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Eine teilwandstabilisierte Xenon-Hochdrucklampe kleiner Leistung.

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Ein e feilwandsta bilisierte Xenon-H o chdrucklamp e
kleiner Leistung
1-0n A . B a u e r und p. . ? c h u l z
Nit 3 -1bbildungen
Projessor Rudolj Sesliger zicm 70. Geburtstage gewidmet
Inhaltsiibersicht
Es n ird cine Scnon-Hochdruckentla~liingsln~iipe
niederer Belastung mi t
einein liingeren Bogen beschrieben, der dadurrh stabilisirrt wird, da13 durch
das Eigentnagnetfeld des Stromes in den Zufiihrungen die S i d e in eine Fiihrungsrinne gcdriirkt ird.
strahlt bekanntlich ein KonDie Saule einer Senor~-Hoc.li~lri~ckentladung
tinuuin aus, dessen spekt.rule 1-erteilung itn sichtbaren Bereich derjenigen
eines schuarzen K6rpers von rd. 5200" entspricht l-7. In1 Gegensatz z u r
Strahlung eincr ~ ~ o l f r a i i i - G l i i h l a n ~istp edie Vertrilungstemperatur nur wenig
von der Belastung abhiingig. LItn die Strahlung des Xenon-Hochdrurkbogens
fur uissenschnftliche Zn-evke auszunutzen, z. B. zur Ausleurhtung des Einqangsspaltes \-on optischen Ckriiiten, vor alleni von Spektralapparaten, ist
ein Bogcn entsprechender Langen- und Breitenausdehnung erwiinscht. Fur
die Zwecke eincs \-ergleirhs- und Standardstrahlers, fur die sirh der XenonBogen in weiten Spektralbereichen eignet (Kontinuum in1 Sichtbaren und
im Ultravioletten fiir Wellenlangen 1 > 2200 A; intensive Linienstrnhlung in1
nahen Infraroteri zwischen 8000 und 10000 A), ist eine lange Lebensdauer
mit geringer Xnderung sowohl der absoluten Strahldicht,e als auch der relativen spektralen Strahldichteverteilung erforder1ic.h. In elektrodenstabilisierten Kurzbogenlanipen IaBt sich bei Elektrodenabstanden r o n einigen
Millimetern nur niit hohen Stronistarken eine zieinlich ruhig brennende Saule
erzielen. Kurzzeitige Intensitatsschwankungen sind auch hier nicht zu vermeiden. Auch ist die Konstanz der Strahldichte iibcr lange Zeitraume, die
fur Standard-Lichtquellen gefordert werden niuI3, nicht leicht zii erzielen.
Im folgenden sol1 eine Xenon-Hochdruckentladungsrohre beschrieben werden,
die bei niafiiger Stronistarke einen gleichmanigen, ruhig brennenden Bogen
besitzt und absolute Strahldichte sowie relative spektrale Strahldichteverteilung auch bei mehr als tausendstiindlichem Retrieb n u r wenig iindert.
~
P. Schulz, Reichsberichte f. Physik 1,147 (1944);Ann. Physik 1, 95 u. 107 (1947);
Z.Xaturforschg. 2a, 583 (1947).
2, K.LarchB, Lichttechnik 3, 41 (1950);Z.Physilc 132, 544 (1952);136,74 (1953).
3) H.Kicnle, Xitt. -4stronom. Ges. 1952.
1)
15'
528
Annalen der Physik. 6.Folge. Band 18. 1956
Eine solche Entladungsrohre, die aus Quarz gefertigt ist, zeigt Abb. 1.
Die Betriebsstromstarke betragt 3 A ; die 13rennspannungen liegen swischerl
30 und 35 V bei einern Betriebsdruck von etwa 1 2 Atrn. Der Rogen brennt
zwischen zwei Wolfram-Elektroden 1 und 2 und hat eine Lange von 1 , 2 ern.
E r wird durch das Magnetfeld der bei einer Anordnung nach Abb. 1 entstehenden Stromschleife in eine dem Quarzkolben eingepragte Rinne 3 gedrangt, wodurch eine Stabilisierung des langen Bogens erfolgt. Wegen der
Beriihrung init dem Quarz kann a n dieser Stelle eine gewisse Schwarzung
der Wandung eintreten. Dies ist jedoch
unerheblich, da der Austritt der bei einer
optischen Abbildung benutzten Strahlung auf
3
auszunufzender
der gegeniiberliegenden 1 2 r i m entfernten
Seite des Kolbens erfolgt. Wegen der Konvektion der heiDen Bogengase konnen Ver2
unreinigungen durch verdampf tes Wolfram
an die oberen Teile des Kolbens und mit
dem absinkenden Konvektionsstrom sogar
auf die gegeniiberliegende Seite gelaiigen und
hier Schwarzungen verursachen. Urn die optisch benutzte Kolbenzone von Schwarzungen
Drossel
frei zn halten, ist im oberen Teil des Kolbens
blw Widenfond
eine Trennscheibe 4 angeordnet, die etwa
Abb. 1. Xenon-Hochdrucklan~p~~
bis zur Mitte der Rohre reicht. Hierdurch
mit lanpem 1Sogcn
erfolgt eine Ablagerung mitgerissener schwarzender Teilchen irri Dom des Quarzkolbens und eine Schwarzung der optisch
benutzten Kolbenzone tritt auch nach vielen hundert Brennstunden nicht ein.
Um eine raumlich und xeitlich gleichrnaDige Ansleuchtung des gingangsspaltes eines Spektralapparates zu erhalten, wird zweckrnaBigerweisc nur der
inittlere Bogenteil bis zu etwa 8 nim 1,ange verwandt.
Die Rohre ist sowohl an Gleich- als auch an Wechselstroni zu betreiben.
Am bequemsteri ist der Betrieb am Wechselstrom unter Vorschaltung einer
Drossel, die auf 3,2 A KurzschluBstroni eingestellt wird. Bei hohen Anspruchen
an die Konstanz der. Strahldichte ist jedoch Gleichstrombetrieb vorzuziehen.
Die Konvektionsstrornung erzeugt bei senkrechter Brennlage Intensitatsschwankungen von maximal einigen Prozenten. Durch Kippen der Lampe in
waagerechte Brennlage (niit der Rinne nach oben) lassen sich auch diese
weitgehend rermeiden, so dal3 die Schwankungen der Strahlstarke unterhalb
von lo/oliegen. I m iibrigen lassen sich durch eine elektronische Regelung der
Strornstarke, die an Lampen des vorliegenden Typs von H e l l e r 4 ) durchgefuhrt
wurde, die kurzzeitigen Intensitatsschwankungen auf unter 0,3 yoherabdrucken.
Die Ziindung der Lampe geschieht durch einen HochspannungsstoD iiber
die Ziindsonde 5 an einer Stelle grijnter Annaherung der Elektroden, um hohe
Zundspannungen zu vermeiden. Sie kann bei Betrieb an 220 V Netzspannung
mit den iiblichen Zundinduktoren erfolgen. Nach der Ziindung wandert der
Bogen unter .Einwirkung des Eigenmagnetfeldes der stromdurchflossenen Zufuhrungen in die richtige Brennlage. Die Zundung kann auch ohne Verwendung
einer gesonderten Zundsonde bewirkt werden, wenn der ZundstoB auf die
4)
Th. H e l l e r , Z. Astrophysik 38, 55 (1955).
Bauer u. Schulx: Eine teilu.andstabilisierte Senon-Hoclrdritch.lainpe kleiner Leistung
2%
eine Hauptelektrode gegeben und das Netz durch eine Hochfrequenzdrossel
gegen den Hochspannungsstofi abgeschirmt wird.
Die spektrale Energieverteilung der kontinuierlichen Strahlung des XenonBogens ist Gegenstand einiger Untersuchungen gewesen. Neuerdings hat
H e l l e r 4 ) eine Durchniessung fur den
i
m
Bereich von 3700 bis 530fA vorgenommen. E r kommt zu einer lTerteilungstemperatur fur das Kontinuurn
in der vorliegenden Entladungslampe
$ 1
I
von 5572". Dieser Wert liegt merlilich iiber den fur Kurzbogenlamperi
1944 von S c h u l z l ) und 1952 von
K i e n l e 2 ) angegebenen Teniperaturen
von rd. 5200" bzw. 5214" (fur 3100 < 2
< 6000A). In einer Uiskussion der Ergebnisse konimt H e l l e r zu ciem SchluQ,
dafi vorlaufig (d. 11. bis zu einerri Abb. 2. Spektrum dcr Xenon-Hochdrucklampc im Sichtbaren (Zuni Vergleicli
direkten AnschluB a n den schrr amen Spektrum der Hg-Cd-Spektrallampe 1
Korper) T == 5242" als M ahrscheinlicher
Wert fur die Verteilungstem~eratur des Xenon-Bogens anzusehen ist.
Die Lichtstiirke betragtrd. 96 cd und die niittlere Leuihtdichte etwa 400 sh
bei einer zugrunde gelegten Breite des Bogens r o n 1,smm. Eine Spektralaufnahme des sichtbaren Gebiets zeigt Xbb. 2. eine solehe des ultravioletten
.Ibb. 3. Iltraviolettes Spektrum der Zienon-Hochdrurklarnpe (mit Hg-Spektruin
Vergleich)
ZUIII
Bereiches Abb. 3. In1 Sichtbaren uberwiegt die kontinuierliche Strahlung.
Die schwachen Linien im Z3ereich von 4500 bis 4900 sind Xenon-Linien.
Das Kontinuum im Ultravioletten reicht mit seineni Suslaufer bis zur Grenze
der Quarzabsorption bei etwa 2000A. Das schwache im ferneren UV auftretende Linienspektrum riihrt von verdampfterii Wolfram und Siliziurn her.
A
&
A u g s b u r g , Osram-Studiengesellschaft fur elektrische Beleuchtung untl
K a r l s r u h e . Lichttechnisches Institut der 'I'echnischen Hochschule.
Bei der Redaktion eingegangen am 30.-higust 1956.
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