第七章 高压钠灯

1、,光源原理与设计钠灯,诸定昌,第七章 钠灯 (Soidum Lamp）,7.1 低压钠灯,光源原理与设计钠灯,诸定昌,一、工作原理 1、低气压钠蒸汽放电的特性 a)有很高的共振辐射效率 共振电位 b)共振辐幅的最佳条件,PNa=0.4Pa时，,光源原理与设计钠灯,诸定昌,最佳管径,（汞有7种同位素）,P惰=10100Pa，兼顾寿命H，实际充（400-2103）Pa,或经验公式,P惰=840/d(cm)(Pa),例：,光源原理与设计钠灯,诸定昌,J(最佳)=0.1 0.6A/cm2,c)共振辐射谱线在视见函数的灵敏区，高,2、最佳管壁温度的保证（最佳PNa）,a)隔热保温法,光源原理与设计钠灯,

2、诸定昌,减少热损耗的途径,对D线有85%90%的透过率 对红外有91%反射率,b)充Ne-Ar混合气 （提高Tw，降低Vs）,c)异形截面,Sn+In2O3,光源原理与设计钠灯,诸定昌,3、钠的经向泵漏效应,平衡下,ni(r)=ni(0)(1-r2/ri2),Na,Na+,Na+,Na,ri 0 ri,ni(0),na(r),ri 0 ri,n,na,光源原理与设计钠灯,诸定昌,na表示轴上中性原子浓度的减少量,代入，得,i ni(0) ( )ri =+a na( )ri,kTe,e,kTg,e,-2r,ri2,-2r,ri2,令i a，,即na=10ni(0),若ni(0)/na(ri)=5

3、%(电离度),有 na/na(ri)=10ni(0)/na(ri)=50%,当na=na(ri)时 临界电流 耗空效应,光源原理与设计钠灯,诸定昌,二、LPS的结构与设计,a)U型放电管,b)外泡壳,光源原理与设计钠灯,诸定昌,三、LPS灯的应用 1、光效高180lm/w 2、显色性差Ra=20 3、单色光源：透雾性强 4、启动电压高：漏磁变压器+触发器,光源原理与设计钠灯,诸定昌,7.2 高气压钠蒸气放电特性,一、高气压钠蒸汽放电的特点 1. 与高气压汞蒸汽放电特性相似之处 a)电弧收缩 TeTg(LTE) ，大J值 b)随PNa上升，共振吸收越来越强 c)非共振谱线增强且放宽,光源原理与设

4、计钠灯,诸定昌,2、与高气压汞蒸汽放电特性不同之处 共振谱线随PNa增加，先自吸收，后自反，两翼放宽并且加强，其辐射效率仍很高（40%）。,3、两翼加宽的机理 a)自然宽度：10-5nm b)多普勒宽度：10-4nm,光源原理与设计钠灯,诸定昌,c)压力放宽：,关键：in因同位素关系，其值在HPS中远大于在HPM中,Stark放宽10-3nm,共振放宽10-1nm,4. 影响共振线自反 不对称的原因,a) 共振放宽属对称性,光源原理与设计钠灯,诸定昌,=r/ri,光源原理与设计钠灯,诸定昌,5. 特点的总结,由于自反，共振辐射的能量仍占输入电能 的40%左右 =125lm/w,光源原理与设计钠

5、灯,诸定昌,b)共振辐射的放宽及其它可见谱线的加强（及连续谱）使Ra有所提高。,c)有高的功率密度（体积小，Tw高） HPS 400w di=8mm1arc=70-80mm Ws=19w/cm2 HPM 400w di=18mm1arc=65mm Ws=9-10w/cm2,光源原理与设计钠灯,诸定昌,二、高压钠电弧的热导损失和电场强 度（半经验）,三、高压钠电弧的温度分布（半经验）,光源原理与设计钠灯,诸定昌,7.3 高压钠灯（HPS）,1、放电管（arctube）,光源原理与设计钠灯,诸定昌,光源原理与设计钠灯,诸定昌,光源原理与设计钠灯,诸定昌,光源原理与设计钠灯,诸定昌,光源原理与设计钠

6、灯,诸定昌,总结：增加管径，提高Tw，选择合理的Pl1值，并使=812nm时，可提高灯的光效（P电和X值确定）,光源原理与设计钠灯,诸定昌,d,larc,光源原理与设计钠灯,诸定昌,2、经验公式（略）,3、显色指数的改善方法,a)电弧管两间包钽箔 （提高Tcol,提高蒸气压）,Ra HPM HPS,=50 Ra=20,=120 Ra=2530,=APNari1/2,光源原理与设计钠灯,诸定昌,b)充高压氙气“范氏”放宽 Ra（d=8, Pxe=40kPa, Pl=360W） =Ra(d=12,Pxe=2.7kPa, Pl=360W)=50-60,光源原理与设计钠灯,诸定昌,c)改变几何参数,Larc d (ri ),WsTcolPNa,Ex) 400w d=8 d=13 larc使 Tcol=700oC Tcol=850oC,PNa=27kPa PNa=67kPa,(Ra=88, =60lm/w H=9103hrs) 室内“白光HPS”,光源原理与设计钠灯,诸定昌,d),Ws,Larc d,高亮度白光HPS,ex) 100w真空d=5, 1arc=21, Ws=33 Tc=2500K,100w,50kPa N2，d=3.5，larc=10, Ws=91 Tc=2700K L2=2L1 , Ra80, =45lm/w,光源原理与设计钠灯,诸定昌,光源原理与设计钠灯,诸定昌