【正文】 f↑→αl↑(f15kc α→1 接近正弦波 ) b) f↑→P電 ↓→η↑ c) f=25kc下， Ra有所上升 d) 熱耗小，體積小 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 CB 6－ 8W αl低 重量大 噪音大 EB 1－ 2W αl高 重量小 噪音無 f500kc 放電建立與電極有否無關(guān) f= (避開干擾 ) 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 四 .熒光燈的能量分配 3％ 19％ 34％ (占體積 )損失 26％ 18％ 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 五 .熒光燈的應(yīng)用 a) η高， H長 b) Ra好 (45～ 85) c) Tc范圍廣 (2500～ 7000K) d)柔和 e)光輸出隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)小 f)啟動(dòng)性好 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 a)幾何尺寸大 →P1小 b)對(duì)環(huán)境溫度要求高 c)光閃爍 a)照明 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 b)特殊光源 單色性 保健燈 (270 370nm) 黑光燈 (370nm) 誘蟲 光化學(xué)燈 (400nm) 殺菌燈 () 滅蚊燈 (338nm) CCFL 冷陰極熒光燈 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 思考題： 的最大紫外 ()輸出？為什么？ ？ 護(hù)膜技術(shù)？ 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 100小時(shí)后的光通量作為 燈的初始光通量？ ，為什么？ ？ 趨勢？ 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 謝謝觀看！ 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 第五章 低壓水銀熒光燈 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 汞的物理性質(zhì) 熔點(diǎn) C o 沸點(diǎn) C o 蒸汽壓隨 T敏感變化 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 汞的化學(xué)性質(zhì) 穩(wěn)定性好 , 不與燈用材料在工作 T下有化學(xué)反應(yīng) 可與許多金屬形成合金 amalgam 汞齊 (鉍 ,鈦 ,鋅 ) 汞有毒性 : 汞中毒 汞的輻射性質(zhì) 低氣壓下 ()以 為主 高氣壓下 (10 Pa)可見輻射增強(qiáng) 6 光源原理與設(shè)計(jì) —低壓水銀熒光燈 諸定昌 6 D2 7 S0 6 P1 7 S1 6 P2 6 P1 6 P0 6 S0 1 1 1 1 3 3 3 3 PHg(torr) η 第六章 高壓汞燈 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 高壓汞蒸氣放電特性 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 一 . 電弧溫度和電離機(jī)構(gòu) 1. Tg≈Te PHg↑→γ↑→Tg↑ LTE滿足 : Ve→Maxwell Distribution n*→Boltzmann Distribution n+(n) →Saha Equation 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 2. 電離以熱電離為主 (PHg≥1333Pa) 3. 電弧收縮 (氣壓越高，收縮越厲害 ) PHg很高下由對(duì)流帶走能量的過程 使電弧 “ 繩化 ” 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 二 . 光譜 1. uv共振輻射隨氣壓上升越來越受到抑制， 強(qiáng)度很高的可見輻射大量出現(xiàn)。 Ijk=nj*Ajkhγjk PHg↑→Tg↑→n*↑ n*=n0 exp(eV/kT) Ajk=1/τin (τin: plasma中平均停留時(shí)間 ) A(高能態(tài)間 )A(與基能態(tài)間 ) 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 2. 譜線放寬 壓力放寬 +高溫下的多普勒放寬 3. 連續(xù)光譜出現(xiàn) 體積復(fù)合 韌致輻射 連續(xù)譜 在連續(xù)光譜上疊加了放寬的線光譜 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 三 . 光效 Φin(內(nèi)徑 )=27mm I=4A PHg不同時(shí) η變化 A B C D E F PHg(Torr) η 60 20 10 102 101 1 10 102 103 104 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 1. η隨 PHg上升而增加 (PHg≥1atm) 2. 單位波長的熱耗 PL=Pr+Pc+PT PC1=λ 2πri dT dr ri λ= λV PHg↑→λ↓ PHg↑→Tg↑→V↑ λ與 PHg無關(guān)（與 T也無關(guān)） 3 1 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 實(shí)驗(yàn)表明， dT/dr為拋物線分布 r T T0 Tw ri T(r)=T0(T0Tw)( )2 r ri Pc1= λ[(T0Tw) ] 2πri ri 2r ri2 Pc1=4πλ(T0Tw) T0=6000K Tw=1000K λ= 105T3/4(w/mk) Pc1=10W/cm 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 3. 光效 通常 Pl1=40～ 50W/cm Pr1=Pl1Pc1 考慮 nHg與石英對(duì)輻射的吸收 Pr1=(Pl1Pc1) ηr= =(1 ) (Pl1Pc1) Pl1 Pc1 Pl1 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 Pl↑→ηr↑ Pl1↑→Ve↑→PHg↑ 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 高壓汞燈 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 一 . 結(jié)構(gòu) 1. 放電管 石英泡殼 Hg+Ar填充物 自熱式電極 +輔助電極 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 3. 外殼 硬玻璃（軟玻璃） 加熒光粉 ——熒光高壓汞燈 即可提高光效，又可提高顯色指數(shù) 2. 支架 電引線 +啟動(dòng)電阻 主電極和輔電極間先被擊穿，產(chǎn)生電子， 放電建立。 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 二 . 高壓汞燈的設(shè)計(jì) 1. 選定工作氣壓 a） PHg 照明燈 (2～ 4 )atm 紫外輻射燈 (～ )atm b） PHg與 Tw的關(guān)系 過量 Hg下 lgPHg= + Tw(k) 103 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 c）高壓汞燈中汞量與 PHg的關(guān)系 非飽和狀態(tài)， 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，產(chǎn)生 在體積為 V’，溫度為 T’，且均勻分布的 燈中產(chǎn)生 P’Hg P’Hg= / 273 V’ T’ 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 在管半徑為 ri，且溫度為 T(r)的單位弧長 體積中產(chǎn)生 P’’Hg P’’Hg= 273 ∫0ri 2πr T(r) dr 在單位弧長充汞量為 m(mg/cm)，在 ri與 T(r)的條件下產(chǎn)生 PHg PHg= 273 ∫0 2πr T(r) dr2 P’’Hgm = PHg= m 7680 ∫0ri T(r) dr2 ri2 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 2. 選定電參數(shù)（ Pl給出， Vl選定， Il可知） Pl=VlIlαl (αl=) Vl=VAK+ELarc a) VAK b) Vl 鋯酸鋇電子粉電極 12～ 13V 純鎢電極 17V Vl↑→η↑ Vl↑↑→不穩(wěn)定 Vl=(1/2～ 2/3)Vn=(110~140)V 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 3. 選定管壁負(fù)載 Ws=Pl/πd larc Ws 照明燈 9～ 10w/cm2 紫外燈 ～ 2 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 4. 充汞量與 E的關(guān)系 Pl1=EIlαl=E J Sarcαl =E(e neμe) πrarc2 ? αl μe=c1/n0 ne =c2n0exp[evi/2kTeff] Teff =f（ ri ,Pc1） Elenbass 根據(jù)二階溫度輪廓模型 rarc=c3ri E= 6 Pl11/2 m7/12 (Pl1Pc1)1/3d3/2 代入 Pl1 =30w/cm Pc1=10 E≈12 m7/12 d3/2 = VlVAk larc ③ 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 l=larc ++壓封區(qū) 總充汞量 M=m(larc+3/4 d) 插入因子 larc 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 PHg=(m/d2)(dm)(1) E≈ 12 m7/12 d3/2 = VlVAk larc Ws=Pl/πd larc(2) m2/d≤ 250 (3) 三 .高壓汞燈的啟動(dòng) f 穩(wěn)定時(shí)間 4~10分 F I t Pl Tw PHg PHg(max) 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 a) Breakdown: ionization to produce enough charges (governed by Pashen Law). b) A selfsustaining discharge by secondary emission from the cathode（ governed by Townsend Law). c) GlowtoArc transition during which the electrodes are heated to a value where thermal emission delivers most of the current. d) Comes to slow transition from a low pressure to a high pressure. 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 Vs的因素 a) Tamb Penning Effect b) 電極發(fā)射性能與幾何尺寸 c) 雜質(zhì)氣體 H2的危害 (H2對(duì)石英有滲透效應(yīng) ) H2+Ar* 2H +Ar 破壞 Penning 效應(yīng) H2+Hg* 2H +Hg 破壞階梯電離 一般 Es=4v/cm ? Torr 400w larc= PAr=20Torr Vs=520v 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 Vs的措施 a)主電極的合理設(shè)計(jì) ① 電子發(fā)射材料的選擇 堿土 逸出功 BaZrO3() Ba3WO6 Ba2CaWO6+Ba2CaMoO6 常用 鋇鎢類電極 (T電 =1500~1900oC) 電子粉 圈 桿 (釷 )鎢 d l 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 ② 電極的幾何尺寸 芯桿：直徑、伸出鎢圈長度 鎢圈（熱輻射體，貯電子粉）：直徑、圈數(shù) 輻射體保證足夠高的溫度 使 2BaWO6+W 3BaWO4 +3Ba 輻射體溫度太高，蒸發(fā)大 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 芯桿伸出太長， T尖 高， Ba損失大；伸出太短，電弧接觸鎢圈部位，蒸發(fā)大 合理的尖端溫度和輻射體溫度 b) 加輔助電極 (可降低 50%的 Vs值 ) 輔助電極 (1~2mm) R 30~40kΩ c) 改善低溫啟動(dòng)的措施 充 NeAr潘寧氣體，降低限流電阻R=10kΩ，雙輔助電極，加吸氣劑 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 四 .影響壽命的因素 emitter損耗 a) 電極材料與幾何尺寸 b) 啟動(dòng)電流的大小 Is啟動(dòng)電流 Io 工作電流 Is= c) 電源的頻率 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 (Pd關(guān)系 ) Ws的影響 Tw不能太高（析晶）， Ws=9~10W/cm2 水汽 H2o H +O 電極處理 Quartz 質(zhì)量 光源原理與設(shè)計(jì) —高壓汞燈 諸定昌 五 . 用途 1. 大面積照明 優(yōu)點(diǎn)： η=50，發(fā)光體小，價(jià)格便宜