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什么是金卤灯?怎么分类?工作原理是什么?

2013-10-16  发布者:admin 

 

  金属卤化物灯(英语:Metal halide lamp,简称:金卤灯)是交流电源工作的,在汞和稀有金属的卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光的放电灯,金属卤化物灯是在高压汞灯基础上添加各种金属卤化物制成的第三代光源。照明采用钪钠型金属卤化物灯,该灯具有发光效率高、显色性能好、寿命长等特点,是一种接近日光色的节能新光源,广泛应用于体育场馆、展览中心、大型商场、工业厂房、街道广场、车站、码头等场所的室内照明。

金卤灯

(左)欧标金卤灯  (右)美标金卤灯

性能结构

金属卤化物灯(简称金卤灯)有两种,一种是石英金卤灯,其电弧管泡壳是用石英做的,另一种是陶瓷金卤灯,其电弧管泡壳是用半透明氧化铝陶瓷做的,金卤灯是目前世界上最优秀的电光源之一,它具有高光效(65~140lm/w),长寿命(5000~20000h),显色性好(Ra65~95)结构紧凑、性能稳定等特点。它兼有荧光灯、高压汞灯、高压钠灯的优点、克服了这些灯的缺陷,金卤灯汇集了气体放电光源的主要优点。尤其是光效高、寿命长、光色好三大优点.因此金卤灯发展很快,用途越来越广。市场上的金卤灯同其它气体放电灯一样,灯内的填充物中有汞,汞是有毒物质,制灯注汞时,处理不慎,会造成对生产环境污染,有损工人的身体健康,电弧管排气时,有微量的汞蒸气排出,若处理不当,会直接排入大气,当使用的灯破损,皆会对环境造成污染。 由金属蒸汽(例如汞)和卤化物(如镝、钠、铊、铟等元素的卤化物)的分解物的混合物辐射而发光的气体放电灯。具有添加金属的特征光谱线,因而光色改善,也提高了光效。这类灯的相关色温4000K左右,显色指数70,光效在70lm/W以上。

  金属卤化物灯产品参数采用国际领先的电弧管独特橄榄状外形设计,能够带来极佳的光色一致性。 有效地解决因光色漂移引起的色彩分布不均现象。 采用无焊点的支架安装结构,可以防止因高温氧化或振荡引起的支架焊点断裂,更加提高了灯泡的可靠性。 电弧管不受燃点位置的限制,可以实现任意位置的燃点。 发光效率极高,比普通金卤灯光效高20%。HPl400/ED/UP/4K的平均光效在110lm/w。 在合理的点灯线路上使用,对灯的电极有更好的保护作用,可以使灯的使用寿命更持久。最长可达20000小时以上。 高光效和长寿命,可以减少工程中使用光源、电器和灯具的数量,减少灯泡更换的次数,从而降低了整体维护成本。 适合垂直燃点和水平燃点,垂直燃点效果更好。 最适用于对光色一致性要求较高的厂房、大型卖场、购物中心、建筑物、广告、机场等场所的照明。

金卤灯优点:金卤灯启动时,需要内部或外部装置提供高压触发启动, 在高温电弧管中,金属卤化物分解成金属和卤素原子(或分子),金属原子参与发光,再管壁低温处金属和卤素又生成卤化物,如此循环。 金属卤化物灯由于光效高(可达65-140W/lm)、显色性能好(Ra65-95)、理论寿寿命长(5000小时至2万小时),由于材料、工艺的限制,目前国产金属卤化物灯寿命在8000小时。同时具有功率高、体积小、并具白帜灯与荧光灯的双重优点而为世人瞩目。

金卤灯缺点:不能热启动不能随光随关,一般都要3分钟冷却后才能第二次发光,发热量大点,这些做好散热不成问题,光衰也讲下,光衰呢其实投影此灯在3000小时左右是可以接受的,再点到4000小时就衰减比较大了。灯内的填充物中有汞,汞是有毒物质,制灯注汞时,处理不慎,会造成对生产环境污染,有损工人的身体健康,电弧管排气时,有微量的汞蒸气排出,若处理不当,会直接排入大气,当使用的灯破损,皆会对环境造成污染。

分类

金属卤化物充入电弧管内,利用金属原子电离激发发光的电光源。具有发光效率高、色温高、显色性好等特点。1911年,施泰因梅茨发现,在汞放电灯中加进各种金属碘化物时,放电电弧中就会产生这些金属的光谱。但是,当时的放电管温度受玻璃软化点的限制,其光谱强度微弱。1953年,制成放电中采用碘化钍、不需要电极的微波激发石英发光灯,它产生亮白色的钍发射谱线。50年代末,为了改进高压汞灯的光色,进行了在汞电弧管内充入各种金属及金属卤化物的试验。1961年,第一支金卤灯问世,灯内的发光物质不再是汞,而是金属卤化物(钠、铊、铟的碘化物)。金属卤化物灯得到进一步研究和发展。 金属卤化物灯的分类方法很多,按填充物可分为4类:①钠铊铟类。具有线状光谱,在黄、绿、蓝区域分别有 3个峰值。②钪钠类。在整个可见光范围内具有近似连续的光谱。③镝钬类。在整个可见光谱范围内具有间隔极窄的多条谱线,近似连续光谱。④卤化锡类。具有连续的分子光谱。还有充填单一金属卤化物的灯,它能发射特定波长的光谱,如铊灯具有535nm波长光谱、绿色。

  按灯的结构可分为3类:①石英电弧管内装两个主电极和一个启动电极,外面套一个硬质玻壳(有直管形和椭球形两种)的卤钨灯。这类灯主要用于体育场、道路、厂房等处的普通照明。②直管形电弧管内装一对电极,不带外玻壳,可代替直管形卤钨灯,用于体育场等地区泛光照明。③不带外玻壳的短弧球形卤钨灯、单端或双端椭球形的卤钨灯。主要用于电影放映和电影、电视的拍摄照明。 

  带硬质玻璃外玻壳(也可采用石英外玻壳)的卤钨灯,发光效率约75~120lm/W,寿命从数千小时至两万小时;直管形电弧管卤钨灯的发光效率约90lm/W,寿命1000~2000小时;短弧球形卤钨灯的发光效率为90~120lm/W,寿命为数百小时。金属卤化物的最大功率为10kW,最小的可低到25W,供家庭照明使用。

工作原理

电弧管内充有汞、惰性气体和一种以上的金属卤化物。工作时,汞蒸发,电弧管内汞蒸气压达几个大气压(零点几个兆帕);卤化物也从管壁上蒸发,扩散进入高温电弧柱内分解,金属原子被电离激发,辐射出特征谱线。当金属离子扩散返回管壁时,在靠近管壁的较冷区域中与卤原子相遇,并且重新结合生成卤化物分子。这种循环过程不断地向电弧提供金属蒸气。电弧轴心处的金属蒸气分压与管壁处卤化物蒸气的分压相近,一般为 1330~13300Pa。通常采用的金属平均激发电位为4eV左右,而汞的激发电位为7.8eV。金属光谱的总辐射功率可以大幅度超过汞的辐射功率。结果,典型的金属卤化物灯输出的谱线主要是金属光谱。充填不同种金属卤化物可改善灯的显色性(平均显色指数Ra为70~95)。

 

汞电弧总辐射中仅有23%在可见光区域内,而金属卤化物电弧的总辐射则有50%以上在可见光区域内,灯的发光效率可高达120lm/W以上。 金属卤化物与电极、石英玻璃之间以及卤化物相互之间在高温下都会引起化学反应。金属卤化物容易潮解,极少量水的吸入可造成放电不正常,使灯管发黑。电极电子发射物质系采用氧化镝、氧化钇、氧化钪等,以防止发射物质与卤素发生反应。电弧管内有些金属(如钠)会迁移,结果会使卤素过量,导致卤素负电性极强,引起电弧收缩和启动电压、工作电压升高。金属卤化物灯仅靠触发电极的作用是不能可靠启动的,一般采用双金属片启动器,或者采用有足够高启动电压的漏磁变压器,也有采用电子触发器的。金属卤化物灯的点燃还需要限流器(即镇流器),其工作电流比同功率高压汞灯的要大一些。