Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 29
Текст из файла (страница 29)
рис,5-3), создавая предпочтение ближнему УФ излучению над видимым. Если увеличивается давление паров ртути, температура дуги умень- ъ еаа ааа ааа длина аланы нм а! ааа «ааааа Днини бранно нм а/ Рис. 0-2 Рвспределеиие энергии излучеиии по спектру дли разряда низкого давлении в парах ртути с ивертиым газом (и) и длв ртутнога разридв высокого давления (б), !б! шается и видимые линии, излучаемые с уровня 6Я, становятся более интенсивными. То, что излучение не сосредоточено в нескольких отдельных линиях спектра, ясно видно из рис. 6-2, поэтому не удается полностью использовать все излучение, составляющее около 80% подводимой мощности.
На видимую область спектра приходится приблизительно 20— 25огго излучаемой мощности. Поскольку зеленая линия 546,! нм и желтые линии 579,0 пм лежат вблизи максимума кривой чувствительности глаза, световая эффек- Рис. 6-3. Схематическое изображение конструкции разрядной трубки типичной ртутной лампы высокого давления мощностью 400 Вт. à — электроды; Д вЂ” штенгель для откачки н наполненна; 3 — впал молибде- новой фольмг. тивность видимого излучения велика и составляет около 320 лм,гВт.
Общая энергетическая эффективность ламп в видимой области спектра составляет от !6 до 20о7о подводимой мощности, давая световую отдачу около 58 лм/Вт (без учета околоэлект~родных потерь). Относительно большая подводимая мощность на единицу длины дуги и высокое давление паров ртути требуют, чтобы трубка, в которой происходит разряд, была достаточно мала для того, чтобы при соответствующей подводимой мощности иметь минимальную внутреннюю температуру стенки, по крайней мере, 357'С, равную точке кипения ртути.
Обычно применяемые разрядные трубки, изготовляются из плавленого кварца, который может удовлетворительно работать в течение многих тысяч часов при температурах до 1000'С". Ни один другой подходяший стеклообразный материал не дает такой возможности. На рис. 6-3 схематически представ- 152 лена конструкция разрядной трубки типичной ртутной лампы высокого давления мошностью 400 Вт.
Принципиальным ограничением в производстве подобных ламп является апай в кварцевое стекло, который подводит ток к электроду лампы. Плавленый кварц из всех материалов имеет наименьший температурный коэффициент линейного расширения (ТКР), он составляет около 5 10 †"С вЂ '. Ни один из металлов не имеет близкое к нему значение. Поэтому впай делается из. очень тонкой полоски молибденовой фольги толщиной всего около 25 мкм, Молибден имеет ТКР около 50 10 — 'С-', однако, поскольку фольга так тонка, она может пластически деформироватьсФ под действием напряжений, возникаю- ших при нагревании и охлаждении впая Использование этой техники прямого впая металла в кварц обеспечивает вакуумно-плотные впаи, надежно работающие при высоких температурах. Возможна и другая технология, когда в качестве переходного впав, используют серию стеклянных колец, каждое пз которых имеет меньший ТКР, последовательно соеднпяюших область между ТКР металла и кварца, но она требует применения стекол со значительно более низкой температурой размягчения, чем у кварца.
Впай молибденовой фольги имеет два существенных недостатка: его токопроводность ограничена и при высоких температурах он должен быть зашишен от окисления. Первый недостаток не является проблемой для обычных ртутных ламп высокого давления, поскольку применяемые токи лежат в пределах возможности впая.
Второй недостаток требует, чтобы кварцевая разрядная трубка была заключена во внешнюю стеклянную колбут в которой воздух заменен чистым азотом". Это не является большим неудобством, так как имеется, по крайней мере, два других веских основания для номен!ения раз~рядной трубки во внешнюю колбу. Во-первых, внешняя колба предотвращает выход УФ излучения, которое проникает через стенки кварцевой трубки.
Излучение 253,7 нм, излучаемое дугой, ие поглощается кварцем, и если оно присутствует в выходящем излучении, то может вызвать очень сильный солнечный загар у людей, облучаемых этих светом; хуже того, оно может вызвать болезненное воспаление-- коньюктнвпт роговицы глаза.
Стекло внешней колбы полностью поглощает это вредное излучение и |тредотвра- 153 шает его выход (между прочим, как и стекло стенок люминесцентных ламп). Во-вторых, стеклянная колба загцищаст кварц разрядной трубки от прикосновения пальцев рук во время установки ламп. Соли, содержащиеся в поте, отлагаясь на поверхности кварца, создают центры кристаллизации, вокруг которых аморфный стеклообразный кварц кристаллизуется и «зарухает». Во время длительного горения этн кристаллнзоваиные области перерастают в зоны, в которых разница в ТКР между кристаллическим и стеклообразным кварцем вызывает разрушение.
Ряс. 0-4. Фотография ртутной лампы (мощностью 400 Вт). Лампы другой мошностк имеют аналогичный внд за псключсннем размеров н а некоторых случаях формы внешней колбы, На ~рис. 6-4 представлена фотография собранной ртутной лампы, готовой к употреблению. Ртутные лампы высокого давления имеют ряд важных достоинств, что объясняет их широкое использование в определенных областях применения, особенно для уличного освещения. Их очень небольшие размеры при заданной подводимой мощности (одна лампа с колбой диаметром 115 мм н длиной 305 мм потребляет такую же мощность, как 1О люминесцентных ламп длиной по 1200 мм) и высокая яркость дуги позволяют создавать компактные приборы с прекрасным контролем светораспределения.
Их световая отдача в 2 нлн 3 раза выше, чем у ламп накаливания, а срок службы огромен. При обсуждении причин, обеспечивающих поразительно большой срок службы оксндных катодов в лю- 154 мннесцентных лампах, была подчеркнута важная роль инертного газа в возврате испаряющегося с катода активного материала ". В ртутной лампе высокого давления испаряюгцийся материал катода днффундйрует через ртутный пар, являющийся очень тяжелым газом, при давлении в несколько атмосфер и потери на испарение активного материала соответственно малы. В результате не известен предел для срока службы постоянно горящей ртутной лампы, он может быть 50000 илн 100000 ч.
Однако прн !2-часовом цикле горения фактическая н~родолжительность горения этих ламп составляет 24000 ч, что обеспечивает для типичных установок уличного освещения шесть лет бессменной работы ламп (современные лампы свободно превышают этот срок). Световая отдача в процессе горения остается также хорошей, поскольку единственным механизмом, вызывающим 1меньшение выхода света, является некоторое потемнение стенок кварцевой разрядной труоки.
Сам кварц весьма устойчив в отношении «соляризации», и главным процессом, вызывакзщим потемнечие, является оседание испаряющегося материала электродов на стенках разрядной трубки. Так как оно очень мало, скорость потемнения также мала, и после 24000 ч горения типичная ртутная лампа высокого давления все еще излучает 75% начального светового потока.
В гл. 6 обсудим качественно физику ртутной дуги высокого давления в трех главных направлениях: радиальное изменение температуры в работающей дуге, поведение электродов и процессы зажигания. Не будем делать попытки дать количественное описание физики дуги, так как это уже было выполнено Эленбаасом (Л. 6-!), и читатель, ннтересуюгцнйся более полным изложением, должен обратиться к этому источнику.
амь лОкАльнОе термическОе РАВнОВесие И РАДИАЛЬНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ а) Экспериментальные методы измерения температуры Методы измерения радиального распределения температуры в дуге высокого давления основаны на предположении, что в каждом бесконечно малом элементе объема дуги существует локальное термическое равно!об весне с концентрацией атомов, электронов, попов и возбужденных атомов, опредсляемой по формулам термодинамики для соответствующей локальной температуры". В частности, концентрация возбужденных атомов в различных состояниях дается уравнением (6-4), а выход излучения — уравнением (6-5).
Поэтому яркость дуги резко меняется по сечению, будучи максимальной в центре, ~дс температура высока, и миннмалы|ой вблизи стенок, ~де температура низка Рнс. 5-5. Фотография ртутной дуга высоаога давления. На рис. 6-5 представлена фотография, ртутной дуги высокого давления, которая иллюстрирует наличие яркого дугового шнура около оси. Более важно для наших целей радиальное изменение интенсивностей различных линий, отличающееся в зависимости от верхнего уровня, с которого линия начичается.
Можем это увидеть, если прологарифмируем уравнение (6-5) 1п Рыг(г) ==1п (а, (да!яа) йта, ты) — е(г,,!77Т (г). (6 6) Из (6-6) видно, что Р, . изменяется либо линейно с энергией верхнего состояния )гл с наклоном, обратно пропорциональным локальной температуре, либо обратно пропорционально локальной температуре с наклоном, лависящим от энергии верхнего состояния. Если сравнить относительные интенсивности двух таких линий, для которых известны энергии верхних со- !55 стояний, вероятности переходов и статистические веса состояний, то может быть получено следующее соотно- шение: и () гйа (1 м о~ 2я~г(».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
