光源知识培训-荧光灯

,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,光源原理与设计低压水银荧光灯,诸定昌,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,T1238PHg=0.8Pa,uv荧光粉转换效率,PHgnPHgn*uv,PHgn*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=100Pauv=uvmax,PArn*uv,PArn*uv略上升,P弹uv,实际充200660Pa(1.55torr),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EEen*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lcIlP电uv,一般l=(1.22.4)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,JIlnen*uv,JneP弹uv,uv要求J不宜太大,Ws要求J不宜太小,J0.030.13A/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,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JeneeE,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,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,光源原理与设计低压水银荧光灯,诸定昌,一.灯的几何尺寸和电参数,1.几何尺寸(d和l),选定d=1138(mm),l=1502400(mm),Pl=4W125W,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=0.040.05W/cm(无粉),Ws=0.0250.04W/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=0.80.9),Vl=VAK+Elc,Larc=lc+ld,给定d查表得ElIl,由公式求得VlIl(larc)l,稳压：Vl0.56Vn,Vl123V,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=400PaKg=0.2,双螺旋灯丝Ks1(Ks2)=1.52.0=0.7,光源原理与设计低压水银荧光灯,诸定昌,T()=3.110.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,40WTA900C,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,DDaEVl,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,PHgTcolWs,Ws=0.0250.04w/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15kc1接近正弦波),b)fP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,CB68Wl低重量大噪音大,EB12Wl高重量小噪音无,3.无极荧光灯,f500kc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(4585),c)Tc范围广(25007000K),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)诱虫,光化学灯(400nm),杀菌灯(253.7nm),灭蚊灯(338nm),CCFL冷阴极荧光灯,光源原理与设计低压水银荧光灯,诸定昌,思考题：,1.采取哪些措施可保证低气压汞蒸汽放电的最大紫外(253.7nm)输出？为什么？,2.试叙述荧光灯中充惰性气体的作用？,3.CFL中为什么要采用三基色荧光粉和保护膜技术？,光源原理与设计低压水银荧光灯,诸定昌,5.为什么把荧光灯燃点100小时后的光通量作为灯的初始光通量？,6.有哪些途径可得到高功率荧光灯，为什么？,7.细管径荧光灯有什么特点？,4.荧光灯电子镇流器为何有代替电感镇流器的趋势？,光源原理与设计低压水银荧光灯,诸定昌,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,汞的物理性质,熔点-38.87C,o,沸点356.58C,o,蒸汽压随T敏感变化,光源原理与设计低压