Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-544
Main Title: Elektrische und strahlungsphysikalische Eigenschaften von Hochdruckentladungen - insbesondereQuecksilberdampfentladungen - für die Beleuchtungstechnik
Translated Title: Electrical and radiative properties of high-pressure discharges - especially in mercury vapour - for lighting
Author(s): Schoepp, Heinz
Advisor(s): Kaase, Heinrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen von Untersuchungen, die ein grundsätzlich besseres Verständnis der entscheidenden Prozesse in Quecksilber- und Halogenmetalldampflampen zum Ziel haben. Die hierfür eingesetzten Diagnostikverfahren lieferten insbesondere Aussagen zu radialen Plasmatemperatur- und Teilchendichteprofilen, zur elektrischen Leitfähigkeit und zu elektrischen Feldstärken auch in den Elektrodenfallgebieten. Diese Verfahren wurden zunächst an Quecksilber-Hochdruckentladungen methodisch erprobt. Der Schwerpunkt des diagnostischen Zugangs lag bei spektrometrischen Messungen. Temperaturbestimmungsmethoden wurden auf verschiedene Linien angewendet, die aus optisch dünner bzw. optisch dicker Schicht emittiert werden. Mit der Bestimmung der volumen- und raumwinkelspezifischen spektralen Strahlungsleistung bzw. der Kuppenstrahldichte einer selbstumgekehrten Linie wurden radiale Temperaturprofile mit Druckangaben in Beziehung gebracht. Durch Anwendung einer interferometrischen Methode konnten die emissionsspektrometrisch ermittelten Teilchendichten bestätigt werden. Zur Vervollständigung der radialen Temperaturprofile bis zur Wand waren Extrapolationen notwendig. Als zusätzliche Information konnte die elektrische Leitfähigkeit herangezogen werden. Die Auswahl von Stoßquerschnitten ist durch Messung der Feldstärke verbessert und damit die elektrische Leitfähigkeit mit Hilfe des Modells zuverlässig bestimmt worden. Aus Lampen gleicher Eigenschaften aber unterschiedlicher Länge und deren Brennspannungen wurde für 50 Hz Wechselstrombetrieb die Feldstärke erstmals zeitaufgelöst bestimmt. Die hierbei separat auswertbaren Spannungsabfälle in den elektrodennahen Bereichen (electrode sheath voltage - ESV) wurden ebenfalls erstmalig zeitaufgelöst gemessen. Die Untersuchungen zum zeitlichen Verlauf der ESV lassen unter Berücksichtigung von in der Literatur publizierten Elektrodenmodellen auf zeitweilig negative Anodenfallspannungen schließen. Anhand der eigenen Messungen wurden für die Modellrechnungen Linienparameter (Oszillatorenstärken und Verbreiterungskonstanten) aus unterschiedlichen Literaturquellen ausgewählt und durch Kombination ein angepaßter Datensatz erstellt. Mit den für Quecksilber erprobten Temperaturbestimmungsmethoden wurden Zusätze in Halogenmetalldampf-Entladungen untersucht. Durch Quervergleiche konnten Partialdrücke für diese Zusätze angegeben werden. In einer ersten Näherung ist mit einer Genauigkeit von ca. ± (10 - 20) % eine Basis für weitere Untersuchungen gegeben. Mit den vorgestellten Methoden konnte die Übereinstimmung zwischen experimentell meßbaren Plasmaparametern und entsprechenden Modellrechnungen erhöht werden. Die Ergebnisse zeigen Wege zur Verbesserung der lichttechnischen Lampeneigenschaften.
The presented work is based on investigations which aim at a principally better understanding of the significant processes for mercury and halogen metal vapour lamps. Particularly the diagnostics of the temperature and pressure determination in real lamps were used, and the selected diagnostic procedures were methodically tested at high pressure mercury discharges. The main focus of the diagnostic is on spectrometric measurements. Temperature determination methods were applied to lines, which are emitted from optically thin and optically thick layers. The radial temperature profiles could be related to pressure values with the determination using the intensity maximum of a self-reversed non-resonance line (BARTELS) and of the volume- and spatial-specific spectral radiance density (emission coefficient). The spectrometric related temperature with the density could be confirmed by applying an interferometric method for the determination of particle densities. For completing the radial temperature profile up to the wall, an extrapolation is necessary. The electrical conductivity could be used as additional information. The selection of transport cross-sections is improved by measuring the field strength and with these the electrical conductivity could be compared with model calculations. From lamps with different length of the discharge column, the field strength was time-resolved measured for the first time. On this occasion, the electrode sheath voltage (ESV) was also time-resolved determined for the first time for a 50 Hz sine driven lamp. The examinations on the temporal course of the ESV indicate interesting questions, and occasionally negative anode-fall voltages can be derived by comparison with actual cathode models. On the basis of our measurements, line parameters were chosen (oscillator strengths and broadening constants) from various literature sources for the model calculations, and an adjusted set was made by combination of several sources. With the temperature determination methods tested for mercury, additives were examined in halogen metal vapour discharges. Partial pressures could be determined for these additives by cross comparisons. A start value for further examinations is existing in a first approximation with a precision of approximately ± (10 - 20)%. With the introduced methods, the agreement between experimentally obtainable plasma qualities and corresponding model calculations, could be increased. The results show how improvements in lamp performance can be achieved.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-4465
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/841
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-544
Exam Date: 24-Oct-2002
Issue Date: 31-Jan-2003
Date Available: 31-Jan-2003
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): Elektrodenfallspannungen
Feldstärke
Hochdruck-Entladung
Quecksilber
Temperaturbestimmung
Electrical field strength
Electrode fall voltage
High-pressure discharges
Mercury
Temperature determination
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