Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология приборостроения

Диссертационная работа:

Микаева Светлана Анатольевна. Разработка и исследование технологии производства компактных люминесцентных ламп информационно-измерительных приборов и систем: диссертация ... доктора технических наук : 05.11.14 / Моск. гос. акад. приборостроения и информатики.- Москва, 2007.- 292 с.: ил. РГБ ОД, 71 07-5/676

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр.
Основные сокращения, обозначения и подстрочные индексы 5

Введение 8

1 .Анализ технологии производства информационно-измерительных 13 приборов, систем и их элементов. Принципы их конструирования

1.1.Способы уменьшения ртутной опасности при эксплуатации 19 информационно-измерительных приборов, систем и элементов

  1. Требования, предъявляемые к защитным покрытиям, анализ 21 характеристик полимеров

  2. Компактные люминесцентные лампы 24

  1. Принципы и направления конструирования компакт- 24 ных люминесцентных ламп

  2. Изменение характеристик компактных люминесцент- 41 ных ламп от условий эксплуатации

  3. Анализ экспериментальных исследований плазмы по- 44 ложительного столба компактных люминесцентных ламп

  4. Анализ расчетных математических моделей плазмы 48 положительного столба люминесцентных ламп

1.4. Выводы по аналитическому обзору 60
2. Технология производства компактных люминесцентных ламп и 62
разработка технологии нанесения защитного покрытия. Экспери
ментальные исследования характеристик выпускаемых компактных
люминесцентных ламп с защитными полимерными покрытиями

2.1.Технология производства компактных люминесцентных 62 ламп и формирование на них защитных покрытий

  1. Схема технологического процесса производства ком- 62 пактных люминесцентных ламп

  2. Основные функции и требования к узлам и элементам 63 компактных люминесцентных ламп

  3. Технология производства и оборудование для нанесе- 69 ния и формирования покрытий. Классификация методов нанесения полимерных покрытий

2.2. Методы и средства повышения точности технологических 74 процессов для измерений характеристик компактных люминесцентных ламп

  1. Процесс стабилизации характеристик компактных лю- 75 минесцентных ламп

  2. Метод определения оптимальных режимов эксплуата- 78 ции компактных люминесцентных ламп

  3. Особенности температурных измерений характеристик 82 компактных люминесцентных ламп

  4. Компьютеризированный метод исследования процес- 84 сов стабилизации компактных люминесцентных ламп

2.3. Выбор защитных покрытий и технологический режим нане- 89

сения покрытий на компактные люминесцентные лампы

2.4. Исследование эффективности защитных покрытий на ком- 92
пактных люминесцентных лампах различной конструкции при
изменении параметров эксплуатации

2.4.1. Влияние теплопроводности окружающей среды на све- 110 товые и электрические характеристики компактных люминесцентных ламп

  1. Исследование распределения температуры по поверхности 121 компактных люминесцентных ламп

  2. Выводы по главе 123

3. Технологические способы повышения эффективности и эколо- 125
гичности информационно измерительных приборов, систем и их
элементов. Исследования характеристик положительного столба
компактных люминесцентных ламп

  1. Способ определения удельных характеристик положительно- 125 го столба разряда компактных люминесцентных ламп

  2. Способы и результаты экспериментального определения ко- 128 эффициента экранирования светового потока в многоканальных компактных люминесцентных лампах

  3. Результаты исследования спектральных характеристик раз- 136 ряда и определение давления инертного газа в компактных люминесцентных лампах спектральным методом

  4. Методы и результаты использования в компактных люми- 141 несцентных лампах амальгам вместо ртути в жидкой фазе

  1. Использование амальгамного регулирования давления 141 паров ртути в компактных люминесцентных лампах

  2. Повышение экологичности компактных люминесцент- 146 ных ламп путем применения низкотемпературных амальгам

  1. Разработка технологии изготовления амальгам 146 в системе свинец-ртуть РЬ - Hg

  2. Изготовление партий ламп КЛА9/ТБЦ и их ис- 148 пытания

  3. Определение количества ртути, испаряющейся 150 из амальгам при термовакуумной обработке и остающейся в амальгаме

  1. Способ изменения электрических и световых характеристик 151 при изменении положения катодного пятна на электродах

  2. Выводы по главе 153

4. Конструкция и технология производства, экспериментальные 155
исследования характеристик компактных амальгамных люминес
центных ламп

4.1. Разработка конструкции и технологии изготовления ком- 155
пактной амальгамной люминесцентной лампы с внешней колбой

  1. Особенности измерений характеристик амальгамных ламп 158

  2. Исследование разгорания амальгамных ламп 160

  3. Исследование характеристик амальгамных ламп при измене- 172 нии окружающей их среды, электрического режима и положения горения

  4. Исследование характеристик амальгамных ламп в различных 175 средах с подогревом внешней колбы

  5. Выводы по главе 177

5. Теория расчета характеристик положительного столба и характе- 179
ристик информационно измерительных приборов, систем и их эле
ментов

  1. Основные процессы и характеристики, подлежащие учету в 179 математической модели положительного столба

  2. Алгоритм и программа расчета микрохарактеристик плазмы 181 и удельных характеристик положительного столба

  1. Алгоритм расчета 181

  2. Программа LUMEN-COMPACT 187

  1. Результаты расчетных исследований и их сравнение с ре- 189 зультатами экспериментов

  2. Расчет характеристик компактных люминесцентных ламп 204 различного исполнения

  3. Выводы по главе 212

6. Технология производства информационно-измерительных при- 214
боров на базе компактных и амальгамных люминесцентных ламп и

их систем

  1. Установки для обеззараживания воздуха ультрафиолетовым 216 излучением

  2. Установки для обеззараживания воды ультрафиолетовым из- 221 лучением

Заключение 225

Список литературы 227

Приложения 243

Акты об использовании результатов работ 284

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ЛЛ - люминесцентная лампа

ПС - положительный столб

КЛЛ - компактная люминесцентная лампа

КЛА - компактная люминесцентная амальгамная лампа

ПРА - пускорегулирующий аппарат

ЭВЧ ПРА - электронный высокочастотный ПРА

КПД - коэффициент полезного действия

ЭВМ - электронная вычислительная машина

ММ - математическая модель

РИС - разрядный источник света

ИС - источник света

ЛН - лампа накаливания

ЛОН - лампа общего назначения

РТ - разрядная трубка

ДОИ - дроссель образцовый измерительный

НД - низкое давление

ГИС- газоразрядный источник света

ОУ - осветительная установка

ЦВ - цоколем вверх

ЦН - цоколем вниз

ГП - горизонтальное положение

ВК - вакуумная колба

ВО - вакуумная оболочка

ЗВП - замкнутое воздушное пространство

ОВП - открытое воздушное пространство

ДНаТ - дуговая натриевая трубчатая

ДРЛ - дуговая ртутная люминесцентная

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

ПК - персональный компьютер

УС - усилитель сигнала

СП - световой прибор

ИИП - информационно - измерительный прибор

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Е - градиент потенциала Ф - световой поток, лучистый поток

F, f - функция распределения электронов по энергиям, частота тока I - ток, сила света, интенсивность излучения С - емкость j - плотность тока

К - коэффициент мощности, теплопроводности, экранирования к - коэффициент поглощения для центра линии излучения, постоянная Больц-мана

L - яркость, длина, энергетическая яркость, расстояние 1 - расстояние, длина

M - масса атома, молекулы

m - масса частицы, отношение напряжения на лампе к напряжению сети п - концентрация

N - полное число частиц на единицу длины разряда Р - мощность, давление

Q - поперечное сечение для неупругого процесса, площадь поверхности зонда R - радиус трубки, квантовое отношение, сопротивление, резистор D - диаметр трубки

г - текущий радиус, радиус трубки, расстояние S - площадь Т - температура (К) t - температура (С), время U - падение напряжения, потенциал V - разность потенциалов, энергия электронов в эВ, объем var - варьируемая величина W - потери энергии электронами А, - длина волны излучения, длина свободного пробега а - коэффициент поглощения

J3 - коэффициент отклонения распределения излучения от ламбертовского, коэффициент диффузии метастабильных атомов

г| - световая отдача, энергетический КПД, КПД слоя для выхода излучения jli - молекулярная масса, подвижность v - частота излучения, частота ионизации р - коэффициент отражения

х - продолжительность горения, время жизни возбужденного атома а - эффективное сечение столкновения атомов Hg и Аг Ф - функция, фазовый угол со - телесный угол, круговая частота Ье - подвижность электронов є, - энергия, средняя энергия электронов

ОСНОВНЫЕ ПОДСТРОЧНЫЕ ИНДЕКСЫ а - амбиполярный ак - анодно-катодный в - возбужденный D - доплеровский з - зонд

и - ион, ионизация иг - инертный газ г- газа Аг - аргон Кг - криптон Ne - неон Hg - ртуть изл - излучение

к - кинетический, колба, обозначение порядкового номера

л - лампа

люм - люминесценция, люминофор

ос - окружающая среда

рез - резонансный

рек - рекомбинация

ел - слой

тр-трубка

ст - стекло

у - упругий

уд - удельный

хз - холодная зона

фу- фотометрическая установка

ш- фотометрический шар

э - энергетический, экранирование, эталон

эфф - эффективный

е - электронный, энергетический

і - обозначение порядкового номера

L - лоренцовский

г - расстояние от оси трубки

1 - удельный

+ -ИОН

Введение к работе:

В настоящее время информационно-измерительные приборы (ИИП) и системы на базе компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) находят широкое применение в различных областях жизни и деятельности человека: в промышленном производстве, транспорте, энергетике, вычислительной технике, космическом приборостроении, в банковском деле и многих других областях.

Современные потребности в КЛЛ составляют несколько сотен миллионов штук в год. Однако существующие КЛЛ не полностью удовлетворяют современным техническим и эксплуатационным требованиям из-за недостаточно высоких светотехнических характеристик и надежности, ограниченного срока службы, а также низкого уровня экологической безопасности как самих КЛЛ, так и технологии их производства. Экологической безопасности и улучшению состояния окружающей среды в последние годы уделяется особое внимание. Это подтверждается множеством документов, в частности:

законом РФ от 10.01.2002 г. №7-ФЗ «Об охране окружающей среды»,

санитарно-эпидемиологическим заключением центра Госсанэпиднадзора
в г. Москве №73.01.16.000.М.482.01.03 от 23.01.2003 г. «Сбор, транспортировка
и утилизация ртутьсодержащих люминесцентных ламп и других ртутьсодер-
жащих отходов».

Современное интенсивное развитие информационно-измерительных приборов и систем постоянно требует уменьшения геометрических размеров КЛЛ, расширения спектральной области излучения и увеличения его интенсивности, расширения диапазона питающего напряжения постоянного или переменного тока, расширения температурного рабочего диапазона, увеличения срока службы и уменьшения стоимости КЛЛ.

Острая необходимость разработки новых КЛЛ для информационно-измерительных приборов и систем, а также технологических процессов их изготовления, удовлетворяющих вышеуказанным повышенным техническим и экологическим требованиям, определяет актуальность настоящей диссертационной работы.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Цель диссертационной работы заключается в решении комплекса теоретических и практических задач, составляющих проблему по разработке компактных люминесцентных ламп информационно-измерительных приборов и систем с улучшенными светотехническими, энергосберегающими, экологическими характеристиками, создание и внедрение технологии их производства.

Для достижения поставленной цели были решены следующие научно-технические задачи:

определены и разработаны методы и средства измерений с необходимой точностью внутренних и внешних параметров (характеристик) КЛЛ информационно-измерительных приборов и систем;

разработаны технологические приемы и способы изменения внутренних параметров КЛЛ;

разработаны лампы с использованием амальгамы вместо металлической ртути и технология введения амальгамы в разрядные трубки КЛЛ (КЛЛ с амальгамой будем далее обозначать КЛА);

предложено защитное органическое покрытие из полимера типа Ф-32Л, разработан технологический процесс его получения и нанесения на наружную поверхность колбы КЛЛ;

разработан более совершенный технологический процесс производства КЛЛ с учетом использования амальгамы и нанесения защитного покрытия;

разработаны методы анализа и оптимального подбора внутренних рабочих характеристик КЛЛ, позволяющие реализовать заданные внешние параметры;

создана программа многовариантных численных расчетов с целью получения заданных выходных характеристик путем варьирования внутренних характеристик ламп на основе физических параметров процессов, имеющих место в разряде КЛЛ, работающих в реальных условиях.

Объект исследования: лампы типа КЛЛ, КЛА с многокомпонентным люминофорным слоем, с нанесенным защитным покрытием и без него, различного конструктивного исполнения, отличающиеся размерами положительного столба по длине и радиусу трубки, наполнением. Методы исследования. Для решения поставленных задач в качестве методов и средств исследований использованы:

методы автоматизированных исследований характеристик КЛЛ с помощью ЭВМ;

математическое моделирование с использованием программы обработки электронных таблиц Quattro Pro for Windows;

статистические методы обработки экспериментальных данных;

аналитические методы и теория точности.

Достоверность результатов обеспечивается использованием различных диагностических методов при проведении экспериментов и учете погрешностей, согласием результатов, полученных разными методами, согласием с имеющимися данными других авторов, обоснованностью использованных теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью поставленных задач и согласованностью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

  1. Впервые предложено использовать КЛА с внешней оболочкой для расширения рабочего диапазона при широком изменении внешних климатических условий, что позволило эксплуатировать лампы не только в воздушной среде с пониженным давлением, но также в воде и вакууме.

  2. Впервые предложено защитное покрытие на внешнюю колбу ламп для улучшения экологических и эксплуатационных характеристик КЛЛ. Экспериментально обоснован выбор полимера типа Ф-32Л, используемого в качестве защитного покрытия для элементов информационно-измерительных приборов

и систем, разработана технология его нанесения на внешнюю поверхность колб КЛЛиКЛА.

  1. Разработана технология производства ИИП и систем на основе КЛЛ и КЛА.

  2. Предложены технологические методы определения оптимальных режимов эксплуатации КЛЛ и КЛА, основанные на анализе процессов стабилизации их характеристик. Экспериментально установлены комплексные характеристики КЛЛ и КЛА при работе их в различных средах (воздух, вода, вакуум, полимерное покрытие) при изменении температуры, положения горения разряда, электрического режима; установлена степень влияния защитного покрытия, нанесенного на поверхности лампы в зоне положительного столба, на ее световую отдачу.

  3. Разработаны новые технологические способы повышения эффективности (КПД, ресурс, световые отдача и поток) и экологичности КЛЛ за счет нанесения на них защитных покрытий и применения амальгамы (защита от люминофора и растекания ртути (Hg) при бое колбы, уменьшение количества Hg и использование ее в связанном состоянии при сборке ламп). Предложены способы определения давления инертного газа по спектральным характеристикам разряда и коэффициентов экранирования (Кэ) светового потока в многоканальных лампах.

  4. Получены математические выражения и формулы для многовариантных расчетов основных микрохарактеристик положительного столба (ПС) с учетом процессов, имеющих место в разряде КЛЛ. Разработана программа определения выходных характеристик КЛЛ на основе их микрохарактеристик и реальных условий работы.

Практическая ценность, реализация и внедрение результатов работы заключается в том, что:

разработанная технология нанесения защитного покрытия внедрена на (ОАО «Лисма-ВНИИИС», ОАО «Лисма» г. Саранск; ЗАО НПО «ЛИТ», ОАО НИИ «Зенит», ФГУП «РНИИ КП» г. Москва);

разработана и внедрена программа LUMEN-COMPACT для многовариантных расчетов многоканальных КЛЛ с различным расположением трубок и в учебном процессе (МГУ, МГПИ, ОАО «Лисма-ВНИИИС» г. Саранск, ОАО СКТБ «Ксенон» г. Москва);

предложены и внедрены методы улучшения световых характеристик, повышения эффективности и экологичности при эксплуатации ламп за счет нанесения на их поверхность неразрушающихся защитных покрытий и применения амальгамы индия, образуемой непосредственно в лампе наличие которых позволяет предотвратить загрязнение окружающей среды ртутью на производствах (ФГУП «РНИИ КП», ЗАО НПО «ЛИТ», ОАО «Лисма-ВНИИИС»);

разработан, испытан и внедрен в производстве ламп в ОАО «Лисма-ВНИИИС», ОАО «Лисма» и ЗАО НПО «ЛИТ» (при настройке и контроле системы газового наполнения на откачном полуавтомате) спектральный метод определения давления аргона в лампах;

разработана конструкция и технология изготовления ламп и методы контроля технологической цепочки их производства в ОАО «Лисма» и ЗАО НПО «ЛИТ»;

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

технология производства информационно-измерительных приборов с более высокими технико-эксплуатационными показателями на базе КЛЛ и КЛА.

способ выбора оптимальных конструкций КЛА и технологии их изготовления;

фторполимерное защитное покрытие типа Ф-32Л, технология и технологические режимы его получения и нанесения на колбы КЛЛ и КЛА;

результаты комплексных экспериментальных исследований характеристик выпускаемых КЛЛ и разработанных КЛА с нанесенными на них защитными покрытиями и без них, способы определения оптимальных режимов эксплуатации КЛЛ и КЛА для различных параметров окружающей среды и положения горения лампы, основанные на анализе процессов стабилизации их характеристик;

результаты повышения эффективности и экологичности КЛЛ, за счет применения амальгам (минимизация количества ртути, дозирования ртути в связанном состоянии, исключение ртути в жидкой фазе при сборке КЛЛ);

способы определения давления инертного газа по спектральным характеристикам разряда и коэффициентов экранирования светового потока в многоканальных лампах;

математические выражения и формулы для многовариантных расчетных исследований основных характеристик положительного столба с учетом изотопных характеристик атомов Hg, состава инертного газа и физических процессов, имеющих место в разряде КЛЛ, работающих в реальных условиях.

Апробация результатов диссертации. Основные научные и практические результаты исследований по теме работы докладывались и обсуждались на:

I Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Светоизлучающие системы. Эффективность и применение» (г. Саранск, 1994 г.),

II Международной светотехнической конференции (г. Суздаль, 1995г.),

Международной научной конференции «Методы и средства управления технологическими процессами» (г. Саранск, 1995 г.),

IV и V Всероссийских с международным участием совещаниях по материалам для источников света, электронных приборов и светотехнических изделий (г. Саранск 1996,2000 гг.),

Международной конференции «Осветление 96» (г. Варна (Болгария), 1996 г.),

Международной научно-технической конференции «Проблемы и прикладные вопросы физики» (г. Саранск 1997 г.),

III Международной светотехнической конференции (г. Новгород, 1997 г.),

Научно-технической конференции «32 Евсевьевские чтения». Философия. Физика. Информатика (г. Саранск 1997 г.),

II Всероссийской научно-технической конференции «Светоизлучаю-щие системы. Эффективность и применение» (г. Саранск 1997 г.),

IV Международной светотехнической конференции «Светотехника на рубеже веков: достижения и перспективы» (г. Вологда, 2000 г.),

III Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» (г. Саранск 2001 г.),

V Международной светотехнической конференции «Свет и прогресс» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.),

III республиканской научно-практической конференции «Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса региона» (г. Саранск 2004 г.),

VI Международной светотехнической конференции «Свет без гра
ниц!» (г. Калининград, 2006 г.),

научно-технических совещаниях предприятий ЗАО НПО «ЛИТ»,
ОАО СКТБ «Ксенон», ОАО НИИ «Зенит», МГАПИ, ФГУП «РНИИ КП» (г.
Москва), «Лисма-ВНИИИС», МГУ, МГПИ, СЭЛЗ, ОАО «Лисма» (г. Саранск), в
период с 1994 по 2007 г.

Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 227 наименований и приложений. Общий объем 289 страниц машинописного текста, 41 таблица и 115 рисунков по тексту, 9 приложений, в которых приведены акты об использовании результатов работы.

Подобные работы
Костенко Кирилл Николаевич
Исследование и разработка конструкции и технологии изготовления интегрально-оптических демультиплексоров для информационно-измерительных приборов и систем
Ширяева Наталья Алексеевна
Исследование гетероструктур и разработка технологии изготовления лазерных излучателей для волоконно-оптических систем
Прокошев, Илья Владимирович
Разработка и исследование информационной системы автоматизированного диагностирования ИНС в процессе стендовых испытаний
Котляров Юрий Владимирович
Исследование и разработка технологии обработки подложек для приборных пластин связанным алмазно-абразивным инструментом
Бобцова Светлана Владимировна
Исследование и разработка методов использования технологий быстрого прототипирования в приборостроении
Шитько Юрий Михайлович
Разработка и исследование бункерных устройств для автоматизации процессов захвата из россыпи и последующей транспортировки малогабаритных штучных объектов произвольной формы и размеров
Магдиев Ринат Рауфович
Исследование и разработка методики проектирования автоматизированной сборки электронных узлов в приборостроении
Лепе Сергей Николаевич
Разработка и исследование метода калибровки избыточных измерителей ускорения с целью повышения точности БИНС
Вощенко Татьяна Карповна
Исследование и разработка методов модификации поверхности оптических материалов ионной и ионно-химической обработкой
Сисюков Артем Николаевич
Разработка и исследование методов информационного обеспечения ЭС САПР ТП механической обработки деталей

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net