Что такое специальные лампы

Натриевые лампы низкого давления

Как видно из рисунка 3, в статье "Газоразрядные лампы высокого давления с парами металлов", излучение паров натрия при давлении около 0,2 Па обладает высокой эффективностью из-за наличия резонансного излучения двух спектральных линий с длинами волн 589 и 589,6 нм. Это использовано в натриевых лампах низкого давления. Отличительной особенностью натриевых ламп низкого давления от люминесцентных является повышенная температура наиболее холодной точки 470 К, обусловленная необходимостью поддержания паров натрия в требуемой концентрации. Максимум резонансного излучения натрия достигается при 540 – 560 К, что соответствует давлению насыщающихся паров натрия 0,5 – 1,2 Па.

В настоящее время в натриевых лампах низкого давления достигнута самая высокая световая отдача из всех источников света общего применения.

В экспериментальных образцах ламп низкого давления при оптимальных диаметре трубки и плотности тока получена световая отдача 300 – 400 лм/Вт, в промышленных образцах ламп она существенно ниже – 170 – 180 лм/Вт. Для зажигания и развития разряда в трубку вводят инертный газ неон (давление 1 – 1,5 кПа) с добавкой аргона. Натрий вводится в избытке.

Конструкции натриевых ламп должны учитывать следующие особенности. Необходима хорошая теплоизоляция разрядной трубки для получения высокой температуры холодной части трубки, обеспечивающей требуемое давление насыщающихся паров натрия. Следует применять стекла, стойкие к воздействию паров натрия, и специальные катоды, так как в период разгорания ламп разряд некоторое время происходит в инертном газе при низком давлении, что ускоряет распыление оксидного слоя. В лампе необходимо предотвратить миграцию натрия. Это явление связано с тем, что градиент потенциала в инертном газе выше, чем в парах натрия. Случайная неравномерность плотности паров натрия вдоль трубки усиливается в процессе горения вплоть до полного удаления натрия из этой зоны. Для предупреждения миграции натрия вдоль разрядной трубки делают небольшие выпуклости или применяют трубки некруглого сечения.

Для создания требуемого температурного режима разрядную трубку помещают в стеклянную вакуумированную рубашку. Для снижения длины трубки придают ей U-образную форму. На внутреннюю поверхность рубашки иногда наносят покрытие из оксидов олова и индия, отражающее инфракрасное излучение обратно на разрядную трубку и пропускающее желтое резонансное излучение натрия.

Рисунок 1. Катоды натриевых ламп: а – триспиральный оксидный катод бифилярного типа; б – оксидный катод блочного типа

В настоящее время для горелок применяют трубки, внешняя часть которых выполнена из обычного лампового стекла с нанесенным на его внутреннюю стенку небольшим слоем специального стекла, стойкого к парам натрия. Таким специальным стеклом является боратное стекло, толщина слоя которого составляет десятки микрон.

Самокалящиеся активированные катоды в натриевых лампах отличаются от катодов люминесцентных ламп применением более прочных покрытий из активных веществ, стойких к распылению в период разгорания. Конструкции катодов натриевых ламп показаны на рисунке 1. Период разгорания натриевых ламп, в течение которого красное излучение неона постепенно переходит в желтое излучение натрия, составляет 10 – 12 минут. Изменение электрических параметров ламп в период разгорания незначительно.

Основные параметры осветительных натриевых ламп низкого давления приведены ниже.

Из-за низкого срока службы эти лампы пока нашли ограниченное применение, в частности в установках наружного освещения.

Неоновые дуговые лампы

Для целей сигнализации применяют лампы низкого давления с неоновым наполнением, которые имеют самокалящиеся оксидные катоды. Видимое излучение неона образуется большой группой спектральных линий, лежащих в области длин волн 580 – 730 нм, которые и придают неоновым лампам характерный оранжево-красный цвет. Такое излучение, лежащее далеко от резонансного (резонансные линии неона имеют длины волн 74,3 и 73,6 нм), возбуждается при низких давлениях путем повышения роли ступенчатого возбуждения, получающегося при больших значениях тока.

Максимальная световая отдача неона для разряда в трубке заданного диаметра имеет место при определенных давлении и токе. Наиболее высокие световые отдачи неонового разряда (35 – 42 лм/Вт) получены в трубке диаметром 61 мм при давлении 40 – 65 Па. Световая отдача обычных ламп составляет 7 – 18 лм/Вт, так как минимальное давление неона, с которым можно изготовлять лампы, составляет 250 – 650 Па; применение трубок диаметром 61 мм требует больших рабочих токов; световая отдача снижается из-за анодно-катодных потерь.

Зажигание и стабилизация разряда у неоновых ламп осуществляется так же, как и у люминесцентных ламп, включаемых по стартерной схеме. Неоновая лампа, например типа ДНеСГ500-1 (дуговая, неоновая, сигнальная мощностью 500 Вт) имеет световой поток 6500 лм, рабочий ток 6,5 А и напряжение горения 85 В.

Импульсные лампы

Импульсные газоразрядные лампы обеспечивают возможность получения интенсивного оптического излучения короткой длительности за счет энергии импульсного электрического разряда. Энергия, необходимая для такого разряда, накапливается в специальном конденсаторе. Импульсная лампа имеет баллон из стекла, наполненный химически неактивным газом, чаще всего ксеноном.

Рисунок 2. Зависимость параметров импульсной лампы от времени (τ – длительность импульса)

Импульсные лампы отличаются рядом дополнительных параметров, связанных с принципом их работы. К ним относятся изменения мгновенных значений электрических и световых параметров за время вспышки (импульса), интегральные значения величин за время одной вспышки. Зависимость величин, характеризующих вспышку (яркость, световой поток, ток, мощность и тому подобное), от времени представлена на рисунке 2. Интегральные значения величин характеризуются площадью, ограниченной кривой изменения величины за время импульса. Световой отдачей импульсной лампы называют отношение энергии вспышки к энергии, запасенной в конденсаторе.

В зависимости от области применения импульсные лампы делятся на фотоосветительные, сигнальные и стробоскопические.

Фотоосветительные импульсные лампы вспышки используются в режиме одноразовых вспышек. Эти лампы имеют большие расстояния между электродами и трубчатую форму.

Сигнальные лампы подобны фотоосветительным, но работают, как правило, в режиме повторяющихся вспышек с заданным интервалом между ними. Максимально допустимая энергия каждой вспышки в этом случае выбирается из условия обеспечения средней рассеиваемой мощности в режиме непрерывного горения.

Лампы представляют собой трубку из тугоплавкого стекла или кварца с внутренним диаметром от долей миллиметра до нескольких десятков миллиметров, по концам которой впаяны электроды. Длина трубки изменяется от миллиметров до нескольких метров. Давление ксенона колеблется от нескольких десятков до десятков тысяч паскалей. Для получения источников с концентрированным потоком излучения трубкам придают U-образную или спиральную форму. Лампы изготовляют на энергии вспышек от долей джоуля до десятков тысяч джоулей.

Стробоскопические лампы используются в режиме многократно повторяющихся вспышек, при этом конструкция ламп должна быть рассчитана на среднее значение мощности по времени, в течение которого она вспыхивает. Получение большой частоты вспышек требует сокращения времени деионизации газа, поэтому такие лампы имеют, как правило, небольшую шарообразную колбу.

Шаровые лампы отличаются тем, что имеют малые расстояния между электродами, поэтому разряд в них не заполняет всего объема колбы. Лампы дают вспышки малой длительности (менее 10^-4 с) и высокой яркости, но имеют меньшую, чем трубчатые лампы, световую отдачу. Для подачи зажигающего импульса обычно используется электрод зажигания, аналогичный применяемому в шаровых лампах сверхвысокого давления. Внешний вид и размеры некоторых импульсных ламп даны на рисунке 3. В таблице 1 приведены основные параметры некоторых фотоосветительных сигнальных импульсных ламп.

Рисунок 3. Импульсные лампы разных типов:
а – ИФК120; б – ИКС10; в – ИФК2000; г – ИФК500; д – ИСШ15; е – ИФП4000

Таблица 1

Основные параметры импульсных ламп

Лампы для сельского хозяйства

Газоразрядные лампы низкого и высокого давления находят широкое применение в сельском хозяйстве для облучения растений и животных, обеззараживания и стерилизации сельскохозяйственных продуктов и тому подобного. Для этого используют не только видимое, но и излучение в инфракрасной и ультрафиолетовой областях.

Для облучательных ламп одним из основных требований является соответствие необходимому диапазону длин волн, а также значительная концентрация мощности излучения для возможности создания компактных облучательных установок. Поэтому применение находят мощные люминесцентные лампы типа ЛФР150 и различные типы ламп высокого давления, основные параметры которых приведены в таблице 2.

Таблица 2

Основные параметры облучательных ламп высокого давления

Из таблицы 2 видно, что металлогалогенные и натриевые ламы высокого давления имеют не только высокие световые отдачи, но и большую эффективность поглощения их излучения растениями (высокие значения КПД в области ФАР – коэффициент полезного действия фотосинтетически активной радиации), то есть доля потока излучения в диапазоне длин волн 380 – 710 нм. Используя в металлогалогенных лампах добавки йодидов различных материалов, можно получать источники, имеющие излучение в требуемом диапазоне длин волн в зависимости от вида облучаемой культуры или продукта.

Электролюминесцентные источники света

Рисунок 4. Электролюминесцентная панель: 1 – стеклянная пластина; 2 – прозрачный электропроводящий слой; 3 – зерна люминофора, взвешенные в прозрачном диэлектрике; 4 – металлическая подложка

В качестве источников света с небольшой яркостью поверхности используют электролюминесцентные панели, представляющие собой плоский конденсатор (рисунок 4). При подаче на обкладки панели (2 и 4) переменного напряжения и создании на слое люминофора 3 электрического поля с напряженностью 10⁶ – 10⁷ В/м возбуждается электролюминесценция. В зависимости от типа люминофора можно получать свечение различного цвета. Электролюминесцентные панели делают на стеклянной 1 или гибкой основе.

Каждый тип панели в зависимости от расстояния между обкладками (десятки микрометров) имеет наибольшую световую отдачу при питании определенным значением напряжения. Для промышленных панелей в целях унификации схем включения принято напряжение 220 В. Увеличение частоты питающего напряжения приводит к повышению яркости панелей, но обычно снижает срок их службы. В таблице 3 приведены основные параметры электролюминесцентных панелей при напряжении 220 В и различной частоте питания, выполненных на основе люминофоров – сульфида и селенида цинка и кадмия. Панели применяют для изготовления светящихся знаков в мнемосхемах и тому подобном.

Таблица 3

Основные параметры электролюминесцентных панелей

Источник: Афанасьева Е. И., Скобелев В. М., "Источники света и пускорегулирующая аппаратура: Учебник для техникумов", 2-е издание переработанное – Москва: Энергоатомиздат, 1986 – 272 с.