Klasyfikacja źródeł światła. Część 2. Lampy wyładowcze wysokiego i niskiego ciśnienia

Klasyfikacja źródeł światła. Część 1. Żarówki i lampy halogenowe

Świetlówki

Lampy fluorescencyjne to niskociśnieniowe lampy wyładowcze, w których w wyniku wyładowania gazowego promieniowanie ultrafioletowe niewidoczne dla ludzkiego oka jest przekształcane w światło widzialne za pomocą powłoki luminoforowej.

Lampy fluorescencyjne to cylindryczna rura z elektrodami, do których pompowane są opary rtęci. Pod wpływem wyładowania elektrycznego pary rtęci emitują promienie ultrafioletowe, które z kolei powodują, że luminofor osadzony na ściankach rurki emituje światło widzialne.

Świetlówki dają miękkie, równomierne światło, jednak rozkład światła w przestrzeni jest trudny do kontrolowania ze względu na dużą powierzchnię promieniowania. Świetlówki liniowe, pierścieniowe, w kształcie litery U i kompaktowe różnią się kształtem. Średnice rur są często podawane w ósmych częściach cala (np. T5 = 5/8 « = 15,87 mm). W katalogach lamp średnice podawane są zwykle w milimetrach, np. 16 mm dla lamp T5.Większość lamp ma międzynarodowy standard. Przemysł produkuje około 100 różnych standardowych rozmiarów świetlówek ogólnego przeznaczenia. Najczęściej spotykane są lampy o mocy 15, 20,30 W dla napięcia 127 V i 40,80,125 W dla napięcia 220 V. Średni czas świecenia lampy to 10 000 godzin.

Właściwości fizyczne świetlówek zależą od temperatury otoczenia. Wynika to z charakterystycznego reżimu temperaturowego prężności par rtęci w lampie. W niskich temperaturach ciśnienie jest niskie, więc jest zbyt mało atomów, które mogą uczestniczyć w procesie promieniowania. W zbyt wysokiej temperaturze wysoka prężność pary prowadzi do coraz większego samopochłaniania wytwarzanego promieniowania UV. Przy temperaturze ścianek kolby ok. Lampy w temperaturze 40°C osiągają maksymalne indukcyjne napięcie wyładowania iskrowego, a tym samym najwyższą wydajność świetlną.

Zalety świetlówek:

1. Wysoka skuteczność świetlna, sięgająca 75 lm/W

2. Długa żywotność, do 10 000 godzin dla standardowych lamp.

3. Możliwość posiadania źródeł światła o różnym składzie widmowym z lepszym oddawaniem barw dla większości typów żarówek

4. Stosunkowo niska (choć powodująca odblaski) jasność, co w niektórych przypadkach jest zaletą

Główne wady świetlówek:

1. Ograniczona moc jednostkowa i duże gabaryty dla danej mocy

2. Względna złożoność inkluzji

3. Brak możliwości zasilania lamp prądem stałym

4. Zależność charakterystyk od temperatury otoczenia. Dla konwencjonalnych świetlówek optymalna temperatura otoczenia to 18-25 C.Gdy temperatura odbiega od optymalnej, zmniejsza się strumień świetlny i skuteczność świetlna. W temperaturach poniżej +10 C zapłon nie jest gwarantowany.

5. Okresowe pulsacje ich strumienia świetlnego z częstotliwością równą podwójnej częstotliwości prądu elektrycznego. Ludzkie oko nie może zauważyć tych oscylacji światła z powodu bezwładności wzrokowej, ale jeśli częstotliwość ruchu części odpowiada częstotliwości impulsów świetlnych, może wydawać się nieruchoma lub wolno obracać się w przeciwnym kierunku z powodu efektu stroboskopowego. Dlatego w obiektach przemysłowych świetlówki muszą być włączane w różnych fazach prądu trójfazowego (pulsacja strumienia świetlnego będzie w różnych półokresach).

Przy oznaczaniu świetlówek stosuje się następujące litery: L — świetlówka, D — światło dzienne, B — biel, HB — biel zimna, TB — biel ciepła, C — poprawiona przepuszczalność światła, A — amalgamat.

Jeśli „skręcisz” rurkę świetlówki w spiralę, otrzymasz CFL - świetlówkę kompaktową. W swoich parametrach świetlówki kompaktowe zbliżają się do świetlówek liniowych (skuteczność świetlna do 75 lm/W). Są one przede wszystkim przeznaczone do zastąpienia żarówek w wielu różnych zastosowaniach.

Lampy rtęciowe (DRL)

Oznaczenie: D — łuk R — rtęć L — lampa B — włącza się bez balastu

Lampy fluorescencyjne z rtęcią łukową (DRL)

Lampy fluorescencyjne rtęciowo-kwarcowe (DRL) składają się ze szklanej bańki pokrytej od wewnątrz luminoforem oraz kwarcowej rurki umieszczonej wewnątrz bańki wypełnionej parami rtęci pod wysokim ciśnieniem. Aby zachować stabilność właściwości luminoforu, bańka szklana jest wypełniona dwutlenkiem węgla.

Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego generowanego w tubie rtęciowo-kwarcowej luminofor zaczyna świecić, nadając światłu pewien niebieskawy odcień, zniekształcając prawdziwe kolory. Aby wyeliminować tę wadę, do składu luminoforu wprowadza się specjalne składniki, które częściowo korygują kolor; lampy te nazywane są lampami DRL z korekcją chrominancji. Żywotność lamp wynosi 7500 godzin.

Przemysł produkuje lampy o mocy 80 125 250 400 700 1000 i 2000 W o strumieniu świetlnym od 3200 do 50 000 lm.

Zalety lamp DRL:

1. Wysoka skuteczność świetlna (do 55 lm/W)

2. Długa żywotność (10000 godzin)

3. Zwartość

4. Niekrytyczne dla warunków środowiskowych (z wyjątkiem bardzo niskich temperatur)

Wady lamp DRL:

1. Przewaga części niebiesko-zielonej w widmie promieni, co prowadzi do niezadowalającego oddawania barw, co wyklucza stosowanie lamp w przypadkach, gdy przedmiotem dyskryminacji są ludzkie twarze lub pomalowane powierzchnie

2. Możliwość pracy wyłącznie na prądzie zmiennym

3. Konieczność włączenia przez dławik balastowy

4. Czas trwania zapłonu po włączeniu (około 7 minut) oraz rozpoczęcie ponownego zapłonu po nawet bardzo krótkiej przerwie w zasilaniu lampy dopiero po wystygnięciu (około 10 minut)

5. Pulsujący strumień świetlny, większy niż w świetlówkach

6. Znaczne zmniejszenie strumienia świetlnego pod koniec usługi

Lampy metalohalogenkowe

Lampy metalohalogenkowe łukowe (DRI, MGL, HMI, HTI)

Oznaczenie: D — łuk, R — rtęć, I — jodek.

Lampy metalohalogenkowe -są to wysokoprężne lampy rtęciowe z dodatkiem jodków metali lub jodków ziem rzadkich (dysproz (Dy), holm (Ho) i tul (Tm), a także związki kompleksowe z cezem (Cs) i halogenkami cyny (Sn). Związki te rozkładają się w centralnym łuku wyładowczym, a opary metali mogą stymulować emisję światła, którego intensywność i rozkład widmowy zależą od prężności pary halogenków metali.

Zewnętrznie lampy metalogeniczne różnią się od lamp DRL brakiem luminoforu na żarówce. Charakteryzują się wysoką skutecznością świetlną (do 100 lm/W) i znacznie lepszym składem widmowym światła, jednak ich żywotność jest znacznie krótsza niż lamp DRL, a schemat przełączania jest bardziej skomplikowany, gdyż oprócz dławik balastowy, zawiera urządzenie zapłonowe.

Częste krótkotrwałe włączanie lamp wysokociśnieniowych skraca ich żywotność. Dotyczy to zarówno zimnego, jak i gorącego rozruchu.

Strumień świetlny praktycznie nie zależy od temperatury otoczenia (poza oprawą). W niskich temperaturach otoczenia (do -50°C) należy stosować specjalne urządzenia zapłonowe.

Lampy HMI

Lampy HTI z krótkim łukiem — lampy metalohalogenkowe o zwiększonym obciążeniu ścianki i bardzo małej odległości między elektrodami mają jeszcze wyższą skuteczność świetlną i oddawanie barw, co jednak ogranicza ich żywotność. Głównym obszarem zastosowania lamp HMI jest oświetlenie sceniczne, endoskopia, kino oraz fotografowanie w świetle dziennym (temperatura barwowa = 6000 K). Moc tych lamp waha się od 200 W do 18 kW.

Lampy metalohalogenkowe HTI o krótkim łuku i małych odległościach międzyelektrodowych zostały opracowane do celów optycznych. Są bardzo jasne. Dlatego są one wykorzystywane przede wszystkim do efektów świetlnych, takich jak pozycyjne źródła światła oraz w endoskopii.

Wysokoprężne lampy sodowe (HPS).

Oznaczenie: D — łuk; Na — sód; T — rurowy.

Wysokoprężne lampy sodowe (HPS) to jedna z najbardziej wydajnych grup źródeł promieniowania widzialnego: charakteryzują się najwyższą skutecznością świetlną spośród wszystkich znanych gazowych lamp wyładowczych (100-130 lm/W) oraz nieznaczną redukcją strumienia świetlnego przy długim żywotność. W tych lampach rura wyładowcza wykonana z polikrystalicznego aluminium jest umieszczona wewnątrz cylindrycznej szklanej kolby, która jest obojętna na opary sodu i dobrze przepuszcza jego promieniowanie. Ciśnienie w rurze wynosi około 200 kPa. Czas pracy — 10-15 tysięcy godzin. Wyjątkowo żółte światło i odpowiednio niski współczynnik oddawania barw (Ra=25) pozwalają na stosowanie ich w pomieszczeniach, w których przebywają ludzie, jedynie w połączeniu z innymi rodzajami lamp.

Lampy ksenonowe (DKst)

Świetlówki łukowe ksenonowe DKstT o niskiej skuteczności świetlnej i ograniczonej żywotności wyróżniają się składem widmowym światła najbardziej zbliżonym do naturalnego światła dziennego oraz najwyższą mocą jednostkową ze wszystkich źródeł światła. Pierwsza zaleta jest praktycznie niewykorzystana, ponieważ lampy nie są stosowane wewnątrz budynków, druga decyduje o ich szerokim zastosowaniu do oświetlania dużych otwartych przestrzeni po zamontowaniu na wysokich masztach. Wadami lamp są bardzo duże pulsacje strumienia świetlnego, nadmiar widma promieni ultrafioletowych oraz złożoność obwodu zapłonowego.