МЕТОД ВЫЧИСЛЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЛАМП

Киреев С.Г., Шашковский С.Г., Тумашевич К.А., Абакумов А.В. Метод вычисления энергоэффективности газоразрядных импульсных ламп // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 1. № 1. С. 45–51. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-1-45-51

Предмет исследования. Представлена методика, позволяющая проводить совместное измерение энергетического спектра излучения и электрических параметров сильноточного импульсного дугового разряда. Представленный подход позволяет вычислять энергетические и мощностные характеристики разряда, а также эффективность преобразования электрической энергии в излучательную в различных спектральных диапазонах. Метод. Вычисление энергоэффективности импульсных ламп проводится при помощи двух отдельных методик: измерение электрических параметров газового разряда и регистрация энергетического спектра излучения. Для регистрации электрических параметров была применена схема, использующая коаксиальный безындуктивный шунт для измерения импульсного тока и три объединенных своими земляными выводами делителя напряжения смешанного типа для измерения падений напряжений на лампе и конденсаторе. Объединение земляных выводов позволяет одновременно регистрировать падение напряжения в разных точках без риска преждевременного отказа осциллографа. Математическими методами получены энергетические и мощностные характеристики контура и импульсного газового разряда. Измерение излучательных характеристик выполнено с помощью спектрометра и калиброванного фотодиодного приемника излучения. Получено спектральное распределение источника из- лучения, и найдена эффективность излучения в выбранных интервалах длин волн. Основные результаты. На примере импульсной газоразрядной лампы с ксеноновым наполнением, внутренним диаметром 5 мм и межэлектродным расстоянием 120 мм получены согласованные по времени осциллограммы тока и падения напряжений на конденсаторе и лампе. Вычисленные значения эффективности излучения в спектральных диапазонах 200–250, 200–300 и 200–400 нм составили соответственно 2,7, 9,3 и 28 %. Практическая значимость. Предложенный способ позволяет проводить одновременную регистрацию тока, падения напряжения на нескольких участках разрядной цепи и излучательных характеристик, что исключает необходимость учета изменения нестабильности указанных параметров от импульса к импульсу. Вычисление эффективности излучения в любом диапазоне длин волн, входящим в спектральный интервал чувствительности спектрометра, позволяет разработчикам систем с импульсными лампами оптимизировать разрядный контур, исходя из радиационных требований конкретных прикладных задач.

1. Маршак И.С., Дойников А.С., Жильцов В.П. и др. Импульсные источники света / под общ. ред. И.С. Маршака. М.: Энергия, 1978. 472 с.
2. Kowalski W. Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook. UVGI for Air and Surface Disinfection. NY: Springer, 2009. 501 p.
3. Beck S.E., Wright H.B., Hargy T.M., Larason T.C., Linden K.G. Action spectra for validation of pathogen disinfection in medium- pressure ultraviolet (UV) systems // Water research. 2015. V. 70. P. 27–37. doi: 10.1016/j.watres.2014.11.028
4. Рубин А.Б. Биофизика. Т. 2: Биофизика клеточных процессов. М.: Издательство Московского университета, 2004. 469 с.
5. Vermeulen N., Keeler W.J., Nandakumar K., Leung K.T. The bactericidal effect of ultraviolet and visible light on Escherichia coli // Biotechnology and Bioengineering. 2008. V. 99. N 3. P. 550–556. doi: 10.1002/bit.21611
6. Santos A.L., Oliveira V., Baptista I., Henriques I., Gomes N.C.M., Almeida A., Correia A., Cunha A. Wavelength dependence of biological damage induced by UV radiation on bacteria // Archives of Microbiology. 2013. V. 195. N 1. P. 63–74. doi: 10.1007/s00203-012-0847-5
7. Blystone P.G., Johnson M.D., Haag W.R., Daley P.F. Advanced ultraviolet flash lamps for the destruction of organic contaminants in air // ACS Symposium Series. 1993. V. 518. P. 380–392. doi: 10.1021/bk-1993-0518.ch018
8. Wang D., Bolton J.R., Hofmann R. Medium pressure UV combined with chlorine advanced oxidation for trichloroethylene destruction in a model water // Water research. 2012. V. 46. N 15. P. 4677–4686. doi: 10.1016/j.watres.2012.06.007
9. Ho T.-F.L., Bolton J.R., Lipczynska-Kochany E. Quantum yields for the photodegradation of pollutants in dilute aqueous solution: phenol, 4-chlorophenol and N-nitrosodimethylamine // Journal of Advanced Oxidation Technologies. 1996. V. 1. N 2. P. 170–178. doi: 10.1515/jaots-1996-0210
10. Parsons S. Advanced Oxidation Processes for Water and Wastewater Treatment. London: IWA Publishing, 2004. 356 p.
11. Akiyama H., Kristiansen M., Krompholz H., Maas B. Current-voltage characteristics of a high-current pulsed discharge in air // IEEE Transactions on Plasma Science. 1988. V. 16. N 2. P. 312–316. doi: 10.1109/27.3830
12. Schon K. High Impulse Voltage and Current Measurement Techniques: Fundamentals, Measuring Instruments, Measuring Methods. Heidelberg: Springer, 2013. 264 p.
13. Ломаев М.И., Рыбка Д.В. Определение спектральной плотности энергии полихроматического излучения в абсолютных единицах // Приборы и техника эксперимента. 2006. № 3. С. 111–114.
14. Киреев С.Г., Архипов В.П., Шашковский С.Г., Козлов Н.П. Измерение спектрально-энергетических характеристик импульсных источников излучения сплошного спектра // Фотоника. 2017. № 8(68). С. 48–56. doi: 10.22184/1993-7296.2017.68.8.48.56
15. Киреев С.Г., Тумашевич К.А., Шашковский С.Г., Абакумов А.В., Осин Н.А. Калибровка фотоэлектрических приемников импульсного излучения // Известия высших учебных заведений. Физика. 2019. Т. 62. № 11. С. 79–84. doi: 10.17223/00213411/62/11/79
16. Басов Ю.Г. Мощный импульсный ксеноновый разряд короткой длительности в кварцевых трубках // Электронная техника. Серия
4: Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1985. Т. 3. № 108. С. 24–33.
17. Басов Ю.Г., Морозова С.Г., Токарева А.Н. Спектрально- временные характеристики излучения импульсного разряда в смесях инертных газов // Журнал прикладной спектроскопии. 1975. Т. 23. № 4. С. 590–595.
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License