Газоразрядная лампа высокой интенсивности
Газоразрядные лампы высокой интенсивности ( HID-лампы ) представляют собой тип электрической газоразрядной лампы , которая излучает свет посредством электрической дуги между вольфрамовыми электродами, расположенными внутри полупрозрачной или прозрачной из плавленого кварца или плавленого глинозема . дуговой трубки [ 1 ] Эта трубка заполнена благородным газом и часто также содержит подходящие металлы или соли металлов. [ нужны разъяснения ] Благородный газ обеспечивает первоначальное зажигание дуги. После зажигания дуги она нагревается и испаряет металлические примеси. дуги Его присутствие в плазме значительно увеличивает интенсивность видимого света, создаваемого дугой при заданной потребляемой мощности, поскольку металлы имеют множество спектральных линий излучения в видимой части спектра. Газоразрядные лампы высокой интенсивности представляют собой разновидность дуговых ламп .
Совершенно новые газоразрядные лампы высокой интенсивности дают больше видимого света на единицу потребляемой электроэнергии, чем люминесцентные лампы и лампы накаливания , поскольку большую часть их излучения составляет видимый свет, в отличие от инфракрасного. Однако световой поток газоразрядного освещения может ухудшиться на 70% в течение 10 000 часов горения.
Во многих современных автомобилях в качестве основных систем освещения используются HID-лампы, хотя в некоторых случаях в настоящее время происходит переход от HID-ламп к светодиодным и лазерным технологиям. [ 2 ]
Строительство
[ редактировать ]
В дуговых трубках газоразрядных ламп используются различные химические вещества, в зависимости от желаемых характеристик интенсивности света, соответствующей цветовой температуры , индекса цветопередачи (CRI), энергоэффективности и срока службы. Разновидности HID-лампы включают в себя:
- Ртутные лампы
- Металлогалогенные (МГ) лампы
- Керамические лампы MH
- Натриевые лампы
- Ксеноновые короткодуговые лампы
Светоизлучающим элементом этих типов ламп является хорошо стабилизированный дуговой разряд, заключенный в огнеупорную оболочку дуговой трубки с нагрузкой на стену, превышающей 3 Вт на квадратный сантиметр (19 Вт/дюйм). 2 ).
Ртутные лампы были первыми коммерчески доступными газоразрядными лампами. Первоначально они давали голубовато-зеленый свет, но более поздние версии могут давать свет с менее выраженным цветовым оттенком. Однако ртутные лампы выходят из моды и заменяются натриевыми и металлогалогенными лампами.
Металлогалогенные и керамические металлогалогенные лампы могут излучать нейтральный белый свет, полезный для применений, где нормальный цветопередача имеет решающее значение, таких как теле- и кинопроизводство, спортивные игры в помещении или в ночное время, автомобильные фары и освещение аквариумов.
Натриевые лампы низкого давления чрезвычайно эффективны. Они излучают глубокий желто-оранжевый свет и имеют эффективный индекс цветопередачи , близкий к нулю; предметы, рассматриваемые в их свете, кажутся монохромными . Это делает их особенно эффективными в качестве фотозащитных фонарей . Натриевые лампы высокого давления, как правило, дают гораздо более белый свет, но все же с характерным оранжево-розовым оттенком. Теперь доступны новые версии с цветокоррекцией, дающие более белый свет, но ради улучшенного цвета приходится жертвовать некоторой эффективностью.
Как и люминесцентные лампы, HID-лампы требуют балласта для зажигания и поддержания дуги. Метод первоначального зажигания дуги различается: ртутные лампы и некоторые металлогалогенные лампы обычно запускаются с использованием третьего электрода рядом с одним из основных электродов, тогда как лампы других типов обычно запускаются с использованием импульсов высокого напряжения.
Замены токсичной ртути в газоразрядных лампах были исследованы и являются предметом продолжающихся исследований. Эксперименты показывают многообещающие результаты, и в будущем ожидается широкое применение. [ 3 ]
Радиоактивные вещества
[ редактировать ]В некоторых HID-лампах используются радиоактивные вещества, такие как криптон-85 и торий . [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Эти изотопы помогают запустить лампы и улучшить их рабочие характеристики. [ 4 ] [ 6 ]
Криптон-85 представляет собой газ, смешанный с аргоном , находящимся в дуговой трубке лампы. [ 8 ] Торий, который является твердым веществом, используется в электродах. [ 8 ]
Эти изотопы производят ионизирующее излучение альфа- типа и бета- . Это излучение вызывает высокую ионизацию внутри лампы, не имея возможности выйти за ее пределы. [ 6 ] Высокая ионизация значительно облегчает зажигание дуги через лавину Таунсенда . Более того, присутствие тория в электродах снижает работу выхода , что также приводит к более легкому зажиганию и поддержанию дуги.
Количество гамма-излучения , производимого изотопами, которые могут выйти из лампы, незначительно. [ 6 ]
Приложения
[ редактировать ]HID-лампы обычно используются, когда требуется высокий уровень освещенности на больших площадях, а также когда желательны энергоэффективность и/или интенсивность света. Эти помещения включают спортивные залы , большие общественные помещения, склады , кинотеатры, футбольные стадионы, [ 9 ] площадки для активного отдыха, дороги, парковки и дорожки. В последнее время лампы HID стали использоваться в небольших магазинах и даже в жилых помещениях из-за достижений в области ламп с уменьшенным световым потоком. HID-лампы сверхвысокой производительности (UHP) также используются в проекционных телевизорах с ЖК-дисплеями или DLP, а также в проекционных дисплеях.
HID-лампы сделали практичным садоводство в помещении, особенно для растений, которым в естественной среде обитания требуется высокий уровень прямого солнечного света; HID-лампы, особенно металлогалогенные и натриевые лампы высокого давления, являются распространенным источником света для внутренних садов. Они также используются для воспроизведения солнечного света тропической интенсивности в закрытых аквариумах .
Большинство HID-ламп производят значительное УФ-излучение и требуют фильтров, блокирующих УФ-излучение, чтобы предотвратить разрушение компонентов светильника, вызванное УФ-излучением, и выцветание окрашенных предметов, освещаемых лампой. Воздействие HID-ламп, работающих с неисправными или отсутствующими фильтрами, блокирующими УФ-излучение, приводит к травмам людей и животных, таким как солнечные ожоги и дуговые ожоги . Многие HID-лампы сконструированы таким образом, чтобы быстро погаснуть, если их внешняя стеклянная оболочка, защищающая от УФ-излучения, сломана.
С начала 1990-х годов HID-лампы стали применяться в автомобильных фарах . Ксеноновое или газоразрядное освещение (HID) обеспечивает более яркий свет фар и увеличивает видимость многих периферийных объектов (например, уличных знаков и пешеходов), оставленных в тени стандартным галогенным освещением.
HID-лампы используются в мощных велосипедных фарах , а также в фонариках и других портативных фонарях, поскольку они производят большое количество света на единицу мощности. Поскольку лампы HID потребляют менее половины мощности эквивалентных вольфрамово-галогенных ламп, можно использовать значительно меньший и более легкий источник питания.
HID-лампы также стали обычным явлением на многих самолетах в качестве замены традиционных посадочных и рулежных огней. [ нужна ссылка ]
HID-лампы также используются в фонарях для подводного плавания . Более высокая эффективность HID-ламп по сравнению с галогенными лампами означает более длительное время горения при данном размере батареи и светоотдаче.
Цветовая температура
[ редактировать ]HID-лампы доступны в различных цветах (обычно называемых цветовыми температурами ) и измеряются в Кельвинах (К). Шкала цветовой температуры Кельвина варьируется от 1000К (янтарный) до 3000К (желтый), от 5500К (белый), до 8000К (синий) и до 12000К (фиолетовый).
HID-лампы производят свет разных цветов, в первую очередь за счет использования различных металлических добавок в дуговой трубке лампы и физики процесса газоразряда. [ 10 ]
- Металлические добавки : лампы HID содержат дуговую трубку, наполненную смесью газов, включая благородный газ (например, ксенон ). Эти металлические добавки имеют решающее значение для получения света разных цветов. Различные металлы при включении излучают свет определенной длины волны, и эта характеристика определяет цветовую отдачу лампы.
- Процесс газоразряда . Работа лампы предполагает создание электрической дуги на электродах внутри дуговой трубки. Эта дуга генерирует сильное тепло и возбуждает газы и металлические присадки внутри трубки. Когда возбужденные атомы возвращаются в свое основное состояние, они выделяют энергию в виде света.
- Спектр излучения : Конкретный спектр излучаемого света зависит от энергетических уровней возбужденных атомов и свойств металлических добавок. Каждый металл излучает свет определенной длины волны, что приводит к определенным цветам.
- Фосфорное покрытие : некоторые газоразрядные лампы, например, ртутные лампы , также используют фосфорное покрытие на внутренней поверхности дуговой трубки. Эти люминофоры поглощают ультрафиолетовый (УФ) свет, излучаемый возбужденными атомами газа, а затем повторно излучают видимый свет. Комбинация ультрафиолетового света и излучаемого видимого света создает более широкий спектр цветов.
- Индекс цветопередачи (CRI) : лампы HID не всегда известны своими превосходными свойствами цветопередачи. Цветопередача определяет, насколько точно источник света отображает истинные цвета объектов по сравнению с естественным солнечным светом. Различные HID-лампы имеют разные значения CRI , причем некоторые из них обеспечивают лучшую цветопередачу, чем другие.
Выбор металлических добавок и их концентраций позволяет производителям ламп создавать газоразрядные лампы с различными цветовыми температурами и спектральными характеристиками для удовлетворения различных потребностей в освещении.
Большинство HID-ламп производятся с цветовой температурой от 5000К до 6000К, что соответствует естественному дневному свету. Это полезно для применений, требующих высокого уровня освещенности, таких как спортивные стадионы, склады, проекционные телевизоры и садовые светильники. [ 11 ]
Однако для некоторых применений, таких как автомобильные фары, газоразрядные лампы производятся почти всех цветов: от желтого и белого до синего и фиолетового. [ 12 ]
Конец жизни
[ редактировать ]Факторы износа в основном связаны с циклами включения/выключения, а не с общим временем работы. Наибольший износ происходит, когда HID-горелка зажигается, пока она еще горячая и до рекристаллизации солей металлов.
В конце срока службы многие типы газоразрядных ламп высокой интенсивности демонстрируют явление, известное как езда на велосипеде . Эти лампы можно запускать при относительно низком напряжении . Однако по мере нагревания во время работы внутреннее давление газа внутри дуговой трубки возрастает, и для поддержания дугового разряда требуется более высокое напряжение . По мере старения лампы напряжение, необходимое для поддержания дуги, в конечном итоге возрастает и превышает напряжение, обеспечиваемое электрическим балластом . Когда лампа нагревается до этой точки, дуга гаснет и лампа гаснет. В конце концов, когда дуга погаснет, лампа снова остывает, давление газа в дуговой трубке снижается, и балласт может снова вызвать зажигание дуги. В результате лампа светится какое-то время, а затем неоднократно гаснет. Более сложные конструкции балласта обнаруживают цикличность и прекращают попытки запустить лампу после нескольких циклов. Если питание будет отключено и повторно включено, балласт предпримет новую серию попыток запуска.
Еще одним явлением, связанным с износом и старением HID-ламп, является изменение цвета излучаемого светового луча («затухание»). [ 13 ] ). Обычно можно наблюдать сдвиг в сторону синего и/или фиолетового цвета. Поначалу этот сдвиг незначителен и, как правило, является признаком того, что лампы «обкатали», хотя в целом они все еще находятся в хорошем рабочем состоянии, но к концу срока службы HID-лампа часто воспринимается как излучающая только синий и фиолетовый свет. . Согласно закону Планка , это является прямым результатом повышенного напряжения и более высокой температуры, необходимых для поддержания дуги.
Иногда в СВД-лампе может взорваться кварцевая трубка, содержащая ртуть. [ 14 ] При этом в атмосферу выбрасывается до 50 мг паров ртути. Такое количество ртути потенциально токсично, но основной опасностью от разбитых ламп являются порезы стекла, и не предполагается, что случайное воздействие разбитых ламп будет иметь неблагоприятные последствия. Philips рекомендует использовать ртутный пылесос, средства вентиляции или защиты органов дыхания, средства защиты глаз и защитную одежду при работе с разбитыми лампами. Ртутные лампы всегда требуют специальной утилизации или переработки, что является обязательным по закону во многих местах в зависимости от юрисдикции. [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Металогалогенная лампа – как работает и история» . edisontechcenter.org . Проверено 14 августа 2023 г.
- ^ «Лазерный свет для фар: последние тенденции в автомобильном освещении» (url) (Пресс-релиз). ОСРАМ . Проверено 16 октября 2016 г. [ недостаточно конкретно, чтобы проверить ]
- ^ «Замена ртути в газоразрядных лампах высокого давления металлическим цинком» (PDF) . ИОП Наука . Проверено 14 июня 2011 г.
- ^ Jump up to: а б «HID-лампы, содержащие излучатели излучения» (PDF) . НЕМА. Архивировано из оригинала (PDF) 20 февраля 2014 года . Проверено 6 ноября 2012 г.
- ^ Типы ламп , Европейская федерация производителей ламп, архивировано из оригинала 22 июня 2012 г. , получено 6 ноября 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с д Ионизирующие вещества в осветительной продукции (PDF) , Европейская федерация производителей ламп, 2009 г., архивировано из оригинала (PDF) 20 февраля 2014 г. , получено 6 ноября 2012 г.
- ^ NRPB и GRS (2001), Транспортировка потребительских товаров, содержащих небольшие количества радиоактивных материалов (PDF) , Европейская комиссия , заархивировано из оригинала (PDF) 25 ноября 2011 г. , получено 6 ноября 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с Оценка радиологического воздействия транспортировки и утилизации лампочек, содержащих тритий, криптон-85 и радиоизотопы тория , Агентство по охране здоровья, 2011 г., заархивировано из оригинала 28 мая 2012 г. , получено 6 ноября 2012 г.
- ^ Сосредоточьтесь на наружном освещении, стр. 4. [ мертвая ссылка ]
- ^ «HID-лампы: становятся ярче быстрее» . НИСТ . 6 января 2016 г.
- ^ МакКоуэн, Брайан; Кофлин, Томас; Эпштейн, Гэри; Бержерон, Питер (2001). «Альтернативы стандартному газоразрядному освещению на промышленных объектах» (PDF) . Американский совет по энергоэффективной экономике (ACEEE) .
- ^ «Таблица цветов HID Xenon — Полное руководство по температуре фар — XenonPro.com» . www.xenonpro.com . Проверено 14 августа 2023 г.
- ^ «Почему HID-лампы меняют цвет?» . http://propercoat.co.uk .
- ^ Хосе Л. Каповилья (3 июня 2001 г.). «Обзор ламп Philips UHP» . Ercservice.com. Архивировано из оригинала 22 января 2013 года . Проверено 8 декабря 2009 г.
- ^ «Паспорт безопасности продукта цифрового проекционного освещения Philips (PSDS)» (PDF) . Освещение Филипс. Май 2008 года . Проверено 26 октября 2011 г. [ мертвая ссылка ]
