光源的色温及显色性

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1、光源的色温及显色性所有固体、液体和气体如果达到足够高的温度，都会发射出可见光。白炽灯中的固体钨约在3000K 时的炽热发光，这是我们最为熟悉的人造光源。通常是随着辐射体的温度升高而提高，辐射光色从暗红, 经过桔黄、发白，然后是炽兰。这样色温也随着辐射体的温度升高而提高。这是遵循斯蒂芬一波尔兹曼 定律：绝对黑体的能量亮度与物体绝对温度的四次方成正比。1色温将一标准黑体加热，随着温度升高黑体的颜色开始沿着深红-浅红-橙-黄-白-蓝逐渐改变，当某光源 发出的光的颜色与标准黑体处于某温度的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为光源的色温，以 绝对温度K来表示。基本色如表所示：色温光色气氛效果大于50

2、00K清凉（带蓝的白色）清冷的感觉三基色荧光灯水银灯3300-5000K左右中间（接近自然光）无明显视觉心理效果三基色荧光灯金卤灯小于3300K温暖（带桔花的白色）温暖的感觉白炽灯石英卤素灯2显色性光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度，显色性高的光源对颜色表现 较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色再现较差，我们所见到的颜色偏差也 较大，用显色指数（Ra）表示。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100,各类光源的显色指数 各有相同，如：高压钠灯的显色指数为Ra=23，荧光灯管显色指数Ra=60-90。显色指数越接近100,显 色性就越好。如下图

3、：不同显色指数下的物体所呈现出来的效果；很好较好普通Ra=10080Ra9060RaRa80印刷、食品分检、油漆、店铺、饭店等II80Ra60机电装配、表面处理、控制室、办公室、百货等III W60Ra40机械加工、热处理、铸造等40Ra20仓库、大件金属库等3 颜色显色性和照度光源的显色指数与照度一起决定环境的视觉清晰度。研究表明，在照度和显色指数之间存在一种平 衡关系。从广泛的实验中得到的结果是：用显色指数Ra90的灯照明办公室，就其外观的满意程度来说, 要比用显色指数低的灯（Ra60）照明的办公室，照度值可降低25%以上。要注意的是针对良好的视觉 外观而言，如果为了节能而把室内照度减少到

4、使视功能变坏的水平，那就不对了。应该尽可能选用有最 佳显色指数和发光效率高的光源采用适当的照度，以便以最小的能量费用获得良好的视觉外观效果。4 眩光评价方法在视野范围内有亮度极高的物体，或亮度对比过大，或空间和时间上存在极端的对比，就可引起不 舒适的视觉，或造成视功能下降，或同时产生这两种效应的现象，称为眩光。眩光是影响照明质量的最 重要因素。从眩光的作用来看可分直接眩光和反射眩光，直接眩光是在观察物体的方向或接近这一方向内存在 发光体所引起的眩光。反射眩光是发光体的镜面反射，特别是在观察物体方向或接近这一方向出现镜面 反射所引起的眩光。眩光按其效应又可分为失能眩光和不舒适眩光。失能眩光又称为

5、生理眩光，这种眩光会妨碍对物体 的视看效果，使视功能下降，但它不一定引起不舒适。不舒适眩光又称为心理眩光，这种眩光使人不舒 适，但它不一定妨碍对物体的视觉功能效果。表 2 眩光标准分类眩光指数GI眩光标准分类10勉强感到有眩光16可以接受的眩光19眩光临界值22不舒适的眩光28不能忍受的眩光表 3 眩光限制等级眩光等级G眩光分类0没眩光1不存在和轻微眩光之间2轻微眩光3厉害眩光4厉害和不能忍受眩光之间5不能忍受眩光根据试验，对眩光程度的感觉，仅 4种因素值得考虑 （ 1）灯具亮度；（2）房间长度和灯具安装的高度（即距高比）；（3）由平均水平照度表示的视适应水平；（ 4）灯具种类，如灯具侧面是否

6、发光等；光源结构及原理在照明工程中常用的光源有白炽发光的白炽灯和卤钨灯，低压气体放电的各种荧光灯和高强气体放电的荧光高压 汞灯，金属卤化物灯和高压钠灯等。常用光源分类如下表：表1常用光源分类表门炽灯门炽览光灯一肯鸽灯歯钙灯一一挣反射定向照明歯愣灯（抄光杯|PAR灯荧比灯低爪Y休放电灯紧凌型荧光灯I氐压创灯i 餐光高压亲灯一同压汞灯 一自镇流荧光肓压汞灯谄灯金屈卤化物灯诜讷灯高强久怀捷电灯-诩铠他灯长弧应灯短弧麻灯股灯灯就灯场致发光灯混光戏光：极营（LED灯场致发光屏注：以上各类光源原则上都可以做成无极灯1白炽灯凡是根据热辐射原理工作的光源都可称为白炽灯。目前常用的白炽灯分两类，即普通白炽灯和卤

7、钨灯。白炽灯靠电能将灯丝加热到白炽而发光。在灯丝发光的同时还产生大量的红外辐射和小量的紫外辐射，它们最终 以热能的形式而损失掉。显然，要想提高白炽灯的光效，应选用高熔点材料做灯丝，并使之在尽可能高的温度下工作。 1.1白炽灯的结构普通白炽灯泡由钨丝、玻璃泡、灯头、支架、引线等几部分组成，内充氩、氮、或氩氮混合气体， 通常的工作压力约为1.013x105Pa，而氩氮的比例由额定电压和灯丝温度而定，通常白炽灯使用氩气在 86%98%之间。灯丝是白炽灯发光的主要部件，常用的灯丝形状有直线灯丝、单螺灯丝、双螺旋灯丝等。灯丝的形 状和尺寸大小对于白炽灯的寿命、发光效率都有直接的影响，同样长短粗细的钨丝绕

8、成单螺旋型的光效 高。灯丝结构紧凑，发光点小，利用率就高。白炽灯类型：白炽灯泡有普泡、蘑菇泡、圆球泡、烛形泡、反射泡、节日泡和花生米灯泡等系列产 品。1.2白炽灯的色温、显色指数白炽灯的光效较低（约为12171m/W）,色温较低一般为24002900K，但显色性较高，显色指数Ra 高达 99100。到目前为止，它是应用最广泛的一种光源。2 卤钨灯卤钨灯属于热辐射光源，工作原理基本上与普通白炽灯一样，在结构上有较大的的差别。最突出的 差别就是卤钨灯泡内所填充的气体含有部分卤族元素或卤化物。卤钨灯的光效较高（约为18211m/W）,色温较低一般为27003300K，显色性较高，显色指数Ra 高达

9、99100。2.1 卤钨灯的结构卤钨灯是由钨丝、充入卤素的玻璃泡和灯头等构成。卤钨灯有双端、单端和双泡壳之分； 双端管状卤钨灯结构：灯呈现管状，功率为1002000W，灯管的直径为810mm，长80330mm。 两端采用磁接头，需要时在磁管内还装有保险丝。这种灯主要用于室内外泛光照明；为了使管壁处生成的卤化物处于气态，管壁温度要比普通白炽灯高得多，相应地卤钨灯的玻壳尺寸 就要小得多，温度也就高得多，因而必须使用耐高温的石英玻璃或高硅氧玻璃。2.2 卤钨灯的分类（1）卤钨灯按充入灯泡内的不同卤素可为碘钨灯和溴钨灯；（2）卤钨灯按灯泡外壳材料的不同可分为硬质玻璃卤钨灯、石英玻璃卤钨灯；（3）卤钨灯

10、按工作电压的高低不同可分为市电卤钨灯（220V）和低电压型卤钨灯（6V、12V、24V）；（4）卤钨灯按灯头结构的不同可分为双端、单端卤钨灯；2.3 卤钨灯的工作原理当充入卤素物质的灯泡通电工作时，从灯丝蒸发出来的钨，在灯泡壁区域内与卤素化合，形成一种 挥发性的卤钨化合物。卤钨化合物在灯泡中扩散运动，当扩散到较热的灯丝周围区域时，卤钨化合物分 解成卤素和钨，释放出来的钨沉积在灯丝上，而卤素再继续扩散到其温度较低的灯泡壁区域与钨化合， 形成卤钨循环。卤钨循环有效地抑制了钨的蒸发，所以可以延长卤钨灯的使用寿命，同时可以进一步提高灯丝温度， 获得较高的光效，并减少了使用过程中的光通量的衰减。2.4

11、卤钨灯的工作特性2.4.1 色表和显色性卤钨灯属低色温光源，其色温一般在 28003200K 之间，与普通白炽灯相比，光色度的一些，色调 更冷一些，但显色性较好，显色指数 Ra=100；2.4.2 卤钨灯的应用卤钨灯在使用时应注意以下问题：为了使在灯泡壁生成的卤化物处于气态，卤钨灯不适用于低温场 合。双端卤钨灯工作时，灯管应水平安装，其倾斜角度不得超过 40，否则会缩短其使用寿命。由于卤钨灯工作时产生高温（管壁温度600C）,因此，卤钨灯附近不准放易燃物质，且灯脚引入 线应用耐高温的导线。另外，由于卤钨灯灯丝细长又脆，卤钨灯使用时，要避免震动和撞击，也不宜作 为移动照明灯具。3 荧光灯荧光灯与

12、白炽灯的发光原理完全不同，荧光灯是一种低压气体放电灯。所谓气体放电就是指电流通 过气体媒介时的放电现象。气体放电现象是非常普遍的，例如厦日雷雨时的闪电，使用电焊机时产生很 强的光等都是气体放电现象。最先把气体放电用于照明的是使用炭精棒通电产生的碳弧灯，这种放电不易控制，后来人们对气体 放电从本质上有了深入认识。于 1936 年成功地实现了在密闭管内的放电，从而产生荧光灯。到目前为 止，荧光灯工业已经形成一项庞大的工业体系，产品种类很多，仍在不断的发展之中，荧光灯已成为主 要的照明光源。3.1 荧光灯的发光原理T8三基荧光灯的常用荧光粉是卤磷酸钙；一种低压汞蒸气体放电灯。灯管内水银蒸气的原子在放

13、电时激发 出 253.7 nm 紫外线。紫外辐射被管壁上的荧光粉吸收，转变成可见光。转换效率和灯的颜色主要取决于 荧光粉的种类和性质。3.2 荧光灯的光电特征3.2.1 电压特性 电源电压的变化，会引起各种特性的变化。无论电压过高或过低，都会缩短灯的寿命，因为电源电压增高，使灯 电流增大，灯管会黑化，寿命缩短；而电源电压降低，电极温度降低，灯不易启动，促使电极物质溅散，也使寿命缩 短，所以要求电源电压的波动范围必须为额定值的6 以内，同时灯用镇流器的选择和匹配也非常重要。3.2.2 荧光灯的工作特性随着点灯时间的延长，荧光粉会老化，同时由于管内残留不纯气体的作用，也会使荧光粉黑化，并且由于电极

14、物质的发溅，会造成管端黑化，玻璃的析钠黑化等都使荧光灯的光通量下降。一般在最初100h下降很快，以后就比较缓 慢，总光通量下降到初始光通量的70%以下(高显色性的荧光灯下降到60%以下)的点灯时间定义为灯的寿命。荧光灯的电压升高时，工作电流增大，电极温度升高，会引起电极和灯管过热，从而使阴仍物质蒸发加快、管子 迅速变黑，导致寿命降低。如果电压过低，荧光灯启支困难，启辉器工作次数增加，会加剧阴极物质的溅射，也会使 寿命缩短。3.2.3 环境温度对荧光灯的影响灯的工作特性，还取决于管内汞的蒸汽压，因此也受环境温度影响，当温度过低时，汞蒸汽压力下降，汞原子电 离率下降，启动困难，同时紫外线的辐射减少

15、。当环境温度过高，管内汞蒸气压力增高，紫外线反而减少，其他谱线 增加。因此，环境温度过低和过高都会影响荧光灯的发光效率。荧光灯不宜用在户外。3.2.4 开关次数对寿命的影响荧光灯频繁启动会大大消耗阴极物质，从而使寿命降低。通常，荧光灯寿命是指每开一次点燃3h的总使用时间。 连续工作时间越长，寿命越长，因此，在频繁开关灯具的场所不宜使用荧光灯。3.2.5 各种荧光灯的光度和色度特性在一般照明光源中，根据荧光灯的光色特性分类，可分为日光色、高显色性、三基色、冷白色和暖白色等；目前 生产的照明用各种荧光灯的特性如下表：表 1 各种荧光灯的特性荧 光 灯名称功率(W)色温(k)显色 指数 (Ra)初始光 通(lm)长度(mm)额定寿命(h)