高压钠灯发光原理

1、高压钠灯高压钠灯 2006.01.01高压钠灯泡电弧管外玻壳支架兼导线灯头消气剂柔性导线高压钠灯电弧管铌管封接陶瓷管汞齐钛焊接电极电子粉氙气 Xe为什么会发光？高温下气体电离（正离子与电子数量相等），并伴随着激发和发光沙哈定理：1大气压氩等离子体组分浓度（大气压氩等离子体组分浓度（cm-3）温度温度 K40005000600070008000900010000Ar1.835(18)1.468(18)1.223(18)1.048(18)9.146(17)8.949(17)7.040(17)Ar+1.272(10)1.318(12)2.938(13)2.719(14)1.450(15)5.344(

2、15)1.508(16)Ar+2.336(6)1.005(8)e1.272(10)1.318(12)2.938(13)2.719(14)1.450(15)5.344(15)1.508(16)等离子体等离子体40006000K等离子体的电导率 等离子体的电导率由电子决定。电子质量远小于离子。 等离子体的电导率与电子密度ne成正比，与碰撞频率c成反比。 气体压力增加，碰撞频率就增加，因此电导率减小，电阻增大，管压也就升高。 电子密度随温度的升高迅速增大。电弧中心温度最高，电子密度最大，电导率也最大。 等离子体从电场中吸收的功率为 P = I E = E2。电极 电极通过热电子发射，将电场的能量持续

3、地传输给等离子体。 电极材料要求有良好的导电性、高的熔点、低的发射函数和好的耐化学腐蚀性。 符合上述条件的材料只有钨。为了进一步降低发射函数，在电极上再加上一些发射材料。 电极在高温下工作，电极材料会逐渐蒸发，导致电弧管发黑，光通量下降。 电极发射函数降低，可降低电极的能量损耗。材料WBaSrCaYThWO2BaOSrOCaOY2O3ThO2功函数V4.52.492.352.83.33.35.01-1.71.3-1.61.6-1.92-3.91.7-3高压钠灯的工作温度 陶瓷管的熔点在2400K。 高于1500K时，氧化铝陶瓷开始有蒸发发生，并沉积在玻壳上使其发黑，影响光输出。 温度更高时，钠

4、会和氧化铝陶瓷发生反应。陶瓷管壁温度：1500K电弧中心温度：4000K冷端温度：1025K电极温度：2000K发光原理EnEmE0hv = En Em = c / v钠的能级图高压钠灯的工作物质钠：辐射物质，第一激发电位2.1V，电离电位2.5V， 决定灯的光性能汞：缓冲气体，第一激发电位4.9V，电离电位10.4V，决定电和热性能氙：启动气体，第一激发电位8.4V，电离电位12.1V，要求低的热导率钠汞齐：4mg钠/16mg汞。实际只有0.07mg钠和5.7mg汞蒸发（1025K）。钠蒸汽压：100torr汞蒸汽压：1000torr氙压： 160torr汞的作用 1）增加电场强度（管压），

5、使灯体积缩小。钠压100torr时光效最高钠压100torr，汞压 0 torr时，电场强度7.5V/cm钠压100torr，汞压1000torr时，电场强度15V/cm 2）减小热导损耗，提高灯的发光效率。汞的热导效率是钠的一半。 3）改善灯的颜色。汞在蓝、绿部分有辐射。 选择电弧管直径和电极距离使管壁温度在1500K（钠压100torr）氙的作用 电弧管内充1020torr氙气作为启动气体。在所有非放射性气体中，氙有最低的热导率，因此光效最高。 氙的热导率与汞相当，充入高压氙气的灯中可不需要用汞来增加光效。 室温时充200torr的氙气，灯工作时达2000torr，可使光效提高15%。 氙

6、对电场强度几乎没有影响。为了得到所需的管压，还是要加汞。惰性气体氖/氩(0.5%)氩氪氙光效(Lm/W)91110116120人的视觉V() 明 视觉曲线0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0380430480530580630680730780 (nm)(nm)V()3800.00003850.00013900.00013950.00024000.0004-5450.98035500.99505551.00005600.99505650.9786-7600.000067650.000047700.000037750.000027800.00002Km = 680

7、Lm/W高压钠灯光谱光谱线宽度 自然线宽：根据量子物理，激发能级的高度与能级的寿命成反比。寿命越短，能级高度越不确定。 多普勒加宽：原子本身的不规则运动，使光频率变化。多普勒加宽是对称的，高压钠灯中其宽度在0.4nm数量级。 压力加宽（密度加宽）： 邻近原子的干扰，导致激发 原子的能级发生变化。谱线 不一定对称。 辐射通过等离子体向外传播的途中会部分地被吸收（自吸收）。 自吸收对不同波长不相等，在共振辐射（激发态到基态的辐射）处最强。 压力越高，吸收越强。可用代表压力高低。自吸收光效和显色性 压力增加使增大，谱线范围更宽广，显色指数Ra增大；而光效受人眼视觉的影响反而下降。 一般高压钠灯以光效

8、为目标，如400W灯=10nm。高压钠灯能量分布输入灯功率 Wla =400 W光通量=48000 lm光效=120 lm/W色温 Tc =2100K显色指数 Ra =23平均视觉指数 Vs =0.6灯的启动 在通常情况下气体不导电。要点亮灯，需用某种方法产生初始电子。 气体电离：用高频火花器使气体电离。 加热电极：给电极灯丝通电加热从而产生热电子发射（如荧光灯）。 缩小极距：采用辅助电极（触发极）缩小启动时电极间的距离以增加电场强度，使电极中电子发射（场致发射），如高压汞灯等。 提供高压：在点灯初期提供一个比正常工作电压高得多的电压，增加电场强度，如触发器等。雪崩过程电子的自由程电子的雪崩着

9、火条件： （eL 1）= 1电离系数每个正离子平均在电极上 打出的电子数气体放电的伏安特性AV电子温度和气体温度A 低气压放电灯温度分布B 高气压放电灯温度分布电子温度Te与气体温度Tg在汞放电中随压力的变化高压钠灯的基本电路通电后触发器开始工作，产生高压脉冲将灯点亮。此时灯的管压很低，电流很大，触发器停止工作。大的电流加热电极和陶瓷管，也使钠汞齐蒸发。气压和气温逐渐上升，电流减小，管压增加。当输入的功率（由电源和镇流器决定）与变为等离子体的气体损耗平衡时，灯稳定在相应的工作点。LP CD触发器灯镇流器电源220V管压C高压钠灯的管压（1） 钠汞齐中汞的比例越高，管压就越高。 考虑到钠的损耗，

10、灯中钠汞齐是过量的。灯寿命后期，由于钠的损耗，汞的相对比例增加，管压升高，甚至造成自熄。 考虑到钠灯寿命期间的管压升高，故将初始管压设计得较低。400W钠灯100V，同功率汞灯和金卤灯135V。 电极与电弧管端的距离越近，冷端温度就越高，气压也越高，管压就高。 电极发射性能差也造成管压高。 外玻壳中抽成真空是为了减小热导，保持冷端温度。外壳真空度不高，会使管压降低。高压钠灯的管压（2） 与汞灯不同，外界因素对高压钠灯管压的影响较大。如电源电压，镇流器阻抗，灯具的散热与反光等。灯灯反光器反光器高压钠灯的种类（1）高显色高压钠灯高显色高压钠灯 提高压力使增大，从而谱线范围增宽，提高了显色性和色温。但光效有较大下降。 方法是缩短电弧管并在其两端加保温层以提高冷端温度。内触发高压钠灯内触发高压钠灯 在灯内加一个起跳装置，一般用双金属片做成，与电弧管并联。通电对双金属片加热，使其变形而突然断开线路，由此借助镇流器产生一个高压反向电动势将灯点亮。点亮后灯的热量保持双金属片为断开状态。灯熄灭后双金属片冷却返回初始状态。高压钠灯的种类（2）高光效高压钠灯高光效高压钠灯 提高氙气充入压力，可减