调光对陶瓷金卤灯性能的影响

调光对陶瓷金卤灯性能的影响

中小功率陶瓷金卤灯的调光特性金卤灯是高强度气体放电光源，具有高光效果和良好的显色性，深受应用。陶瓷金卤灯(CMH)是目前性能最为优越的气体放电光源。由于多晶氧化铝陶瓷管耐酸耐碱,在1150℃以下与金属卤化物不发生任何化学反应,化学稳定性高,显著提高了金属卤化物的蒸气压,使陶瓷金卤灯在显色性提高的同时也提高了光效。一般来说,陶瓷金卤灯光效可达110lm/W甚至更高,即使小功率灯也能达85lm/W以上;显色指数通常不低于85,并且很容易达到95以上;寿命最佳可达15000h。近年来,随着小功率陶瓷金卤灯的生产技术、多晶氧化铝透明陶瓷管制造技术和高效稀土金属卤化物发光体系的日趋成熟,国产小功率陶瓷金卤灯也实现了产业化。表1为当前主流的中小功率单端陶瓷金卤灯的参数和规格。中小功率陶瓷金卤灯虽然功率不大,但在某些应用场合(如室内照明)仍有调光的余地,实现进一步节能。目前对于中小功率陶瓷金卤灯调光特性的研究报道很少。Guest等人研究了用于道路照明的150W陶瓷金卤灯的调光特性,发现在不同频率下使用方波电子镇流器对陶瓷金卤灯调光时,对灯的寿命、流明维持和灯电压没有不利影响。对小于100W的陶瓷金卤灯的调光特性尚无研究报道。本研究以70W和150W两种功率的单端陶瓷金卤灯作为对象,对其在210Hz方波频率下进行调光,测量灯的光、色、电参数随调光深度的变化,从而直观验证调光的可行性,并找出调光过程中潜在的问题。1实验1.1光谱采集系统(1)上海亚明灯泡厂有限公司生产的陶瓷金卤灯,规格分别为:70W/4000K、150W/3000K、150W/4000K,以及亚明配套的可调光电子镇流器,调光深度:70W为60%;150W为70%;(2)杭州远方公司制造的直径2m的诗贝伦积分球;(3)杭州远方公司的PMS-80紫外-可见-近红外光谱分析系统,光谱采样间隔为1nm;(4)四通道TektronixTDS2014B数字存储示波器,带宽200MHz,采样频率1GS/s;(5)电压探头使用SapphireInstrumentsSI-9010高压差分探头,有1/1000和1/100两档,线性范围分别为±7000V和±700V;(6)电流探头为PearsonP110,灵敏度为0.1V/A。1.2后积分积分的测量使陶瓷金卤灯置于积分球中心,竖直燃点。在探头前放置挡屏。光纤采样的光信号传入光谱仪,测得380~780nm的光谱辐射功率,与视见函数V(λ)相乘后积分得到光通量等参数。灯的电压和电流由电压探头和电流探头采样,接入示波器进行测量。电压、电流信号相乘可得瞬时功率,对整周期积分后得到有效功率。实验时,利用可调光电子镇流器点灯,燃点15min后,使用示波器和光谱仪测量光、色、电参数。电子镇流器的调光间隔为5%,每次重新稳定的时间间隔约8min。电压、电流由示波器测得,而光通量、光效、显色指数(CRI)、相关色温(CCT)、色坐标(u,v)、色坐标距黑体线偏移量(DUV)等使用光谱仪测得。2结果与讨论本实验的结果与GE150W道路照明用陶瓷金卤灯的调光实验结果就光效、显色指数、色温进行了对比。2.1最大平均灯光效降为6.调光时光通量和光效的变化趋势如图1、图2所示。调光时随着灯功率的减小,光通量线性下降。因此可以很方便地通过改变功率来精确调光。调光后光效也会降低,在调光深度为70%时,150W/3000K的灯光效降低最少(3%);150W/4000K的灯光效降低最多(11%),但仍与GE灯差不多。在一些室内应用的场合,调光后的照度衰减,但仍然能够满足其照度的要求。以9m×9m×3.45m的图书馆目录区为例,额定功率下70W的陶瓷金卤灯大约30只就能够达到近800lx的照度,而调光深度达60%时也能够达到400lx。一般阅览室等要求的照度大致不超过200lx;部分室内场所,比如工艺室、设计室等要求的照度标准值一般也都在500lx左右,因此调光到70%左右不会对一般要求的室内照度产生太大影响。由于调光通常应用在照度要求并不是太高的场合,所以对于想要节约能源的一般照明,或者情景照明,选择陶瓷金卤灯是可行的。2.2cri光对wsfnpi的影响测得70%调光深度下陶瓷金卤灯显色指数(CRI)的下降小于15%,如图3所示。从图中看出调光对70W灯CRI的影响比150W灯小。显色指数在80~100之间则显色性优良,150W/4000K灯在进行调光后,其显色指数仍能保持在75以上。对于高光效的150W/3000K灯,调光后其显色指数也大于50。因此,调光时陶瓷金卤灯在显色性方面仍有很强的竞争力。2.3颜色漂移的观察调光时色温的变化见图4。随着灯功率减小,色温略有上升,但上升幅度都在500K左右,因此人眼观察到的颜色漂移不会太大。特别是小功率陶瓷金卤灯在调光深度70%以上时,色温的变化很小。2.4陶瓷金卤灯调光的选择可能会比流体速度传播至净化后,其光也好于土地图5、图6显示了调光时色坐标偏移黑体轨迹的程度和色坐标的变化趋势。由图看出,随着灯功率的降低,色坐标离黑体线越来越远。对于150W灯,3000K灯偏离黑体轨迹的程度比4000K灯更小,因此3000K陶瓷金卤灯在调光时所发出的光更接近自然光,可能会是调光的更好选择;色温都为4000K的灯,调光时70W灯相对黑体线的偏离比150W灯小。2.5稀土-钠-类物质组成70W/4000K灯的调光光谱见图7,150W的3000K和4000K灯有与之类似的光谱功率分布。由谱线峰值可见,样灯中填充的是稀土-钠-铊的卤化物。由于光谱分布随调光的改变来源于陶瓷金卤灯填充物在不同温度时蒸气压的改变程度,所以光谱的改变决定了光、色参数的变化。2.5.1光通量所占比例的变化将520~620nm的光谱分为520~548nm,548~580nm,580~620nm三段,如图8所示。光谱图中520~620nm的光谱强度高,此区间内视见函数也近于峰值。图9(a)中520~620nm的光通量占总光通量比例非常高,约在80%以上。因此,陶瓷金卤灯的光通量主要取决于峰值附近的光谱。从图9(b)~(d)所示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区占总光通量百分比的变化趋势可以看出,随着功率的降低,I区强光光谱的光通量所占百分比反而升高,Ⅰ区对光通量的贡献越来越大;Ⅱ区加强的连续光谱对光通量贡献随功率的降低则不断降低;Ⅲ区放宽程度较大的线谱随功率降低强度变化很小,峰值波长向蓝光区域移动(如图7(b)所示)。2.5.2光有关存在实际应用的问题从图7(a)的光谱图上可以看出,Ⅲ区辐射功率随调光而衰减;但在Ⅰ区和蓝光区域约418nm附近辐射功率随着调光反而相对增长,原本位于红光部分比较重要的592nm的辐射峰越来越向蓝光部分漂移。这可能与其填充的不同金属卤化物在不同温度下蒸气压的改变程度有关。因此可以推断出,调光对显色性的影响应该是其红光部分和蓝光部分衰减程度不同造成的。同时,从光通量百分比图上还可以看出,Ⅱ区的光通量随着调光不断降低,也对显色性降低产生了一定影响。2.5.3tli的使用从图7可见,调光时蓝光区特别是I区谱线所占比例不断增大,引致色温不断升高。原因可能与灯内填充的TlI有关。Tl的使用是因为它的谱线接近人眼最敏感的波长,而且在相同功率下光效很高。TlI工作在非饱和蒸气压下,而其他金属碘化物工作在饱和蒸气压下。调光引起的冷端温度降低对Tl蒸气压的影响小,使Tl蒸气压在总气压中的比例提高,这导致光色偏绿,因此色温随调光不