气体放电灯.ppt

光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 汞的物理性质 熔点 38 87C o 沸点356 58C o 蒸汽压随T敏感变化 第五章低压水银荧光灯 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 汞的化学性质 稳定性好 不与灯用材料在工作T下有化学反应 可与许多金属形成合金amalgam汞齐 铋 钛 锌 汞有毒性 汞中毒 汞的辐射性质 低气压下 0 1Pa 以253 7为主 高气压下 10Pa 可见辐射增强 6 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 6D2 7S0 6P1 7S1 6P2 6P1 6P0 6S0 1 1 1 1 3 3 3 3 253 7 185 0 PHg torr 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 5 1低气压汞蒸汽放电的实验研究 electrode fillinggas HgAr glasstube 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 一 低气压汞放电的最佳汞气压 一定管径下存在对应的最佳汞气压 T12 38 PHg 0 8Pa uv荧光粉转换效率 PHg n PHg n uv PHg n 禁锢 n uv n 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 二 惰性气体的作用和充量 1 作用 a BufferGas 缓冲气体 P 0 8Pa 5cm 可能有电子未经碰撞就已运动到管壁而损失掉 PAr 100Pa 0 01cm 充Ar使电子的碰撞次数大大增加 V min Ar Vi Hg 11 57V 10 4V 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 b PenningEffect降低启动电压 气体HeNeArKrXeHgH2第一激发电位20 8616 6211 579 988 374 8611 1亚稳态电位19 7216 5711 499 868 284 66 一次电离电位24 521 515 714 012 110 415 4 c 减小双极性扩散引起的带电粒子损失 d 控制电导率 e 减少电极物质的损失 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 2 惰性气体的种类选择与最佳充气压 a 气体种类对能损的影响 碰撞能量损失以Kr的最小 每碰一次的损失 碰撞的几率 Ar Kr Xe 300 40 400 84 700 130 7 5 4 8 5 4 可见 充最好 但无法降低启动电压 考虑PenningEffect充Ar 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 b 气压对能耗的影响 当PAr 100Pa uv uvmax PAr n uv PAr n uv 略上升 P弹 uv 实际充200 660Pa 1 5 5torr 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 三 放电管直径和长度对的影响 1 某汞蒸气压下存在最佳管径 d 禁锢 猝灭 uv d 双极 E Ee n uv PHg一定 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 2 长度l越长 越高 Pe Il E lc VAK Pe一定 lc Il P电 uv 一般l 1 2 2 4 m 40W 100W 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 四 电流密度J对 uv的影响 J Il ne n uv J ne P弹 uv uv要求J不宜太大 Ws要求J不宜太小 J 0 03 0 13A cm 5 2低气压汞蒸汽放电的正柱理论 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 已知参量 PeriPHgPArIl 要求参量 Puv uv E Ve 光参数 归结求参量 TeneEJ 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 一 基本假设 1 放电中仅汞被激发和电离 2 电子和离子的迁移率由惰性气体决定 3 电子离子损失由双极性扩散决定 4 Ve服从Maxwell分布 并且与Vi无关 5 Hg由Hg 6P 的逐次电离产生 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 二 基本方程 1 激发态方程 求ne 总激发速率 总消激发速率 2 电离平衡方程 求Te 电子离子对的产生速率 消失速率 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 3 能量平衡方程 求E 电场输入电子气的能量 电子碰撞损失能量 4 电导率方程 求J 电流密度 J ene eE 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 5 3荧光粉的光学特性 一 荧光粉的定义 由紫外经过光致发光的粉状固体材料 称为荧光粉 盐 激活中心 阳离子 络阳离子 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 例卤磷酸钙粉 Ca5 PO4 3 FCl Mn Sb Sb Sb h 477nm 兰 Mn Mn h 585nm 橙红 通常Cl 20 F 80 若Cl比例增加 发光中心向长波移动 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 二 对荧光粉的主要要求 1 高的转换效率 2 耐光子 电子 离子的轰击 光维持 3 对紫外有强的吸收 对可见有大的透射 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 三 荧光粉的种类 1 卤粉 特点 可配制成任意Tc的单一粉种 转换效率高于一般的其他粉 缺点 缺红色输出 Ra较低 加红粉提高Ra 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 2 三基色粉 分别发射兰 绿 红中心波长的三类粉 优点 Ra好 高 耐185 辐射能力强 一般粉受185强紫外照射时 光效较低 缺点 价格是卤粉的50倍 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 5 4荧光灯的设计 一 灯的几何尺寸和电参数 1 几何尺寸 d和l 选定d 11 38 mm l 150 2400 mm Pl 4W 125W T12 38 PHg 0 8Pa Tcal 40C uv uvmax o 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 Ws 0 04 0 05W cm 无粉 Ws 0 025 0 04W cm 有粉 T12 38 Tcal 40C T8 26 Tcal 42C 17Tcal 45C 12Tcal 47C l larc 2fTG 2 2 o o o o 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 2 电参数 Pl lVlIl l 0 8 0 9 Vl VAK Elc Larc lc ld 给定d查表得ElIl 由公式求得VlIl larc l 稳压 Vl 0 56Vn Vl 123V 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 二 电极的设计 要求 合理的热电子发射温度 有足够的电子粉储存量 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 1 电极的结构形式 a 双螺旋阴极 b 编织型阴极 先把钨丝编成管状 再绕螺旋 c 三螺旋阴极 绕有细丝的粗丝再绕双螺旋 d 棒状阴极 绕有细丝的粗丝再绕单螺旋 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 2 电子发射材料 三元碳酸盐 碳酸钡 碳酸锶 碳酸钙 重量百分比 50 40 10 3 电极的参数 通常PAr 400Pa Kg 0 2 双螺旋灯丝Ks1 Ks2 1 5 2 0 0 7 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 T 3 1 10 cm 900C Me 3 7w cm d 0 152 IH mm l 4 7 VH d mm IHVH由Pl查表得出 5 o 2 900 2 3 900 1 2 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 4 电极作为阴极时的防蒸发措施 40WTA 900C 40WTA 900C 三 惰性气体的种类和压强 T12 CFLPAr 400Pa o o 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 T8PAr PKr 1 3 PAr PKr 200Pa D Da E Vl 使Vl不变P下降 T5114lm wVl很高190V 用电子整流器 EB 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 四 荧光粉的选取 a 根据荧光灯的分类 1 暖白色Tc 3000K 80 2 白色Tc 3500K 80 3 冷白色Tc 4300K 78 4 日光灯Tc 6700K 65 单一卤粉 白卤粉 兰粉 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 b 根据185nm辐射强度选取 P185 26mm P185 38mm P185 17 12mm P185 38mm 2 6 选用三基色粉 五 汞蒸气压的控制 1 由Ws值保证最佳PHg PHg Tcol Ws Ws 0 025 0 04w cm 2 人为制造冷端保证最佳PHg 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 2 3 采用汞齐 汞齐的蒸气压 液汞的蒸气压 Bi In 6 Hg T 52 120C 液汞 T 27 58C a 放宽最佳Tcol的范围 b 减少汞污染 c 启动稳定时间长采用主辅汞齐克服 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 o o 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 5 5高功率荧光灯 一 增加Il来增加Pl 不可取 二 增加El Te 来提高P1 1 紧凑型荧光灯 I Pg不变 d Da El Te n P1 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 小功率灯 Pl 11w dout 12mm Tcol 47C 中大功率灯 Pl 13w dout 17mm Tcol 45C El 2V cmVl 56Vn 123V l l60cm 两大类 PL灯灯与镇流器分离 SL灯灯与镇流器一体化 o o 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 要采用三基色荧光粉 管细 电子能量高 185辐射强 18W直管F 1300lm CFLF 1200lm 2 异型截面荧光灯 与圆管面积相同的矩形管 3 选用Da大的惰性气体 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 三 采用汞齐 Bi In Hg Tw 52 120CF 90 Fmax o 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 5 6荧光灯的特性和应用 一 光维持性 定义 光输出随点燃时间的变化光维持性 dF dt ktFt F0exp kt F0 Ft F0 1 exp kt 光通量可能损失的最大量 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 考虑不同的影响因素 F0 Ft A 1 exp rt B 1 exp rt C 1 exp rt A B C快 中 慢速反应中最大光通量损失 燃点100小时下的光通量称为初始光通量 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 解决途径 Na Ca玻璃 1 用Pb玻璃代替Na Ca玻璃 2 涂保护膜防止钠离子与荧光粉的反应 半透明膜 Al2O3 透明膜稀土氧化铝 3 低铅无钠玻璃 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 二 影响寿命的因素 1 电极性能对H的影响 用螺旋灯丝 碱土氧化物 早期发黑 点状黑斑 热点 蒸发出BaO 灯丝不均匀 环状黑斑 HgO HgO2与Hg混合物 工艺设计 晚期发黑 正常结果 不可避免 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 2 充气压力 兼顾 与H的关系 3 开关次数 每一次开关对灯的寿命影响很大 4 镇流器和启辉器的性能 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 三 荧光灯的高频工作特性 f 碰 n P弹 第二类非弹性碰撞 哪种过程占主导 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 1 电子镇流器 EB 的工作频率20 50kc 2 高频工作的好处 a f l f 15kc 1接近正弦波 b f P电 c f 25kc下 Ra有所上升 d 热耗小 体积小 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 CB6 8W l低重量大噪音大 EB1 2W l高重量小噪音无 3 无极荧光灯 f 500kc放电建立与电极有否无关 f 13 56MHz 避开干扰 4 微波放电 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 四 荧光灯的能量分配 1 可见直接输出3 2 荧光粉转换的可见光19 3 荧光粉发热34 4 管壁 占体积 损失26 5 电极损耗18 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 五 荧光灯的应用 1 灯的优点 a 高 H长 b Ra好 45 85 c Tc范围广 2500 7000K d 柔和 e 光输出随电网电压波动小 f 启动性好 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 2 灯的缺点 a 几何尺寸大 P1小 b 对环境温度要求高c 光闪烁 3 灯的分类 a 照明 光源原理与设计 低压水银荧光灯 诸定昌 b 特殊光源 单色性 保健灯 270370nm 黑光灯 370nm