtme, inert olmayan gazları almak için kasıtlı olarak kullanılabilir; bazı referans tüpleri bu amaçla molibden katotları kullanır .

Ateşleme voltajı ile yanma voltajı arasındaki farkın yüksek olması gereken durumlarda saf inert gazlar kullanılır, örneğin, tüpleri değiştirirken. Farkın daha düşük olması gereken endikasyon ve stabilizasyon tüpleri, Penning karışımları ile doldurulma eğilimindedir ; ateşleme ve yanma gerilimleri arasındaki düşük fark, daha düşük güç kaynağı gerilimlerinin ve daha küçük seri dirençlerin kullanılmasına izin verir.

Gazla dolu tüpleri aydınlatma ve sergileme

Floresan aydınlatma , CFL lambalar , cıva ve sodyum deşarjlı lambalar ve HID lambalar , aydınlatma için kullanılan gazla dolu tüplerdir.

Neon lambalar ve neon tabelalar (bugünlerde çoğu neon temelli değildir) da düşük basınçlı gazla doldurulmuş tüplerdir.

Özelleştirilmiş tarihi düşük basınçlı gazla doldurulmuş tüp cihazları arasında Nixie tüpü (sayıları görüntülemek için kullanılır) ve Decatron (ikincil bir işlev olarak ekranlı darbeleri saymak veya bölmek için kullanılır) bulunur.

Xenon flaş lambaları , kameralarda ve flaş ışıklarında parlak ışık flaşları üretmek için kullanılan gazla doldurulmuş tüplerdir .

Yakın zamanda geliştirilen kükürt lambaları , sıcakken gazla doldurulmuş tüplerdir.

Elektronikte gaz dolu tüpler

Ateşleme voltajı, uzun süre hareketsiz kaldıktan sonra sıfıra düşebilen iyon konsantrasyonuna bağlı olduğundan, birçok tüp iyon kullanılabilirliği için hazırlanmıştır:

  • optik olarak, ortam ışığı veya 2 watt'lık bir akkor lamba veya aynı zarf içinde bir kızdırma deşarjı ile,
  • radyoaktif olarak gaza trityum ekleyerek veya içindeki zarfı kaplayarak,
  • canlı tutma veya primer elektrot ile elektriksel olarak

Güç cihazları

Bazı önemli örnekleri arasında thyratron , kritron ve Ignitron yüksek voltajlı akım geçiş yapmak için kullanılan tüpler. Elektrik ve elektronik devrelerdeki voltaj dalgalanmalarını sınırlandırmak için aşırı gerilim koruyucu olarak kullanılmak üzere Gaz Boşaltma Tüpü (GDT) olarak adlandırılan özel bir gazla doldurulmuş tüp türü üretilmiştir .

Hesaplama tüpleri

Schmitt-Trigger etkisi negatif diferansiyel direnç -region sayaçlarını gerçekleştirmek için kullanılabilir gevşeme osilatörler ve dijital devreleri ile neon lambalar , tetik tüpleri , röle tüpler , dekatrons ve nixie borular .

Thyratrons olarak da kullanılabilir triodların onları gibi analog sinyalleri güçlendirmek için izin tutuşma voltajının altına işletmek ile kendini söndürme superregenerative detektörü içinde radyo kontrol alıcıları.

Göstergeler

Nixie tüplerinin yanı sıra özel neon lambalar da vardı:

  • Tuneon erken ayar göstergesi, kısa telli anotlu cam tüp ve kısmen parlayan uzun telli katot; kızdırma uzunluğu tüp akımıyla orantılıdır
  • Fosforlu neon lamba
  • Mandal göstergeler, ya da kullanılan Luminesan tetikleme tüp piksel arasında nokta vuruşlu görüntüler
    • Doğrudan kızdırma tetik tüpü
    • Fosforlu tetik tüpü

Gürültü diyotları

Sıcak katot , gaz deşarj gürültü diyotları , UHF'ye kadar olan frekanslar için normal radyo tüpü cam zarflarda ve filaman için normal bir süngü ampul yuvası ve SHF frekansları için bir anot üst kapağı olan uzun, ince cam tüplerde mevcuttu. bir dalga kılavuzuna diyagonal ekleme .

Neon gibi saf bir inert gazla doldurulmuşlardı çünkü karışımlar çıktı sıcaklığını bağımlı hale getiriyordu. Yanma voltajları 200 V'un altındaydı, ancak akkor 2 watt'lık bir lamba ile optik beslemeye ve ateşleme için 5 kV aralığında bir voltaj dalgalanmasına ihtiyaçları vardı.

Bir minyatür tratron , enine bir manyetik alanda bir diyot olarak çalıştırıldığında, bir gürültü kaynağı olarak ek bir kullanım buldu.

Voltaj düzenleyici tüpler

20. yüzyılın ortalarında, voltaj düzenleyici tüpler yaygın olarak kullanıldı.

Geçen zaman ölçümü

Katot püskürtme olarak faydalanılmaktadır saat akış toplayıcı , bir metal buhar Coulometer püskürtülen metal olan direnci bu nedenle yavaş yavaş azalan bir kolektör elemanı üzerine bırakılır merkezli geçen zaman ölçer.

-Tron tüplerinin listesi

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar