低压汞汽放电灯 本发明涉及一种低压汞汽放电灯，它具有以气密方式包围含有汞和稀有气体的放电空间的放电室，所述放电室具有发光管部分和第一、第二端部，供电导体通过每个端部连接放电空间内的各个电极，所述的灯还包括用来在正常工作期间在放电空间内稳定汞汽压的主汞齐和在灯被接通之后用来向放电空间快速释放汞的辅助汞齐。
在上述的那种低压汞汽放电灯中，主汞齐在工作期间必须使汞汽压稳定在使灯的工作为最佳时的值，即使亮度输出为最高的值。在灯被启动之后，由辅助汞齐释放的汞加快亮度的增加。在灯被关闭之后，来自主汞齐的汞返回辅助汞齐，在一段时间之后接近平衡状态。
J.Bloem等在“Some new mercury alloys for use in fluorescentlamps”(Journal of the IES，pp.141-147，1977年4月)中描述了用于这种灯的主汞齐，它在室温下控制相当高的汞汽压。由汞齐控制的汞汽压在本说明书和权利要求中指地是附在相应化合物的汞齐的汞汽压。室温被理解为25℃。在所述公开文件中提供主汞齐的目的在于加快辅助汞齐的汞的吸收，从而进一步改善在灯被启动时亮度输出的增加。所述公开文件中还提到铟是一种为辅助汞齐使用的一种通常的形成汞齐的金属，因为它具有低的汞汽压。
在开头一段所述的那种灯是市场上可以得到的。这种已知的灯和一电源装置构成一种照明装置，并用来代替白炽灯。放电室的管状部分包括由通道互连的三个U形段。在放电室的端部设置有排气管，在其中容纳主汞齐，这是一种具有5.3mg汞的180mg的Pb16Bi36Sn48合金的汞齐。在本说明中用每一元素后面的数字表示合金中相应元素的原子百分数。形成辅助汞齐的镀有1.2mg铟的CrNi钢带被固定在每个电极的一个供电导体上。在灯被接通之后，带的温度快速上升，因为它被电极加热所致。
这种已知的灯的缺点在于，在接通之后的几分钟内，外段形成比中心段亮得多的区。
本发明的目的在于在开头一段所述的那种灯中提供一种措施，减少在灯被接通之后的一段时间内放电室的区之间的亮度差。
按照本发明，为实现上述目的采用开头一段所述的那种灯，其特征在于，在室温下的平衡状态下，在辅助汞齐中吸收的汞的质量(mg)总计几乎为在平衡状态下在放电空间内的汞汽压的20倍(平衡的汞汽压以Pa表示)。
本发明人已经发现，公知的灯当昼夜使用时，保持关断的时间太短，达不到平衡状态。辅助汞齐已经吸收的汞量和它们在平衡状态下含的量相比是如此之小，以至于当把灯关断一天或较短一些的时间时，由辅助汞齐控制的汞汽压和平衡汞汽压相比仍然是低的。还发现在关断状态下和在接通的瞬间由辅助汞齐控制的汞汽压在极大程度上决定放电空间中的汞汽压，从而使灯的初始亮度输出，即启动之后1秒的亮度输出相当低。
确实在灯被接通时辅助汞齐快速地释放汞汽，从而使在已知灯的外段内接近辅助汞齐的区域的亮度快速上升。然而，需要相当长的时间才能使释放出的汞散布到整个放电空间和增加放电室的中间段的亮度输出。
在按照本发明的灯中，在室温下的平衡状态下辅助汞齐中吸收的汞的质量相当小，从而使得在灯被关断之后相当快地达到平衡状态。相应地在关断状态下由辅助汞齐控制的汞汽压相当快地升高。在灯被接通的时刻在整个放电空间内已经存在相当高的汞汽压，从而使初始亮度输出相当高。已经发现在这些情况下在灯的各个区域之间的亮度差是十分不显著的。
本领域的技术人员通过简单的实验便可确定汞齐的汞汽压如何随其中的汞的质量百分数而改变。相应地他们可以确定形成汞齐的所允许的最大的合金的质量，以便使在室温下的平衡状态下吸收的汞的质量小于20倍的平衡汞汽压。在相当硬的汞齐的情况下，它在相当低的汞量下仍能控制高的汞汽压，所允许的最大的合金质量比相当软的汞齐的情况下的小，相当软的汞齐在相当低的汞含量下已经控制高的汞汽压。在平衡状态下在辅助汞齐中吸收的汞的量(mg)最好大于平衡汞汽压(Pa)和放电室容积(cm3)的积的0.002倍。在灯被接通之后的亮度输出在量较小例如所述积的0.001倍的情况下上升得相当缓慢。
按照本发明的灯可以具有多于1个的辅助汞齐。这种情况下在辅助汞齐中吸收的汞的量被理解为在所有辅助汞齐中吸收的汞的量。按照本发明的灯，例如在每个端部具有一个辅助汞齐，在一种改型中，例如，第一辅助汞齐被固定在每个端部的供电导体上，第二辅助汞齐被固定在电极附近的放电室壁上。此外，辅助汞齐可以位于放电空间的中央，使其由放电时产生的热加热。灯可以具有1个或几个另外的主汞齐。例如，在放电室的每个端部的排气管中容纳1个主汞齐。
注意到无电极的低压汞汽放电灯在市场上是可以得到的，它具有梨形的直径为110mm的放电室，它具有一个凹口，具有导电绕组的线圈被容纳在其中。在操作期间由线圈产生高频磁场来维持放电。这种灯具有180mg的Bi56In64合金的主汞齐和0.1mgIn5.5mgHg构成的辅助汞齐。在辅助汞齐中吸收的汞的质量大约为在室温的平衡状态下平衡汞汽压的3倍。在这种灯中，从辅助汞齐到放电空间内离辅助汞齐最远的一点的距离相当小，不过，由辅助汞齐释放的汞可以如此之快地在放电空间内散布，以致使得在低的初始亮度输出的情况下局部亮度差也不明显。
还注意到美国专利US5,204,584中公开了一种灯，其中提到辅助汞齐的汞汽压至少为主汞齐的汞汽压的三分之一并小于主汞齐的汞汽压。然而，由此不能得到关于辅助汞齐的指示，因为当辅助汞齐已冷却时，每个辅助汞齐的汞汽压从在关灯之后一个短的时间内的可以忽略的小的值变到等于平衡状态下主汞齐的汞汽压的值，虽然提到了主汞齐和辅助汞齐的特定组合，但是辅助汞齐的质量和在平衡状态下在辅助汞齐中吸收的汞的质量从这一专利文件中不能得知。
当把灯关断之后使其已经冷却下来时，最初由辅助汞齐控制的汞汽压不停地上升，因为它吸收从主汞齐向其扩散的汞。一旦辅助汞齐吸收的汞如此之多，以致使其达到其共存区，其中汞齐的固相和液相同时存在，由辅助汞齐控制的汞汽压就基本上与汞的含量无关。直到辅助汞齐已完全成为液态时，才可以再发生汞汽压的显著升高。
按照本发明的这种灯的一个较佳实施例的特征在于，在辅助汞齐的共存区内的汞汽压大约等于或高于室温下的平衡汞汽压。在按照本发明的这种灯的实施例中，在灯被关断之后在放电室中的汞汽压的升高至少基本上不受在共存区内的辅助汞齐的特性的妨碍。
如果在平衡汞汽压和在辅助汞齐的共存区内的汞汽压之间有一个小的正差，汞汽压将相当快地升到共存区的汞汽压值。不过在此之后，辅助汞齐继续缓慢地吸收汞一段较长的时间，从而引起小的正汞汽压差。本发明的这种灯的实施例被相应地作了改进，其中在所述温度下在辅助汞齐的共存区中的汞汽压高于平衡的汞汽压。当由辅助汞齐控制的汞汽压接近平衡汞汽压时，它就基本上已经吸收了在平衡状态下它含的汞量。
辅助汞齐可被提供在例如被固定在电极上的供电导体上的丝网带上。在按照本发明的低压汞汽放电灯的一个好的实施例中，辅助汞齐被一开口的壳体包围。该壳体用来防止在灯操作期间辅助汞齐的材料被溅出。
按照本发明的低压汞汽放电灯的一个较好的实施例，其特征在于，主汞齐具有至少为70℃的临界温度。本说明书和权利要求中的“临界温度”被理解为固相液相共存时主汞齐的最高温度。具有临界温度高于70℃的主汞齐在操作期间可以承受相当高的温度，这有利于灯的设计。
利用按照本发明的低压汞汽放电灯获得了较好的结果，这种放电灯的特征在于主汞齐由PbBiSn合金构成，辅助汞齐由组SnPb和PbBiSn中的一种合金构成。
利用按照本发明的低压汞汽放电灯获得了较好的结果，这种放电灯的特征在于，主汞齐由BiIn合金构成，辅助汞齐由组SnPb和PbBiSn以及BiIn中的一种合金构成。
按照本发明的这种灯的这些和其它方面将参照图1进行详细说明，图1中示出了本发明的灯的一个实施例。图2所示为相应于图1中II的纵截面。图3表示辅助汞齐中吸收的汞的质量(mg)和汞汽压(Pa)之间的关系。
图1所示的低压汞汽放电灯具有放电室10，它以气密方式包围含有汞和稀有气体的放电空间11。放电室含有按体积占75％的氩和占25％的氖，填充压力为400Pa。放电室10由碱玻璃的发光管部分11构成，它包括三个U形段12A、12B和12C，总长度为46cm，内径为10mm，并被端部13A，13B密封。段12A、12B和12C用通道12D，12E连。管部分12的内表面具有荧光层15。放电室10的容积约为36cm3。供电导体20A、20A′；20B，20B′通过每个端部13A、13B伸向设置在放电空间11内的各个电极21A、21B。用来在正常操作期间稳定放电空间11内的汞汽压的主汞齐30位于和端部13A相连并与放电空间11相通的(见图2)的排气管14内。和排气管14有一径向间隙的长11mm的玻璃杆16使主汞齐30和端部13A分开。钢的壳体32A、32B被固定在每个电极21A、21B的一个供电导体20A、20B上，在该壳体中容纳着辅助汞齐31A、31B。壳体32A、32B具有直径为0.1mm的4个开孔。来自电极21A、21B的辐射热使具有辅助汞齐31A、31B的壳体32A、32B的温度在灯被接通之后迅速升高，从而使汞汽进入放电空间11。在另一个实施例中，辅助汞齐例如可以设置在电极之间的放电路径内。辅助汞齐在这种情况下由放电产生的热加热。
为了研究辅助汞齐的类型和质量对灯区之间的亮度差的鉴别率的影响，制造了按照本发明的灯(II)，其中辅助汞齐31A、31B每个含0.3mg铟。此外，制造了按照本发明的灯(III)，其每个辅助汞齐31A、31B具有2.5mg的Pb16Bi36Sn48。为了进行比较，制造了不符合本发明的灯(I)，其中辅助汞齐含有1.2mg的铟。在符合本发明的灯(II、III)中和不符合本发明的灯(I)中主汞齐由Pb16Bi36Sn48合金和5.5mg的汞制成。制造1个或几个每种类型(I、II、III)的灯，其中制成主汞齐的合金的质量(ML)是72mg，并且在1个或几个中该合金质量(ML)为33mg。在两种情况下主汞齐的临界温度约为80℃。
对上述的灯进行100小时的耐久试验。在被关断24小时之后，再把灯接通并测量初始亮度输出(Φ1s)。初始亮度输出(Φ1s)以在最佳操作期间亮度输出的百分数示于表中。在操作1分钟之后的亮度输出(Φ1m)也以在最佳操作期间亮度输出值的百分数示出。表中的N代表同一类型的灯的数量。如果对多于1个的同类的灯进行了亮度输出的测量，则表中含的是平均值。表中还包括平衡汞汽压(PE)，在平衡状态下在辅助汞齐中吸收的汞的质量(mHg)，按照本发明在平衡状态下在辅助汞齐中要吸收的汞的最大质量(20×PE)，以及在辅助泵齐的共存区中的汞汽压(PC)。辅助汞齐 ML (mg) PE (Pa) mHg (mg) 20*PE (mg) PC (Pa) Φ1s (％) Φ1m (％) NI In2×1.2mg 33 72 0.060 0.044 4.29 3.67 1.20 0.88 0.016 0.016 14 11 75 74 2 2II In2×0.3mg 33 72 0.12 0.11 1.90 2.08 2.40 2.20 0.016 0.016 25 22 72 73 3 1IIIPb16Bi36Sn482×2.5mg 33 72 0.12 0.12 0.71 0.34 2.40 2.40 0.12 0.12 30 28 75 74 3 2
在辅助汞齐中吸收的汞的质量在所有情况下大于平衡汞汽压(PE)和放电空间容积(V)的乘积的0.002倍。
按照本发明的灯，其中在平衡状态下在辅助汞齐中吸收的汞的质量小于平衡汞汽压的20倍，和不符合本发明的灯相比，其中所述质量(mHg)大于平衡汞汽压(PE)的20倍，在相当短的不工作时间之后也有相当高的初始亮度输出(Φ1s)。并且发现，在不同灯区之间的亮度差按照本发明的灯(II、III)比不符合本发明的灯(I)小得多。利用类型(II)的灯获得了最好的结果，按照本发明的灯在操作1分钟之后的亮度输出(Φ1m)和不符合本发明的灯(I)相当。
图3表示汞齐的汞汽压(PHg)对在室温下在辅助汞齐中吸收的汞的质量(mHg)的函数。在辅助汞齐中吸收的汞的质量(mHg)大约相应于从主汞齐中分出的汞的质量，因为自由汞的质量很小可以忽略。曲线(A、B和C)(虚线)分别代表在灯A、B、C中的辅助汞齐的汞汽压。曲线D和E分别表示由72mg和33mg Pb16Bi36Sn48合金制成的主汞齐的汞汽压。曲线F表示在辅助汞齐中要吸收的汞的最大质量和平衡汞汽压之间的关系。由图3可见，在按照本发明的灯中的辅助汞齐在平衡状态下比不按照本发明的灯含的汞量少。因此，在按照本发明的灯中，在吸收相当少量的汞之后，辅助汞齐已经控制相当高的汞汽压，从而使在放电空间中的汞汽压有助于在把灯关断相当短时间之后输出相当高的初始亮度。
在按照本发明的含有辅助汞齐B的灯中，在共存区中的汞汽压(PC)比平衡的汞汽压(PE)低得多。在这种情况下，在把灯关断后的某个时间内汞汽压保持为在辅助汞齐的共存区内的汞汽压的值，即大约为0.016Pa。在按照本发明具有辅助汞齐C的灯中，在把灯关断并已经冷却之后发生汞汽压的不间断地上升。在这种情况下，在共存区中的汞汽压(PC)几乎和平衡的汞汽压(PE)相同。
为下一个实验制造了两组灯(IV，V)，其中具有2.5mg汞，主汞齐由45mg的Bi56In44的合金构成。这样形成的主汞齐具有接近105℃的临界温度。在两组中在每个灯的端部由5mg的Bi56In44合金(IV)和Pb16Bi36Sn48(V)形成辅助汞齐。除去汞齐的选择之外，这些灯相应于图1的灯。辅助汞齐 PE (Pa) mHg (mg) 20*PE (mg) Φ1s (％) Φ1m (％) NIV Bi56In44 0.10 0.42 2.0 20.5 59.9 4V Pb16Bi36Sn48 0.11 0.10 2.2 19.6 67.5 6
再次表明显然按照本发明的灯(IV，V)具有相当高的初始亮度输出(Φ1s)。在接通灯后灯区之间的亮度差是小的。在共存区内由辅助汞齐控制的汞汽压(PC)近似等于在组IV的灯中的汞汽压(PE)。在组V的灯中，在共存区中由辅助汞齐控制的汞汽压高于平衡的汞汽压(PE)。这些灯当由辅助汞齐控制的汞汽压已接近平衡汞汽压时，辅助汞齐已吸收大约为它们在平衡状态下所含的汞量。在所有情况下，在灯被关断的期间内由辅助汞齐控制的汞汽压的增加不受共存区位置的妨碍。
还按照本发明制造了10个灯，其中采用Sn74Pb26合金制成辅助汞齐。为此目的把具有5mg所述合金的丝网带固定在每个电极的供电导体上。在平衡状态下由此合金形成的辅助汞齐中吸收的汞的质量和由Pb16Bi36Sn48合金形成的质量相等的辅助汞齐中吸收的汞的质量的数量级相同或较小。10个灯中有5个具有60mg Pb16Bi36Sn48合金的主汞齐并加入2.5mg的汞。其它5个灯具有45mg的Bi56In44合金的主汞齐，也加入2.5mg的汞。除此之外，10个灯都相当于图1的灯。第1组的5个灯的初始亮度输出(Φ1s)为21％。第二组的初始亮度输出为20％。两组灯的1分钟之后的亮度输出为72％。这些灯也表明在接通之后在灯区之间只具有小的亮度差。