МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ2 (Пример кп по ИИ для ЛЛ с галофосфатным люминофором)

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Курсовой проект по курсу

“Источники оптического излучения”

Расчет конструктивных параметров и характеристик люминесцентной лампы низкого давления

Выполнила: Смурыгина Анастасия

Группа: ЭР-4-05

Проверила: Мануйлова. Е.В

Москва 2008

Исходные данные:

мощность лампы – 20 Вт;

напряжение сети – 127 В;

длина лампы – 590 мм;

цветовые характеристики – ЛД.

Введение

Люминесцентные лампы (ртутные НД) представляют собой цилиндрическую стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким равномерным слоем люминофора. По обоим концам трубки впаяны ножки с электродами. В лампах дугового разряда применяются самокалящиеся катоды, которые представляют собой вольфрамовые биспирали или триспирали, покрытые слоем оксида. У некоторых типов электродов наряду с активированной биспиралью имеются экраны той или иной конструкции.

После тщательной откачки и обезгаживания лампа напол­няется небольшим количеством ртути и инертным газом до дав­ления в несколько сотен паскалей. В обычных ЛЛ в качестве инертного газа используется аргон.

Лампы включают в сеть при помощи специальных схем, обеспечивающих надежное зажигание разряда и нормальный режим работы.

После зажигания в лампе возникает разряд низкого давле­ния в парах ртути и в наполняющем газе. Вследствие более низких потенциалов возбуждения и ионизации ртути по сравне­нию с аргоном или другими инертными газами ионизуются и из­лучают практически только атомы ртути. Исключе­ние составляют прикатодные области, где за счет наличия бы­стрых электронов наряду со свечением ртути возникает также свечение и ионизация инертного газа.

Ртутный разряд низкого давления является весьма эффек­тивным источником резонансного излучения, лежащего в УФ­ части спектра. Излучение видимых линий очень незначительно, и светоотдача разряда составляет не более 5-7 лм/Вт. Поло­жение коренным образом меняется при наличии слоя люминофо­ра. В этом случае УФ-излучение разряда поглощается слоем люминофора и превращается им в полосу видимого или УФ-из­лучения, выходящего из лампы. Спектр излучения ЛЛ состоит из излучения люминофора, на которое накладывается линейча­тый спектр ртутного разряда. Доминирующую часть потока из­лучения лампы составляет излучение люминофора. Роль разря­да сводится в основном к генерации УФ-излучения, возбужда­ющего свечение люминофора. Применение различных люминофоров или их смесей дает возможность получать излучение практически любого спектрального состава.

Люминесцентные лампы обладают значительно более высокой световой отдачей, чем чисто ртутный разряд. Срок службы современных ЛЛ ламп достигает 15 тыс. часов и более.

Лампа, рассчитываемая в проекте, является лампой общего назначения и имеет длину 590 мм и срок службы 16 000 часов. Цветовая характеристика лампы – ЛД, Тцв = 6000 К. Первая буква Л означает, что лампа люминесцентная, следующая буква означает цвет излучения: Д – дневной. В настоящее время основным люминофором, применяемым для ламп данного типа, является галофосфат кальция, активированный сурьмой и марганцем. Спектры излучения ламп с ГФК существенно отличаются от спектра излучения черного тела той же цветности не только присутствием линии ртути, но и распределением в непрерывном спектре излучения люминофора. Эти различия приводят к тому, что стандартные лампы с ГФК, обладая высокими световыми отдачами, не обеспечивают высокого качества цветопередачи. В частности, в лампах типа ЛД, имеющих относительно высокие цветовые температуры и сравнительно большое содержание синих излучений, в основном сказывается недостаток излучения в красной области спектра.

В качестве наполняющего газа для лампы выберем инертный газ - аргон. С точки зрения повышения световой отдачи преимущество того или иного газа зависит от удельной мощности. При малых мощностях, когда вторичные процессы малы, световой поток растет пропорционально мощности. По мере повышения мощности возрастает роль вторичных процессов (тушение и ступенчатое возбуждение) и тепловых потерь; рост светового потока замедляется, постепенно приближаясь к определенному пределу. Чем тяжелее газ, тем круче подъем кривой вначале, но тем раньше наступает насыщение и при меньшем значении светового потока. Уровень насыщения определяется в основном электронной температурой. Поэтому, он тем выше и наступает при тем больших мощностях, чем легче газ. С этой точки зрения было бы логично использовать Ne в качестве наполняющего газа, так как он легче Ar. Но, надо так же учитывать, что чем меньше молекулярный вес газа, тем меньше срок службы газа. Это объясняется, во- первых тем, что с уменьшением молекулярного веса газа уменьшается его защитная роль в отношении распыления оксида, во-вторых, тем, что увеличивается катодное падение потенциала, что приводит к усиленному распылению оксида. Так, при замене Ar на Ne при тех же условиях срок службы падает до 40%.

Выбор давления наполняющего газа неоднозначен, так как с одной стороны с увеличением давления инертного газа уменьшается количество быстрых электронов и уменьшается вероятность возбуждения метастабильных атомов, следовательно, уменьшается и световая отдача. Но, выбирать слишком низкие давления тоже нельзя, так как уменьшается срок службы лампы..

При выборе наполняющего газа нужно также учитывать, что его молекулярная масса оказывает влияние на выход излучения резонансных линий ртути. Если проанализировать график зависимостей удельных потоков видимых линий ртути от силы тока для различных наполняющих газов, то можно сделать вывод, что чем меньше молекулярная масса инертного газа, тем при больших токах наступает насыщение и тем больше мощность излучения. Такая зависимость объясняется тем, что с ростом тока возрастает роль вторичных процессов и разряд приближается к равновесию между ударами первого и второго рода, а излучение – к величине, определенной электронной температурой, которая тем больше, чем меньше молекулярный вес.

Для расчёта вариантов были выбраны два значения диаметра трубки в соответствии с заданной мощностью из числа стандартных: 38 мм (колба Т12) и 26 мм (колба Т8). Колбу Т5 рассматривать не имеет смысла, так как согласно заданной цветовой характеристике ЛД, тип люминофора применяемый в данной лампе - галофосфатный, который не применяется в колбах Т5(в них используют УПЛ, который обладает высокой стабильностью к излучению 185 нм и позволяющий получать высокие значения световой отдачи и общего индекса цветопередачи).

При выборе диаметров следует стремиться к созданию условий в разряде, обеспечивающих наибольший выход резонансного излучения.

При выборе диаметра 26 мм нужно учесть, что повышается удельная мощность по сравнению с диаметром 38 мм (для ламп одинаковой мощности), следовательно, температура колбы при 26 мм является более высокой, чем у 38 мм, и tх.т может превышать оптимальную. Существует несколько путей решения проблемы, которые будут рассмотрены в курсовом проекте. С этой точки зрения нецелесообразно использовать более узкие диаметры, т.к можно получить tх.т., значительно превышающую оптимальную.

1. По исходным данным рассчитать варианты ламп.

Основным источником излучения в ЛЛ является столб разряда. Следовательно, все зависимости необходимые для расчета составим для столба. Все параметры столба определяются условиями разряда (род и давление газа наполнения, ток I, внутренний диаметр разрядной трубки d₁ и температуру внутренней стенки разрядной трубки t_тр). От удельных характеристик можно перейти к электрическим и световым характеристикам столба и лампы

Лампы в колбах Т8 и Т12 имеют следующие конструктивные параметры :

Диаметр трубки: d2=26 ;38 мм

Длина ножки: lн=30 мм

Длина цоколя : lц=10 мм

Длина штырьков: lш=8 мм

Длина положительного столба вычисляется по формуле:

-внутренний диаметр трубки

-толщина стенки

Диаметр трубки d1=3.6 см

-диаметр трубки

Диаметр трубки d2=2.6 см

-диаметр трубки

Расчет электрических параметров ламп и предварительный отбор вариантов

обычно принимают : Uак=15...18 В, kл=0,8...0,9 и т.к данная лампа средней мощности, то положим:

Uак =18 В -анодно-катодное падение потенциала

Kл =0.85 - коэффициент мощности лампы

Расчетная зависимость для удельной мощности положительного столба:

где - приэлектродные потери

Удельная мощность положительного столба зависит от тока лампы, диаметра трубки, рода и давления инертного газа.

Для расчёта вариантов ламп возьмём два значения радиуса трубки: R1=1,3 см и R2=1,8 см, в качестве инертного газа отдачи выберем аргон и будем варьировать значение его давления при разных токах разряда (данные взяты из таблицы, выданной преподавателем):

Теоретические зависимости для удельной мощности положительного столба:

Радиус трубки R1=1,8 см:

- давление аргона