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什么是卤素灯泡?工作原理?

2013-10-16  发布者:admin 

简介

卤素灯泡(Halogen lamp),亦称钨卤灯泡,是白炽灯的一种。原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体。在高温下,升华的钨丝与卤素进行化学作用,升华的钨会重新凝固在钨丝上,形成平衡的循环,避免钨丝过早断裂。因此卤素灯泡比白炽灯更长寿。

 卤素灯泡

历史

一般认为电灯是由美国人托马斯·爱迪生所发明。但倘若认真的考据,另一美国人亨利·戈培尔(Heinrich G恋攀氀)比爱迪生早数十年已发明了相同原理和物料,而且可靠的电灯泡,而在爱迪生之前很多其他人亦对电灯的发明作出了不少贡献。

  1801年,英国化学家戴维将铂丝通电发光。

  1810年,戴维发明了电烛,利用两根碳棒之间的电弧照明。

  1854年亨利·戈培尔使用一根炭化的竹丝,放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时,但是并没有即时申请设计专利。

  1850年,英国人约瑟夫·威尔森·斯旺(Joseph Wilson Swan)开始研究电灯。

  1878年,约瑟夫·威尔森·斯旺以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利,并开始在英国建立公司,在各家庭安装电灯。

  1874年,加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氮气,以通电的碳杆发光。但是他们无足够财力继续发展这发明,于1875年把专利卖给托马斯·爱迪生。

  1879年,爱迪生改以碳丝造灯泡,成功维持13个小时。

  1880年,爱迪生的炭化竹丝灯泡曾成功在实验室维持1200小时。但是在英国,斯旺控告爱迪生侵犯专利,并且获得胜诉。爱迪生在英国的电灯公司被迫让斯旺加入为合伙人。但后来斯旺把他的权益及专利都卖了给爱迪生。在美国,爱迪生的专利亦被挑战。美国专利局曾判决他的发明已有前科,属于无效。最后经过多年的官司,爱迪生得到碳丝白炽灯的专利权。

  1906年,通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法。最终廉价制造钨丝的方法得到解决,钨丝电灯泡被使用至今。

  1910年,美国的库利厅用钨丝做灯丝,发明了钨丝灯泡。

  1913年,美国的兰米尔在玻壳里充入气体以防止灯丝蒸发,发明了充气钨丝灯泡。

  1925年,日本的不破橘三发明了内壁磨砂灯泡。

  1932年,日本的三浦顺一发明了双螺旋钨丝灯泡。

  灯泡的使用使大千世界变得更绚丽多姿,光彩夺目。

 

工作原理

卤素灯泡与其他白炽灯的最大差别在于一点,就是卤素灯的玻璃外壳中充有一些卤族元素气体(通常是碘或溴),其工作原理为:当灯丝发热时,钨原子被蒸发后向玻璃管壁方向移动,当接近玻璃管壁时,钨蒸气被冷却到大约800℃并和卤素原子结合在一起,形成卤化钨(碘化钨或溴化钨)。卤化钨向玻璃管中央继续移动,又重新回到被氧化的灯丝上,由于卤化钨是一种很不稳定的化合物,其遇热后又会重新分解成卤素蒸气和钨,这样钨又在灯丝上沉积下来,弥补被蒸发掉的部分。通过这种再生循环过程,灯丝的使用寿命不仅得到了大大延长(几乎是白炽灯的4倍),同时由于灯丝可以工作在更高温度下,从而得到了更高的亮度,更高的色温和更高的发光效率。

卤钨灯的基本发光原理和白炽灯相同,都是热辐射光源。不同的地方在于卤钨灯里面充入了特殊的工作气体,其成分是95%的混合气(二溴甲烷和氪气)以及5%的高纯氮,这些气体在灯泡内建立了卤钨循环。具体过程是灯丝中的钨挥发出来后,会超温度较低的地方移动,然后在管壁处和Br结合生成WBr2;而在温度较高处,WBr2又会分解,生成的W会回到灯丝上,Br回到工作气体中,这就是整个卤钨循环的过程。通过这样的卤钨循环,灯丝上的钨不会逐渐挥发,由于“热点”效应而是灯丝烧断,也不会因为钨在灯泡壳上沉积而发黑,其寿命得到大大延长。

  

发光原理

所有白炽灯的发光原理都是利用物体受热发光原理和热辐射原理而实现的,最简单的白炽灯就是给灯丝导通足够的电流,灯丝发热至白炽状态,就会发出光亮,但这种白炽灯的寿命会相当相当的短。目前见到的白炽灯之所以采用了以下各种技术,其目的都在于使得白炽灯具有更长的寿命和使用起来更加方便:真空玻璃管(减少灯丝氧化程度)、灯脚(便于你将灯泡插在灯座上)、填充惰性气体(增加灯泡的亮度以及使用寿命)等等。

 

优点和缺点

白炽灯具有很多的优点:简单、成本低廉、亮度容易调整和控制、显色性好(Ra=100)等等,但同时也存在着许多致命的缺点:如使用寿命短、发光效率低(一般只有6%(飞利浦可以达到10%)可转化为光能,而其余部分都以热能的形式散失)、色温低(2700-3100K)。卤素灯泡则在保留上述优点的基础上大大改善了这些缺点。