光源原理与设计-低压水银荧光灯教材

光源原理与设计—低压水银荧光灯第五章低压水银荧光灯光源原理与设计—低压水银荧光灯汞的物理性质熔点-38.87Co沸点356.58Co蒸汽压随T敏感变化光源原理与设计—低压水银荧光灯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6D27S06P17S16P26P16P06S011113333253.7185.0PHg(torr)η光源原理与设计—低压水银荧光灯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electrodefillinggasHgArglasstube光源原理与设计—低压水银荧光灯一.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[φ38]PHg=0.8Paη∝ηuv

荧光粉转换效率PHg↓→n↓→PHg↑→n*↑→ηuv↑→PHg↑↑→n*禁锢↑→n**↑→ηuv↓n↑+光源原理与设计—低压水银荧光灯二.惰性气体的作用和充量1.作用a)BufferGas(缓冲气体)P=0.8Paλ=5cm可能有电子未经碰撞就已运动到管壁而损失掉PAr=100Paλ=0.01cm充Ar使电子的碰撞次数大大增加V*min(Ar)>Vi(Hg)11.57V10.4V光源原理与设计—低压水银荧光灯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24.521.515.714.012.110.415.4c)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b)气压对能耗的影响当PAr=100Paηuv=ηuvmaxPAr↑→n*↑→ηuv↑PAr↑↑→n*↑→ηuv↑略上升→P弹↑↑→ηuv↓实际充200～660Pa(1.5～5torr)光源原理与设计—低压水银荧光灯三.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↑→ηuv↓d↓→双极↑→E↑→Ee↑→n*↓→ηuv↓PHg一定光源原理与设计—低压水银荧光灯2.长度l越长，越高Pe=Il(E*lc+VAK)

Pe一定

lc↑→Il↓→P

电↓→ηuv↑一般l=(1.2～2.4)m40W100W光源原理与设计—低压水银荧光灯四.电流密度J对ηuv

的影响J↑→Il↑→ne↑→n*↑→ηuv↑J↑↑→ne↑↑→P弹

↑→ηuv↓ηuv

要求J不宜太大Ws要求J不宜太小J＝0.03～0.13A/cm光源原理与设计—低压水银荧光灯

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

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例卤磷酸钙粉Ca5(PO4)3(FCl).Mn.SbSb*→Sb+hν(λ=477nm)兰Mn*→Mn+hν(λ=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

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

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

2.三基色粉分别发射兰，绿，红中心波长的三类粉优点：Ra好，η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

5.4荧光灯的设计光源原理与设计—低压水银荧光灯

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～125WT12(φ38)PHg=0.8Pa(Tcal=40C)→ηuv=ηuvmaxo光源原理与设计—低压水银荧光灯

Ws=0.04～0.05

W/cm(无粉)Ws=0.025～0.04W/cm(有粉)T12(φ=38)Tcal=40CT8(φ=26)Tcal=42Cφ=17Tcal=45Cφ=12Tcal=47Cl=larc+2fTG22oooo光源原理与设计—低压水银荧光灯

2.电参数Pl=αl

Vl

Il(αl=0.8～0.9)Vl=VAK+ElcLarc=lc+ld给定d查表得ElIl由公式求得Vl

Il(larc)l稳压：Vl≤0.56Vn

Vl≤123V光源原理与设计—低压水银荧光灯

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

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

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→δ=0.7光源原理与设计—低压水银荧光灯

ρT(ω)=3.1×10Ω.cm(900C)Me=3.7w/cmd=0.152(IH)(mm)l=4.7(VH)d(mm)IHVH

由Pl查表得出-5o29002/39001/2

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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=400Paoo光源原理与设计—低压水银荧光灯

T8PAr

:PKr=1:3

PAr+PKr=200PaD↑→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

四.荧光粉的选取a)根据荧光灯的分类1.暖白色Tc=3000Kη=802.白色Tc=3500Kη=803.冷白色Tc=4300Kη=784.日光灯Tc=6700Kη=65单一卤粉白卤粉＋兰粉光源原理与设计—低压水银荧光灯

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PHgPHg∝Tcol∝WsWs=0.025～0.04w/cm2.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

23.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=27～58Ca)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

oo光源原理与设计—低压水银荧光灯

5.5高功率荧光灯光源原理与设计—低压水银荧光灯

一.增加Il来增加Pl(不可取)二.增加El(Te)来提高P11.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

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oo光源原理与设计—低压水银荧光灯

要采用三基色荧光粉管细电子能量高，185辐射强18W直管F＝1300lmCFLF＝1200lm2.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

三.采用汞齐Bi-In-HgTw=52～120CF≥90%Fmaxo光源原理与设计—低压水银荧光灯

5.6荧光灯的特性和应用光源原理与设计—低压水银荧光灯

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

考虑不同的影响因素

F0－Ft=A[1-exp(-αrt)]+B[1-exp(βrt)]+C[1-exp(-νrt)]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

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ａ半透明膜α-Al2O3ｂ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

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

2.充气压力兼顾η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

三.荧光灯的高频工作特性f↑→ν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

1.电子镇流器(EB)的工作频率20～50kc2.高频工作的好处a)f↑→αl↑(f>15kcα→1接近正弦波)b)f↑→P电↓→η↑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

CB6－8Wαl低重量大噪音大EB1－2Wαl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

四.荧光灯的能量分配1.可见直接输出