光源基础知识(精选PPT)

高强度气体放电灯基础知识培训教材 1 本次培训主要议题 HID灯泡的分类HID灯泡结构与组成及零件功能HID灯泡标准与参数 2 常见光源主要有 白炽灯普通白炽灯 卤钨灯 低气压放电灯低气压汞灯 直管荧光灯 节能灯 紫外线灯 无极灯 冷阴极荧光灯 低压钠灯 霓虹灯 LED 发光二极管HID灯 3 高强度气体放电灯 HID 主要有 高压汞灯高压钠灯金属卤化物灯超高压汞灯 高压氙灯 高压汞氙灯 4 一 HID灯泡类别与区分 5 高压汞灯类别 高压汞灯 自镇流高压汞灯 紫外线高压汞灯 高压汞灯 自镇流高压汞灯 6 高压汞灯 以汞蒸汽作为发光物质 电弧管内填充40乇左右氩气和定量汞 利用氩 汞形成潘宁效应来降低启动电压 自镇流高压汞灯 用灯丝代替镇流器 所以使用方便 显色指数提高 色温下降 但光效下降40 以上 灯泡寿命下降50 左右 高压汞灯 404 7 435 8 546 1 578nm四条汞的特征谱线 自镇流高压汞灯 四条汞的特征谱线 灯丝光谱 增加了红光成分 灯丝光谱 7 荧光粉作用 一般涂敷发红光的荧光粉 将发出的紫外线转换为红色可见光 提高光通和显色指数 降低色温 备注 1大气压 760mmHg 760乇 1000mbar 101325Pa 0 1MPa 8 高压汞灯类别 按外泡壳涂敷分类 清光 涂粉 按灯头分类 E40 E39 E27 E26 按功率分类 按电源电压分类 特别是自镇流汞灯 不同电源电压需要不同灯丝 甚至结构都需要变化 9 高压汞灯类别 按泡壳分类 10 高压钠灯类别 LU钠灯符合北美标准的高压钠灯NG钠灯符合IEC或国标的高压钠灯 11 高压钠灯是以钠为主要发光物质的HID灯 电弧管内还充有汞和氙气 或氖氩混合气或氪气 汞主要作用是调整电参数 氙气是启动气体 随着氙气压力提高 钠灯光效提高 但启动困难 所以高光效需要辅助启动线来保证启动 钠蒸汽会腐蚀玻璃 所以采用多晶氧化铝陶瓷管 简称PCA 作电弧管泡壳 钠的特征谱线 589 0nm589 6nm 12 高压钠灯类别 标准钠灯光效 80 120LM W Ra 20中显色钠灯光效 标准钠灯的70 Ra 60高显色钠灯光效 标准钠灯的50 Ra 85 13 高压钠灯类别 按光效分类 高光效钠灯 标准钠灯 高光效钠灯的电弧管有辅助启动线 标准钠灯的电弧管没有辅助启动线 高光效钠灯 充氙气压力25 30乇提高到250 360乇后 光效提高10 以上 流明维持率提高 寿命延长 启动困难一些 14 高压钠灯类别 按结构分类 双管钠灯 普通钠灯 双端钠灯 双管钠灯 寿命提高80 光通下降3 热启动性能提高 15 高压钠灯类别 按启动方式分类 普通钠灯 内触发钠灯 内触发钠灯 主要用于改造原高压汞灯照明场合 采用汞灯镇流器 节约能耗 也有叫汞灯替换型高压钠灯 普通钠灯 内触发钠灯 16 高压钠灯类别 按泡壳分类 E型 ED型 ED18 T型 BT型 E25 T38T46T65 R型 反射型 R135R180 17 高压钠灯类别 按用途分类 普通照明用高压钠灯植物生长用高压钠灯 或称农用高压钠灯 18 高压钠灯类别 按泡壳涂粉分类 清光 涂粉 漫反射用 按灯头分类 E39 E40 E26 E27 按额定功率分类 19 金属卤化物灯类别 石英金卤灯 钪钠系列 稀土系列 钠铊铟系列 彩卤灯系列 陶瓷金卤灯 20 石英金卤灯是在高压汞灯的基础上 添加金属卤化物而制成 由于所添加的金属卤化物的金属元素电离电位和激发电位都低于汞原子 所以发光光谱主要以金属卤化物中的金属为主 钪钠系列钪 390 8 472 508 567 钠 589 589 6 汞的4条特征谱线 稀土系列密集的线光谱 近似连续光 钠铊铟系列铟 蓝光 铊 绿光 钠 黄光 21 陶瓷金卤灯是在石英金卤灯的基础上 用氧化铝陶瓷管代替石英管作为电弧管泡壳材料 陶瓷金卤灯优点主要有 1 光效更高 2 显色指数更高 3 色温一致性更好 4 寿命期间色偏移更小 5 理论上寿命更长 光衰更小 22 石英金卤灯类别 触发启动 俗称欧规 脉冲启动 辅助电极启动 俗称美规 23 石英金卤灯类别 触发启动 俗称欧规 脉冲启动 辅助电极启动 俗称美规 750v触发器 镇流器 补偿电容 启动电阻 启动电阻 超前顶峰式镇流器 双金属短路开关 补偿电容 镇流器 触发器 24 石英金卤灯类别 脉冲金卤灯优点 电弧管泡壳形状与电弧形状接近 所以泡壳温度分布更合理 1 光效更高 2 色温一致性更好 由于电弧管充气压力较高 120乇以上 3 光衰更小 注意 UPS暂时只提供4K色温 25 石英金卤灯类别 按泡壳分类 ED型 T型 BT型 TO型 Par型 G12泡壳 双端T型泡壳 26 石英金卤灯类别 按照灯头分类 27 石英金卤灯类别 按色温 3K WDL 黄白光4K NDL 自然白光5K DL 白光6K 带轻微青色或蓝色的白光10k 20K等等 28 石英金卤灯类别 按使用场合分类商照金卤灯 29 金属卤化物灯类别 按使用场合分类普通照明用金卤灯 30 金属卤化物灯类别 按使用场合分类特殊照明用金卤灯 水族馆照明舞台及影视光源植物生长用金卤灯渔业用灯紫外线金卤灯 光刻 印刷 污水处理 杀菌等等 31 陶瓷金卤灯类别 按电弧管泡壳 T型电弧管泡壳 35W 70W 150W色温 3K 4K 圆柱型电弧管泡壳 仿飞 70W 150W色温 3K 4K 32 陶瓷金卤灯类别 按用途 商照用 G12单端 35W 70W 150W色温 3K 4K R7S双端 35W 70W 150W色温 3K 4K Par灯 Par20 35WPar30 35W 70W色温 3K 4K G8 5单端 35W 70W 150W色温 3K 4K AR111 35W 70W色温 3K 4K 33 陶瓷金卤灯类别 按用途 普通照明35w 400w陶瓷电弧管 外泡壳采用T型 ED型等玻壳 34 二 HID灯结构及零件组成 35 自镇流荧光高压汞灯结构 灯芯 涂粉泡壳 灯头 灯泡氩填充气 灯头泥 焊锡 备注 灯泡氩 氩和氮混合气 36 荧光高压汞灯结构 灯芯 涂粉泡壳 灯头 高纯氮填充气 灯头泥 焊锡 37 泡壳结构 涂粉泡壳 荧光粉 泡壳 活性剂 38 芯柱 支架 支架固定 消气剂带 灯丝固定 挡粉板 灯丝 汞灯无 汞灯无 红磷吸气剂 灯芯 电弧管 电阻 内胆固定 灯芯结构 39 芯柱 和泡壳融封 密封元件 导电通道 支架 支撑电弧管 导电通道 消气剂带 非蒸散吸气 长期吸气 八角或鞍架 灯丝支撑和固定 灯丝 电阻镇流 发光 红磷 蒸散吸气 短时间有效 灯芯 电弧管 发光元件 电阻 限制辅助极启动电流 防止烧毁辅助极 元件功能 不锈钢片 固定电弧管 40 汞灯电弧管结构 石英管 石英排气管 汞 氩气 单电极组件 双电极组件 41 汞灯电弧管电极组件结构 钽粒 电极组件 有电子粉的电极 辅助电极 大小钼片 单双钼钩 42 电弧管元件功能 石英管 密封成放电腔 汞 发光物质 形成放电 和氩形成潘宁气体控制管压 氩气 启动气体 抑制电极蒸发 电极 发射电子 形成放电 辅助电极 辅助启动 降低启动电压 钼片 密封元件 导电通道 钼钩 导电通道 43 汞灯电弧管尺寸名称 44 玻壳 灯芯 灯头 灯头泥 焊锡 高压钠灯结构 真空 45 高压钠灯灯芯结构 电弧管 芯柱 灯芯 支架 消气剂环 支撑或连接件 备注 也有不用消气剂环的 但工艺要求提高 46 灯芯元件功能 电弧管 放电及发光元件 芯柱 密封元件 导电通道 支架 支撑 导电通道 消气剂环 蒸散出钡膜 长期吸气 支撑或连接件 支撑电弧管 连接导电通道 47 高压钠灯电弧管结构 电弧管 氧化铝陶瓷管 钠汞齐 氙气或氖氩混合气或氪气 电极组件 焊料环 48 电弧管元件功能 氧化铝陶瓷管 与铌管密封成放电腔 钠汞齐 钠是发光物质 汞调整电参数 氙气或氖氩混合气或氪气 启动气体 抑制电极蒸发 减少发黑 启动特殊要求 氩氖混合气 光效高 氙气 成本低 氪气 不推荐 焊料环 熔化后密封陶瓷管和铌管 铌管 密封元件 导电通道 电极 发射电子 形成放电 49 高压钠灯电弧管尺寸名称 50 高压钠灯和高压汞灯的差异 高压汞灯的汞工作与不饱和状态 完全蒸发 高压钠灯的钠和汞工作于饱和状态 不完全蒸发 所以 高压钠灯外玻壳一般抽真空 使电弧管各部位温度不均匀 而且不受环境温度影响 高压汞灯外泡壳充氮气 自镇流充灯泡氩 氮气一方面散热 另一方面气体循环 使电弧管放电腔各部位温度更加均匀 51 普通照明金属卤化物灯结构 灯芯 泡壳 灯头 高纯氮填充气或真空或氮氖混合气 灯头泥 焊锡 52 芯柱 消气剂片 电弧管固定 固定圈 支架 飞丝 通导电 装架零件 电弧管 灯芯 金属卤化物灯灯芯结构 53 金属卤化物灯芯结构 灯芯 芯柱 消气剂片 电弧管固定 连接片 双金属开关 固定圈 电阻 支架 装架零件 电弧管 飞丝 通导电 54 防爆金属卤化物灯芯结构 芯柱 消气剂片 固定带 连接片 双金属开关 固定圈 电阻 支架 飞丝 装架零件 电弧管 灯芯 防爆石英管 挡钩 弹簧片 55 灯芯元件功能 芯柱 和泡壳融封 密封元件 导电通道 支架 支撑电弧管 导电通道 消气剂片 非蒸散吸气 长期吸气 六角 支撑和固定整个灯芯 飞丝 导电通道 双金属开关 灯未启动时 主辅电极不通电 灯启动后短路主辅电极 防止电解发生 电弧管 发光元件 电阻 限制辅助极启动电流 防止烧毁辅助极 不锈钢片 固定电弧管 56 电弧管 氧化铝粉或氧化锆粉 已排气电弧管 普通照明金属卤化物灯电弧管结构 57 金属卤化物灯电弧管结构 电弧管 石英管 或吹制泡壳 石英排气管 主电极组件 金属卤化物 汞 Kr85混合气或氖氩混合气 辅助电极组件 触发启动的金卤灯一般不用辅助电极 58 电弧管元件功能 石英管 或吹制泡壳 金属卤化物 发光物质 Kr85混合气或氖氩混合气 启动气体 抑制电极蒸发 石英管 密封成放电腔 汞 形成放电 控制管压 和氩形成潘宁气体 电极 发射电子 形成放电 辅助电极 辅助启动 降低启动电压 钼片 密封元件 导电通道 钼杆 导电通道 59 金属卤化物灯电弧管尺寸名称 60 灯芯 石英泡壳 G12灯头 商照金卤灯结构 灯头泥 高纯氮填充气 灯芯 高纯氮填充气 双端 R7S瓷头 导头 石英管 灯头泥 灯芯 G12 61 商照金卤灯灯芯结构 G12 陶瓷管 消气剂片及连接片 钼钩 钽粒 钼片 连接片 钼支架 电弧管 62 灯芯 滤紫外石英泡壳 G12灯头 灯头泥 商照陶瓷金卤灯结构 G12 真空 63 消气剂片 钼钩 钽粒 商照陶瓷金卤灯芯结构 G12 钼片 铌主支架 电弧管 铌下支架 64 陶瓷金卤灯电弧管结构 氧化铝陶瓷泡壳 陶瓷金卤灯电极组件 金属卤化物 水银 焊料环 Kr85混合气 65 总结 一 HID成品灯泡都有 外泡壳 灯芯和灯头 二 灯芯主要由装架零件 电弧管和密封用元件组成 装架零件主要功能是通电和支撑电弧管 装架零件一般还有吸收杂质气体用的消气环 消气带和消气片等等 密封元件主要是芯柱和钼片 三 根据需要 外泡壳中还会充入适量的惰性气体或保持真空 根据需要 外泡壳会涂有荧光粉或漫反射粉层 66 总结 电弧管都有 电极组件 泡壳 工作物质和惰性气体 电极组件主要由电极 密封元件和外导线组成 有时外导线和密封元件采用同一元件 电弧管泡壳主要用石英或氧化铝陶瓷制成 工作物质 高压汞灯是汞 金属卤化物灯是金属卤化物 汞 高压钠灯是钠 汞 常用惰性气体 氩 氙 氪 氩 氪85 氩 氖混合气 主要作用 用于启动和降低电极溅射 67 三 HID灯泡参数与标准介绍 68 HID灯泡参数 一 尺寸参数 尺寸参数主要有 整灯长度 光中心高度 最大泡壳直径 灯头型号 电弧长度 极距 同轴度 灯头轴线与泡壳轴线的夹角 又称歪头度 69 HID灯泡电参数 V1 电源电压 A1 电源电流V2 灯泡管压 或灯泡工作电压 A2 灯泡工作电流V2 A2 功率因数 灯泡功率W1 V1 A1 系统功率W2W1 W2 能效自镇流无镇流器和触发器 基本不用补偿电容 A1 A2 V1 V2 部分金卤灯和内触发钠灯不用触发器 70 HID灯泡电参数 金卤灯 Vmin 最小电压 灯刚启动几秒 灯电压下降到最小时电压值Vp 或Vrs 再启动尖峰电压 在灯启动阶段 由于电弧管内化学作用而出现的宽度小于50ns的电压尖峰 Vr 再启动电压 或再启动峰值电压 在灯稳定工作时 灯电压最大峰值 71 HID灯泡电参数 启动电压 采用规定的配套电器和线路 在规定的试验条件下 在规定时间内 灯应启动时的电源电压 具体启动电压数值请参考相关标准 熄灭电压 采用规定的配套电器和线路 在规定的试验条件下 在0 5S内将电源电压调整到90 灯泡应不熄灭 并能维持燃点5S以上 72 HID灯泡光参数 光通量 光源在单位时间内发出的光量 单位是Lm 初始光通 灯在规定条件下燃点100小时后 所测得的光通量值 光效 在规定条件下 灯发出的光通量与所消耗电功率的比值 单位是Lm W 显色指数 被照物体原有颜色在光源下还原颜色的程度 太阳为100 色表 人眼直接观察光源发出光的颜色 称为色表 色容差 测量值偏离目标值的距离 一般指色坐标偏离值 73 HID灯泡光参数 色温 相关色温与色坐标 色温 CT 当光源发出的光的能量分布与黑体某温度下发出光相同时 黑体的这个温度就叫光源所发光的色温 单位 K 相关色温 CCT 气体放电灯所发出的光与黑体某温度下发出光最接近 此温度就是该光源发光的色温 即如上图 垂直黑体色温线 74 相关色温是粗糙的 是一条线 有无数的点 色坐标是精确的X Y 代表一个点 色坐标 75 HID灯泡其他参数 灯头扭力矩 单位N M泡壳允许最高温度 灯头允许最高温度 限制了灯泡长度 光中心高和泡壳直径 灯印清晰度和牢固度 76 HID灯泡参数 光通维持率和寿命光通维持率 灯泡在规定条件下燃点一段时间后的光通量与初始光通量的比率 寿命 个别寿命 在规定条件下燃点 个别灯泡失效时的燃点时间 经济寿命 在规定条件下燃点 灯泡光通维持率小于规定值 如75 时的燃点时间 平均寿命 在光通维持率达到要求前提下 50 灯泡失效的燃点时间 残存率 灯泡在规定燃点时间后能正常工作灯泡的比例 77 HID灯泡标准介绍 高压汞灯 国内 GB T21093北美 ANSIC78 40欧洲 IEC60188主要差异 1 国标根据IEC标准起草 2 ANSI标准采用E39和E26灯头 整灯长度有较大差异 3 ANSI标准对应每规格有一个标准号 如H37 250W 4 ANSI标准对应的灯规格的额定功率差异较大 5 只有国标明确了光通量 欧洲光参数在EC245内 78 HID灯泡标准介绍 自镇流高压汞灯 国内 QB T2050 无国标 北美 ANSIC7