Num gás, a corrente não varia com a tensão de maneira linear. O gráfico anexado exemplifica a corrente de descarga em gás Neon a pressão de 1 Torr (1 mm Hg). Dá para perceber que abaixo de uns 50 Volts a corrente é quase nula (da ordem de 1 fentoampere). Quando a tensão aumenta e o gás se ioniza, a corrente aumenta bruscamente e a partir desse ponto a tensão para manutenção do arco se reduz. Por isso, em lâmpadas neon se utiliza uma fonte (um trafo) de corrente constante, assim, a tensão que você mediu varia, mas a corrente se mantém.
A curva de tensão x corrente depende da mistura de gases e da pressão e acho que deveria ser levantada experimentalmente.
Em seu caso, o ideal seria projetar uma fonte que tivesse a característica desejada, ou talvez usando uma fonte de alta tensão que forneça uma corrente de saída constante. O ideal seria uma fonte eletrônica com essa característica.
P.S. - se notar, a curva possui regiões de resistência dinâmica (dV/dI) positiva e resistência dinâmica negativa, é o que o Jorge mencionou relativo à lâmpadas Neon de painel.
