Газоразрядные источники оптического излучения

Газоразрядные источники оптического излучения имеют более высокий КПД, чем источники, основанные на тепловом излучении. Цветность излучения и характер распределения его по спектру зависят от рода паров металла или газа и условий электрического разряда. Эти свойства газоразрядных источников излучения открыли широкую перспективу применения их во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Газоразрядные источники излучения делят на следующие типы: газосветные лампы, в которых использовано излучение газа или паров металла в процессе электрического разряда; электродосветные лампы, в которых использовано излучение раскаляющихся в процессе разряда электродов; люминесцентные лампы, в которых основной источник излучения —люминофор, возбуждаемый излучением электрического разряда в газе. Применяемый в люминесцентной лампе люминофор — порошкообразное вещество белого цвета, способное светиться под действием ультрафиолетового излучения.

Наибольшее распространение среди газоразрядных источников оптического излучения получили лампы, в которых использован разряд в парах ртути. В зависимости от давления, развиваемого в процессе работы внутри лампы, их можно условно разделить на следующие типы: лампы низкого давления, в которых разряд происходит при давлении до 0,01 МПа; лампы высокого давления, в которых давление достигает в рабочем режиме 0,01… 1 МПа; лампы сверхвысокого давления, внутри которых разряд происходит при давлении более 1 МПа.

Люминесцентные лампы низкого давления.

Лампа общего назначения (рис. 9.5, а) представляет собой цилиндрическую стеклянную колбу 3 в виде трубки, внутренняя поверхность которой покрыта слоем люминофора. У торцов трубки расположены спиральные вольфрамовые электроды 2, выводы которых припаяны к штырькам 1, расположенным снаружи. Из колбы откачан воздух и введены аргон и небольшое количество ртути (30…80 мг). Аргон предназначен для уменьшения распыления оксидного покрытия электродов и облегчения зажигания разряда внутри лампы. Принцип действия. При включении люмине.

сцентной лампы в сеть (рис. 9.5, б) электрический ток нагревает ее электроды до температуры 800…900 °С. При этом вследствие возникновения термоэлектронной эмиссии из электродов начинают вылетать электроны, которые образуют около каждого электрода электронные облачка. Находящаяся внутри лампы ртуть по мере разогрева лампы испаряется, образуя ртутный пар.

Затем на электроды подается импульс повышенного напряжения, между электродами возникает электрический разряд, ток начинает протекать между электродами, и лампа зажигается. В результате прохождения тока ртутный пар ионизируется и испускает ультрафиолетовое излучение, которое, действуя на люминофор, заставляет его излучать видимый свет. Путем подбора химического состава люминофора можно получить практически любой спектр излучения люминесцентной лампы.

Маркировка. В зависимости от цветности и назначения люминесцентные Лампы отечественного производства имеют соответствующую маркировку. Первая буква — Л обозначает люминесцентная. Следующие буквы обозначают либо цвет излучения, либо особенности спектра излучения: Д — дневная, Б —белая, ХБ —лампа холодно-белая, ТБ — тепло-белая, ДЦ —дневная с повышенным качеством цветопередачи, Л — естественно-белая, Ф — с повышенной фитосинтетической эффективностью. Подбо-

ром состава люминофора в лампах ЛФ повышено излучение в красной и синей областях спектра. Фитосинтетическая эффективность ламп ЛФ на 40…50% выше, чем других люминесцентных ламп.

Технические характеристики. Люминесцентные лампы низкого давления выпускают мощностью от 10 до 200 Вт, они имеют в 4…6 раз большую световую отдачу, чем лампы накаливания такой же мощности.

Выпускают люминесцентные рефлекторные лампы, предназначенные для эксплуатации в условиях повышенной запыленности. Отличие этих ламп от обычных состоит лишь в том, что примерно 2/3 внутренней поверхности колбы под слоем люминофора покрыто диффузно отражающим слоем металла. Весь световой поток лампы излучается направленно в пределах выходного окна. Сила света в направлении выходного окна превышает на 70…80% силу света обычной люминесцентной лампы. Такие лампы используют в светильниках без отражателей.

Люминесцентные лампы имеют средний срок службы не менее 12 000ч. Среднее значение светового потока к концу этого срока должно быть не менее 60% от номинального.

Повышение напряжения сети приводит к сокращению срока службы лампы, так как увеличивается распыление оксидного покрытия электродов за счет их перекала.

В отличие от ламп накаливания световая отдача люминесцентных ламп при снижении напряжения питающей сети увеличивается, а при повышении уменьшается.

На показатели работы люминесцентных ламп влияют условия окружающей среды. При повышении и понижении температуры окружающего воздуха световой поток люминесцентных ламп снижается. При температуре воздуха ниже 10 °C необходимо принимать меры для обеспечения надежности зажигания (теплоизоляция лампы, включение по особым схемам и др.). Так при 0 °C люминесцентная лампа дает лишь 2/3 светового потока, который был при 20 ^вС. При понижении температуры окружающей среды пары ртути в лампе начинают конденсироваться. Из-за этого ухудшается зажигание и горение люминесцентной лампы. При отрицательных температурах люминесцентные лампы или не зажигаются, или светят тускло. Для большинства люминесцентных ламп рабочий диапазон температуры находится от +5 до +50 °С.

Лампы тлеющего свечения (низкого давления) предназначены для использования главным образом в качестве индикаторов. Кроме того, они находят множество других специальных применений. Устройство и принцип действия этих ламп основаны на использовании катодного тлеющего свечения. В стеклянный баллон лампы впаяны два электрода, расположенные на близком расстоянии друг от друга. Лампа наполняется обычно неоногелиевой смесью при давлении 650…2600 Па с небольшой примесью аргона для.

снижения напряжения зажигания. Форма электродов зависит от назначения лампы. Если напряжение, приложенное к неоновой лампе, ниже некоторого значения, определенного для данного типа ламп (более 80 В), называемого напряжением зажигания, то ток через лампу не проходит и она не горит. При напряжении, равном напряжению зажигания или большем, возникает ионизация газа внутри лампы и через лампу проходит ток. Прохождение тока сопровождается свечением оранжево-красного цвета, усиливающимся при повышении напряжения. Вольт-амперная характеристика неоновой лампы изображена на рисунке 9.6. При увеличении напряжения на зажимах лампы до напряжения зажигания U₃ ток в лампе резко возрастает и, если его не ограничить, лампа перегорит. Поэтому неоновую лампу всегда включают через ограничительное сопротивление. При уменьшении напряжения на зажимах лампы прохождение тока через нее прекращается и лампа гаснет.