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霓虹灯管径与变压器的匹配设计问题 |
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摘 要：在霓虹灯制造技术中，霓虹灯放电过程中的灯管直径的变化影响着电子温度、电场强度及管压降。设计时选取的灯管直径不同，与之相匹配的变压器所能驱动的灯管长度也不同。文中介绍了灯管等效电阻的概念及进行变压器匹配灯管管径、长度的设计选取。
关键词：管径；管压降；等效电阻；变压器；匹配设计
1 引言
21世纪的中国城镇夜景照明与广告照明中，无处不见五彩缤纷、争光斗艳的霓虹灯光辉，彰显着都市的“火树银花不夜天”、建筑楼宇的流光溢彩。
与十五年前的我国霓虹灯工业相比，由于电子变压器、电脑扫描技术应用于霓虹灯，使霓虹灯工业焕发出新的生机。但是，在一些要求亮度高、亮度稳定、寿命可靠的重要场合，电感式变压器仍将起着不可替代的作用。
众所周知，我国的霓虹灯电感变压器生产规格比之国外发达国家要少得多，这就影响着灯管与变压器的合理匹配选择问题。往往会出现大马拉小车的现象，浪费着宝贵的电力能源。本文着重讨论影响管压的放电机理，灯管等效电阻概念与变压器合理匹配灯管直径、长度设计选取方法。
2 灯管直径对管压降的影响
2.1 电子温度决定电场强度
灯管直径的变化，将导致灯管等离子体中存在的电子和离子扩散速率变化。一旦管径确定，就可确定电子和离子的扩散损失率。灯管直径缩小，电子和离子的扩散损失率增大、电子温度随之升高。放电时每个电子的双极性扩散损失率（电子产生的电离率）由下式给出：
式中 R—灯管半径；
De—电子离子的双极性扩散系数。
我们知道，由于带电粒子的扩散损失，将产生与之平衡所必须产生的电子的电离过程。而该过程是由电子温度来控制的，亦即带电粒子的扩散损失大，则会提高等离子体的电子温度。从公式（1）可以看出，减小灯管直径，可以增加带电粒子的损失率，从而提高了电子温度。而电子温度又决定着电弧的电场强度，进而影响灯管压降。
作为霓虹灯的设计者，应该十分清楚影响灯管管压降的主要参量是惰性气体的种类、充入气体的压强以及灯管直径的选择。前二个参量在此不作讨论，后者影响灯管管压降的物理过程为管径↓（↓表示下降、↑表示上升，下同）→电子离子损失率↑→电子温度↑→电场强度↑→灯管管压降↑。
2.2 霓虹灯管径与工作电压的关系
霓虹灯玻管外径与工作电压的关系如图1所示。
从图中可以看出，当灯管外径为14mm时，其每单位长度（V/cm）的灯管工作电压为4.45V；当灯管外径为8mm时，其每单位长度的灯管工作电压为8.56V。显然，灯管外径的粗细不同，将导致其单位长度的工作电压变化近一倍。这是因为细管径的灯管由于电子离子在管壁处复合几率加快，为了维持正常放电过程，电弧的等离子体将会自动地调整电子温度升高，电子温度的升高会导致电弧轴向电场电位梯度增大，宏观上就表现出灯管管压降的上升。
 图1 霓虹灯玻管外径和单位长度工作电压关系
所以，在进行霓虹灯设计时必须根据图案或文字的要求，尽量选取粗管径管子加工霓虹灯。设计时选取的灯管直径不同，与之相匹配的变压器所能驱动的灯管长度也不同。
3 灯管与变压器的匹配设计
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