Лампы ДРЛ – это люминесцентные ртутные разрядные лампы высокого давления с исправленной цветопередачей. Несмотря на такое определение не нужно заблуждаться. Цветопередача ламп ДРЛ оставляет желать лучшего.
История
Исторически первыми появились лампы низкого давления, где разряд происходил в парах натрия. Здесь имеется в виду не процесс изобретения, но промышленное освоение осветительных приборов. Если говорить в более широком смысле, то коммерческий смысл использовать разрядные лампы для освещения внёс в промышленность Петер Купер Хьюит. И случилось это в 1901 году. С заполнением из ртути лампы показались создателю настолько удачными, что он в следующем году организовал компанию при поддержке Джорджа Вестингауза. Предприятия последнего занимались выпуском продукции.
Этот шаг представляется логичным по той простой причине, что Джордж Вестингауз вместе с Тесла вёл борьбу за внедрение переменного тока. И таким образом был рад любому дельному изобретению, для работы которого нужен было именно такой род электричества. Натриевая лампа появилась в 1919 году, благодаря усилиям Артура Комптона. А годом позже в конструкцию внесли боросиликатное стекло. Обладая малым коэффициентом температурного расширения, оно отлично противостояло агрессивной среде паров натрия. Практическое применение ламп на улицах городов относится к началу 30-х годов (в Нидерландах – с 1 июля 1932 года).
Мощность светового потока натриевых ламп составляла 50 лм/Вт, что считалось неплохим показателем. Несмотря на специфический жёлто-оранжевый цвет излучения. В СССР освоение натриевых ламп низкого давления не пошло. Ртутные сочли более приемлемыми. К тому же, появились натриевые лампы высокого давления. Все описанные модели обладают достаточно плохой цветопередачей. Особенно это касалось живых объектов и, в частности, человека. Недостаток сумели частично преодолеть в 1938 году, введя в промышленное производство ртутные лампы низкого давления. Вот их ключевые характеристики:
- Световая отдача – от 85 до 104 лм/Вт.
- Срок службы – до 60 тыс. часов.
- Перспективный спектр излучения.
Лампы ДРЛ появились только в начале 50-х. Их эксплуатационные характеристики не дотягивают до приведённых выше (отдача от 45 до 65 лм/Вт, срок службы от 10 до 20 тыс. часов), но также приемлемы. Лампы ДРЛ применяются как для наружного, так и внутреннего освещения. Следующим шагом в развитии разрядных ламп стали РЛВИ (высокой интенсивности). Ключевым отличием явился более высокий КПД. В самых первых образцах показатель уже составлял 100 лм/Вт. Натриевые лампы высокого давления также превосходят по показателям модели ДРЛ.
Особенности работы разрядной лампы с исправленной цветопередачей
Яркость лампочки
Выше говорилось о том, что некоторые разрядные (да и люминесцентные) лампы обладают плохой цветопередачей. Это значит, что окружающий мир будет немного искажён, что быстро утомляет психику. Но есть и другой фактор – физиологическая чувствительность глаз. Она неодинакова по всему видимому спектру, а часть людей может наблюдать даже ауру. Но у большинства индивидов максимум восприимчивости приходится на волну 555 нм (зелёный цвет). А в сторону краёв чувствительность глаз спадает.
Вот почему исследователи призывают выполнять корректировку мощности ламп на физиологические особенности человека. В результате 1 Вт на длине волны 555 нм эквивалентен 10 – на 700 нм. Инфракрасное излучение вовсе не воспринимается человеком. Поэтому оценку яркости производят по световому потоку, учитывающему эффект каждой из длин волн. Единицей измерения величины служит люмен, эквивалентный мощности 1/683 Вт для длины волны 555 нм. А светоотдача (лм/Вт) показывает, какая доля мощности в лампочке становится оптическим излучением. Максимальное значение может составлять 683 лм/Вт и наблюдается только на волне 555 нм.
Нельзя обойти вниманием и единицу освещённости – люкс. Численно она равна 1 лм/кв.м. Зная световой поток, высоту установки лампы, угол её раскрыва, можно посчитать освещённость. В свою очередь, этот параметр для тех или иных помещений нормируется по ГОСТ. В свете сказанного должно быть понятно, почему лампы ДРЛ с исправленной цветопередачей все ещё встречаются на рынке, несмотря на сравнительно незавидные характеристики.
Для оценки цветопередачи применяется локус. Это фигура, напоминающая перевёрнутую параболу, чуть заваленную на левый бок. В ней каждый цвет имеет свои две координаты от 0 до 1. Чтобы лампа обладала хорошей цветопередачей, положение её интегрального излучения должно быть расположено приблизительно в центре локуса. Добавим к этому, что повышение цветовой температуры смешает спектр от красного к фиолетовому:
- 2880 – 3200 К – тёплый жёлтый;
- 3500 К – нейтральный белый;
- 4100 К – холодный белый;
- 5500 – 7000 К – дневной свет.
В этом плане жёлто-оранжевые натриевые лампы низкого давления считаются неудачным выбором. От них химический дисбаланс в сетчатке глаза вызывает утомление. Однако не нужно забывать, что решающую роль все-таки играет спектр, а не цветовая температура: любая лампочка уступает Солнцу. Вот почему в бедном спектре натриевой лампы низкого давления (две спектринки в районе жёлтого) предметы будут смотреться черными, серыми или жёлтыми. Это и называется плохой цветопередачей.
Принято этот параметр характеризовать индексом на основе визуального сравнения освещаемых лампочкой образцов с эталоном. Значение укладывается в диапазон от 1 (самый плохой вариант) до 100 (идеал). На практике максимум можно найти лампу в интервале от 95 до 98. Это поможет выбрать лампу ДРЛ на прилавке (типичное значение от 40 до 70).
Исправление цветопередачи
В среде ионизированного газа тлеет разряд. Вот и весь принцип действия. Остальное сводится к условиям получения горения дуги между электродами. Условия ионизации требуют наличия высокого напряжения, которое в дальнейшем уже не понадобится. Вот почему многие разрядные лампы требуют наличия пуско-регулирующего аппарата. Атмосфера заполнена инертным газом и некоторым количеством упругих металлических паров (ртуть, натрий, их галогенидов). В практике ламп используются преимущественно следующие виды разрядов:
- Тлеющий – с малой плотностью тока при низком давлении газа или пара. Падение напряжения на катоде может составлять до 400 В. Визуально видны тёмные пятна в районе катода.
- Дуговой – с высокой плотностью тока при различном давлении. Падение напряжения на катоде сравнительно невелико (до 15 В). Столб дуги низкого давления подобен тлеющему.
- Дуги высокой интенсивности – специфическое явление, используемое в прожекторах. В частности, применялись для выявления воздушных объектов врага в период Второй мировой войны. Основывается на особом режиме работы угольного стержня, открытом в 1910 году Г. Беком.
Спектр ртутного разряда лежит в ультрафиолетовой области на 40%. Люминофор преобразует эту область в красное свечение, при этом большая часть фиолетовой и синей части свободно проходит. Качество исправление спектра определяется красным отношением (растёт при повышении толщины слоя, как и цена, нужные параметры определяют экспериментально из-за сложности расчёта). Ртутная горелка обычно из кварцевого стекла (не выделяет в процессе работы газообразных веществ), а внешняя колба, изнутри покрытая люминофором – из обычного, но тугоплавкого. Цоколь обычный, эдисоновский. В качестве люминофора обычно применяют активированный европием фосфат-ванадат иттрия. Этот материал имеет спектр свечения из четырёх красных полос: 535, 590, 618 (max), 650 нм. Оптимальный режим работы достигается при температуре от 250 до 300 градусов (время выхода порядка четверти часа).
Перед нанесением люминофор размалывают и прокаливают. Фосфат-ванадат иттрия выбран за то, что отлично выдерживает обработку. Высокая стоимость может быть компенсирована совместным применением с другими материалами. Например, ортофосфат стронция-цинка. Они лучше поглощают длину волны 365 нм, и в целом удаётся добиться приемлемых характеристик (учитывая специфику применения в сфере промышленного освещения при высоте установки от 3 до 5 метров).
Имеются случаи применения активированного четырёхвалентным марганцем фторогерманата магния. Световая отдача и красное отношение (6-8%) при этом несколько снижаются. Оптимальный температурный режим также находится в районе 300 градусов Цельсия. При дальнейшем нагреве эффективность устройства падает. Материала по всем показателям, кроме цены, уступает фосфат-ванадату иттрия: поглощает часть фиолетово-синей области спектра, имеет спектр свечения в дальней красной области (где глаз имеет малую чувствительность), при обработке теряет свою яркость.
В конструкции обычно предусмотрены один или два зажигающих электрода, расстояние от которых до катода сравнительно небольшое. Так что внешний пускорегулирующий аппарат не требуется. В сочетании со стандартным цоколем получается удобная замена лампочкам накала при увеличенном КПД. Колба в процессе работы сильно греется из-за интенсивного поглощения люминофором излучения. Расчёт геометрической формы ведётся, исходя из этого параметра. С одной стороны нужно, чтобы все излучение горелки упало на люминофор, с другой – температура в рабочем режиме не должна превысить оптимальной (см. выше).
Колбу наполняют чаще всего аргоном. Он дешёвый и вносит малый тепловые потери. Подмешивают 10-15% азота для увеличения напряжения пробоя. Общее давление примерно равняется атмосферному. Недопустимо попадание внутрь кислорода (разрушает металлические детали) или водорода (повышает напряжение розжига дуги). Положение горения допускается любое, но горизонтальное не поощряется. Дуга в этом случае несколько изгибается, и кварцевое стекло оказывается в невыгодном температурном режиме. Температура среды влияет на напряжение пробоя. Зимой разжечь дугу будет сложнее, потому что ртуть оседает, и процесс идёт в среде практически чистого аргона (по этой причине пусковые устройства иногда приходится применять).
У ламп ДРЛ сравнительно сильно греется цоколь. Температура может переваливать за точку кипения воды. Это нужно учитывать, подбирая патрон и люстру (фонарь) под установку лампы. В пору вспомнить советы авторов патента на первые галогенные лампы. Температура горелки сравнительно невысокая, но легко расплавит алюминий.
Маркировка
В отечественной практике цифра, идущая после ДРЛ, означает потребляемую мощность в Вт. Затем следует красное отношение: отношение красного потока (от 600 до 780 нм) к общему – выражается в процентах. Через дефис ставится номер разработки. Красное отношение характеризует цветопередачу, хорошими значениями считаются те, что выше десяти.
По международному стандарту IEC 1231 применяется система ILCOS. Это конкуренты немецкой маркировки LBS и общеевропейской ZVEI. Так что на рынке царит полный разброд. Согласно ILCOS:
- QE обозначает эллипсоидную форму колбы.
- QR обозначает колбу с внутренним отражающим слоем, грибовидную.
- QG обозначает сферическую колбу.
- QB обозначает изделия с встроенным балластом.
- QBR обозначает изделия с встроенным балластом и отражающим слоем.
У Philips на этот счёт свой взгляд на вещи, а в General Electric не хотят слышать про то и другое. Собственно, лучше всего ориентироваться в этом плане на справочники, либо читать информацию на упаковке. И не следует забывать, что цоколь может быть как стандартным, так и других размеров. Доля производства ламп ДРЛ непрерывно снижается, поэтому, быть может, и нет смысла изучать все эти сложные обозначения слишком подробно. А учитывая выход на рынок светодиодов, для дома и дачи лучше подыскать нечто более современное и, самое главное, постоянно развивающееся. Что касается КПД, то спор решится явно не в пользу разрядных ламп, хотя какое-то время они успешно осаждали нить накала.
Разрядные лампы высокого давления
В эту группу ИС входят ртутные лампы высокого давления (ДРЛ), металлогалогенные лампы (ДРИ), натриевые лампы (ДНаТ), ксеноновые лампы (ДКсТ, ДКсШ).
Электрический разряд в парах ртути сопровождается электромагнитными излучениями в видимой области спектра и в области ближнего ультрафиолета не только при низких давлениях паров (что используется в ЛЛ), но и при достаточно высоких давлениях – около 10 5 Па. Такой разряд используется в дуговых ртутных лампах высокого и сверхвысокого давления, которые часто называют лампами высокой интенсивности.
Ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления долгое время являлись самой распространенной и многочисленной группой ИС среди РЛ высокого и сверхвысокого давления. Это связано с тем, что при помощи ртутного разряда удается создавать весьма эффективные источники в ультрафиолетовой, видимой и близкой к видимой инфракрасной областях спектра. Эти ИС имеют широкий диапазон номинальных мощностей, продолжительность горения десятки тысяч часов, достаточно компактны, обладают при необходимости весьма высокими яркостями.
Исходя из конструктивных особенностей ртутные лампы высокого (РЛВД) и сверхвысокого давления (РЛСВД) подразделяются на следующие группы:
– РЛВД (типа ДРТ);
– РЛВД с исправленной цветностью (типа ДРЛ и ДРВЭ);
– трубчатые РЛСВД с естественным охлаждением;
– капиллярные РЛСВД с принудительным (воздушным или водяным) охлаждением;
– шаровые РЛСВД с естественным охлаждением.
Большинство типов РЛВД и РЛСВД имеют специфическое применение, и для целей освещения не используется. Так, РЛВД, являясь эффективными источниками ультрафиолетового излучения, применяются в медицине, сельском хозяйстве, измерительной и светокопировальной технике. Областью применения РЛСВД являются лучевые осциллографы, фотолитография, проекционные системы, люминесцентный анализ, т.е. те случаи, когда требуются источники высокой яркости в видимой и близкой к ней ультрафиолетовой областях спектра.
Характерной особенностью разряда в парах ртути под высоким давлением является практически полное отсутствие излучений в красноволновой области спектра. Разряд имеет линейчатый спектр и содержит всего 4 линии в видимой области. Поэтому возникает задача исправления цветности разряда ртутной лампы. Эта задача может быть решена одним из следующих способов:
– использование люминофоров – такие лампы получили название ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная);
– добавление в разрядную трубку излучающих добавок – галогенидов (металлогалогенные лампы типа ДРИ);
– сочетание люминофора с излучающей добавкой (лампы ДРИЛ);
– объединение ртутной лампы с лампой накаливания (лампа ДРВЭ – дуговая ртутно-вольфрамовая эритемная).
Ртутно-вольфрамовые лампы, в которых наряду с ртутной горелкой имеется вольфрамовая спираль, попутно исполняющая роль активного балласта, применяются в облучательных установках для эритемного (покраснение кожи, которое сменяется пигментацией – загаром) освещения людей (например, в соляриях) и животных.
Дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ)
Лампы ДРЛ (рис. 57) представляют собой трубку (горелку) 7 из прозрачного кварцевого стекла, рассчитанную на рабочую температуру около 800 °С и закреплённую при помощи траверсы 3 внутри внешней эллипсообразной колбы 2 (эта форма обеспечивает равномерное распределение температуры). Внутрь трубки после тщательного удаления посторонних газов вводится строго дозированное количество ртути и аргон при давлении 1,5…3 кПа. Аргон служит для облегчения разряда и защиты электродов от распыления в начальной стадии разгорания лампы, так как при комнатной температуре давление паров ртути очень низкое.
По концам горелки впаяны два активированных (покрытых слоем окислов щёлочно-земельных металлов) самокалящихся вольфрамовых электрода 4 и рядом с каждым из них по одному дополнительному – зажигающему электроду 5 длиной 2 мм. Такие лампы называются четырёхэлектродными, в отличие от прежде выпускавшихся двухэлектродных, не имевших зажигающих электродов. Наличие зажигающих электродов обеспечивает зажигание не разогретых ламп при напряжении не ниже 90 % номинального, так как первоначальный разряд возникает между соседними рабочим и зажигающим электродами. Напряжение на электроды подаётся через резьбовой цоколь 1. После возникновения разряда в лампе зажигающие электроды на её работу влияния не оказывают, потому что в их цепь включено токоограничивающее сопротивление 6.
Внешняя колба покрыта изнутри люминофором и заполняется смесью аргона и азота для предотвращения окисления и отвода тепла от горелки. Люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение ртутного разряда высокого давления, составляющее 40 % всего потока излучения, в недостающее излучение в красной части спектра. Качество исправления цветопередачи ламп типа ДРЛ определяется её «красным отношением», т.е. долей светового потока в красной области спектра (600…780 нм) в общем световом потоке лампы. В целом лампы ДРЛ даже с самым большим значением «красного отношения» существенно уступают ЛЛ по цветопередаче. Индекс цветопередачи этих ламп один из самых низких – 40…45.
Лампы ДРЛ включаются в сеть последовательно с балластным дросселем (рис. 58), потери мощности в котором составляют примерно 10 % мощности лампы. Только при низких температурах окружающей среды (ниже –30 °С) необходимо применять импульсное зажигающее устройство (ИЗУ), которое обеспечивает её зажигание при температурах до – 45 °С.
Для зажигания ламп ДРЛ характерно наличие периода разгорания, достигающего пяти-семи минут (рис. 59). В течение этого периода основные характеристики лампы претерпевают изменение вследствие изменения давления паров ртути в горелке – у ламп мощностью 80 Вт давление повышается до 10 6 Па, у ламп 1000 Вт – до 2,5·10 5 Па. В частности, пусковой ток лампы в два раза превышает номинальный.
По той причине, что после отключения лампы ДРЛ давление паров остаётся высоким, зажечь её повторно можно только после остывания через 5…10 минут. Поэтому в сетях аварийного освещения лампы ДРЛ не используются.
Если питающее напряжение исчезнет на полпериода или снизится ниже 90 % от номинального на два периода, лампа погаснет и зажжется вновь, когда остынет.
Пульсация светового потока этих ламп весьма значительна (коэффициент пульсации составляет 63…74 %).
Оптимальным положением лампы является вертикальное. При горизонтальном положении световой поток уменьшается на 2…5 %.
Лампы ДРЛ выпускаются мощностью от 50 до 2000 Вт. Их световая отдача составляет от 40 до 60 лм/Вт.
Средняя продолжительность горения – до 20 000 часов. К концу срока службы световой проток снижается до 60 % от номинального (через 100 часов горения). При изменениях подводимого напряжения в пределах от 90 до 110 % продолжительность горения меняется от 140 до 70 %, а световой поток – от 65 до 130 %.
Важно подчеркнуть, что в последнее время лампы ДРЛ вытесняются другими РЛ, так как уступают им по важнейшим характеристикам.
В условном обозначении ламп типа ДРЛ указывается их мощность, красное отношение (в скобках) и номер разработки, например, ДРЛ400(6)-4, где 6 – доля лучей в красноволновой области спектра.
Дуговые ртутные лампы с излучающими добавками (мгл)
Металлогалогенные лампы (МГЛ) появились в 60-е годы ХХ в. и благодаря своей высокой световой отдаче, приемлемому спектру излучения и достаточно большой мощности являются одним из самых перспективных источников света.
Исправление цветности излучения МГЛ основано на том, что внутрь разрядной трубки вводятся химические соединения, которые позволяют исправить спектральный состав излучения собственно ртутного разряда без использования люминофора. Этому способствует то, что галогениды многих металлов испаряются легче чем сами металлы и не разрушают кварцевое стекло. Поэтому внутрь разрядных колб МГЛ кроме ртути и аргона, как в РЛВД, дополнительно вводятся в виде галоидных соединений (соединений с йодом, бромом, хлором) щелочные (натрий, литий, цезий) и другие агрессивные металлы (кадмий, цинк), которые в чистом виде вызывают весьма быстрое разрушение кварцевого стекла. После зажигания разряда, когда достигается рабочая температура колбы, галогениды частично переходят в парообразное состояние. Попадая в центральную зону разряда с температурой несколько тысяч градусов Кельвина, молекулы галогенидов диссоциируют на галоген и металл. Атомы металла возбуждаются и излучают характерные для них спектры. Диффундируя за пределы разрядного канала и попадая в зону с более низкой температурой вблизи стенок колбы, они воссоединяются в галогениды, которые вновь испаряются. Применение галогенидов резко увеличило число химических элементов вводимых в разрядную трубку и, как итог, позволило создать МГЛ с разнообразными спектрами.
Большинство МГЛ выпускается только с двумя рабочими электродами и не имеет (или имеют один) поджигающих электродов. По этой причине они включаются в сеть через импульсное зажигающее устройство (ИЗУ) и зажигаются импульсом повышенного напряжения, близкого к 2 кВ (рис. 60).
В зависимости от применения различают:
1) МГЛ общего назначения (типа ДРИ);
2) трубчатые и шаровые (типа ДРИШ) МГЛ с улучшенным качеством цветопередачи, применяемые для цветных теле- и киносъёмок;
3) МГЛ для многочисленных специальных применений, в основном технологических, например, для облучения растений.
Металлогалогенные лампы для общего освещения типа ДРИ
Лампы типа ДРИ по конструкции подобны лампам типа ДРЛ с горелками. Внешняя колба в отличие от ламп ДРЛ у большинства типов ламп ДРИ не покрыта люминофором, но иногда применяют стандартные колбы ламп ДРЛ с люминофорным покрытием (типа ДРИЛ).
Положение горения значительно влияет на параметры ламп ДРИ, поэтому некоторые типы МГЛ выпускают в различных модификациях, рассчитанных на разное положение горения (вертикальное и горизонтальное).
Пульсация светового потока ламп ДРИ существенно ниже чем у ламп типа ДРЛ и составляет около 30 %.
Температура окружающей среды оказывает незначительное влияние на процесс зажигания и на работу ламп ДРИ.
При изменении питающего напряжения характеристики ламп ДРИ меняются более заметно, чем у ламп типа ДРЛ: изменение напряжения на каждый процент приводит к изменению светового потока примерно на 2,5 %.
Лампы ДРИ выпускаются мощностью от 125 до 3500 Вт и, учитывая их малый объем, имеют высокую удельную мощность. Световая отдача ламп ДРИ сопоставима со световой отдачей лучших ЛЛ – более 100 лм/Вт и в перспективе должна достичь 120 лм/Вт. Средняя продолжительность горения – 10000…12000 ч. Индекс цветопередачи невысокий, но превышающий аналогичный у ламп ДРЛ – от 45 до 65. В лампах с галогенидами олова и йодидами диспрозия индекс цветопередачи – от 80 до 90.
Часть ламп ДРИ (типа ДРИЗ) выпускается в зеркальных отражающих колбах.
По стоимости лампы ДРИ существенно уступают другим РЛ большой мощности. Цена (2006 г.) ДРИ250 составляет 900 руб., против 115 руб. у ДРЛ250 и 325 руб. у ДНаТ250.
Рассмотренная в статье "Работа лампы ДРЛ " кварцевая горелка подвержена сильному влиянию внешней среды, от которой зависят условия охлаждения. Стабильность работы лампы с такой горелкой обеспечивается размещением ее внутри внешней колбы. Внутренняя поверхность внешней колбы покрывается слоем люминофора, который за счет поглощения ультрафиолетовой части излучения ртутного разряда добавляет к видимому излучению этого разряда недостающее в нем излучение в красной области спектра. Для обеспечения охлаждения кварцевой горелки не только излучением, а также конвекцией и теплопередачей внешняя колба наполняется газом, который должен быть инертным по отношению к люминофору и деталям монтажа лампы. В качестве наполняющего газа применяют смесь аргона с азотом.
Устройство лампы ДРЛ показано на рисунке 1. Присоединение ламп к сети осуществляется с помощью резьбовых цоколей, аналогичных применяемым для ламп накаливания: Е27 - для ламп мощностью до 250 Вт и Е40 - для ламп большей мощности. Для облегчения зажигания лампа выполняется трех- или четырехэлектродной. У последних основные и вспомогательные электроды соединяются через резисторы.
Форма и размеры внешней колбы и положение горелки в ней выбирают с таким расчетом, чтобы все ультрафиолетовое излучение горелки падало на слой люминофора и во время работы и во время работы лампы слой люминофора имел оптимальную для его работы температуру.
Нагрев внешней колбы происходит за счет поглощения части излучения разряда слоем нанесенного на нее люминофора и стеклом, а также теплопередачи через наполняющий колбу инертный газ. Охлаждение осуществляется благодаря излучению нагретого стекла и теплопередаче через окружающий воздух.
Равномерность температуры поверхности колбы может быть достигнута, если, пренебрегая в первом приближении конвекцией наполняющего колбу инертного газа, выполнять ее в виде поверхности, обеспечивающей равномерную облученность. Расчеты показывают, что центральная часть колбы должна иметь поверхность, близкую к эллипсоиду вращения, с большой осью, совпадающей с осью горелки. Поправка на конвекцию вынуждает несколько увеличивать диаметр той части колбы, которая при работе лампы оказывается наверху. Так как лампы практически эксплуатируют в любом положении, то поправок в форму колбы не вносят.
В ряде конструкций ламп колба выполняет роль оптического элемента, перераспределяющего световой поток. В этом случае форма и размер колбы должны рассчитываться, как это делается для светильников, причем в расчете должен также учитываться ее тепловой режим.
Для исправления цветности ламп типа ДРЛ применяют различные виды люминофоров. Применение фосфат-ванадат-иттриевого люминофора вместо фторогерманата магния позволило улучшить параметры ламп типа ДРЛ.
Применение люминофора, нанесенного на внутреннюю стенку внешней колбы, с одной стороны, приводит к добавлению в спектре недостающего красного излучения, а с другой - вызывает поглощение в этом слое части видимого излучения. С ростом толщины слоя люминофора поток излучения лампы имеет максимум при определенной толщине слоя, в то время как проходящий через слой люминофора световой поток разряда постепенно уменьшается. Для решения вопроса об оптимальной толщине слоя люминофора и общей оценки его эффективности для характеристики ламп типа ДРЛ введено понятие "красное отношение". Красным отношением называют выраженное в процентах отношение красного светового потока, добавляемого люминофором, к общему световому потоку ламп. Очевидно, что лучшими будут люминофор и такой его слой, которые при создании красного отношения, достаточного для обеспечения правильной цветопередачи, обеспечивают максимальный световой поток лампы в целом, то есть наибольшую световую отдачу.
Красное отношение принято выражать в процентах зависимостью
где φ (λ) - спектральная плотность потока излучения лампы; V (λ) - относительная чувствительность глаза.
Красное отношение для ламп типа ДРЛ с оптимальной толщиной люминофора из фторогерманата и арсената магния достигает 8 %, а световой поток - 87 % светового потока лампы без люминофора. Применение ортофосфатноцинковых люминофоров с добавкой стронция позволяет получить световой поток, на 15 % превышающий световой поток лампы без люминофора, и r кр = 4 - 5 %.
В процессе зажигания ламп имеет место катодное распыление активного вещества катода и стержневой части электрода. В установившемся режиме горения на переменном токе из-за перезажигания разряда в каждый полупериод распыление стержневой части электрода продолжается. Это ухудшает со временем эмиссионные свойства обеих частей электродов, соответственно растет необходимое для зажигания ламп напряжение. Распыление электродов приводит одновременно к поглощению молекул наполняющего лампу инертного газа, начальное давление которого выбиралось из условий зажигания разряда. Эти процессы приводят к образованию на стенках горелки темного налета из частиц распылившихся электродов, поглощающего излучение, в особенности его ультрафиолетовую составляющую, и красное отношение снижается. Прекращение зажигания определяет полный срок службы ламп типа ДРЛ, а нормируемое снижение световой отдачи - их полезный срок службы.
Условное обозначение ламп ДРЛ расшифровывается следующим образом: Д - дуговая, Р - ртутная, Л - люминесцентная. Цифры после букв соответствуют мощности лампы в ваттах, дальше в скобках приводится красное отношение в процентах и через дефис - номер разработки. Подавляющее большинство ламп типа ДРЛ выпускаются четырехэлектродными, то есть с дополнительными электродами для облегчения зажигания (смотрите рисунок 2). Такие лампы зажигаются непосредственно от напряжения сети. Небольшая часть ламп ДРЛ изготовляются двухэлектродными, для их зажигания применяют специальные зажигающие устройства.
Лампы ДРЛ находят применение в установках наружного освещения и для освещения высоких помещений промышленных предприятий, где не предъявляется жестких требований к качеству цветопередачи.
Влияние температуры окружающей среды сказывается прежде всего на напряжении зажигания ламп. При отрицательных температурах зажигание ламп типа ДРЛ затруднено, что связано со значительным уменьшением давления ртути, в результате чего зажигание происходит в чистом аргоне и требует более высоких напряжений, чем при наличии паров ртути. Согласно ГОСТ 16354-77 лампы типа ДРЛ всех мощностей должны зажигаться при напряжении не более 180 В при температуре окружающей среды 20 - 40 °С; при температуре -25 °С напряжениезажигания ламп увеличивается до 205 В, при -40 °С напряжение зажигания для ламп мощностью 80 - 400 Вт составляет не более 250 В, мощностью 700 и 1000 Вт - 300 В. На световые и электрические параметры ламп типа ДРЛ изменение внешней температуры практически не влияет. В таблице 1 приведены параметры ламп типа ДРЛ. Лампы имеют две модификации с красным отношением 6 и 10 %.
Таблица 1
Основные параметры ламп типа ДРЛ по ГОСТ 16357-79
| Тип лампы | Мощность, Вт | Рабочее напряжение, В | Ток, А | Световой поток, лм | Размеры, мм | Средний срок службы | |
| диаметр внешней колбы | полная длина | ||||||
| ДРЛ80(6)-2 ДРЛ125(6)-2 ДРЛ250(6) ДРЛ400(6)-2 ДРЛ700(6)-2 ДРЛ1000(6)-2 ДРЛ2000(6) | 80 125 250 400 700 1000 2000 | 115 125 130 135 140 145 270 | 0,80 1,15 2,13 3,25 5,40 7,50 8,00 | 3400 6000 13000 23000 40000 57000 120000 | 81 91 91 122 152 181 187 | 165 184 227 292 368 410 445 | 10000 10000 12000 15000 15000 15000 6000 |
Ртутно-вольфрамовые лампы
Затрудненное зажигание ламп типа ДРЛ при отрицательных температурах, использование индуктивных балластов, а также необходимость исправления цветности излучения привели к созданию ламп высокого давления с балластом в виде нити лампы накаливания. Отметим, что большие потери мощности в активном балласте, которым является нить накаливания, по сравнению с потерями в индуктивном балласте компенсируются простотой активного балласта при возможности одновременного получения с его помощью недостающего красного излучения.
Поместив во внешнюю колбу, в которой размещена кварцевая горелка для уменьшения зависимости ее параметров от внешней температуры, балластную нить накала, удалось получить лампу, пригодную для непосредственного включения в сеть. Конструкция такой лампы показана на рисунке 3. Размещение нити накала внутри колбы лампы создает дополнительное преимущество, заключающееся в сокращении периода разгорания за счет нагрева горелки излучением спирали.
Основным при расчете ламп смешанного света, как называют иногда ртутно-вольфрамовые лампы, является выбор параметров нити накала. Мощность нити выбирают исходя из условия стабилизации ртутного разряда. световую отдачу нити приходится снижать ради получения достаточно красного отношения, одновременно обеспечивается срок службы нити, соизмеримый со сроком службы кварцевых горелок. В пусковой период напряжение сети целиком падает на спираль, однако по мере разгорания ртутной лампы напряжение на ней повышается, а напряжение на балластной спирали снижается до рабочего значения. Световая отдача ртутно-вольфрамовых ламп составляет 18 - 20 лм/Вт, так как около 50 % мощности расходуется на нагрев спирали. Поэтому эти лампы по экономичности не могут конкурировать с лампами типа ДРЛ и другими лампами высокого давления. Их применение ограничено специальными областями, например, облучательной техникой.
Лампы типа ДРВЭ имеют внешнюю колбу, выполненную из специального стекла, пропускающего ультрафиолетовое излучение. Такие лампы применяют для совместного освещения и облучения, например в теплицах. Срок службы таких ламп составляет 3 - 5 тысяч часов, он определяется сроком службы вольфрамовой нити накала.
Трубчатые ртутные лампы
Кроме ламп работающих на основе разряда высокого давления в парах ртути и предназначенных для целей освещения, изготовляют несколько видов источников излучения, разработка которых связана с необходимостью использования не только видимого, но и ультрафиолетового излучения. Как известно, ультрафиолетовое излучение обладает химическим и биологическим действием. Широко используется актиничность ультрафиолетового излучения, то есть воздействие на светочувствительные материалы, применяемые в полиграфической промышленности. Мощные потоки бактерицидного излучения, большие, чем у бактерицидных , позволяют использовать ртутные лампы высокого давления для целей обеззараживания воды и других веществ. Химическая активность ультрафиолетового излучения и возможность сконцентрировать большие мощности излучения на небольших поверхностях привели к широкому использованию ртутных ламп высокого давления в химической, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.
Для ламп этого типа необходимы колбы из механически прочного и тугоплавкого кварцевого стекла. Применяемое кварцевое стекло, пропускающее ультрафиолетовое излучение начиная с длины волны 220 нм, то есть практически весь спектр излучения ртутного разряда, позволяет изменять параметры излучения лишь за счет изменения рабочего давления. Непрозрачность кварцевого стекла для резонансного излучения с длиной воны 185 нм не имеет практического значения, так как ультрафиолетовое излучение такой длины волны практически полностью поглощается воздухом.
Указанное привело к созданию ртутных ламп высокого давления, отличающихся конструкцией, обусловленной рабочим давлением и областью применения. основные параметры ламп высокого давления приведены в таблице 2.
Таблица 2
Основные параметры ртутных трубчатых ламп высокого давления по ГОСТ 20401-75
| Тип лампы | Мощность, Вт | Напряжение, В | Ток, А | Длина дуги, мм | Габаритная длина, мм | Диаметр горелки, мм | Средний срок службы, ч |
| ДРТ230 ДРТ400 ДРТ1000 ДРТ2500 ДРТ2800 ДРТ5000 ДРТ4000 | 230 400 1000 2500 2800 5000 4000 | 70 135 145 850 1150 1800 1900 | 3,8 3,25 7,5 3,4 2,4 3,1 2,4 | 60 120 175 1000 610 1100 1000 | 190 265 350 1200 700 1290 1118 | 20 22 32 21 15 20 14 | 1500 2700 1500 3500 1000 1500 13000 |
Промышленность выпускает ртутные лампы типа ДРТ (дуговые ртутные трубчатые) с давлением до 2 × 10 5 Па в виде прямых трубок диаметром 14 - 32 мм. На рисунке 4 даны общий вид и габаритные размеры ламп типа ДРТ различной мощности. Оба конца трубок имеют удлинения меньшего диаметра, в которые впаяна молибденовая фольга, служащая вводами. С внутренней стороны ламп к вводам приварены вольфрамовые активированные самокалящиеся электроды, конструкция которых показана на рисунке 5. Для крепления ламп в арматуре лампы снабжены металлическими хомутиками с держателями. Имеющийся посредине колбы носик является остатком штенгеля, отпаянного после вакуумной обработки лампы. Для облегчения зажигания лампы имеют специальную полосу, на которую подается зажигающий импульс.
Рисунок 4. Общий вид ламп типа ДРТ (давление паров ртути до 0,2 МПа) мощностью, Вт:
а
- 230; б
- 400; в
- 1000
Рисунок 5. Электроды (катоды) ртутных ламп высокого давления:
1
- активное вещество (оксид); 2
- вольфрамовый сердечник; 3
- спираль
Трубчатые ксеноновые лампы
К трубчатым лампам высокого давления относят также лампы, в которых используется излучение ксенона при давлениях от сотен до миллионов паскалей. Характерной особенностью разряда в инертных газах при высоких давлениях и больших плотностях тока является непрерывный спектр излучения, обеспечивающий хорошую цветопередачу освещаемых объектов. В видимой области спектр ксенонового разряда близок к солнечному с цветовой температурой 6100 - 6300 К. Важной особенностью такого разряда является его возрастающая вольт-амперная характеристика при высоких плотностях тока, что позволяет стабилизировать разряд с помощью небольших балластных сопротивлений. Ксеноновые трубчатые лампы значительной длины могут включаться в сеть вообще без дополнительного балласта. Преимуществом ксеноновых ламп является отсутствие периода разгорания. Параметры ксеноновых ламп практически не зависят от температуры окружающей среды вплоть до температур -50 °С, что позволяет применять их в установках наружного освещения в любых климатических зонах. Вместе с тем ксеноновые лампы имеют высокое напряжение зажигания и требуют применения специальных зажигающих устройств. Малый градиент потенциала обусловил использование в лампах более массивных вводов.
Световая отдача ламп растет с ростом удельной мощности и диаметра разрядной трубки. При больших плотностях тока разряд в инертных газах обладает очень высокой яркостью. По теоретическим оценкам, предельная яркость разряда в ксеноне может достигать 2 × 10³ Мкд/м². Основные параметры ксеноновых ламп высокого давления приведены в таблице 3. Трубчатые ксеноновые лампы работают как с естественным, так и с водяным охлаждением. Применение водяного охлаждения позволило поднять световую отдачу ламп с 20 - 29 до 35 - 45 лм/Вт, но несколько усложнило конструкцию. Горелка ламп с водяным охлаждением заключается в стеклянный сосуд, а в пространстве между горелкой и внешним сосудом-цилиндром циркулирует дистиллированная вода.
Таблица 3
Основные параметры ксеноновых ламп высокого давления
| Тип лампы | Мощность, Вт | Напряжение, В | Ток, А | Световой поток, 10³, лм | Внутренний диаметр трубки, мм | Полная длина, мм | Средний срок службы, ч | Схема включения |
| ДКсТ2000 ДКсТ5000 ДКсТ10000 ДКсТ20000 ДКсТ50000 ДКсТВ3000 ДКсТВ5000 | 2000 5000 10000 20000 50000 3000 5000 | 40 110 220 380 380 90 150 | 49 44 46 56 132 30 30 | 35,7 97,6 250 694 2230 81,2 139 | 24 22 21 21 38 4 4 | 356 646 1260 1990 2700 285 315 | 300 300 800 800 500 100 100 | с балластом с балластом без балласта без балласта без балласта с балластом, на постоянном токе то же без балласта с выпрямителем без балласта без балласта |
Высокие температуры трубки (около 1000 К) требует применения кварцевого стекла и соответствующих конструкций молибденовых вводов, рассчитанных на большие токи. Электроды ламп выполняют из активированного вольфрама. Одна из конструкций ксеноновой лампы с водяным охлаждением приведена на рисунке 6.
Рисунок 6. Общий вид трубчатой ксеноновой лампы мощностью 6 кВт с водяным охлаждением
На параметры безбалластных ксеноновых ламп оказывает сильное влияние напряжение сети. При отклонениях напряжения сети на ±5 % номинального мощность лампы изменяется примерно на 20 %.
Обозначение ламп состоит из букв Д - дуговая, Кс ксеноновая, Т - трубчатая, В - с водяным охлаждением и цифр, обозначающих мощность лампы в ваттах и через дефис - номер разработки.
Ртутная газоразрядная лампа
[править]
Материал из Википедии - свободной энциклопедии
(Перенаправлено с Ртутная лампа)
Люминесцентная ртутная лампа высокого давления
Ртутные газоразрядные лампы представляют собой электрический источник света, в котором для генерации оптического излучения используется газовый разряд в парах ртути. Для наименования всех видов таких источников света в отечественной светотехнике используется термин "разрядная лампа" (РЛ), включенный в состав Международного светотехнического словаря, утверждённого Международной комиссией по освещению. Этим термином следует пользоваться в технической литературе и документации.
В зависимости от давления наполнения различают РЛ низкого давления (РЛНД), высокого давления (РЛВД) и сверхвысокого давления (РЛСВД).
К РЛНД относят ртутные лампы с величиной парциального давления паров ртути в установившемся режиме менее 100 Па. Для РЛВД эта величина составляет порядка 100 кПа, а для РЛСВД - 1 МПа и более.
Ртутные лампы низкого давления (РЛНД)
см. - Люминесцентная линейная лампа
см. - Компактная люминесцентная лампа
Ртутные лампы высокого давления (РЛВД)
РЛВД подразделяются на лампы общего и специального назначения. Первые из них, к числу которых относятся, в первую очередь, широко распространённые лампы ДРЛ, активно применяются для наружного освещения, однако они постепенно вытесняются более эффективными натриевыми, а также металлогалогенными лампами. Лампы специального назначения имеют более узкий круг применения, используются они в промышленности, сельском хозяйстве, медицине.Содержание [убрать]
1.1 Ртутные лампы высокого давления типа ДРЛ
1.1.1 Устройство
1.1.2 Принцип действия
1.1.3 Традиционные области применения ламп ДРЛ
1.2 Дуговые ртутные металлогалогенные лампы (ДРИ)
1.3 Дуговые ртутные металлогалогенные лампы с зеркальным слоем (ДРИЗ)
1.4 Ртутно-кварцевые шаровые лампы (ДРШ)
1.5 Ртутно-кварцевые лампы высокого давления (ПРК, ДРТ)
[править]
[править]
Ртутные лампы высокого давления типа ДРЛ
Лампа ДРЛ 250 на самодельном испытательном стенде
ДРЛ (Дуговая Ртутная Люминесцентная) - принятое в отечественной светотехнике обозначение РЛВД, в которых для исправления цветности светового потока, направленного на улучшение цветопередачи, используется излучение люминофора, нанесённого на внутреннюю поверхность колбы.
Для общего освещения цехов, улиц, промышленных предприятий и других объектов, не предъявляющих высоких требований к качеству цветопередачи и помещений без постоянного пребывания людей.
[править]
Устройство
Устройство лампы ДРЛ: 1.Колба;2.Цоколь;3.Горелка;4.Основной электрод;5.Поджигающий электрод;6.Токоограничительный резистор
Лампа ДРЛ со снятой колбой
Первые лампы ДРЛ изготовлялись двухэлектродными. Для зажигания таких ламп требовался источник высоковольтных импульсов. В качестве него применялось устройство ПУРЛ-220 (Пусковое Устройство Ртутных Ламп на напряжение 220 В). Электроника тех времен не позволяла создать достаточно надёжных зажигающих устройств, а в состав ПУРЛ входил газовый разрядник, имевший срок службы меньший, чем у самой лампы. Поэтому в 1970-х гг. промышленность постепенно прекратила выпуск двухэлектродных ламп. На смену им пришли четырёхэлектродные, не требующие внешних зажигающих устройств.
Для согласования электрических параметров лампы и источника электропитания практически все виды РЛ, имеющие падающую внешнюю вольт-амперную характеристику, нуждаются в использовании пускорегулирующего аппарата, в качестве которого в большинстве случаев используется дроссель, включенный последовательно с лампой.
Четырёхэлектродная лампа ДРЛ (смотри рисунок справа) состоит из внешней стеклянной колбы 1, снабжённой резьбовым цоколем 2. На ножке лампы смонтирована установленная на геометрической оси внешней колбы кварцевая горелка (разрядная трубка, РТ) 3, наполненная аргоном с добавкой ртути. Четырёхэлектродные лампы имеют основные электроды 4 и расположенные рядом с ними вспомогательные(зажигающие) электроды 5. Каждый зажигающий электрод соединён с находящимся в противоположном конце РТ основным электродом через токоограничивающее сопротивление 6. Вспомогательные электроды облегчают зажигание лампы и делают её работу в период пуска более стабильной.
В последнее время ряд зарубежных фирм изготавливает трёхэлектродные лампы ДРЛ, оснащённые только одним зажигающим электродом. Эта конструкция отличается только большей технологичностью в производстве, не имея никаких иных преимуществ перед четырёхэлектродными.
Видимый спектр ртутной лампы
[править]
Принцип действия
Горелка (РТ) лампы изготавливается из тугоплавкого и химически стойкого прозрачного материала (кварцевого стекла или специальной керамики) и наполняется строго дозированными порциями инертных газов. Кроме того в горелку вводится металлическая ртуть, которая в холодной лампе имеет вид компактного шарика или оседает в виде налёта на стенках колбы и (или) электродах. Светящимся телом РЛВД является столб дугового электрического разряда.
Процесс зажигания лампы, оснащённой зажигающими электродами, выглядит следующим образом. При подаче на лампу питающего напряжения между близко расположенными основным и зажигающим электродом возникает тлеющий разряд, чему способствует малое расстояние между ними, которое существенно меньше расстояния между основными электродами, следовательно, ниже и напряжение пробоя этого промежутка. Возникновение в полости РТ достаточно большого числа носителей заряда (свободных электронов и положительных ионов) способствует пробою промежутка между основными электродами и зажиганию между ними тлеющего разряда, который практически мгновенно переходит в дуговой.
Стабилизация электрических и световых параметров лампы наступает через 10 - 15 минут после включения. В течение этого времени ток лампы существенно превосходит номинальный и ограничивается только сопротивлением пускорегулирующего аппарата. Продолжительность пускового режима сильно зависит от температуры окружающей среды - чем холоднее, тем дольше будет разгораться лампа.
Электрический разряд в горелке ртутной дуговой лампы создаёт видимое излучение голубого или фиолетового (а не белого как принято считать) цвета, а также мощное ультрафиолетовое излучение. Последнее возбуждает свечение люминофора, нанесённого на внутренней стенке внешней колбы лампы. Красноватое свечение люминофора, смешиваясь с бело-зеленоватым излучением горелки, даёт яркий свет, близкий к белому.
Изменение напряжения питающей сети в большую или меньшую сторону вызывает соответствующее изменение светового потока. Отклонение питающего напряжения на 10 - 15% допустимо и сопровождается изменением светового потока лампы на 25 - 30%. При уменьшении напряжения питания менее 80% номинального лампа может не зажечься, а горящая - погаснуть.
При горении лампа сильно нагревается. Это требует использования в световых приборах с дуговыми ртутными лампами термостойких проводов, предъявляет серьёзные требования к качеству контактов патронов. Поскольку давление в горелке горячей лампы существенно возрастает, увеличивается и напряжение её пробоя. Величина напряжения питающей сети оказывается недостаточной для зажигания горячей лампы. Поэтому перед повторным зажиганием лампа должна остыть. Этот эффект является существенным недостатком дуговых ртутных ламп высокого давления, поскольку даже весьма кратковременный перерыв электропитания гасит их, а для повторного зажигания требуется длительная пауза на остывание.
[править]
Традиционные области применения ламп ДРЛ
Освещение открытых территорий, производственных, сельскохозяйственных и складских помещений. Везде, где это связано с необходимостью большой экономии электроэнергии, эти лампы постепенно вытесняются НЛВД (освещение городов, больших строительных площадок, высоких производственных цехов и др.).
[править]
Дуговые ртутные металлогалогенные лампы (ДРИ)
Основная статья: Лампа на галогенидах металлов
Лампы ДРИ (Дуговая Ртутная с Излучающими добавками) конструктивно схожа с ДРЛ, однако в её горелку дополнительно вводятся строго дозированные порции специальных добавок - галогенидов некоторых металлов (натрия, таллия, индия и др.), за счёт чего значительно увеличивается световая отдача (порядка 70 - 95 лм/Вт и выше) при достаточно хорошей цветности излучения. Лампы имеют колбы эллипсоидной и цилиндрической формы, внутри которой размещается кварцевая или керамическая горелка. Срок службы - до 8 - 10 тыс. ч.
В современных лампах ДРИ используются в основном керамические горелки, обладающие большей стойкостью к реакциям с их функциональным веществом, благодаря чему со временем горелки затемняются гораздо меньше кварцевых. Однако последние тоже не снимают с производства из-за их относительной дешевизны.
Ещё одно отличие современных ДРИ - шаровидная форма горелки, позволяющая снизить спад светоотдачи, стабилизировать ряд параметров и увеличить яркость «точечного» источника. Различают два основных исполнения данных ламп: с цоколями Е27, Е40 и софитное - с цоколями типа Rx7S и подобными им.
Для зажигания ламп ДРИ необходим пробой межэлектродного пространства импульсом высокого напряжения. В «традиционных» схемах включения данных паросветных ламп, помимо индуктивного балластного дросселя, используют импульсное зажигающее устройство - ИЗУ.
Изменяя состав примесей в лампах ДРИ, можно добиться «монохроматических» свечений различных цветов (фиолетового, зелёного и тп) Благодаря этому ДРИ широко используются для архитектурной подсветки. Лампы ДРИ с индексом "12" (с зеленоватым оттенком) используют на рыболовецких судах для привлечения планктона.
[править]
Дуговые ртутные металлогалогенные лампы с зеркальным слоем (ДРИЗ)
Представляет собой обычную лампу ДРИ, часть колбы которой изнутри частично покрыта зеркальным отражающим слоем, благодаря чему такая лампа создает направленный поток света. По сравнению с применением обычной лампы ДРИ и зеркального прожектора, уменьшаются потери за счет уменьшения переотражений и прохождений света через колбу лампы. Так же получается высокая точность фокусировки горелки. Для того, чтобы после вворачивания лампы в патрон направление излучения её можно было изменить, лампы ДРИЗ снабжают специальным цоколем.
[править]
Ртутно-кварцевые шаровые лампы (ДРШ)
Лампы ДРШ представляют собой дуговые ртутные лампы сверхвысокого давления с естественным охлаждением. Имеют шарообразную форму и дают сильное ультрафиолетовое излучение.
[править]
Ртутно-кварцевые лампы высокого давления (ПРК, ДРТ)
Дуговые ртутные лампы высокого давления типа ДРТ (Дуговые Ртутные Трубчатые) представляют собой цилиндрическую кварцевую колбу с впаянными по концам электродами. Колба наполняется дозированным количеством аргона, помимо того в неё вводится металлическая ртуть. Конструктивно лампы ДРТ очень схожи с горелками ДРЛ, а электрические параметры их таковы, что позволяют использовать для включения пускорегулирующие аппараты ДРЛ соответствующей мощности. Однако большинство ламп ДРТ выполняется в двухэлектродном исполнении, поэтому для их зажигания требуется использование специальных дополнительных устройств.
Первые разработки ламп ДРТ, носивших первоначальное название ПРК (Прямая Ртутно-Кварцевая), были выполнены Московским электроламповым заводом в 1950-х гг. В связи с изменением нормативно-технической документации в 1980-х гг. обозначение ПРК было заменено на ДРТ.
Существующая номенклатура ламп ДРТ имеет широкий диапазон мощностей (от 100 до 12000 Вт). Лампы используются в медицинской аппаратуре (ультрафиолетовые бактерицидные и эритемные облучатели), для обеззараживания воздуха, пищевых продуктов, воды, для фотополимеризации лаков и красок, экспонирования фоторезистов и иных фотофизических и фотохимических технологических процессов. Лампы мощностью 400 и 1000 Вт применялись в театральной практике для освещения декораций и костюмов, расписанных флуоресцентными красками. В этом случае осветительные приборы оснащались светофильтрами из ультрафиолетового стекла УФС-6, срезающими жёсткое ультрафиолетовое и практически всё видимое излучение ламп.
Важным недостатком ламп ДРТ является интенсивное образование озона в процессе их горения. Если для бактерицидных установок это явление обычно оказывается полезным, то в других случаях концентрация озона вблизи светового прибора может существенно превышать допустимую по санитарным нормам. Поэтому помещения, в которых используются лампы ДРТ, должны иметь соответствующую вентиляцию, обеспечивающую удаление избытка озона.
В небольших количествах изготавливаются безозонные лампы ДРТ, колба которых имеет внешнее покрытие из кварца, легированного диоксидом титана. Такое покрытие практически не пропускает озонообразующую линию резонансного излучения ртути 253,7 нм.
[править]
Газоразрядные лампы высокого давления[скрыть]
Источники искусственного света
Накаливания Лампа накаливания Галогенная лампа
Флуоресцентные Люминесцентная лампа (компактная люминесцентная лампа) Индукционная лампа Ртутная лампа Лампа чёрного света
Газоразрядные Лампы высокой интенсивности Неоновая лампа Натриевая газоразрядная лампа Ксеноновая лампа-вспышка Газосветные лампы
Электродуговые Дуговая лампа Ксеноновая дуговая лампа Свеча Яблочкова Металлогалогенная лампа
На сгорании Ацетиленовые лампы Свечи Газовая лампа Керосиновая лампа Друммондов свет Масляные лампы Лучина Факел
Прочие Серная лампа Светодиоды (светодиодная лампа органический светодиод)
Люминесценции Хемилюминесценция Биолюминесценция Радиолюминесценция Сонолюминесценция Черенковское излучение
Осветительное
оформление Прожектор Люстра Торшер Бра Лампочка Ильича MR16 Фонарь (уличный карманный) Взрывобезопасная лампа Плазменная лампа Электролюминесцентный провод Лавовая лампа Оптическое волокно
) - дуговая ртутная люминофорная лампа высокого давления . Это одна из разновидностей электрических ламп, что широко используется для общего освещения объёмных территорий таких как заводские цеха, улицы, площадки и т.д. (где не предъявляется особые требования к цветопередаче ламп, но требуется от них высокой светоотдачи). Лампы ДРЛ имеют мощность 50 - 2000 Вт и изначально рассчитаны на работу в электрических сетях переменного тока с напряжением питания 220 В. (частота 50 Гц.). Для согласования электрических параметров лампы и источника электропитания практически все виды ртутных ламп, имеющие падающую внешнюю вольт-амперную характеристику, нуждаются в использовании пускорегулирующего аппарата (ПРА) , в качестве которого в большинстве случаев используется дроссель, включенный последовательно с лампой.
Устройство
Первые лампы ДРЛ изготовлялись двухэлектродными. Для зажигания таких ламп требовался источник высоковольтных импульсов. В качестве него применялось устройство ПУРЛ-220 (Пусковое Устройство Ртутных Ламп на напряжение 220 В). Электроника тех времен не позволяла создать достаточно надёжных зажигающих устройств, а в состав ПУРЛ входил газовый разрядник, имевший срок службы меньший, чем у самой лампы. Поэтому в 1970-х гг. промышленность постепенно прекратила выпуск двухэлектродных ламп. На смену им пришли четырёхэлектродные, не требующие внешних зажигающих устройств.
Теперь, что касается устройства лампы ДРЛ. Дуговая ртутная лампа (ДРЛ) состоит из трёх основных функциональных частей:
- цоколь;
- кварцевая горелка;
- стеклянная колба.
Цоколь предназначен для приема электроэнергии из сети, по средствам соединения контактов лампы (один из которых резьбовой, а второй - точечный) с контактами патрона, после чего происходит передача переменного электричества непосредственно на электроды самой горелки ДРЛ лампы.
Кварцевая горелка является основной функциональной частью лампы ДРЛ. Она представляет собой кварцевую колбу, у которой по бокам располагаются по 2 электрода. Два из них основных и два - дополнительные. Пространство горелки заполнено инертным газом «аргона» (для изоляции теплообмена между горелкой и средой) и капелькой ртути.
Стеклянная колба - это внешнюю часть лампы. Внутри неё помещена кварцевая горелка, к которой от контактного цоколя подходят проводники. Из колбы выкачивают воздух и закачивают в ней азот. И ещё один немаловажный элемент, что находится в стеклянной колбе, это 2 ограничивающих сопротивления (подсоединенные к дополнительным электродам). Внешняя стеклянная колба с внутренней стороны покрыта люминофором.
Принцип действия
Горелка (РТ) лампы изготавливается из тугоплавкого и химически стойкого прозрачного материала (кварцевого стекла или специальной керамики), и наполняется строго дозированными порциями инертных газов. Кроме того, в горелку вводится металлическая ртуть, которая в холодной лампе имеет вид компактного шарика, или оседает в виде налёта на стенках колбы и (или) электродах. Светящимся телом РЛВД является столб дугового электрического разряда.
Процесс зажигания лампы, оснащённой зажигающими электродами, выглядит следующим образом.
На лампу подаётся сетевое напряжение, оно подводится к промежутку между основным и дополнительным электродом, что расположены с одной стороны кварцевой горелки и на такую же пару, расположенную на другой стороне горелки. Вторым промежутком, между которых сосредотачивается сетевое напряжение, это расстояние между основными электродами кварцевой горелки, находящихся на противоположных её сторонах.
Расстояние между основным и дополнительным электродом невелико, это позволяет при подаче напряжения легко ионизировать данный промежуток газа. Ток на данном участке обязательно ограничивается сопротивлениями, стоящие в цепи дополнительных электродов перед входом проволочных проводников в кварцевую горелку. После того как на обоих концах кварцевой горелки произошла ионизация, она постепенно перебрасывается на промежуток между основными электродами, тем самым обеспечивая дальнейшее горение лампы ДРЛ.
Максимальное горение лампы ДРЛ наступает спустя около 7 минут. Это обусловлено тем, что в холодном состоянии ртуть, находящаяся в кварцевой горелки находится в виде капельки или налёта на стенках колбы. После запуска, ртуть под воздействием температуры медленно испаряется, постепенно улучшая качество разряда между основными электродами. После того как вся ртуть перейдёт в пары (газ), лампа ДРЛ выйдет на номинальный режим работы и максимальную светоотдачу. Также ещё следует добавить, что при выключении лампы ДРЛ повторное включение невозможно, пока лампа полностью не остынет. Это является одним из недостатков ламы, поскольку появляется зависимость от качества электроснабжения.
ДРЛ лампа довольно чувствительна к температуре и поэтому в её конструкции предусмотрена внешняя стеклянная колба. Она выполняет две функции:
- во-первых , служит барьером между внешней средой и кварцевой горелкой, предотвращая остывание горелки (находящийся внутри колбы азот препятствует теплообмену);
- во-вторых , поскольку при внутреннем разряде излучается не весь видимый спектр (только ультрафиолет и зелёный цвет), то люминофор, лежащий тонким слоем на внутренней стороне стеклянной колбы, преобразует ультрафиолет в спектр красного свечения.
В результате объединения синего, зелёного и красного излучения образуется белое свечение лампы ДРЛ.
Подключение к электросети четырех электродной лампы осуществляется через дроссель.
Дроссель подбирается в соответствии с мощностью ДРЛ лампы. Роль дросселя - ограничивать ток, питающий лампу. Если включить лампу без дросселя, то она моментально сгорит, поскольку через неё пройдёт слишком большой электроток.
В схему подключения желательно добавить конденсатор
(не электролитический). Он будет влиять на реактивную мощность, а это сэкономит электроэнергию в два раза.
Дроссель ДРЛ-125 (1.15А) = конденсатор 12 мкф. (не меньше 250 В.)
Дроссель ДРЛ-250 (2.13А) = конденсатор 25 мкф. (не меньше 250 В.)
Дроссель ДРЛ-400 (3.25А) = конденсатор 32 мкф. (не меньше 250 В.)
Преимущества:
- высокая световая отдача (до 60 лм/Вт)
- компактность, при высокой еденичной мощности
- способность работать при отрицательной температуре
- длительный срок службы (около 15 тыс. часов)
Недостатки:
- низкая цветопередача
- пульсация светового потока
- критичность к колебаниям напряжения сети
Лампа ДРЛ содержит внутри капельки ртути, если разобьется кварцевая колба, то пары ртути развеются в помещении на 25 м.кв. Обращайтесь с лампой ДРЛ осторожно.