Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Более серьезный результат этого явления проявляется в случае мгновенного прекрашения подачи мощности, например при ударе молнии в электролинию. Лампы могут оказаться отключенными на несколько периодов из-за отключения мощности, а затем могут достичь полного светового потока в течение 15 мин. Поэтому в установки наружного освещения с ртутными лампами обычно вклю иют некоторое количество ламп накаливания для аварийного освещешия на случай мгновенного перерыва в подаче напряжения. 6.5. РТУТНЫЕ ЛАМПЫ С ЛЮМИНОФОРНЫМ ПОКРЫТИЕМ Как было показано в З 6-1 и как видно из спектра на рис. 6-2, значительная часть излучения ртутной дуги высокого давления лежит в УФ области между 250 и 180 365 нм.
Это излучение, которое не пригодно для освещения *, может быть преобразовано в видимый свет при помоши люминофора на внутренней поверхности внешней колбы. В основном выбирается люминофор, излучающий узкую полосу только в красной части спектра в виду почти полного отсутствия собственного излучения ртутной дуги в красной области. Общий выход излучения в пределе мог бы быть увеличен вдвое. Ртутные лампы с люминофорным покрытием из-за существенно улучшенного цвета значительно больше подходят для освещения улиц и для многих случаен внутреннего освещения, чем ртутные лампы без люминофора. Глава седьмвл НАТТэИЕВЫЕ ЛАМПЫ НИЗКОГО И ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Глп ВВЕДЕНИЕ В этой главе рассмотрим два типа ламп, успехи в развитии которых тесно связаны с успехами люмииесцентных и ртутных ламп.
Натриевая лампа низкого давления во многих отношениях подобна люминесцентной лампе, в то время как натриевая лампа высокого давления имеет сходство с ртутной лампой высокого давления, поэтому при обсуждении будем в первую очередь сосредотачивать внимание на таких аспектах поведения, которые отличают их от ртутных аналоговз'. 2-2. НАТРИЕВАЯ ЛАМПА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ В натриевой лампе низкого давления, происходит разряд в среде инертного газа при давлении около 1 кПа плюс пары натрия при давлении около 1 Па.
Точно так же, как и в случае ртути, натрий возбуждается и излучает только две резонансные линии 589,0 и 589,6 нм при переходе с наиболее низкого возбужденного состояния зР в основное состояние а5иэ. ' Это нзлученне вполне пригодно длн многих копнровальных н другнх полнграфнческнх работ, гак как используемые фогочуесгннтельные материалы селектнвно реагируют на этн длнны волн. 181 На рис. 7-! показана диаграмма уровней натрия. Все Рассуждения, рассмотренные в гл. 2, относительно оптимального давления паров, оптимального диаметра трубки * и малой концентрации электронов для получения максимальной эффективности приложены и здесь.
Главное различие заключается в том, что длины волн резонансного излучения натрия лежат в желтой, видимой части спектра, очень близко от максимума кривой чувствительности человеческого глаза. Прежде всего это означает, что не нужен люминофор для преобразования УФ фотонов в видимые, поэтому исключаются значительные изза пил потери энергии, имеющие место в люминесцентных лампах. Во-вторых, чувствиоь 2з тсльиость глаза при 589,0 и 589,6 нм составляет около 2 ц ц 520 лм/Вт по сравнению с 340 л~м (Вт (приблизительно) 2 для широкой полосы излуь чения большинства люминофоров, применяемых в люминесцентных лампах. В ре2з ЗУЛЬтатЕ, ЕСЛИ ПРЕдПОЛОР .7-6 Д нс. - . Диаграмма знсргатн- жить, что две лампы имеют 'ческнх уровнеЙ натрня одинаковуго энергетическую эффективность преобразования электрической мощности в выходящее резонансное излучение, около 50 — 60%, то световая отдача натриевых ламп может достигать 300 лм/Вт, по сравнению с 80 — 90 лм/Вт у люминесцентных ламп.
Действительно, некоторые из ранних исследователей этих разрядов достигали эффективностей, приближающихся к этому значению. Комптон и Ван Вурхис [Л. 7-1] работали с натриевыми разрядами со световой отдачей 200 лм/Вт, а Пирани [Л. 7-2] получил свыше 340 лм!Вт. Однако в обоих случаях их экспериментальные установки не содержали приемлемых для практического использования ламп. Проблема состоит в том, что оптимальное давление паров натрия 0,4 Па достигается ь В следствие меньшей продолжительности жизни рсзонансного уровня натрия, как зто будет обсуждено позже, оптимальный диаметр трубки равен примерно половина диаметра люмпаесцснтных ламп.
182 при температуре стенок 260'С. Поскольку оптимальные условия для диаметра трубки и удельной мощности очень похожи на такие же для люминесцентных ламп, то без специальных мер температура стенки должна быть всего 40'С, если эти условия полностью обеспечены.
В случае натриевых ламп очень трудно обеспечить оптимальные условия для плотности тока и одновременно для температуры стенки. Пирани [Л. 7-2] испытывал свою лампу в печи для того, чтобы достичь оптимальной температуры стенки при малой плотности тока, необходимой, как упоминалось, для достижения высокой эффективности зз. Ясно, что для практики не приемлемо, чтобы промышленные лампы работали в печи, главным образом потому, что печь будет мешать выходу света.
Следовательно, для того чтобы создать пригодную для практики лампу, должны быть сделаны некоторые отступления от оптимальных условий в отношении концентрации электронов и эффективности разряда. Хитрость заключается в том, чтобы реализовать две идеи: резко увеличить выделение мощности в разряде для того, чтобы увеличить потери, рассеиваемые в виде тепла и теплоизолировать стенки трубки, с тем, чтобы уменьшить количество тепла, необходимое для достижения 260'С, Прежде в натриевых лампах низкого давления использовали в качестве наполняющего газа неон при относительно высоком давлении около 2,7 кПа.
Большие потери иа упругие соударения, вызванные соударениями с легкими атомами газа при таком большом давлении, обеспечивали источник тепла. Типичные лампы представляли собой колбу в виде короткой трубки, работающую внутри соответствующего сосуда Дьюара, как это показано схематически иа рис. 7-2.
Вакуум между двумя стенками сосуда Дьюара предотвращал унос тепла и уменьшал рассеиваемую мощность, необходимую для достижения 260'С. Подобные лампы были впервые выпущены в начале 1930 г. и имели световую отдачу 50 лм/Вт (энергетический к. и. д. приблизительно 8ой) [Л.
7-3], Главнои технической проблемой, которая должна была быть решена, являлось разрушение стекла стенок трубки натрием. Металлический натрий, реагируя с большинством стекол, делал их бурыми, излучаемый свет поглощался и лампа становилась непригодной. Стекла 188 с большим содержанием окиси бора (В»Ок) являются значительно более устойчивыми к воздействию натрия и, кроме того, хорошо замедляют диффузию натрия. Первые натриевые лампы делались из стекла, описанного Комптоном и состоящего из 60%В»Оа, 15%А1»Оа, 12%СаО и 13%Ма»О [Л. 7-41. Дальнейшей разработкой явилось наплавление «стекла» из В»Оз на внутреннюю поверхность стеклянной трубки. Эта система достаточно хорошо предотврагцала атаку |натрия, но создавала другие проблемы из-за сильного по- 4 З 2 1 Гл01Цения Волы ВтОз.
Современные лампы Рпс. 7-2. Эскиз копструкппп рап- делаются из подхолящспей автряевой лампы як»кого дяв- го известково-натриевого стекла с внутренним пот — разрядная трубка; У вЂ” нзолвравакные поддержкн электрода н подвод кйытием тОлщинОЙ Около к спяралн; г-непосеребренныя сосуд 0,05 мм из боратного дьюара; Š— штампованная ножка. стекла. Композиция с боратным стеклом, которая оказалась наилучшей для этой цели, в общем является собственностью авторов изобретения и более подробно в литературе не обсуждалась. Относительно высокое давление неона первоначально требовалось не из необходимости точного подлержания оптимальной температуры степки, а из других соображений.
При зажигании, котла лампа холодная, давление пара натрия практически равно нулю. Зажигание таких ламп аналогично зажиганию люминесцентных ламп при низких температурах с вымороженной ртутью, в результате этого наблюдается высокое напряжение зажигания. Для снижения напряжения зажигания необходимо использовать смесь Пеннинга, состоящую из Ме и 0,5— 1,0%Аг. Как показано на рис. 3-10, коэффициент ионизации в этой смеси значительно выше, чем в чистом неоне и соответственно снижается необходимое напряжение для зажигания. Но это создает другую проблему. (Такова история науки и технологии ламп; постоянные «но».
Природа ничего не дает нам даром.) Аргон исчезал. В течение начального периода нагрева лампы до начала заметного испарения натрия ионы в разрядной трубке являются в основном ионами аргона. Диффузионный ток ионов 184 аргона к стенкам приводит к их внедрению в стекло и потере для разряда, поэтому со временем концентрация аргона в неоне уменьшается, приводя к росту напряжения зажигания. Более высокое давление неона, снижая диффузионный ток, уменьшает скорость потерь аргона при этом процессе и в результате сдерживает рост напряжения зажигания со временем в определенных пределах. Однако по Эленбаасу [Л. 7-51 скорость «жестчення» аргона зависит также от состава стекла; теперь разработаны стекла, которые не взаимодействуют с натрием н не поглоща1от аргон.
Это устраняет одно из важных обстоятельств, вынуждавших повышать давление инертного газа. Конечно, цвет излучения натрия желтый. Более того. он по существу монохроматический; общее излучение в видимой области, кроме резонансных линий 589,0 и 589,6 нм, пренебрежимо мало. Предметы и люли выглядят при этом освещении чсрнымн и «бслымп» или затененно-серыми. Желтые предметы нельзя отличать от чисто-белых или красные от синих. В сущности введение представления о «цвете» бессмысленно. Видимость объектов, освещаемых натриевым светом, зависит только от их отражательных свойств при данной длине волны и от контраста с фоном. Поэтому освещение натриевым разрялом низкого давления применяется в основном только для одной цели — освещения улиц и дорог.
Но даже и для этих целей оно было сильно оттеснено в США ртутными лампами высокого давления в копне 1940 г. и начале 1950 г. В результате технология натриевых ламп низкого давления в ГША по существу застыла на уровне 1930 г. Однако в Европе существенное преимущество в световой отдаче вместе с высокой стоимостью электроэнергии сместило баланс в сторону натриевых ламп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
