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1、光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌汞的物理性质熔点 -38.87 Co沸点 356.58 Co蒸汽压随T敏感变化第五章 低压水银荧光灯光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌汞的化学性质稳定性好, 不与灯用材料在工作T下有化学反应可与许多金属形成合金 amalgam 汞齐(铋,钛,锌)汞有毒性: 汞中毒汞的辐射性质低气压下(0.1Pa)以253.7 为主高气压下(10 Pa)可见辐射增强6光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌6 D27 S06 P17 S16 P2 6 P16 P06 S01111333 3253.7185.0PHg(torr)光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌5.1 低气压汞蒸汽放电
2、的实验研究electrodefilling gasHg Arglass tube光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌一.低气压汞放电的最佳汞气压一定管径下存在对应的最佳汞气压 T1238 PHg=0.8Pa uv 荧光粉转换效率PHgnPHgn* uvPHgn* 禁锢n*uv n +光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌二.惰性气体的作用和充量1.作用 a)Buffer Gas (缓冲气体) P=0.8Pa =5cm可能有电子未经碰撞就已运动到管壁而损失掉 PAr=100Pa =0.01cm充Ar使电子的碰撞次数大大增加V*min(Ar)Vi(Hg)11.57V 10.4V 光源原理与设计低压水银荧
3、光灯诸定昌b)Penning Effect 降低启动电压气体 He Ne Ar Kr Xe Hg H2 第一激发电位 20.86 16.62 11.57 9.98 8.37 4.86 11.1 亚稳态电位 19.72 16.57 11.49 9.86 8.28 4.66 / 一次电离电位 24.5 21.5 15.7 14.0 12.1 10.4 15.4c)减小双极性扩散引起的带电粒子损失d)控制电导率e)减少电极物质的损失光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌2.惰性气体的种类选择与最佳充气压a)气体种类对能损的影响碰撞能量损失以Kr的最小每碰一次的损失碰撞的几率Ar : Kr : Xe=(3
4、00/40):(400/84):(700/130)=7.5 : 4.8 : 5.4可见，充最好，但无法降低启动电压考虑Penning Effect 充Ar光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌b)气压对能耗的影响当PAr=100Pa uv=uvmaxPArn*uv PArn*uv略上升P弹uv实际充200 660Pa(1.5 5torr)光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌三.放电管直径和长度对的影响1.某汞蒸气压下存在最佳管径d禁锢猝灭 uvd双极 EEen* uv PHg一定光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌2.长度l越长，越高Pe=I l (E*lc+VAK)Pe一定 lcIlP 电uv一般
5、l=(1.2 2.4)m40W100W光源原理与设计低压水银荧光灯诸定昌四.电流密度J对 uv 的影响J Il ne n* uvJ ne P弹 uvuv 要求J不宜太大Ws要求J不宜太小J0.030.13 A/cm5.2 低气压汞蒸汽放电的正柱理论光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 已知参量：Pe ri PHg PAr Il 要求参量：Puv(uv) E(Ve) 光参数 归结求参量：Te ne E J光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 一.基本假设1.放电中仅汞被激发和电离2.电子和离子的迁移率由惰性气体决定3.电子离子损失由双极性扩散决定4.Ve服从Maxwell分布，并且与Vi无关5.
6、Hg由Hg*(6P)的逐次电离产生光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 二.基本方程1.激发态方程(求ne)总激发速率总消激发速率2.电离平衡方程(求Te)电子离子对的产生速率消失速率光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 3.能量平衡方程(求E)电场输入电子气的能量电子碰撞损失能量4.电导率方程(求J) 电流密度Je ne e E光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 5.3 荧光粉的光学特性一.荧光粉的定义由紫外经过光致发光的粉状固体材料， 称为荧光粉。盐激活中心(阳离子，络阳离子)光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 例卤磷酸钙粉Ca5(PO4)3(FCl).Mn.SbSb* Sb+h(=4
7、77nm) 兰Mn* Mn+h(=585nm) 橙红通常 Cl(20%) F(80%)若Cl比例增加，发光中心向长波移动光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 二.对荧光粉的主要要求1.高的转换效率2.耐光子，电子，离子的轰击(光维持)3.对紫外有强的吸收，对可见有大的透射光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 三.荧光粉的种类1.卤粉特点：可配制成任意Tc的单一粉种转换效率高于一般的其他粉缺点：缺红色输出，Ra较低(加红粉提高 Ra)光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 2.三基色粉分别发射兰，绿，红中心波长的三类粉优点：Ra好，高耐185，辐射能力强 (一般粉受185强紫外照射时，光效较低)缺
8、点：价格是卤粉的50倍光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 5.4 荧光灯的设计一.灯的几何尺寸和电参数1.几何尺寸(d和l)选定 d=1138(mm)l=1502400(mm) Pl=4W 125W T12(38) PHg=0.8Pa (Tcal=40 C) uv=uvmaxo光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 Ws=0.040.05 W/cm (无粉)Ws=0.0250.04 W/cm (有粉)T12(=38) Tcal=40 CT8(=26) Tcal=42 C=17 Tcal=45 C=12 Tcal=47 Cl=larc+2fTG22oooo光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 2
9、.电参数Pl=l Vl Il(l=0.80.9)Vl=VAK+E lc Larc=lc+ld给定d查表得El Il由公式求得Vl Il(larc) l稳压：Vl0.56VnVl123V 光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 二.电极的设计要求合理的热电子发射温度有足够的电子粉储存量光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 1.电极的结构形式a)双螺旋阴极b)编织型阴极先把钨丝编成管状，再绕螺旋c)三螺旋阴极绕有细丝的粗丝再绕双螺旋d)棒状阴极绕有细丝的粗丝再绕单螺旋 光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 2.电子发射材料三元碳酸盐：碳酸钡，碳酸锶，碳酸钙重量百分比： 50% 40% 10%3.电极
10、的参数通常PAr=400Pa Kg=0.2双螺旋灯丝 Ks1(Ks2)=1.52.0 =0.7 光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 T()=3.110 .cm(900 C)Me=3.7w/cmd=0.152(IH ) (mm)l=4.7(VH )d (mm)IH VH 由Pl查表得出-5o29002/39001/2 光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 4.电极作为阴极时的防蒸发措施40W TA=900 C40W TA900 C三.惰性气体的种类和压强T12&CFL PAr=400Pa oo光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 T8 PAr : PKr=1:3PAr+PKr=200Pa D
11、Da E Vl使Vl不变 P下降T5 114 lm/w Vl很高190V，用电子整流器(EB)光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 四.荧光粉的选取a)根据荧光灯的分类1.暖白色 Tc=3000K =802.白色 Tc=3500K =803.冷白色 Tc=4300K =784.日光灯 Tc=6700K =65单一卤粉白卤粉兰粉光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 b)根据185nm辐射强度选取P185(26mm) P185(38mm)P185(17,12mm) P185(38mm)=2=6选用三基色粉五.汞蒸气压的控制1.由Ws值保证最佳PHgPHg Tcol WsWs=0.025 0.04w
12、/cm2.人为制造冷端保证最佳PHg光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 23.采用汞齐汞齐的蒸气压15kc 1 接近正弦波)b) fP电c) f=25kc下，Ra有所上升d) 热耗小，体积小光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 CB 68W l低 重量大 噪音大EB 12W l高 重量小 噪音无3.无极荧光灯f500kc 放电建立与电极有否无关 f=13.56MHz (避开干扰) 4.微波放电光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 四.荧光灯的能量分配1.可见直接输出 32.荧光粉转换的可见光 193.荧光粉发热 344.管壁(占体积)损失 26 5.电极损耗 18光源原理与设计低压水银荧光灯
13、 诸定昌 五.荧光灯的应用1.灯的优点a) 高，H长b) Ra好(4585)c) Tc范围广(25007000K) d)柔和e)光输出随电网电压波动小f)启动性好光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 2.灯的缺点a)几何尺寸大 P1小b)对环境温度要求高c)光闪烁3.灯的分类a)照明光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 b)特殊光源单色性保健灯(270 370nm)黑光灯(370nm) 诱虫光化学灯(400nm)杀菌灯(253.7nm)灭蚊灯(338nm)CCFL 冷阴极荧光灯光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 思考题：1.采取哪些措施可保证低气压汞蒸汽放电的最大紫外(253.7nm)输出？为什么？2.试叙述荧光灯中充惰性气体的作用？3.CFL中为什么要采用三基色荧光粉和保护膜技术？光源原理与设计低压水银荧光灯 诸定昌 5.为什么把荧光灯燃点100小时后的光通量作为灯的初始光通量？ 6.有哪些途径可得到高功率荧光灯，为什么？ 7.细管径荧光灯有什么特点？4.荧光灯电子镇流器为何有代替电感镇流器的趋势？
