2.3.2. Кварцево-галогенные лампы накаливания

Источником оптического излучения в кварцево-галогенных лампах накаливания является проводник из вольфрама, разогретый до температуры свечения проходящим через него электрическим током и помещенный в стеклянную колбу.

Применение вольфрама для изготовления тел накала объясняется следующим:

- вольфрам является наиболее тугоплавким металлом (его температура плавления 3655 К). Это позволяет накаливать вольфрам до 3200 – 3400 К, получать сравнительно большую яркость и цветовую температуру;

- доля видимого излучения в общем излучении вольфрама больше, чем у других металлов;

- вольфрам имеет меньшую скорость испарения по сравнению с другими металлами при одинаковой температуре нагрева.

Колбы таких ламп наполняют химически инертными, плохо проводящими электричество и обладающими малой теплопроводностью тяжелыми газами обычно смесью аргона – (86 %) и азота (14 %) с небольшим количеством галогена йода или брома. Давление газа в колбе составляет около 0,8 Па в холодном состоянии и до 1,2 Па – в рабочем.

Во время работы лампы происходит циклический процесс, который заключается в следующем. Испарившиеся частицы вольфрама соединяются с галогеном, образуя газообразное вещество – галогенид вольфрама. Эта реакция присоединения происходит при температуре около 600 К, близкой к температуре колбы. Полученное соединение нестабильно и вблизи тела накала, где температура выше 1200 К, распадается на галоген и вольфрам. Частицы вольфрама или вновь оседают на теле накала лампы, или претерпевают повторный цикл соединения с галогеном и разложения, или, наконец, находясь вблизи тела накала, замедляют процесс испарения новых частиц вольфрама. В результате этого устраняется напыление частиц вольфрама на стенки колбы и её потемнение, частично восстанавливается тело накала, а следовательно, повышается срок службы лампы.

При нагреве стенок колбы до высокой температуры (600 К) необходимо колбу изготавливать из жаропрочного стекла или кварца. В свою очередь большая прочность кварца позволяет увеличить давление газа в колбе, что приводит к дальнейшему уменьшению испарения вольфрама, а малые размеры колбы обусловливают: снижение тепловых потерь, увеличение световой эффективности лампы и уменьшение габаритов светооптической системы в целом. Малое распыление вольфрама в галогенных лампах и значительное уменьшение потемнения колбы позволяют увеличить температуру тела накала до 3400 – 3500 К и существенно улучшить цветопередачу.

Лампы накаливания с галогенным циклом имеют срок службы, в два-три раза больший, чем обычные лампы накаливания, более высокую световую эффективность и цветовую температуру.

Колбы проекционных галогенных ламп накаливания делают обычно цилиндрическими, вытянутыми вверх. Это позволяет расположить тело накала лампы близко к конденсору и получить компактную светооптическую систему.

Важнейшим требованием к проекционным лампам накаливания является высокая габаритная яркость тела накаливания. Габаритной яркостью называется отношение силы света к площади всего тела накала, включая несветящиеся промежутки между витками спирали и между спиралями (если их несколько). Габаритная яркость – это усредненная яркость в пределах габаритов всего тела накала.

Основными способами увеличения габаритной яркости ламп накаливания являются: повышение температуры тела накала и возможно большее заполнение его габаритов вольфрамом. Так, например, при повышении температуры тела накала от 3000 до 3300 К, яркость возрастает от 13 до 30 Мкд [13]. В кварцево-галогенных лампах накаливания, как указывалось выше, можно увеличить температуру тела накала до 3400 К.

Габаритная яркость тела накала лампы возрастает также при увеличении заполнения его габаритов вольфрамом, т.е. когда часть площади, приходящаяся на несветящиеся воздушные зазоры между витками спирали, минимальна. Для этого необходимо применять тело накала наиболее рациональной конструкции и формы, например плотно намотанную (с малыми промежутками между витками) плоскую спираль из сравнительно толстой проволоки вольфрама, имеющую форму прямоугольника с таким же соотношением ширины и высоты, как у кадрового окна кинопроектора или модулирующей матрицы у видеопроектора.

Следует отметить, что форма и размеры тела накала лампы могут зависеть от выбора схемы построения осветительно-проекционной системы кино- или видеопроектора. Например, при проецировании изображения тела накала в плоскость входного зрачка проекционного объектива целесообразно использовать прямоугольную или круглую форму тела накала для более полного заполнения светом входного зрачка проекционного объектива.

В работе [14] на основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований сделаны следующие выводы:

1. Размеры и форма тела накала проекционных ламп определяются параметрами оптики светооптической системы, используемой для данного вида проекции.

2. Должна быть проведена унификация проекционных ламп накаливания по основным признакам, в частности по форме и размерам тела накала применительно к известным системам кино- и видеопроекции.

3. Эффективность использования ламп накаливания с применением сфероэллиптических зеркальных отражателей позволяет увеличить габаритную яркость источника света примерно на 20-30 %.

4. Использование кварцево-галогенных ламп накаливания позволяет повысить цветовую температуру до 3400-3500 К при сроке службы лампы не менее 50 ч.

В табл. 2.1 и 2.2 представлены основные параметры галогенных ламп накаливания отечественного и зарубежного производства [15, 16, 17]. В табл. 2.2 серия ламп представлена исполнением «XENOPHOT» с обозначением HLX. В таких лампах используется наполнение ксеноном вместо криптона, что позволяет увеличить световой поток на 10 % при прежних параметрах лампы.

Таблица 2.1		Параметры кварцево-галогенных ламп накаливания отечественного производства
Таблица 2.2	Параметры галогенных ламп фирмы OSRAM