照明行业各种灯具课件

《照明行业各种灯具课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《照明行业各种灯具课件（329页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论第一章第一章 绪论绪论照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌一一. 光源的定义光源的定义能把其他形式的能量转换为光学波段的电磁辐射的器件能把其他形式的能量转换为光学波段的电磁辐射的器件称为光源。称为光源。1.能量的形式能量的形式 热能热能 化学能化学能 生物能生物能 电能电能电光源电光源照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌2. 转换方式转换方式 加热辐射（加热辐射（eg白炽灯）白炽灯）热辐射光源热辐射光源连续谱连续谱 原子激发辐射原子激发辐射线光谱线光谱 带电粒子的速度变化（轫致辐射）带电粒子的速

2、度变化（轫致辐射）连续谱连续谱照明行业各种灯具课件3. 光学波段光学波段光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌 可见光区可见光区 380780 nm 红外光红外光近红外区近红外区 7801500 nm中红外区中红外区 1500110 nm4远红外区远红外区 110 110 nm46照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌 紫外光紫外光真空紫外真空紫外 1200 nm远紫外远紫外 200300 nm近紫外近紫外 300380 nm紫外紫外A区区 UVA 400315 nm 化学线化学线 黑斑线黑斑线紫外紫外B区区 UVB 315280 nm 健康线（红斑线）

3、健康线（红斑线）紫外紫外C区区 UVC 280200 nm 灭菌线灭菌线照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌二二. 光源发展简史光源发展简史1. 第一代光源第一代光源白炽灯白炽灯碳丝白炽灯碳丝白炽灯 1879(Edison) 1.43 几小时几小时锇丝白炽灯锇丝白炽灯 1898 55.5 几十小时几十小时钨丝白炽灯钨丝白炽灯 1907 58 几百小时几百小时真空钨丝白炽灯真空钨丝白炽灯 1910 89 接近一千小时接近一千小时充充N2螺旋钨丝白炽灯螺旋钨丝白炽灯 1913 11充充Ar(Kr,Xe)钨丝白炽灯钨丝白炽灯 1917 12充充Ar(Kr,Xe)双螺旋

4、钨丝白炽灯双螺旋钨丝白炽灯 14 碘钨灯碘钨灯 1959 30 溴钨灯溴钨灯 1964 32光效光效寿命寿命照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌2. 第二代光源第二代光源荧光灯荧光灯霓虹灯霓虹灯(Neon lamp) 1910 用于广告用于广告汞蒸汽放电灯汞蒸汽放电灯 1930 38 差差荧光灯荧光灯(卤粉卤粉) 1935 40 好好涂钒酸钇荧光粉灯涂钒酸钇荧光粉灯 1967 65 好好细管径荧光灯细管径荧光灯(T12T8T5) 1973 85 好好异型荧光灯异型荧光灯(CFC) 1977 代替白炽灯代替白炽灯Ra照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计

5、绪论绪论诸定昌诸定昌3. 第三代光源第三代光源钠灯与金卤灯钠灯与金卤灯低压钠灯低压钠灯 1932 40 差差外壳涂红外反射层的低压钠灯外壳涂红外反射层的低压钠灯 1965 200 差差高压钠灯高压钠灯 1965 150 差差钠钠-铊铊-铟灯铟灯 1961 75 好好镉镉-钬钬-铥灯铥灯 1971 90 很好很好95络合物络合物(Sc-Na)金卤灯金卤灯 1976 80 65无极放电灯无极放电灯 寿命长寿命长Ra照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌三三. 光源的参量光源的参量1. 技术参量技术参量 光通量光通量 F(lm) 功率功率 P(w) 寿命寿命 H(hrs

6、)全寿命全寿命 从亮到熄从亮到熄有效寿命有效寿命 F衰减到初始值的一定比例衰减到初始值的一定比例照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌2. 运行参量运行参量 光效光效 (lm/w) 1 转换成辐射的功率占总功率的比例转换成辐射的功率占总功率的比例 2 辐射中可见辐射的比例辐射中可见辐射的比例每单位输入功率产生的光通量每单位输入功率产生的光通量照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌光源的颜色光源的颜色色表色表: 人眼观察光源颜色时的舒适程度人眼观察光源颜色时的舒适程度(与背景光有关与背景光有关)色温色温照度照度 E(lux)房间房间 E

7、150lux Tc500lux Tc6000K照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌显色性显色性: 被照物体本色被光源显色的程度被照物体本色被光源显色的程度指标指标: Ra太阳光下最大太阳光下最大,为为100钠灯钠灯 28 高压汞灯高压汞灯 40价格价格照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌四四. 光源的分类光源的分类1. 以放电类型分类以放电类型分类辉光放电辉光放电,弧光放电弧光放电2. 以工作气压分类以工作气压分类低气压低气压,高气压高气压,超高气压超高气压3. 以工作气体种类分类以工作气体种类分类汞灯汞灯,荧光灯荧光灯,惰性气体

8、惰性气体,金属蒸汽金属蒸汽照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌4. 按用途分类按用途分类5. 按灯种类分按灯种类分按发光原理按发光原理热辐射光源热辐射光源气体放电光源气体放电光源照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌电光源电光源固体光源类固体光源类气体放电灯类气体放电灯类钨丝灯类钨丝灯类白炽灯白炽灯(普灯普灯)卤素灯卤素灯荧光灯类荧光灯类高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID)类类无极灯无极灯高压汞灯高压汞灯高压钠灯高压钠灯金属卤化物灯金属卤化物灯 直管直管/环形日光灯环形日光灯紧凑型节能灯紧凑型节能灯发光二极管发光二极管(LED

9、)照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌五五. 光源的应用光源的应用1. 照明照明体育场照明体育场照明, 泛光照明泛光照明2. 加热加热3. 光化学光化学照像照像, 加快化学反应速度加快化学反应速度照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌4. 光生物光生物杀菌杀菌, 保健保健, 光合作用光合作用5. 高科技高科技模拟室模拟室, 光电效应光电效应, 军事军事(夜视仪夜视仪)LCOS PDPDBD照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌References:1. “电光源原理引论电光源原理引论” 蔡祖泉等蔡祖泉等

10、 (1988) 2. “气体与真空中电现象气体与真空中电现象” 卡普卓夫卡普卓夫 (1952)3. “Light Sources” Elenbass (1972)4. “Gas Discharge Lamp” Johr.F.Vaymouth照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计绪论绪论诸定昌诸定昌谢谢观看谢谢观看!照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌第二章第二章 白炽灯白炽灯照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌白炽灯主要特性：白炽灯主要特性：使用方便，外型多样，价格低廉使用方便，外型多样，价格低廉=815 lm/

11、w H=1*103 小时小时灯丝色温灯丝色温 Tc=27002900K(灯光黄）灯光黄）Ra100照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌2.1 热辐射的性质照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌一、热辐射的定义（温度辐射）一、热辐射的定义（温度辐射）因温度而产生的辐射因温度而产生的辐射TE（thermal Equilibrium)热力学平衡状热力学平衡状态态LTE（local thermal Equilibrium)局部局部热力学平衡状态热力学平衡状态照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌二、

12、基尔霍夫定律（二、基尔霍夫定律（Kirchholf Law)1.光辐射出度光辐射出度Me(T)Me(T)=Pe(T)/S 单位（W/m2)Pe单位时间辐射的能量。2.光谱辐射出度光谱辐射出度M M（,T),T)M（,T) =dMe(T)/d=dPe(T)/Sd照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌3.光谱的吸收率光谱的吸收率(,T) (,T)=dPe (,T)=/dPe (,T)4.Kirchholf Law照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌三、黑体辐射的基本性质三、黑体辐射的基本性质1.黑体的定义： 黑体就是能够在任何温

13、度下将辐射到它表面上的任何波长的能量全部吸收。 B（,T)1照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌2.普朗克公式普朗克公式MB(,T)=C1-5exp(C2/T)-1-1 其中其中C1=2hc2=3.74*10-16(W m2) C2=hc/kB=1.44*10-2(m K)当当不是很大，不是很大，T不是很高时不是很高时 MB(,T)=C1-5e-C2/T讨论：1）TMB 2）Tmax(峰值波长)向短波方 向移动 3）T低时红外为主 随T上升，可见光部分增加 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌3斯忒藩斯忒藩玻尔兹曼定律玻尔

14、兹曼定律 MeB(T)=0MB(,T)d=SBT4 SB=5.67*10-8W/(m2 K4)4维恩位移定律维恩位移定律 m T=b=2.89779*10-3(mK)照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌四、实际表面的辐射四、实际表面的辐射 实际上，所有的辐射体都不是黑体，它们的光谱辐射出度M(,T)总是比黑体的MB(,T)小。 定义光谱发射率： (,T)=M(,T)/ MB(,T)1照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌2.2 白炽灯的结构与材料照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌一、结构

15、一、结构二、对白炽辐射体（灯丝）的要求二、对白炽辐射体（灯丝）的要求1.熔点高熔点高2.蒸发率蒸发率V小小 影响V的因素 Tf 自身的蒸汽化 环境气氛灯丝的结构3.可见辐射选择性好可见辐射选择性好4.机械强度高，易加工机械强度高，易加工5.有适当的电阻率有适当的电阻率三、钨的主要性质三、钨的主要性质 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌2.3真空白炽灯中的基本物理现象真空白炽灯中的基本物理现象照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌一、真空白炽灯的光效一、真空白炽灯的光效Pin(输入)=Pr（辐射）+Pc（热损耗） 实际中Pc

16、（38）% Pin照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌1.理想直钨丝灯的光效理想直钨丝灯的光效 Pc=0光效 0=KmMB(,T)(,T)V()d /MB(,T) (,T) d2.实际灯丝的光效实际灯丝的光效螺旋型灯丝因“遮挡”效应使下降。=0/，（遮挡因子） ，=1.121.15照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌二、真空白炽灯中钨的蒸发和寿命二、真空白炽灯中钨的蒸发和寿命1.真空中的钨的蒸发率Vap单位时间撞击单位钨表面的原子数：N1=1/4 nV=n(kT/2m)单位时间单位表面沉积的钨质量为 ：Vap=0N1m =

17、0 n(kTm/2) =0.060P/T0.5照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌2.蒸发率与灯寿命的关系温度温度T T（K K） V Vapap（g/cmg/cm2 2*s*s） H(hr) H(hr) V Vapap* H * H 2200 2200 2.24*102.24*10-12-12 7.2*107.2*104 4 5.8*105.8*10-4-42400 2400 1.38*101.38*10-10 -10 1.14*101.14*103 3 5.5*105.5*10-4 -4 2600 2600 4.17*104.17*10-9-9 3.86

18、*103.86*101 1 5.8*105.8*10-4-4 3000 3000 1.05*101.05*10-6 -6 0.15 0.15 5.7*105.7*10-4 -4 可以看出 Vap* H=const实验 ：d=0.1m/m 在不同Tf下的Vap照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌a)灯丝质量损耗临界百分比灯丝质量损耗临界百分比G直直G直直=H内蒸发的质量内蒸发的质量/灯丝原有总质量灯丝原有总质量=4Vap H/dfG直直 1/df df灯丝直径灯丝直径b)螺旋灯丝的损耗临界百分比螺旋灯丝的损耗临界百分比G螺螺G螺螺（5060）% G直直照明行业

19、各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌三、总结 基本矛盾 T（MeT4） TVapH Tf=23002600K H=1*103hrs =810lm/W照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌2.4充气白炽灯中的基本物理现象充气白炽灯中的基本物理现象照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌一、气体稳定层一、气体稳定层 在炽热的灯丝附近，气体变得非常粘滞，几乎可以看成是不流动的；而在泡壁附近的区域里，由于气体温度较低、粘滞度小，气体强烈对流。 因此，可以认为，紧贴灯丝周围存在着一层厚度的稳定气体层，直径为b。

20、照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌 二、充气对抑制钨蒸发的作用二、充气对抑制钨蒸发的作用 在充气灯中钨的损失主要是由于在稳定层内钨的浓度扩散。 N1为1m长的灯丝表面在一秒种内扩散出去的钨原子数。照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌三、充气的热损失三、充气的热损失单位长度灯丝损失功率：Pc=-2r(dT/dr) 整个灯丝损失功率：Pc= Pclf lf灯丝的长度 讨论：影响Pc的因素 1）充气气体的种类2）充气压力3）lf4）df照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌 对于充氩氮混合气的

21、白炽灯，每厘米长度灯丝的气体热损失Pc约为4W。对于电压为220V的灯泡，螺丝长度必须大于2cm，否则两根导丝之间有放电的危险。因此，充气灯泡的最小热损失值为8W左右。 显然，对220V小功率白炽灯不宜充气，25W以下的白炽灯只能是真空，否则热损失占输入的主要部分，得不偿失。照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌四、本节结论四、本节结论1充气可抑制蒸发2充气引起热损耗3充入分子量大的气体可更好抑制蒸发和减小热耗。4采用螺旋灯丝可使Pc下降5采用螺旋灯丝可增加寿命（机械强度增大了）照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌2.5白炽

22、灯灯丝的设计白炽灯灯丝的设计照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌一、统一公式一、统一公式1.灯丝参数灯丝参数a)直线型灯丝 直径d 长度l b)单螺旋灯丝 直径d 长度l 螺距系数Ks=S/d 芯丝系数 Kc=dc/d c)双螺旋灯丝 直径d 长度l 第一螺距系数Ks1=S1/d 第一芯丝系数 Kc1=dc1/d 第二螺距系数Ks2=S2/(2d+dc1) 第二芯丝系数 Kc2=dc2/(2d+dc1)d)Ks和Kc的合理选取照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌2灯丝的计算灯丝的计算能量平衡方程Pl=Pr+Pc+Ph白炽灯

23、钨丝直径和长度的统一公式照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌二、经验公式二、经验公式钨丝份量 Q200=/4 * d2 *200 * d=kQ200 (mm) 三、外推公式三、外推公式修正灯泡的一些参数 四、误差百分比计算公式四、误差百分比计算公式五、设计中注意的问题五、设计中注意的问题照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌2.6白炽灯的运用特性白炽灯的运用特性 白炽灯的光效虽然比较低，但由于它使用极其方便，辐射光谱是连续的，显色性好，因此到目前为止仍是应用最广的一种光源。照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽

24、灯白炽灯诸定昌诸定昌一、运用参量一、运用参量1高色温白炽灯高色温白炽灯 主要用与摄影和放映电影以及电视和舞台照明。主要用与摄影和放映电影以及电视和舞台照明。 Tc3200K =30 H=50100hrs2普通照明灯普通照明灯 一般照明一般照明=1020 Tc=26003000K H1*103hrs 3红外线灯红外线灯 用于红外加热干燥、温室保温和医疗保健等。用于红外加热干燥、温室保温和医疗保健等。 10 Tc2500K H1*103hrs照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌二、白炽灯的指数特性二、白炽灯的指数特性H寿命 F光通量 光效 V灯电压 I电流P功率

25、 R电阻照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌三、指数特性的应用三、指数特性的应用例1：H的加速试验d(充气泡)=13.1 电压提高10%H1/H2=（242/220）13.1=3.48例2：内在质量因数 qa b=7 所以定义照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌2.7白炽灯的发展方向白炽灯的发展方向照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌一、探索新的灯丝材料一、探索新的灯丝材料更高的熔点，有更好的辐射选择性二、改善灯丝材料的结构，以及使二、改善灯丝材料的结构，以及使周围的介质环境更理想化！周

26、围的介质环境更理想化！1小型化 2反射型 3涂红外反射层照明行业各种灯具课件IRC technologyThin film multilayer coatings(Filter) Stack ConstructionWavelengthHigh refractiveindexLow refractiveindexSubstrate (glass bulb)glass bulbSiO2SiO2SiO2/2TransmittanceSiO2 / TiO2 StackWavelenght nm照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌三、绿色照明的含义三、绿色照明的含义

27、1.采用光效高的照明光源。CFL2.采用寿命长的照明光源。3.采用对环境污染少的填充物质。照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计白炽灯白炽灯诸定昌诸定昌谢 谢 观 看！照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌第三章第三章 卤钨灯卤钨灯照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌3.1卤钨循环原理卤钨循环原理照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌一、卤钨循环的要求一、卤钨循环的要求1.蒸发的钨在Tw（泡壁温度）下易形成易挥发的化合物W+nX WXn2.在灯丝温度区域分解 WXnW+nX二、卤钨

28、循环的定义二、卤钨循环的定义 卤素把灯丝上蒸发的钨原子不间断的搬回到灯丝上面去的过程。 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌三、卤钨循环的温度条件三、卤钨循环的温度条件化学反应平衡常数Kp1（高温下）反应向左，有利于分解Kp1（低温下）反应向右，有利于复合Kp=1 左右速率相同照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌1反转温度（反转温度（T反反）的定义）的定义Kp（T）=1对应的温度，称为反转温度。对应的温度，称为反转温度。T反 碘钨 950K（677） 溴钨 1600K（1327）氯钨 2200K（1927）照明行业各种灯具

29、课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌2.温度条件温度条件1）TfT反,分解2）TwT反,合成3）TwT升（卤化物）表面温度Tw 碘钨灯250 溴钨灯200 氯钨灯180为了使Tw达到要求，卤钨灯一般体积比白炽灯小得多。使用石英或硬料玻璃。照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌3.2 卤钨循环剂卤钨循环剂照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌碘碘 溴溴 但对灯丝丝脚、支架腐蚀很大 所以现在一般充：溴化氢HBr 一溴甲烷 CH3Br 二溴甲烷 CH2Br2溴仿 CHBr3 氯仿 CHCl3 照明行业各种灯具课件

30、光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌3.3卤钨灯的结构和制造卤钨灯的结构和制造照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌一、外壳材料的几何尺寸一、外壳材料的几何尺寸1.石英石英 红外灯：Ws=1520w/cm2 照明灯： Ws=2025w/cm2 高色温灯：Ws=2530w/cm2 2.高硅氧玻璃（拜科）高硅氧玻璃（拜科） Ws=2025w/cm2 3.硬玻璃硬玻璃 Ws=1015w/cm2照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌二、灯丝与外壳的气密封接二、灯丝与外壳的气密封接1.利用钼箔的延展性实现利用钼箔的延展性

31、实现“非匹配非匹配”封接封接锲型 钼箔宽度2A/mm 钼箔长度79mm 钼杆直径 J=510A/mm2 2.钼杆与铝硅玻璃的匹配封接钼杆与铝硅玻璃的匹配封接封接可靠，故充气压可以提高，抑制钨蒸发，进一步提高光效、延长寿命。 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌三、灯丝三、灯丝1.采用螺旋型灯丝 单、双螺旋线状光源 双、三螺旋点状光源 2.细丝绕在粗丝上再绕螺旋Me相同下增加辐射面积 3.用支架支撑防下垂照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌四、最佳充气压四、最佳充气压综合考虑寿命和光效两方面的要求，卤钨灯的充气压强通常应选择

32、得使气体稳定层直径b略小于泡壳直径d。五、红外反射膜五、红外反射膜多层介质干涉膜 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌3.4卤钨灯的应用卤钨灯的应用照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌一、卤钨灯的光效和寿命一、卤钨灯的光效和寿命 1.光效光效卤钨灯 Tf=31003500K=2034lm/w 充气白炽灯 Tf=27003050K=1418lm/w 真空白炽灯 Tf=23002600K=810lm/w 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌2寿命寿命1）支架的腐蚀2）水蒸气的腐蚀3）热点机制

33、并没克服照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌二、卤钨灯的燃点位置二、卤钨灯的燃点位置燃点位置与灯内所充循环剂的种类有关，更与所充气体的种类有关。（考虑分子量的问题）例1充1atmAr的管状碘钨灯只能水平燃点。例2.充Kr(Xe)和碘的灯，燃点位置可放宽。例3.充Kr(Xe)的溴钨灯，燃点位置任意。照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌三、应用领域三、应用领域 1。泛光照明2。投光照明3。汽车卤钨灯4。复印机卤钨灯照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌四、发展方向四、发展方向1。新的外壳材料2

34、。高电压小功率卤钨灯3。新的循环剂照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计卤钨灯卤钨灯诸定昌诸定昌谢 谢 观 看！照明行业各种灯具课件第四章第四章 气体放电的基本原理气体放电的基本原理光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件4.1 气体放电的辐射气体放电的辐射光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件自持放电条件自持放电条件(e -1)=1dVAd光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌KA照明行业各种灯具课件一一. 辐射的形成方辐射的形成方

35、式式1. 激发态粒子回到低能级态激发态粒子回到低能级态(基态基态)时的自发时的自发 (受激受激)辐射辐射线光谱线光谱E=h2. 正负带电粒子的复合辐射正负带电粒子的复合辐射 连续谱连续谱3. 带电粒子的减速产生的轫致辐射带电粒子的减速产生的轫致辐射光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件二二. 线光谱线光谱hnm =En -Em =eVnm =hc/nmnm=1239/VnmVV nmnmE0EmEnE光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌hmnhn0照明行业各种灯具课件1. 不同元素的能级不同，其辐

36、射的波长不同不同元素的能级不同，其辐射的波长不同 选择性强选择性强2. 共振辐射的效率共振辐射的效率(特别是第一共振态特别是第一共振态)最高最高3. 能级之间的跃迁服从选择定则能级之间的跃迁服从选择定则4. 线光谱辐射的功率密度线光谱辐射的功率密度Pnm光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件定义定义 Pnm =nn Anm hnmAnm 从从nm跃迁几率跃迁几率LTE下下 nn由由Boltzmann分布描述分布描述nn =n0 gng0exp(- )EnKTPnm=n0gng0Anm hnmexp(- )KTEnPnm：压力：压力p(n

37、0)，温度，温度 T，能级性质，能级性质(En,Anm)光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件5. 可见辐射的可见辐射的E范围范围E En-EmE1239380780E1.7ev(780nm)3.2ev(380nm)光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件三三. 分子的带状光谱分子的带状光谱EEeEvErEEeEvEr=E hEeEvErh=光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件以以E e为主为主分辨率不高时，为带状光谱分辨

38、率不高时，为带状光谱分辨率高时，有很多条谱线分辨率高时，有很多条谱线大部分光谱在可见区及紫外区大部分光谱在可见区及紫外区Ra气体放电灯矛盾：光效和显色性气体放电灯矛盾：光效和显色性热辐射光源矛盾：光效和寿命热辐射光源矛盾：光效和寿命光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件四四. 连续光谱连续光谱e +AA+Ea) h =E =Ei-Em+12meve2Ve=0为连续谱为连续谱EEiEm12meve2光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌1. 复合辐射（复合辐射（f-b跃迁）跃迁）照明行业各种灯具课件因

39、为慢电子浓度高因为慢电子浓度高(maxwell)而且更容易与而且更容易与正电子复合正电子复合当当v=0时时0 =Ei-Emh为频率下限为频率下限c) 辐辐射总功率射总功率PcrZ ne Te 42-3/2光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌b) 连续谱的特征连续谱的特征EEmEnhh0f-bf-fmeve2 - meve2meve2121212照明行业各种灯具课件2. 轫致辐射轫致辐射(f-f跃迁跃迁)e+A+A+e+Ea) h =12me(Ve -Ve )b) 可证可证 Pcb Z ne Te 2222-1/2光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本

40、原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件3.连续光谱产生的特点连续光谱产生的特点a)高气压大电流密度放电下，有强的连续光谱高气压大电流密度放电下，有强的连续光谱b)放电蒸汽元素的放电蒸汽元素的Z越大，连续光谱越强，且越大，连续光谱越强，且 以复合辐射为主以复合辐射为主c)高温下，连续光谱以轫致辐射为主高高温下，连续光谱以轫致辐射为主高光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件五五. 气体放电光源辐射的特点气体放电光源辐射的特点1. 工作温度不受灯丝材料性质的限制工作温度不受灯丝材料性质的限制2. 辐射光谱可选择辐射光谱可选择3

41、. 寿命大大高于热辐射光源，光维持性好寿命大大高于热辐射光源，光维持性好4. 基本矛盾基本矛盾 -Ra 光谱放宽光谱放宽光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件4.2 光谱线的轮廓和放宽光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件一一.光谱线的轮廓光谱线的轮廓 光强度在一定波长区内光强度在一定波长区内都有分布的现象，称光谱线都有分布的现象，称光谱线的放宽。其分布的形状就称的放宽。其分布的形状就称为谱线的轮廓。为谱线的轮廓。IcImax0hI光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气

42、体放电的基本原理诸定昌诸定昌Prof.总强度It=Id照明行业各种灯具课件1.产生放宽的机理产生放宽的机理a)辐射原子自身原因：自然宽度，多普勒效应辐射原子自身原因：自然宽度，多普勒效应b)外界原因：压力放宽外界原因：压力放宽2.光谱线轮廓的类型光谱线轮廓的类型光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件a)定义定义Prof.=II tIIdI=It*Prof. Id=ItProf.d=ItProf.d=ItProf.d=1 “归一化归一化”性质性质=光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具

43、课件以频率以频率表示表示Prof.= c2Prof.以以表示表示Prof.=12Prof.光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件b)色散型色散型(洛仑兹力洛仑兹力)轮廓轮廓Prof.=2 1(- 0) + ( )2c)高斯型轮廓高斯型轮廓 Prof.=( ) exp- 4Ln24Ln2(- 0)2222221光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件二二.谱线的自然宽度谱线的自然宽度tt+dtdnn=- Anm nn dtNn (t) =nn0e-Anmt=nnoe-t/nnm为跃迁

44、的时间常数，是为跃迁的时间常数，是Anm的倒数的倒数光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌初始条件：初始条件：t=0 n|t=0 =nn0照明行业各种灯具课件海森伯海森伯(Heisenberg)测不准原理测不准原理Enm=h/2=h1.定义：激发态原子寿命的不确定性引起能量的定义：激发态原子寿命的不确定性引起能量的 不确定性，由此造成的谱线放宽称自然宽度。不确定性，由此造成的谱线放宽称自然宽度。2.轮廓类型轮廓类型色散型色散型光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件三三.谱线的多普勒放宽谱线的多普勒放

45、宽1.定义：多普勒放宽定义：多普勒放宽静止：静止：运动：运动： 0 = c0 = c+vx0=c0+vx0= 0 + 0 vxc - 0 0=vxc= 02.轮廓类型轮廓类型 Gausstype光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌观察者VVx照明行业各种灯具课件四四.谱线的压力放宽谱线的压力放宽1.定义：受激原子受其它粒子的碰撞作用，使定义：受激原子受其它粒子的碰撞作用，使 辐射状态受干扰而产生的谱线放宽称压力放辐射状态受干扰而产生的谱线放宽称压力放 宽。宽。a)共振放宽：同种原子对激发态原子的干扰共振放宽：同种原子对激发态原子的干扰b)范德瓦尔斯放宽：

46、不同种类原子对激发态原范德瓦尔斯放宽：不同种类原子对激发态原 子的干扰子的干扰c)斯塔克放宽：带电粒子对激发态原子的干扰斯塔克放宽：带电粒子对激发态原子的干扰光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件2.轮廓的类型轮廓的类型 色散型色散型a)Lorentz理论：干扰下停止辐射理论：干扰下停止辐射b)Lentz-Weisskof理论：干扰时辐射的理论：干扰时辐射的 频率发生变化频率发生变化c)Lindholm理论：干扰时相位产生位移理论：干扰时相位产生位移光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种

47、灯具课件Reference:1.W.Newman: Spectrosopic Methods of Plasma Diagnostics2.统计物理学导论统计物理学导论3.原子光谱学和激发光谱学原子光谱学和激发光谱学光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件4.3 辐射转移辐射转移光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件一一. 光谱的发射系数和吸收系数光谱的发射系数和吸收系数1. 跃迁过程的分类跃迁过程的分类 自发辐射跃迁自发辐射跃迁 跃迁几率跃迁几率 Anm 吸收跃迁吸收跃迁 吸收跃

48、迁几率吸收跃迁几率 BmnB() 感应辐射跃迁感应辐射跃迁 感应跃迁几率感应跃迁几率 BnmB()光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌nm自发辐射吸收感应辐射照明行业各种灯具课件平衡下：平衡下：Anmnn+BnmB()nn = BmnB()nm1LTE下：下：nnnm=gngmexp(- )KThnm联立解有：联立解有：B() =AnmBnm1gmBmngnBnmehKT-12光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件由由planck公式：公式：B() =8hc33eKT-1h1所以所以8hc33Bn

49、mAnm =gmBmn =gnBnm32光谱的发射系数光谱的发射系数光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件定义：定义： =dtdVddd E4 = +si4自发辐射自发辐射 感应辐射感应辐射有：有： =s41nn Anm hProf.5光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件由由5和和6得：得：对应：对应： =i41nn BnmB() hProf.c1nn Bnm LB hProf.=6其中：其中：LB =4cB()si=c22h3LB 7光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本

50、原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件平衡下：平衡下：41nn Anm hProf.c1nn Bnm LB hProf.+c1nm Bmn LB hProf.=8光谱的吸收系数：光谱的吸收系数：K= -dLLdxdL=L-L定义：定义：其中其中光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌xx+dxLL照明行业各种灯具课件物理意义：物理意义：L(x) =L(0)e-Kx由基尔霍夫定律：由基尔霍夫定律：LB =K=2 hc23eKT-1h19平衡下：平衡下： = += K LB si对应对应8式：式：Kc1nn Bmn hProf.=10光源原理与设

51、计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌0 x x0L(0)L(x)照明行业各种灯具课件对某一谱线：对某一谱线：L =line d=s41nn Anm hc1nn Bnm LB hL =line d=siiKL =line K d=c1nm Bmn h光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件若把若把看作负吸收，有总的吸收系数看作负吸收，有总的吸收系数Ki += K LB平衡下：平衡下： siK LB=s所以：所以： K LB K LB ic1nm Bmn LB hProf.=c1nn Bnm LB hProf.-光

52、源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件=c1nmBmn LB hProf.(1- )nmBmnnnBnm= K LB(1-e )KTh-11nnnm=gngmexp(- )KThgmBmn =gnBnmK LB =K LB(1-e )h-KT12光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件 +=K LB eh-KTK LB=h-KTe13二二. 辐射转移方程辐射转移方程dL(x)= (x)dx- K (x)L(x)dx dL(x)dx=(x)- K (x)L(x) 1光源原理与设计光源原

53、理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌L(0)L(x)L(x0)L(x+dx)0 x x+dx x0单位面积照明行业各种灯具课件1.(x)=0dL(x)dx= - K (x)L(x) dL(x)L(x)= - Kdx2在在 0x和和 L(0) L(x)间积分间积分L(x)= L(0) exp(- K(x)dx)0x离开等离子体的辐亮度：离开等离子体的辐亮度：L(x0)= L(0) exp(- K(x)dx)0x0光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌34照明行业各种灯具课件2.(x)0设试解：设试解：L(x)= u(x) exp(- K(

54、x)dx)x0x代入后解得：代入后解得：+L(0) exp(- K(x)dx)0x0L(x0)= (x)dx exp(- K(x)dx)0x0xx0光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌5照明行业各种灯具课件三三. 以光性厚度为变量的辐射转移过程以光性厚度为变量的辐射转移过程定义：定义： K(x)dx为为xx0区间的光性厚度区间的光性厚度辐射转移方程辐射转移方程1可写为：可写为：dL(x)dx=(x)- K (x)L(x) dL(x)dxdddL(x)d-K(x)光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌xx0照明行业各种

55、灯具课件dL(x)d= L(x) -(x)K (x)= L(x) -S(x)6S(x)=(x)K (x)=2 hc23eKT-1h1光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌照明行业各种灯具课件代试解：代试解：L()u()eL()- S()e d -(,0) +L(0)e e-(,0)离开离开plasma时：时：L(x0) S()e d (,0)+ L(0)e -(,0)0讨论均匀的讨论均匀的plasma条件：条件：L(x0) L(0)e + S()1-e -(,0)-(,0)光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌-79

56、S()e d= S()1-e -(,0) (,0)0-8照明行业各种灯具课件1. (,0)1 称光性厚等离子体称光性厚等离子体L(x0) L(0)+ S() (,0)L(x0) S()=2 hc23eKT-1h1光源原理与设计光源原理与设计气体放电的基本原理气体放电的基本原理诸定昌诸定昌1011照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌5.1 低气压汞蒸汽放电的实验研究低气压汞蒸汽放电的实验研究照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌electrodefilling gasHg Arglass tub

57、e照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌一一.低气压汞放电的最佳汞气压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 荧光粉转换效率荧光粉转换效率PHgnPHgn* uvPHgn* 禁锢禁锢n*uvn +照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌二二.惰性气体的作用和充量惰性气体的作用和充量1.作用作用a)Buffer Gas (缓冲气体缓冲气体)P=0.8Pa =5cm可能有电子未经碰撞就已运动到管壁而损失掉可能有电子未经

58、碰撞就已运动到管壁而损失掉PAr=100Pa =0.01cm充充Ar使电子的碰撞次数大大增加使电子的碰撞次数大大增加V*min(Ar)Vi(Hg)11.57V 10.4V 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌b)Penning Effect 降低启动电压降低启动电压气体气体 He Ne Ar Kr Xe Hg H2第一激发电位第一激发电位 20.86 16.62 11.57 9.98 8.37 4.86 11.1亚稳态电位亚稳态电位 19.72 16.57 11.49 9.86 8.28 4.66 /一次电离电位一次电离电位 24.5 21.

59、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减小双极性扩散引起的带电粒子损失d)控制电导率控制电导率e)减少电极物质的损失减少电极物质的损失照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌2.惰性气体的种类选择与最佳充气压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气体种类对能损的影响碰撞能量损失以碰撞能量损失以Kr的最小的最小每碰一次的损失每碰一次的损失碰撞的几率碰撞的几率Ar : Kr : Xe=(300/40):(400/84):(700/130) =7.5 : 4.8 : 5.4可见，充最好，

60、但无法降低启动电压可见，充最好，但无法降低启动电压考虑考虑Penning Effect 充充Ar照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌b)气压对能耗的影响气压对能耗的影响当当PAr=100Pa uv=uvmaxPArn*uv PArn*uv略上升略上升P弹弹uv实际充实际充200 660Pa(1.5 5torr)照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌三三.放电管直径和长度对的影响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某汞蒸气压下存在最佳管径d禁锢禁锢猝灭猝灭 uvd双极双极 EEe

61、n* uv PHg一定一定照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌2.长度长度l越长，越高越长，越高Pe=I l (E*lc+VAK) Pe一定一定 lcIlP 电电uv一般一般 l=(1.2 2.4)m40W100W照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌四四.电流密度电流密度J对对 uv 的影响的影响J Il ne n* uvJ ne P弹弹 uvuv 要求要求J不宜太大不宜太大Ws要求要求J不宜太小不宜太小J0.030.13 A/cm照明行业各种灯具课件5.2 低气压汞蒸汽放电低气压汞蒸汽放电

62、的正柱理论的正柱理论光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 已知参量：已知参量：Pe ri PHg PAr Il 要求参量：要求参量：Puv(uv) E(Ve) 光参数光参数 归结求参量：归结求参量：Te ne E J照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 一一.基本假设基本假设1.放电中仅汞被激发和电离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

63、决定电子离子损失由双极性扩散决定4.Ve服从服从Maxwell分布，并且与分布，并且与Vi无关无关5.Hg由由Hg*(6P)的逐次电离产生的逐次电离产生照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 二二.基本方程基本方程1.激发态方程激发态方程(求求ne)总激发速率总消激发速率总激发速率总消激发速率2.电离平衡方程电离平衡方程(求求Te)电子离子对的产生速率消失速率电子离子对的产生速率消失速率照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 3.能量平衡方程能量平衡方程(求求E)电场输入电子气的能量电子碰撞

64、损失能量电场输入电子气的能量电子碰撞损失能量4.电导率方程电导率方程(求求J) 电流密度电流密度Je ne e E照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 5.3 荧光粉的光学特性荧光粉的光学特性照明行业各种灯具课件一一.荧光粉的定义荧光粉的定义由紫外经过光致发光的粉状固体材料，由紫外经过光致发光的粉状固体材料，称为荧光粉。称为荧光粉。盐激活中心盐激活中心(阳离子，络阳离子阳离子，络阳离子)光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌

65、诸定昌 例卤磷酸钙粉例卤磷酸钙粉Ca5(PO4)3(FCl).Mn.SbSb* Sb+h(=477nm) 兰兰Mn* Mn+h(=585nm) 橙红橙红通常通常 Cl(20%) F(80%)若若Cl比例增加，发光中心向长波移动比例增加，发光中心向长波移动照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 二二.对荧光粉的主要要求对荧光粉的主要要求1.高的转换效率高的转换效率2.耐光子，电子，离子的轰击耐光子，电子，离子的轰击(光维持光维持)3.对紫外有强的吸收，对可见有大的透射对紫外有强的吸收，对可见有大的透射照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与

66、设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 三三.荧光粉的种类荧光粉的种类1.卤粉卤粉特点：可配制成任意特点：可配制成任意Tc的单一粉种的单一粉种转换效率高于一般的其他粉转换效率高于一般的其他粉缺点：缺红色输出，缺点：缺红色输出，Ra较低较低 (加红粉提高加红粉提高 Ra)照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 2.三基色粉三基色粉分别发射兰，绿，红中心波长的三类粉分别发射兰，绿，红中心波长的三类粉优点：优点：Ra好，好，高高耐耐185，辐射能力强，辐射能力强(一般粉受一般粉受185强紫外照射时，光效较低强紫外照射时，光效较低)缺点：价格

67、是卤粉的缺点：价格是卤粉的50倍倍照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 5.4 荧光灯的设计荧光灯的设计照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 一一.灯的几何尺寸和电参数灯的几何尺寸和电参数1.几何尺寸几何尺寸(d和和l)选定选定 d=1138(mm) l=1502400(mm) Pl=4W 125W T12(38) PHg=0.8Pa (Tcal=40 C) uv=uvmaxo照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 Ws=0.040.0

68、5 W/cm (无粉无粉)Ws=0.0250.04 W/cm (有粉有粉)T12(=38) Tcal=40 CT8(=26) Tcal=42 C=17 Tcal=45 C=12 Tcal=47 Cl=larc+2fTG22oooo照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 2.电参数电参数Pl=l Vl Il(l=0.80.9)Vl=VAK+E lcLarc=lc+ld给定给定d查表得查表得El Il由公式求得由公式求得Vl Il(larc) l稳压：稳压：Vl0.56Vn Vl123V 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧

69、光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 二二.电极的设计电极的设计要求要求合理的热电子发射温度合理的热电子发射温度有足够的电子粉储存量有足够的电子粉储存量照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 1.电极的结构形式电极的结构形式a)双螺旋阴极双螺旋阴极b)编织型阴极先把钨丝编成管状，再绕螺旋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棒状阴极绕有细丝的粗丝再绕单螺旋 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸

70、定昌 2.电子发射材料电子发射材料三元碳酸盐：碳酸钡，碳酸锶，碳酸钙三元碳酸盐：碳酸钡，碳酸锶，碳酸钙重量百分比：重量百分比： 50% 40% 10%3.电极的参数电极的参数通常通常PAr=400PaKg=0.2双螺旋灯丝双螺旋灯丝 Ks1(Ks2)=1.52.0 =0.7 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 T()=3.110 .cm(900 C)Me=3.7w/cmd=0.152(IH ) (mm)l=4.7(VH )d (mm)IH VH 由由Pl查表得出查表得出-5o29002/39001/2 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光

71、源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 4.电极作为阴极时的防蒸发措施电极作为阴极时的防蒸发措施40W TA=900 C40W TA900 C三三.惰性气体的种类和压强惰性气体的种类和压强T12&CFL PAr=400Pa oo照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 T8 PAr : PKr=1:3 PAr+PKr=200Pa D Da E Vl使使Vl不变不变 P下降下降T5 114 lm/w Vl很高很高190V，用电子整流器，用电子整流器(EB)照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯

72、 诸定昌诸定昌 四四.荧光粉的选取荧光粉的选取a)根据荧光灯的分类根据荧光灯的分类1.暖白色暖白色 Tc=3000K =802.白色白色 Tc=3500K =803.冷白色冷白色 Tc=4300K =784.日光灯日光灯 Tc=6700K =65单一卤粉单一卤粉白卤粉兰粉白卤粉兰粉照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 b)根据根据185nm辐射强度选取辐射强度选取P185(26mm) P185(38mm)P185(17,12mm)P185(38mm)=2=6选用三基色粉选用三基色粉照明行业各种灯具课件五五.汞蒸气压的控制汞蒸气压的控制1.由

73、由Ws值保证最佳值保证最佳PHgPHg Tcol WsWs=0.025 0.04w/cm2.人为制造冷端保证最佳人为制造冷端保证最佳PHg光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 2照明行业各种灯具课件3.采用汞齐采用汞齐汞齐的蒸气压汞齐的蒸气压15kc 1 接近正弦波接近正弦波)b) fP电电c) f=25kc下，下，Ra有所上升有所上升d) 热耗小，体积小热耗小，体积小照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 CB 68W l低低 重量大重量大 噪音大噪音大EB 12W l高高 重量小重量小 噪音无噪音无3.无

74、极荧光灯无极荧光灯f500kc 放电建立与电极有否无关放电建立与电极有否无关 f=13.56MHz (避开干扰避开干扰) 4.微波放电微波放电照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 四四.荧光灯的能量分配荧光灯的能量分配1.可见直接输出可见直接输出 32.荧光粉转换的可见光荧光粉转换的可见光 193.荧光粉发热荧光粉发热 344.管壁管壁(占体积占体积)损失损失 26 5.电极损耗电极损耗 18照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 五五.荧光灯的应用荧光灯的应用1.灯的优点灯的优点a) 高

75、，高，H长长b) Ra好好(4585)c) Tc范围广范围广(25007000K) d)柔和柔和e)光输出随电网电压波动小光输出随电网电压波动小f)启动性好启动性好照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 2.灯的缺点灯的缺点a)几何尺寸大几何尺寸大 P1小小b)对环境温度要求高对环境温度要求高c)光闪烁光闪烁3.灯的分类灯的分类a)照明照明照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 b)特殊光源特殊光源单色性单色性保健灯保健灯(270 370nm)黑光灯黑光灯(370nm) 诱虫诱虫光化学灯光化

76、学灯(400nm)杀菌灯杀菌灯(253.7nm)灭蚊灯灭蚊灯(338nm)CCFL 冷阴极荧光灯冷阴极荧光灯照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 思考题：思考题：1.采取哪些措施可保证低气压汞蒸汽放电采取哪些措施可保证低气压汞蒸汽放电 的最大紫外的最大紫外(253.7nm)输出？为什么？输出？为什么？2.试叙述荧光灯中充惰性气体的作用？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中为什么要采用三基色荧光粉和保 护膜技术？护膜技术？照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌

77、诸定昌 5.为什么把荧光灯燃点为什么把荧光灯燃点100小时后的光通量作为小时后的光通量作为 灯的初始光通量？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？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？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荧光灯电子镇流器为何有代替电感镇流器的 趋势？趋势？照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯 诸定昌诸定昌 谢谢观看！照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌第五章第五章 低压水银荧光灯低压水银荧光灯照明行业各种灯

78、具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌汞的物理性质汞的物理性质熔点熔点 -38.87 Co沸点沸点 356.58 Co蒸汽压随蒸汽压随T敏感变化敏感变化照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌汞的化学性质汞的化学性质稳定性好稳定性好, 不与灯用材料在工作不与灯用材料在工作T下有化学反应下有化学反应可与许多金属形成合金可与许多金属形成合金 amalgam 汞齐汞齐(铋铋,钛钛,锌锌)汞有毒性汞有毒性: 汞中毒汞中毒汞的辐射性质汞的辐射性质低气压下低气压下(0.1Pa)以以253.7 为主为主高气压下高气压下(10

79、 Pa)可见辐射增强可见辐射增强6照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计低压水银荧光灯低压水银荧光灯诸定昌诸定昌6 D27 S06 P17 S16 P26 P16 P06 S011113333253.7185.0PHg(torr)照明行业各种灯具课件第六章第六章 高压汞灯高压汞灯光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 6.1 高压汞蒸气放电特性高压汞蒸气放电特性照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 一一. 电弧温度和电离机构电弧温度和电离机构1

80、. TgTePHgTgLTE满足满足:VeMaxwell Distributionn*Boltzmann Distributionn+(n-) Saha Equation照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 2. 电离以热电离为主电离以热电离为主(PHg1333Pa)3. 电弧收缩电弧收缩(气压越高，收缩越厉害气压越高，收缩越厉害)PHg很高下由对流带走能量的过程很高下由对流带走能量的过程使电弧使电弧“绳化绳化”照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 二二. 光谱光谱1.uv共振辐射随气压上升越来越受到抑制，共振

81、辐射随气压上升越来越受到抑制， 强度很高的可见辐射大量出现。强度很高的可见辐射大量出现。Ijk=nj*AjkhjkPHgTgn*n*=n0 exp(-eV/kT)Ajk=1/in (in: plasma中平均停留时间中平均停留时间 )A(高能态间高能态间)A(与基能态间与基能态间)照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 2. 谱线放宽谱线放宽压力放宽压力放宽+高温下的多普勒放宽高温下的多普勒放宽3. 连续光谱出现连续光谱出现体积复合体积复合韧致辐射韧致辐射连续谱连续谱在连续光谱上叠加了放宽的线光谱在连续光谱上叠加了放宽的线光谱照明行业各种灯具课件光源原理

82、与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 三三. 光效光效in(内径内径)=27mmI=4APHg不同时不同时变化变化ABCDEFPHg(Torr)60201010-210-1110102103104照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 1. 随随PHg上升而增加上升而增加(PHg1atm)2. 单位波长的热耗单位波长的热耗PL=Pr+Pc+PTPC1=- 2ridTdrri= VPHgPHgTgV与与PHg无关（与无关（与T也无关）也无关）31照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 实验表明，实验表明

83、，dT/dr为抛物线分布为抛物线分布rTT0TwriT(r)=T0-(T0-Tw)( )2rriPc1=- -(T0-Tw) 2riri2rri2Pc1=4(T0-Tw)T0=6000K Tw=1000K =8.3510-5T3/4(w/mk)Pc1=10W/cm照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 3. 光效光效通常通常Pl1=4050W/cmPr1=Pl1-Pc1考虑考虑nHg与石英对辐射的吸收与石英对辐射的吸收Pr1=0.72(Pl1-Pc1)r= =0.72(1- )0.72(Pl1-Pc1)Pl1Pc1Pl1照明行业各种灯具课件光源原理与设计

84、光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 PlrPl1VePHg照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 6.2 高压汞灯高压汞灯照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 一一. 结构结构1. 放电管放电管石英泡壳石英泡壳Hg+Ar填充物填充物自热式电极自热式电极+辅助电极辅助电极照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 3. 外壳外壳 硬玻璃（软玻璃）硬玻璃（软玻璃） 加荧光粉加荧光粉荧光高压汞灯荧光高压汞灯即可提高光效，又可提高显色指数即可提高光效，又可提高显色指数2. 支

85、架支架 电引线电引线+启动电阻启动电阻主电极和辅电极间先被击穿，产生电子，主电极和辅电极间先被击穿，产生电子，放电建立。放电建立。照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 二二. 高压汞灯的设计高压汞灯的设计1. 选定工作气压选定工作气压a）PHg照明灯照明灯 (24 )atm紫外辐射灯紫外辐射灯 (0.50.6)atmb）PHg与与Tw的关系的关系过量过量Hg下下lgPHg=- +7.752Tw(k)3.36103照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 c）高压汞灯中汞量与）高压汞灯中汞量与PHg的关系的关系非饱和

86、状态，非饱和状态，200.6mg液汞液汞在标准状态下，产生在标准状态下，产生22.4cm3的汞蒸气的汞蒸气在体积为在体积为V，温度为，温度为T，且均匀分布的，且均匀分布的灯中产生灯中产生PHgPHg= /22.4273VT照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 在管半径为在管半径为ri，且温度为，且温度为T(r)的单位弧长的单位弧长体积中产生体积中产生PHgPHg=22.42730ri2rT(r)dr在单位弧长充汞量为在单位弧长充汞量为m(mg/cm)，在，在ri与与T(r)的条件下产生的条件下产生PHgPHg=22.4m273200.602rT(r)d

87、r2PHgm200.6=PHg=m76800riT(r)dr2ri2照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 2. 选定电参数（选定电参数（Pl给出，给出，Vl选定，选定，Il可知）可知）Pl=VlIll(l=0.9)Vl=VAK+ELarca) VAKb) Vl锆酸钡电子粉电极锆酸钡电子粉电极 1213V纯钨电极纯钨电极 17VVlVl不稳定不稳定Vl=(1/22/3)Vn=(110140)V照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 3. 选定管壁负载选定管壁负载Ws=Pl/d larc-Ws照明灯照明灯 910w/

88、cm2紫外灯紫外灯 5.56.5w/cm22照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 4. 充汞量与充汞量与E的关系的关系Pl1=EIll=E J Sarcl =E(e nee) rarc2 le=c1/n0 ne =c2n0exp-evi/2kTeffTeff =f（ri ,Pc1） Elenbass 根据二阶温度轮廓模型根据二阶温度轮廓模型rarc=c3ri照明行业各种灯具课件E= 6Pl11/2 m7/12(Pl1-Pc1)1/3d3/2代入代入Pl1 =30w/cm Pc1=10E12m7/12 d3/2=Vl-VAklarc-光源原理与设计光源原

89、理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件l=larc +2T.T.Q+压封区压封区总充汞量总充汞量M=m(larc+3/4 d)T.T.Q插入因子larc5.几何尺寸与总充汞量的计算几何尺寸与总充汞量的计算光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 PHg=0.75(m/d2)Pl10.25/(dm)0.1-(1)E 12m7/12 d3/2=Vl-VAklarcWs=Pl/d larc-(2)6.验证湍流发生的可能性验证湍流发生的可能性 m2/d250-(3)照明行业各种灯具课件三三.高压汞灯的启动高压汞灯的启动f稳定稳定时间时间410分FItPl Tw

90、PHg PHg(max)光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件1.HID灯启动的四个阶段灯启动的四个阶段a) Breakdown: ionization to produce enough charges (governed by Pashen Law).b) A self-sustaining discharge by secondary emission from the cathode（ governed by Townsend Law).c) Glow-to-Arc transition during which the electrodes

91、are heated to a value where thermal emission delivers most of the current. d) Comes to slow transition from a low pressure to a high pressure.光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件2.影响影响Vs的因素的因素a) Tamb Penning Effectb) 电极发射性能与几何尺寸电极发射性能与几何尺寸c) 杂质气体杂质气体 H2的危害的危害(H2对石英有渗透效应对石英有渗透效应)H2+Ar* 2H +Ar 破坏破

92、坏Penning 效应效应H2+Hg* 2H +Hg 破坏阶梯电离破坏阶梯电离一般一般Es=4v/cm Torr 400w larc=6.5cm PAr=20Torr Vs=520v光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件3.降低降低Vs的措施的措施a)主电极的合理设计主电极的合理设计电子发射材料的选择电子发射材料的选择碱土碱土 逸出功逸出功 1.6eVBaZrO3(1.63eV)Ba3WO6Ba2CaWO6+Ba2CaMoO6常用常用8mm, 对流稳定型对流稳定型larc8mm, 电极稳定型电极稳定型极距极距Hg+Ar1.球形超高压汞灯：增加单位弧长对

93、应球形超高压汞灯：增加单位弧长对应 的表面积的表面积照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 E 正比于正比于 PHgE和关系不明显和关系不明显 E=J/enee I Sarc J基本不变基本不变L的经验公式的经验公式b) 特性特性c) 启动加速方法：充启动加速方法：充0.52atm 的的 Xe球形球形 横点横点 椭球形椭球形 竖点竖点照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 2. 毛细管超高压汞灯毛细管超高压汞灯石英d=13mm管壁稳定型灯管成毛细管灯管成毛细管钨组玻璃钨组玻璃 过渡玻璃过渡玻璃Hg+Ar 5kPa石

94、英漏磁变压器照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 *UHP 光源光源多媒体投影仪多媒体投影仪背投背投TVCRTLCD 光源，微型卤钨灯光源，微型卤钨灯 CCFLLCOS 光源：光源：MH, UHPPDP (Plasma Display Panel)显示显示方式方式照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 一一. LCOS的工作原理的工作原理对投影光源的要求和比较对投影光源的要求和比较UHP1.01.5mm较差较差60610310020010001500/cm弧长弧长(mm)色彩色彩光效光效(lm/w)寿命寿命(h)

95、功率功率(w)功率密度功率密度(Pl1)MH3.03.5较好较好6030002003507001000W/cm照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 要求：要求：高亮度高亮度 长的寿命长的寿命 寿命期间保持光色的稳定性寿命期间保持光色的稳定性 安全和方便使用安全和方便使用Projection Setvery big imagesexcellent image qualitylow volume and weightAdvantages照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 Professional Presenta

96、tionvariable image sizeanimation effectsHome TVfront and rear projectorscreen diagonal 125cm and morelow set depth 30cm possibleno heavy and big CRT tube照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 一.Comparing between MHL and UHP二. 1)good white color三. 2)filling chemical materials react with quarts:Rapid

97、 decrease in brightnessRelative short lamp lifeColor shift over the service life3)too long gap照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 UHP Lamp10000 hrs of lifesmall color shiftbrightness drops far less than in MHLultra short arc gap L(100 UHP)=(24) L(200400MHL)low power consumptionlow power consumpt

98、ion照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 UHP an outstanding concept*only Hg as radiating species*very short arc(1.3mm1.0mm)*working Hg pressure of 200 bar* 104 hrs life possible照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计高压汞灯高压汞灯 诸定昌诸定昌 HPM 习题习题1.高气压汞蒸汽放电与低气压汞蒸高气压汞蒸汽放电与低气压汞蒸汽放电灯有哪些根本的特性区别汽放电灯有哪些根本的特性区别2.高压汞灯的低温启动问题有哪

99、些高压汞灯的低温启动问题有哪些方法？方法？3.什么叫荧光高压汞灯和自镇流高什么叫荧光高压汞灯和自镇流高压汞灯？压汞灯？4.有哪几种电弧稳定的类型？如何有哪几种电弧稳定的类型？如何区别？区别？照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 第七章第七章 钠灯钠灯（Soidum Lamp）照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 7.1 低压钠灯低压钠灯照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 一、工作原理一、工作原理 1、低气压钠蒸汽放电的特性、低气压钠蒸汽放电的特性 a)有很高的共振辐射效率有很高的共振辐射效率

100、 共振电位共振电位 b)共振辐幅的最佳条件共振辐幅的最佳条件PNa=0.4Pa时，照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 最佳管径最佳管径（汞有（汞有7种同位素）种同位素） P惰惰=10100Pa，兼顾寿命，兼顾寿命H，实际充，实际充（400-2103）Pa或经验公式或经验公式 P惰惰=840/d(cm)(Pa)例：例：照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 J(最佳最佳)=0.1 0.6A/cm2c)共振辐射谱线在视见函数的灵敏区，共振辐射谱线在视见函数的灵敏区，高高2、最佳管壁温度的保证（最佳、最佳管壁温度的保证（最佳PNa）

101、a)隔热保温法隔热保温法照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 减少热损减少热损耗的途径耗的途径对D线有85%90%的透过率对红外有91%反射率b)充充Ne-Ar混合气混合气 （提高（提高Tw，降低，降低Vs）c)异形截面异形截面Sn+In2O3照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 3、钠的经向泵漏效应、钠的经向泵漏效应平衡下ni(r)=ni(0)(1-r2/ri2)NaNa+Na+Nari 0 rini(0)na(r)ri 0 rinna照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 na表示轴上中性原

102、子浓度的减少表示轴上中性原子浓度的减少量量代入，得代入，得i ni(0) ( )ri =+a na( )ri kTeekTge-2rri2-2rri2令令i a， 即即na=10ni(0)若若ni(0)/na(ri)=5%(电离度电离度),有有 na/na(ri)=10ni(0)/na(ri)=50%当当na=na(ri)时时 临界电流临界电流 耗空效应耗空效应照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 二、二、LPS的结构与设计的结构与设计a)U型放电管型放电管b)外泡壳外泡壳照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 三、三、LPS灯

103、的应用灯的应用 1、光效高、光效高180lm/w 2、显色性差、显色性差 Ra=20 3、单色光源：透雾性强、单色光源：透雾性强 4、启动电压高：漏磁变压器、启动电压高：漏磁变压器+触发器触发器照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 7.2 高气压钠蒸气高气压钠蒸气 放电特性放电特性照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 一、高气压钠蒸汽放电的特点 1、与高气压汞蒸汽放电特性相似之处 a)电弧收缩 TeTg(LTE) ，大J值 b)随PNa上升，共振吸收越来越强 c)非共振谱线增强且放宽照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与

104、设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 2、与高气压汞蒸汽放电特性不同之处共振谱线随PNa增加，先自吸收，后自反，两翼放宽并且加强，其辐射效率仍很高（40%）。3、两翼加宽的机理 a)自然宽度：10-5nm b)多普勒宽度：10-4nm照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 c)压力放宽：压力放宽：关关键键：in因因同同位位素素关关系系，其其值值在在HPS中中远大于在远大于在HPM中中Stark放宽放宽10-3nm共振放宽共振放宽10-1nm4. 影响共振线自反影响共振线自反 不对称的原因不对称的原因a) 共振放宽属对称性共振放宽属对称性照明行业各种灯具课件光源原理与设计光

105、源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 =r/ri照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 5. 特点的总结特点的总结a) 由于自反，共振辐射的能量仍占输入电能由于自反，共振辐射的能量仍占输入电能 的的40%左右左右 =125lm/w照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 b)共振辐射的放宽及其它可见谱线的加强共振辐射的放宽及其它可见谱线的加强（及连续谱）使（及连续谱）使Ra有所提高。有所提高。c)有高的功率密度（体积小，有高的功率密度（体积小，Tw高）高）HPS 400w di=8mm1arc=70-80mm Ws=19w/cm2HP

106、M 400w di=18mm1arc=65mm Ws=9-10w/cm2照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 二、高压钠电弧的热导损失和电场强二、高压钠电弧的热导损失和电场强 度（半经验）度（半经验）三、高压钠电弧的温度分布（半经验）三、高压钠电弧的温度分布（半经验）照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 7.3 高压钠灯高压钠灯 （HPS）照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 1、放电管、放电管（arctube）照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 照明行业各

107、种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 总结：增加管径，提高总结：增加管径，提高Tw，选择合理的，选择合理的Pl1值，并使值，并使=812nm时，可提高灯的光时，可提高灯的光效（效（P电电和和X值确定）值确定）照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 dlarc照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌

108、 2、经验公式（略）、经验公式（略）3、显色指数的改善方法、显色指数的改善方法a)电弧管两间包钽箔电弧管两间包钽箔 （提高（提高Tcol,提高蒸气压）提高蒸气压）Ra HPM HPS =50Ra=20=120Ra=2530=AP=APNaNar ri i1/21/2照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 b)充高压氙气充高压氙气“范氏范氏”放宽放宽 Ra（d=8, Pxe=40kPa, Pl=360W） =Ra(d=12,Pxe=2.7kPa, Pl=360W)=50-60照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 c)改变几何参数L

109、arcd (ri )WsTcolPNaEx) 400w d=8 d=13 larc使使 Tcol=700oC Tcol=850oCPNa=27kPa PNa=67kPa(Ra=88, =60lm/w H=9103hrs) 室内室内“白光白光HPS”照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 d)WsLarcd高亮度白光高亮度白光HPSex) 100w真空真空d=5, 1arc=21, Ws=33 Tc=2500K 100w,50kPa N2，d=3.5，larc=10, Ws=91 Tc=2700K L2=2L1 , Ra80, =45lm/w 照明行业各种灯具课件

110、光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件思考题：思考题： 1、高高气气压压钠钠蒸蒸汽汽放放电电与与高高气气压压汞汞蒸蒸汽汽放放电在特性上有哪些异同之处？电在特性上有哪些异同之处？ 2、叙述、叙述HPS灯中充灯中充Xe和和Hg的作用。的作用。 3、哪些途径可提高、哪些途径可提高HPS灯的光效？灯的光效？ 4、哪些途径可提高、哪些途径可提高HPS灯的显色指数？灯的显色指数？光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯

111、 诸定昌诸定昌 第八章第八章 金属卤化物灯金属卤化物灯Metal Halide Lamp照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 8.1 金卤灯的基本原理金卤灯的基本原理照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 一一. 灯的基本结构与工作原理灯的基本结构与工作原理1. 外观外观 与与HPM基本相似基本相似2. 填充物填充物Ar(Ar+Ne)几十托几十托 启动气体启动气体Hg 几个几个atm 缓冲气体缓冲气体MXn 几百帕几百帕 发光物质发光物质 几千帕几千帕3. 启动过程启动过程照明行业各种灯具课件光源

112、原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 4. 输出光谱输出光谱稳定下稳定下 PHg/PMXn=100 P=nh/ P=n0 h e-eVex/KT又又 n=n0 e-eVex/KTgg0gg0/=CP0 e-eVex/KT =CP0 e-11600Vex/TPM=CMPM e-11600VexM/TPHg=CHgPHg e-11600VexHg/T照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 CMCHg比起指数项要小很多比起指数项要小很多 令令 =1 PMPHge11600(VexHg-VexM)/T=PMPHg=PMPHge1

113、0=2.2104 =220PMPHg虽然主气压贡献是虽然主气压贡献是Hg，但谱线，但谱线主要贡献是金属主要贡献是金属M。CMCHg照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 讨论：讨论：1. 光谱输出以添加金属的特征光谱为主光谱输出以添加金属的特征光谱为主2. 添加特征光谱为红色区的金属可提高添加特征光谱为红色区的金属可提高Ra3. 添加总辐射能量中添加总辐射能量中50%在可见区的金属，在可见区的金属， 可达到高可达到高的效果的效果=100 Ra65照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 二二. 有效利

114、用金属添加剂的条件有效利用金属添加剂的条件Tw=1000K P100Pa金属金属 Sr Mg Zn Cd Cs后发现后发现PMXn(Tw=1000K) 100Pa一般都用碘化物，少量用溴化物一般都用碘化物，少量用溴化物照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 1. 管壁温度下，有一定的蒸气压（管壁温度下，有一定的蒸气压（P100Pa）有碘化物，少量溴化物满足有碘化物，少量溴化物满足2. Tw下稳定，下稳定，T0区域分解区域分解MXnM+nXT0TwT2500K下，碘化物和少量溴化物分解下，碘化物和少量溴化物分解T1000K下，碘化物和少量溴化物稳定

115、下，碘化物和少量溴化物稳定3. Tamb卤化物的蒸气压尽量低卤化物的蒸气压尽量低 MXn负电性负电性照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 三三. 金属卤化物添加剂的种类金属卤化物添加剂的种类铍砷硒铍砷硒 剧毒剧毒铜银金铜银金 Tw不太稳定不太稳定钙锶钡极少量稀土金属钙锶钡极少量稀土金属 Tw下下P偏低偏低硼铝硼铝 Tamb下下P太高太高 启动电压高启动电压高每二种：有每二种：有1225类类每三种：有每三种：有19600类类每四种：有每四种：有230300类类除去除去50余种金属余种金属卤化物可用卤化物可用照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原

116、理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 1. 按光谱特性要求按光谱特性要求a) In 兰光兰光 410.1和和451.1nmb) Tl 绿光绿光 535nmc) Na 黄光黄光 589.3nmd) Li 红光红光 670.7nme) Ga 紫光紫光 403.2/417.2/358.9nmf) Sc Dy Tn 大量线光谱在可见区大量线光谱在可见区彩色彩色金卤灯金卤灯照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 2. 按照明要求按照明要求a) 发射特征光谱的若干金属卤化物的组合发射特征光谱的若干金属卤化物的组合Na-Te-In lampb) 发射

117、大量密集线光谱的卤化物发射大量密集线光谱的卤化物Dy灯灯Osram Sc-Na灯灯GEc) 分子发光（卤化锡，卤化铝），启动电压高分子发光（卤化锡，卤化铝），启动电压高e) 超高压卤化物蒸气（超高压铟灯）超高压卤化物蒸气（超高压铟灯）照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 四四. 金属碘化物对电弧的影响金属碘化物对电弧的影响1. 电弧的收缩现象电弧的收缩现象添加发射密集线光谱的金属碘化物易造成添加发射密集线光谱的金属碘化物易造成产生原因：产生原因： Vex0.585 管壁稳定型管壁稳定型Vex/ViPMXnVl主要决定于主要决定于larc与与PH

118、g3. 降低启动电压降低启动电压a. Penning Effect照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 b. 降低自由碘的蒸气压降低自由碘的蒸气压Hg+2I=HgI2I+eI-HgI2+eHgI-例：例：PI2(Tamb)=0.4torr=53Pa PHgI2(Tamb)=210-5torr=2.710-3Pac. 充充Hg，启动时为低气压，启动时为低气压照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 8.2 金卤灯的特有问题金卤灯的特有问题照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属

119、卤化物灯 诸定昌诸定昌 一一. 放电管几何形状的要求放电管几何形状的要求1. 高的冷端温度（高的冷端温度（725750oC）措施措施管端呈锥形管端呈锥形涂保温层（涂保温层（ZiO2,Al2O3）加外壳加外壳双端双端抽真空抽真空单端单端充充1/2atmN2照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 2. 恰当的管壁温度分布恰当的管壁温度分布充入量较多，液态分布面越高，辐射越强充入量较多，液态分布面越高，辐射越强3. 恰当的恰当的larc/d比值比值通常通常larc/d（4 5）：）：1（防止辐射的分层现象）（防止辐射的分层现象）例：例：ThI4(重重)

120、 P中等中等 下部辐射强下部辐射强 ScI3,NaI(轻轻) P低低 上部辐射强上部辐射强 TlI3(与与Hg相近相近) P高高 均匀均匀照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 4. 电极压封处有尽可能小的缝隙和端部电极压封处有尽可能小的缝隙和端部二二. 电极结构与电极结构与HPM相似相似所用材料既要有好的发射性能，又不能所用材料既要有好的发射性能，又不能与与MXn有化学反应。有化学反应。1. HMP的电极不能用于的电极不能用于MH灯灯BaO+I2 BaI2+O 加快电极损耗加快电极损耗BaI2 Ba+I2 I2继续与继续与BaO反应反应W+O

121、WO3 易蒸发，管壁发黑易蒸发，管壁发黑照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 2. 金卤灯常用电极金卤灯常用电极a）钍钨电极（不与）钍钨电极（不与MXn有明显的反应）有明显的反应） 逸出功逸出功2.6eV，用于，用于Sc-Na MH systemb）稀土氧化物电极（不能用于）稀土氧化物电极（不能用于Sc-Na灯）灯） emitter: Dy2O3, Y2O3 逸出功逸出功:2.2 2.4eVc）纯钨电极）纯钨电极 逸出功逸出功4.5eV 2KW以上以上MH灯用灯用T电电=2500Kd）ThO2电子粉电子粉 发射性能最好发射性能最好照明行业各种灯

122、具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 三三. 金卤灯的启动问题金卤灯的启动问题1.室温下气相卤素原子和卤化物的存在使室温下气相卤素原子和卤化物的存在使 启动电压较启动电压较HPM和和HPS要高要高2. 工艺流程中引入的氢使启动电压升高工艺流程中引入的氢使启动电压升高氢的危害：氢的危害：H2+Hg*2H+Hg 破坏破坏e+Hg*2e+Hg+ H2+Ar*2H+Hg 破坏破坏Penning effect HIH+I, I+eI- 启动电压上升启动电压上升照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 H2的来源：电极烧氢工

123、艺（电极内部有的来源：电极烧氢工艺（电极内部有H2） O-H火焰压封火焰压封 卤化物的吸潮卤化物的吸潮 灯用材料的灯用材料的OH-的含量的含量3. 电极冷却过快而吸附碘化物，电极冷却过快而吸附碘化物， 使功函数值上升使功函数值上升照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 4. 解决的途径解决的途径a）碘化物在）碘化物在Tamb下下P最小，尽量用最小，尽量用MIxb）尽量控制）尽量控制HgI2的形成的形成 PHgI2(Tamb)=210-5torr方法：充过量的金属方法：充过量的金属 充单碘化物充单碘化物杂质：杂质：Al2O3+IAlI3+O照明行业

124、各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 c）严格工艺）严格工艺电极采用真空高烧处理电极采用真空高烧处理药丸填充过程中控制药丸填充过程中控制H2O和和O的气氛的气氛 H2O, O1ppm外泡壳内装吸氢消气剂外泡壳内装吸氢消气剂采用液化气，煤气和采用液化气，煤气和plasma火焰火焰采用采用Vrei(汞钠汞钠)2. 金卤灯的金卤灯的Vrei随管壁温度上升而变化随管壁温度上升而变化照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 Tw=2000C下达最大值下达最大值TwTg I=0时，形成慢电子被吸附时，形成慢电子被吸附T

125、w=200oC PHgI2此时最大（此时最大（8torr） 形成负离子量达峰值形成负离子量达峰值Tw200oC 一方面：一方面：HgI2全部气化，不可能再增加全部气化，不可能再增加 另一方面：体现高气压放电特性另一方面：体现高气压放电特性照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 3. 电极的发射性能的下降是造成电极的发射性能的下降是造成 Vrei升高的主要原因升高的主要原因4. Vrei与污染源种类有关与污染源种类有关5. Vrei与镇流器的电流输出波形有关与镇流器的电流输出波形有关text照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物

126、灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 五五. 有辅助电极下的电解现象有辅助电极下的电解现象当辅助电极处于正电位，吸收电子流当辅助电极处于正电位，吸收电子流Ie当辅助电极处于负电位，吸收电子流当辅助电极处于负电位，吸收电子流IiIe与与Ii不等不等+-由于辅助电极在上下半周期收集由于辅助电极在上下半周期收集电子流和离子流的明显不同，造电子流和离子流的明显不同，造成辅助电极相对相邻主电极有平成辅助电极相对相邻主电极有平均为均为 60V的负电位，碱金属离子的负电位，碱金属离子迁向辅助电极的钼箔上，引起膨迁向辅助电极的钼箔上，引起膨胀系数升高，导致爆斑开裂。胀系数升高，导致爆斑开裂。照明行业各种灯具课件光源原

127、理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 解决方法：解决方法：a）加双金属片，冷时弹开，加热时）加双金属片，冷时弹开，加热时 将两电极导通将两电极导通b）加二极管（实际不采用）加二极管（实际不采用） （缺：启动时必须为正半周期，温度高（缺：启动时必须为正半周期，温度高 不利于半导体工作）不利于半导体工作）c）辅助电极位于燃点位置上方）辅助电极位于燃点位置上方照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 六六. 金属的损失过程金属的损失过程1. 单端灯的钠损失过程单端灯的钠损失过程产生原因：发自支架的光电子在管壁形成产生原因：发自支架

128、的光电子在管壁形成的负电场拉出的负电场拉出Na+造成电弧管内造成电弧管内I的过量。的过量。解决方法：解决方法： 1. 采用无支撑架结构，或支架远离采用无支撑架结构，或支架远离 放电管。放电管。 2. 外壳内充外壳内充0.5atmN2（防止跳电，不充（防止跳电，不充Ar）照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 2. 其他金属的损失其他金属的损失a）quartz内各种金属离子的溶解度导致内各种金属离子的溶解度导致 拉出管外拉出管外b）光离解使金属与石英反应而损失）光离解使金属与石英反应而损失照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯

129、金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 8.3 陶瓷金卤灯照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 一一. Why ceramic Metal Halide Lamp can develop1). Drawbacks of Quartz Metal Halide Lamp1.Limit for Efficacy-Vapor pressure Vs Arc to temperature2.Rather poor maintenance 3.Color shift during life4.Color spread among Individual Lamp5.H

130、igh Ignition Voltage Changing during life6. Other (eg. explosion at end of life)照明行业各种灯具课件2). 高高Ra值光源的照明效果值光源的照明效果光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 3). 市场的需求：长寿命，高市场的需求：长寿命，高Ra，高稳定性，高稳定性照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 These drawbacks are mostly brought by chemical reaction of quartz and

131、metal halide at high temperature, such as Na diffusion intoquartz tube, chemical reaction of rare earth metal (Sc) and quartz.照明行业各种灯具课件二二. 结构结构Racolor spread光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 三三. 工艺关键工艺关键1. 用稀土氧化物代替用稀土氧化物代替MgOMgO+MI2MgI2+MO22. 稀土氧化物玻璃焊料稀土氧

132、化物玻璃焊料照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计金属卤化物灯金属卤化物灯 诸定昌诸定昌 1.为什么金卤灯中的卤化物大都采用金属的碘化为什么金卤灯中的卤化物大都采用金属的碘化 物？物？2.金卤灯的电场强度主要决定于什么因素？灯的金卤灯的电场强度主要决定于什么因素？灯的 光谱输出主要决定于哪些元素？为什么？光谱输出主要决定于哪些元素？为什么？3.单端金卤灯为什么采用梨形外泡壳？为什么要单端金卤灯为什么采用梨形外泡壳？为什么要 充充N2？4.什么叫什么叫“电解现象电解现象”？如何克服？如何克服？5.金卤灯填充配方的依据有哪些？举例说明它？金卤灯填充配方的依据有哪些？举例说明它？6.为什么

133、要发展陶瓷金卤灯？为什么要发展陶瓷金卤灯？照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 第九章第九章 氙灯氙灯（Xenon lamp）照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 9.1 高气压氙放电的一般特性高气压氙放电的一般特性照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 二、高气压氙放电的光谱特性（大电流） 1、光谱组成 a)很强的连续谱一直延伸到紫外区 b)最大可见辐射在500nm处 c)最强线位于800-1000nm d)弱线位于450

134、-490nm之间照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 3.(nm)P50010004. JPrc照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 三、氙灯的主要特点三、氙灯的主要特点 1、可见区连续光谱强（光色好）、可见区连续光谱强（光色好） 2、有较强的连续紫外辐射和强的红外线光谱辐射。、有较强的连续紫外辐射和强的红外线光谱辐射。 3、电流电压在较大范围内变化时，光谱能量、电流电压在较大范围内变

135、化时，光谱能量 分布变化小。分布变化小。 4、一次性好，启动快（点燃即有、一次性好，启动快（点燃即有80%输出）。输出）。 5、大电流细管径条件下可产生正阻特性。、大电流细管径条件下可产生正阻特性。照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 9.2 长弧氙灯长弧氙灯照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 一、结构一、结构过渡玻璃过渡玻璃封接封接电极电极石英管石英管Xe(几十几十几百几百Torr

136、)照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 9.3 短弧氙灯短弧氙灯照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 一、结构（高亮度光源）一、结构（高亮度光源）挖槽增加了表挖槽增加了表面积面积AC直流：直流：阴阳极之分阴阳极之分照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计氙灯氙灯 诸定昌诸定昌 照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计脉冲灯脉冲灯 诸定昌诸定昌 第十章第十章 脉冲灯脉冲灯

137、(Flash Lamp)照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计脉冲灯脉冲灯 诸定昌诸定昌 特点特点:亮度高亮度高 10101011 cd/m2闪光时间闪光时间:msns用途用途:(高速高速)摄影摄影,目标显示目标显示,测速测速照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计脉冲灯脉冲灯 诸定昌诸定昌 10.1 脉冲灯的放电特脉冲灯的放电特性性照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计脉冲灯脉冲灯 诸定昌诸定昌 一一. 脉脉冲冲灯灯放放电电的的基基本过程本过程1瞬瞬态态过过程程:从从加加上上触触发发高高压压到到放放电电充充满满管管子截面的过程子截面的过程2类稳过程类稳过程:放电通

138、道放电通道充满腔体到放电结束充满腔体到放电结束之间的过程之间的过程.W=0.5C(Vc2-Ve2)Xe过渡玻璃封接过渡玻璃封接CE触触发发丝丝RLR照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计脉冲灯脉冲灯 诸定昌诸定昌 二二.脉冲灯的电特性脉冲灯的电特性1专用名词定义专用名词定义 a)自自击击穿穿电电压压Vs:无无触触发发信信号号时时灯灯需需要要的的最小击穿电压最小击穿电压 b)着火电压着火电压Vz:有触发信号时有触发信号时,灯需要的灯需要的最小击穿电压最小击穿电压 c)剩余电压剩余电压Vl照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计脉冲灯脉冲灯 诸定昌诸定昌 2.启动特性启动特性最小

139、触发电压工作区触发电压自闪区灯管电压VcminVs过渡区照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计脉冲灯脉冲灯 诸定昌诸定昌 3.触发方式 a)外触发 b)内触发 c)火花隙过压击穿内触发外触发火花隙式触发照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计脉冲灯脉冲灯 诸定昌诸定昌 10.2 脉冲灯的光输出特性脉冲灯的光输出特性照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计脉冲灯脉冲灯 诸定昌诸定昌 一一. 基本参数基本参数1闪闪光光持持续续时时间间:t4-t22发光发光(上升上升)前沿前沿0.10.9Im对对应应时时间间t3-t13积分光强度积分光强度余辉时间余辉时间IIm0.90.50.30.1t4t1t2t3t照明行业各种灯具课件光源原理与设计光源原理与设计脉冲灯脉冲灯 诸定昌诸定昌 二二. 脉冲放电的波形和闪光维持时间脉冲放电的波形和闪光维持时间三三. 脉冲灯的光谱脉冲灯的光谱照明行业各种灯具课件