1.4.4. Газоразрядные лампы низкого давления

В газоразрядных лампах излучение возникает в результате электрического разряда в среде инертных газов, паров металлов или их смесей, находящихся под различным давлением.

В зависимости от давления внутри колбы лампы бывают низко­го давления (0,15... 10⁴ Па), высокого (3 • 10⁴...10⁶ Па) и сверхвысокого (более 10⁶ Па). От значения рабочего давления в лампе зависят спектр излучения и КПД электрического разряда. Спектр излуче­ния зависит также от рода газа или паров металла, наполняющих разрядную колбу. По наполнению дуговые разрядные лампы под­разделяют на ртутные, металлогалогенные, натриевые, ксеноновые и др.

В спектре излучения ртутных ламп высокого давления наблю­дается недостаток оранжево-красного излучения с длинами волн λ — 570...760 нм. Поскольку преобладают фиолетовое и ультрафио­летовое излучения, это создает неправильную цветопередачу при освещении, что значительно ограничивает область применения указанных ламп [3, 4].

Металлогалогенные лампы помимо ртути имеют добавки иодидов или бромидов, которые позволяют широко изменять спект­ральный состав видимого излучения.

В натриевых лампах ртуть добавляется в количестве 5...10%. Поэтому основа излучения — дуговой электрический разряд в па­рах натрия, создающий особый оранжево-красный спектр излуче­ния.

Излучение ксеноновых ламп определяется электрическим раз­рядом в инертном газе (ксеноне). Оно отличается спектром, близ­ким к естественному в видимой области, и присутствием значи­тельной инфракрасной составляющей.

В России наибольшее распространение получили газоразряд­ные лампы низкого давления, названные люминесцентными. Их разработку в нашей стране относят к 1933 г.

Устройство. Люминесцентная лампа (рис. 1.22) представляет собой стеклянную трубку (колбу), из которой откачивают воздух, затем ее заполняют аргоном с небольшим количеством ртути до давления 400...600 Па.

Внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором — по­рошком из солей кальция, цинка, кадмия, бериллия и др. Химичес­кий состав люминофора определяет цвет излучения и светоотдачу.

В трубку по торцам вварены стеклянные ножки, на которых установлены вольфрамовые электроды, выполненные в виде биспиралей. Концы электродов выведены к цоколю и соеди­нены с контактными штырь­ками.

1. колба; 2-стеклянная ножка; 3-электрод; 4-цоколь; 5-контактные штырьки; 6-люминофор

Рис.1.22. Устройство люминисцентной лампы

Электроды покрыты окси­дом — окислами щелочно-земельных металлов, обе-спечиничивает распыление вольфрамовой спирали, а вместе с парами ртути об-легчает зажигание лампы.

Электрическая энергия в люминесцентных лампах преобразу­ется двухступенчато в световую. Сначала электрический ток, про­текая между электродами лампы, вызывает излучение в парах рту­ти. Возникающая при этом лучистая энергия состоит в основном из коротковолнового ультрафиолетового излучения и лишь около 2 % составляет видимое излучение. Затем ультрафиолетовое излу­чение дугового разряда преобразуется в люминофоре в видимое (световое) излучение.

С учетом всех преобразований можно считать, что энергетичес­кий КПД современных люминесцентных ламп составляет 20 %, а световой КПД достигает 12%. Таким образом, по сравнению с лампами накаливания люминесцентные лампы — более совер­шенные источники видимого излучения.

Люминесцентные лампы различают по форме и размерам кол­бы, мощности и спектральному составу излучения.

Обозначение. В маркировке ламп используют буквенные и цифровые обозначения. Буквы обозначают конструктивные при­знаки и особенности спектра излучения, цифры — мощность лам­пы в ваттах.

Буквы расшифровываются следующим образом: ЛД — люми­несцентная лампа дневного света; ЛБ — то же, белого света; ЛХБ — то же, холодно-белого света; ЛТБ (ЛТБС) — то же, тепло-белого света. Выпускают также лампы с улучшенным спектраль­ным составом излучения, обеспечивающим получение хорошей цветопередачи освещенных объектов. В обозначении этих ламп после букв, характеризующих цвет излучения, добавляют букву Ц (ЛДЦ, ЛХБЦ и т. д. — лампы улучшенного спектрального со­става).

Для работы в условиях повышенной запыленности выпускают рефлекторные лампы. В них рефлекторный слой (диффузное от­ражающее покрытие, состоящее из порошка с высоким коэффи­циентом отражения) наносят на ²/з окружности внутренней по­верхности трубки. Затем всю внутреннюю поверхность трубки по­крывают слоем люминофора. Благодаря рефлекторному слою, че­рез «выходное окно» (не покрытую рефлекторным слоем часть трубки) проходит световой поток, на 70...80 % больший, чем через такую же часть трубки в обычной лампе. К таким лампам относят, в частности, ЛБР — рефлекторную лампу белого света, ЛФР — люминесцентную фотосинтезную рефлекторную и др.

Иногда излучение осветительных люминесцентных ламп ха­рактеризуют цветовой температурой Г_ц, которая соответствует температуре черного тела, создающего излучение той же цветнос­ти. Так, цветовая температура ламп серии ЛБ составляет 3500 К, ЛД - 6500 К, ЛТБЦ - 2700 К.

Все сказанное относится к лампам с прямолинейной колбой.

В обозначения U- и W-образных ламп добавляют соответствую­щую букву, например, ЛБU, ЛБЦW и т. п. Кольцевые люминес­центные лампы имеют в обозначении букву К (ЛБК и т. д.). Име­ются также кольцевые люминесцентные лампы ЛЕЦК и ЛТБЦЦК мощностью 22, 32, 40 и 60 Вт с естественной (Е) и тепло-белой (ТБ) цветностью, а также улучшенной (Ц) или очень хорошей (ЦЦ) цветопередачей.

Помимо цифрового обозначения, идущего сразу за буквенным обозначением и указывающего мощность лампы, очень часто че­рез дефис дается порядковый номер разработки лампы. Напри­мер, ЛХБ-40-2— люминесцентная лампа холодно-белого света мощностью 40 Вт, вторая разработка.

Технические характеристики. Люминесцентные лампы наиболее распространенных типов выпускают мощностью 15, 20, 30, 40, 65 и 80 Вт.

Средняя продолжительность горения всех типов люминесцент­ных ламп составляет не менее 10 тыс. ч при световой отдаче 45...80лм/Вт.

В таблице 1.7 приведены некоторые технические характеристи­ки распространенных люминесцентных ламп.