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        技術專題

        常見電光源的工作原理

        發布日期:2014-07-08 點擊:1976

           自19世紀初電能開始用于照明后,電光源技術經歷了幾次有代表性的發展,人們相繼制成了白熾燈、高壓汞燈、低壓汞燈、鹵鎢燈,近年來又制成了高壓納燈和金屬鹵化物燈等新型照明電光源,電光源的發光效率、壽命、顯色性等性能指標不斷得到提高。

        1、 第一次電光源技術革命——白熾燈

          以愛迪生為代表發明的白熾燈,經過幾代科技人員120多年的努力,白熾燈的發光效率平均每年增長0.11lm/W,至今燈發光效率增加了10倍、壽命提高了500倍、價格下降了10倍,滿足了人們對400~2000lm光通量的室內照明的需要。

        (1)普通白熾燈

          普通白熾燈(簡稱普通燈泡),一般內部安裝有金屬鎢做的燈絲,內部被抽成真空或充入少量惰性氣體,燈絲通電后,鎢絲呈熾熱狀態并輻射發光。燈絲溫度越高,輻射的可見光比例就越高,即燈將電通轉換為可見光的效率就越高。隨著白熾燈發光效率的增加,燈絲溫度的升高,鎢燈絲的蒸發速度也增加,從而使燈的壽命縮短。較大功率的白熾燈泡內充有約80kPa氣壓的惰性氣體,可以在一定程度上抑制金屬鎢的蒸發,從而延長了白熾燈的使用壽命。普通白熾燈的典型發光效率為10lm/W,使用壽命為1000h左右。

        (2)鹵鎢燈

          1959年人們發明了鹵鎢循環原理的石英白熾燈,給普通白熾燈注入了新的活力,鹵鎢石英白熾燈具有體積小、燈發光效率維持率在95%以上,燈發光效率和使用壽命有了很大的提高。

          “鹵”字代表元素周期表中的鹵族元素,如氟、氯、溴、碘這類元素。鹵鎢燈就是充有鹵素的鎢絲白熾燈,現在常用的鹵鎢燈有碘鎢燈和溴鎢燈。根據鹵鎢循環原理制造出的鹵鎢燈,給熱輻射光源注入了新的活力。這類燈的體積小,光通量維持率高(可達95%以上),燈發光效率和使用壽命明顯優于白熾燈,鹵鎢燈的外殼一般采用耐高溫并且高強度的石英玻璃或硬質玻璃,燈內充有2~8個大氣壓的惰性氣體及少量的鹵素氣體,從而可以進一步提高燈絲的工作溫度。

          普通白熾燈燈絲上的鎢原子蒸發出去后,沉積在玻璃泡殼上,時間一長,燈絲越來越細,泡殼越變越黑。經過長期的努力,人們找到了鹵族元素——氟、氯、溴、碘。比如碘,它在250℃以上的溫度下和鎢很親近,會和鎢結合在一起變為碘化鎢分子;而在1500℃以上的高溫下,碘化鎢又分解成碘和鎢原子。如果在白熾燈內充上碘,燈泡壁上溫度超過250℃時,碘就會把泡殼上的鎢化合成碘化鎢蒸氣,從泡殼上將鎢拉走,向燈絲方向移動。在燈絲附近因為溫度高了,碘化鎢分解,把鎢交還給燈絲,剩下的碘又移到溫度較低的泡殼上去拉鎢原子,這樣,人們也就不必擔心鎢的蒸發了。消除了燈絲鎢蒸發的問題后,就可以提高燈絲的工作溫度了。燈絲工作溫度提高,意味著通過燈絲的電流增加,也就增加了燈的功率,這樣小小體積的碘鎢燈就能比體積大很多的普通白熾燈更亮。鹵鎢燈與普通白熾燈相比,發光效率可提高到30%左右,高質量的鹵鎢燈壽命可以提高到普通白熾燈壽命的3倍左右。

          由于鹵鎢循環(見圖1),減少了燈泡玻璃殼的黑化,鹵鎢燈的光輸出在整個壽命過程中基本可以維持不變。

          正是由于鹵鎢燈的以上優勢,使其用途日趨廣泛。低壓鹵鎢燈的工作電壓一般為12V/24V,燈功率從10~50W不等,它們的主要特點是:色溫為2900K,顯色指數Ra為95~100,發光效率為16~20lm/W,使用壽命為3000h,因此更加適宜色彩豐富的高檔商品照明。鹵鎢燈電光源的另一種改進措施是采用浸涂法、真空蒸鍍法或化學蒸鍍法,在石英泡殼上采用紅外反射層技術制成的新型鹵鎢燈,讓可見光透過,而將紅外線反射回燈絲,使燈的發光效率提高30%~45%,壽命可達3000h。由于可以在燈反射面上交替真空蒸鍍20層以上的高折射率物質,它可以將75%的紅外線透射掉,這樣出射光的溫度大為降低,因而被廣泛用于如超市食品冷光照明的應用場所。低壓鹵鎢燈雖然有以上很多優點,但是由市電電壓轉換到低電壓時需要用變壓器,往往使用戶在設計安裝時感到不便。現在已生產出可以直接應用于電網電壓為220V/110V的鹵鎢燈,體積最小可達φ14mm

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