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高壓汞燈
利用汞放電時產(chǎn)生的高壓 (0.2~1MPa)汞蒸氣獲得可見光的電光源。發(fā)光效率可達35~50lm/W,廣泛用于環(huán)境溫度為 -20°~40℃的街道、廣場、高大建筑物、交通運輸?shù)葓鏊鳛槭覂?nèi)外照明光源。
除作普通照明用的高壓汞燈外,還有在外殼上加反射膜的反射型燈(HR),適于300~500nm重氮感光紙的復印燈,廣告、顯示用的黑光燈,有紅斑效應的醫(yī)療用太陽燈,作尼龍原料光合化學作用和涂料、墨水聚合干燥的紫外線硬化用的汞燈等。
簡史 1906年研制成汞蒸氣壓約為0.1MPa的高壓汞燈。30年代初,高壓汞燈在以下幾個方面獲得發(fā)展:①引進激活電極代替液汞電極;②掌握金屬絲和硬質玻璃或金屬箔和石英玻璃的真空封接工藝;③選擇適當?shù)墓渴怪跓舫浞秩键c后全部蒸發(fā),改進了燈的啟動性能和穩(wěn)定性。40年代高壓汞燈進入實用階段。50年代后采用了適合高壓汞燈所發(fā)射的、以 365nm長波紫外線為主并補充紅色光譜的熒光粉。1965年采用稀土熒光粉,大幅度提高了顯色性和發(fā)光效率。高壓汞燈的發(fā)展為高強度氣體放電燈奠定了技術基礎。
80年代,世界上高壓汞燈的年產(chǎn)量約3000萬支。中國于60年代試成高壓汞燈,1987年年產(chǎn)量已超過550萬支。
工作原理 高壓汞燈工作時,電流通過高壓汞蒸氣,使之電離激發(fā),形成放電管中電子、原子和離子間的碰撞而發(fā)光。放電時波長 253.7nm的共振線(輻外光譜)被吸收,可見譜線強度增加,主要輻射的是404.7nm、435.8nm、546.1nm和577.0~579.0nm的可見譜線,此外還輻射較強的365.0nm的長波紫外線。
結構 照明高壓汞燈的典型結構如圖1。燈中心部分是放電管,用石英玻璃制成。管內(nèi)充有一定量的汞和氬。用鎢作主電極并填充堿土金屬氧化物電子發(fā)射物質。電極和石英玻璃用鉬箔實現(xiàn)非匹配氣密封接。啟動一般采用輔助電極,它通過一個40~60кΩ的電阻和不相鄰的電極連接。外殼除起保護作用外還可防止環(huán)境對燈的影響。外殼內(nèi)表面涂以熒光粉,成為熒光高壓汞燈。熒光粉的作用是補充高壓汞燈中不足的紅色譜線,同時提高燈的光效?,F(xiàn)已采用銪激活的釩酸釔(YVO4:Eu)熒光粉。
光電特性和基本參數(shù) 當燈加上電源電壓后,主電極和輔助電極間產(chǎn)生輝光放電,瞬時轉移到主電極間,形成弧光放電,幾分鐘后汞蒸氣達穩(wěn)定態(tài)。燈熄滅后,須自然冷卻,待蒸氣壓下降至一定值后才能再啟動,時間約需5~10分鐘。
當電源電壓變動時,燈參數(shù)的變動情況如圖2。
高壓汞燈的發(fā)光效率隨單位電弧長度功率增大而提高。一般顯色指數(shù)(Ra)為40~45,光譜分布如圖3所示,壽命為12000小時。改進型的400W熒光燈高壓汞燈光通量為23500lm,色溫2350K,一般顯色指數(shù)為53,壽命達20000小時。
普通高壓汞燈有負阻特性,使用時必須外接相應的鎮(zhèn)流器。為克服這一缺點,可利用裝在高壓汞燈外殼內(nèi)部的、與放電管串聯(lián)的燈絲來代替外接鎮(zhèn)流器,相應的光源稱為自鎮(zhèn)流高壓汞燈。這種燈利用混光改進了普通高壓汞燈的顯色性,彌補了普通高壓汞燈紅光不足的缺點,同時減少了升溫啟動時間。但在啟動和升溫時間縮短的同時,燈絲壽命也相應縮短,因而自鎮(zhèn)流高壓汞燈的壽命主要取決于燈絲壽命;由于高發(fā)光效率的放電功率與低發(fā)光效率的燈絲功率比不利,自鎮(zhèn)流高壓汞燈總的發(fā)光效率從外鎮(zhèn)式的35~50lm/W下降到18~25lm/W。自鎮(zhèn)流高壓汞燈使用方便。80年代,中國自鎮(zhèn)流高壓汞燈的產(chǎn)量約占高壓汞燈總產(chǎn)量的50%。
日光燈
日光燈的樣子:細細的,長長的,不像有些燈泡,是圓形的。
日光燈構造及作用:日光燈兩端各有一燈絲,燈管內(nèi)充有微量的氬和稀薄的汞蒸氣,燈管內(nèi)壁上涂有熒光粉,兩個燈絲之間的氣體導電時發(fā)出紫外線,使熒光粉發(fā)出柔和的可見光。
日光燈工作特點:燈管開始點燃時需要一個高電壓,正常發(fā)光時只允許通過不大的電流,這時燈管兩端的電壓低于電源電壓。 日光燈:燈管里面裝入一些特殊的氣體,又在燈管的管壁上涂上熒光粉,通電之后由于放電而產(chǎn)生光。日光燈:它不含紅外線,所以它的光是很溫和的,不傷眼睛;因為不含有熱線,用起來比較省電;它也會發(fā)出許多美麗有色的光。這就是由熒光粉里所含的化學藥品的性質來定了,例如涂上鎢酸鎂的,發(fā)藍白色光,涂上硼酸鎘的發(fā)淡紅色光。
日光燈管兩端裝有燈絲,玻璃管內(nèi)壁涂有一層均勻的薄熒光粉,管內(nèi)被抽成真空度10-3-10-4毫米汞柱以后,充入少量惰性氣體,同時還注入微量的液態(tài)水銀。 電感鎮(zhèn)流器是一個鐵芯電感線圈,電感的性質是當線圈中的電流發(fā)生變化時,則在線圈中將引起磁通的變化,從而產(chǎn)生感應電動勢,其方向與電流的方向相反,因而阻礙著電流變化。
起輝器在電路中起開關作用,它由一個氖氣放電管與一個電容并聯(lián)而成,電容的作用為消除對電源的電磁的干擾并與鎮(zhèn)流器形成振蕩回路,增加啟動脈沖電壓幅度。放電管中一個電極用雙金屬片組成,利用氖泡放電加熱,使雙金屬片在開閉時,引起電感鎮(zhèn)流器電流突變并產(chǎn)生高壓脈沖加到燈管兩端。
當日光燈接入電路以后,起輝器兩個電極間開始輝光放電,使雙金屬片受熱膨脹而與靜觸極接觸,于是電源、鎮(zhèn)流器、燈絲和起輝器構成一個閉合回路,電流使燈絲預熱,當受熱時間1-3秒后,起輝器的兩個電極間的輝光放電熄滅,隨之雙金屬片冷卻而與靜觸極斷開,當兩個電極斷開的瞬間,電路中的電流突然消失,于是鎮(zhèn)流器產(chǎn)生一個高壓脈沖,它與電源疊加后,加到燈管兩端,使燈管內(nèi)的惰性氣體電離而引起弧光放電,在正常發(fā)光過程中,鎮(zhèn)流器的自感還起著穩(wěn)定電路中電流的作用。