电光源原理第五章荧光灯

1、第五章第五章 低压水银荧光灯低压水银荧光灯第五章第五章 低压水银荧光灯低压水银荧光灯低压汞灯发光原理 低压汞灯结构设计 荧光粉发光特性与电极设计 荧光灯的技术发展 荧光灯电路其他荧光光源、荧光灯的应用荧光灯的工作原理荧光灯的工作原理:灯内包含有低气压的汞蒸气和少量的惰性气体,灯管的内表面涂有荧光粉层,灯内的低气压汞蒸气放电将60%左右的输入电能转变成波长为253.7nm的紫外辐射,荧光粉能有效地将这一紫外辐射转变成可见光。紫外辐射可见光荧光粉汞原子电子电极5-1低压汞灯发光原理6 D27 S06 P17 S16 P26 P16 P06 S011113333253.7185.0PHg(pa)AB

2、CDEF0.8 Pa1-5atm10atmABCDEF0.8 Pa1-5atm10atm电子排布：1S22S22P63S23P63d104S24P64d104f145S25P65d106s2（紫外）光效与蒸汽压5-1汞的能级与光谱汞的能级与光谱5-2 5-2 低压汞灯结构设计低压汞灯结构设计 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一定管径下(38mm)存在对应的最佳汞气压存在对应的最佳汞气压0.8Pa 在小于在小于0.8Pa0.8Pa前，随汞浓度增加，汞原子前，随汞浓度增加，汞原子与电子碰撞机会变大，紫外效率提升与电子碰撞机会变大，紫外效率提升在大于在大于0.8Pa0.8P

3、a后，汞浓度继续增加，由于后，汞浓度继续增加，由于辐射禁锢，气体对紫外线的吸收也在增加，辐射禁锢，气体对紫外线的吸收也在增加，紫外效率不增反减紫外效率不增反减在室温在室温25时，管壁温度保证时，管壁温度保证40，要求表面负载要求表面负载0.04-0.05W/cm25-25-2最佳蒸汽压决定最佳工作温度 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) (缓冲气体，增加电子与原子碰撞的机会缓冲气体，增加电子与原子碰撞的机会)只充汞只充汞P=0.8Pa 自由程自由程 =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碰撞就已运动到管壁而损失掉PAr=100Pa =0.01cm充

4、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5-25-2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 21.5 15.7 14.0 12.1 10.4 15.4c)控制电导率控制电导率, 改善管压和电流改善管压和电流d)减少电极物质的损失减少电极物质的损失b) 潘宁效应，降低启动电压潘宁效应，降低启动电压充充Ar使汞原子更容易激发，启动电压减小使汞原子更容易

5、激发，启动电压减小5-25-2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的最小的最小可见，充可见，充Kr最好，但无法降低启动电压，最好，但无法降低启动电压，氙贵，自己还容易发光。考虑潘宁效应充氙贵，自己还容易发光。考虑潘宁效应充Ar5-25-2b)气压对能耗的影响气压对能耗的影响当当PAr=100Pa uv=uvmax充入一定量惰性气体，与电子碰撞，导致充入一定量惰性气体，与电子碰撞，导致电子与汞原子碰撞几率变大，激发汞原子电子与汞原子碰撞几率变大，激发汞原子 充入过量惰性气体，电子与气体碰撞充入过量

6、惰性气体，电子与气体碰撞次数过多，能量交换太大，变为气体次数过多，能量交换太大，变为气体热损失热损失理论值理论值100pa实际充实际充200 660Pa(1.5 5torr)5-25-2放电管直径和长度对放电管直径和长度对uv的影响的影响0.8Pa汞蒸气压下存在最佳管径：汞蒸气压下存在最佳管径：T12 38mmd禁锢禁锢禁锢禁锢 光线不易射出灯管光线不易射出灯管d电子与管壁碰撞频繁电子与管壁碰撞频繁 ，损失大，为弥，损失大，为弥补电子的损失，提升电子温度又导致热损。补电子的损失，提升电子温度又导致热损。5-25-22.长度长度l越长，光效越高越长，光效越高Pe=I (E*lc+VAK) Pe一

7、定一定 lcIP 电极电极uv一般一般 l=(1.2 2.4)m40W 100W5-25-2T8 1w=30mmT5 1w=40mm电流密度电流密度J对对 uv 的影响的影响紫外光效要求紫外光效要求J不宜太大不宜太大管壁负载要求管壁负载要求J不宜太小不宜太小J0.030.13 A/cm5-25-2一一.荧光粉的定义荧光粉的定义光（紫外）致发光的粉状固体材料，光（紫外）致发光的粉状固体材料，称为荧光粉。称为荧光粉。由盐激活中心由盐激活中心(阳离子，络阳离子阳离子，络阳离子)组成组成5-3 5-3 荧光粉发光特性与电极设计荧光粉发光特性与电极设计二二.对荧光粉的主要要求对荧光粉的主要要求1.高的转

8、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5-35-3三三.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(调调Mn含量）含量）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)5-35-32.三基色粉三基色粉分别发射兰分别发射兰(451)，绿，绿(543)，红，红(611)中心波长的三类粉中心波长的三类粉BaMg2Al16O27:Eu2+; MgAl1

9、1O19:Ce3+,Tb3+; Y2O3:Eu3+Tb铽铽(terbium)； Ce铈铈(cerium)；Eu铕铕(=Europium)；Y钇钇 (yttrium) 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：价格是卤粉的缺点：价格是卤粉的50倍倍节能灯所用的色粉是三基色粉节能灯所用的色粉是三基色粉,价格约为价格约为2000元元/公斤公斤,而普通灯用的卤粉价格约而普通灯用的卤粉价格约在在20元元/公斤左右公斤左右,两者相差近百倍。两者相差近百倍。 5-35-31.电极的结构形式电极的结构形式a)双螺旋

10、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 5-3 5-3 2.电子发射材料电子发射材料三元碳酸盐三元碳酸盐：碳酸钡，碳酸锶，碳酸钙：碳酸钡，碳酸锶，碳酸钙重量百分比：重量百分比： 50% 40% 10%5-3 5-3 根据荧光灯的分类根据荧光灯的分类T12管管卤粉卤粉T8T5管管三基色粉三基色粉双层涂粉、铝膜保护5-4 5-4 荧光灯的技术发展荧光灯的技术发展5-45-45-45-45-45-4荧光灯使用（

11、温度）荧光灯使用（温度）直管荧光灯只能用于室内汞齐的荧光灯（自镇流居多）可在室外条件不苛刻的场所使用 5-45-4荧光灯镇流器分为电感镇流器和电子镇流器两大系列.电感镇流器的功能:电感镇流器是绕漆包线的硅钢片的电感绕组v 在启动时借助启动器的通断产生高电动势使荧光灯导通v 在灯工作时使灯管电流保持在稳定的正常燃点的电特性5-55-5荧光灯电感镇流器系统荧光灯电感镇流器系统镇流器提供稳定电流镇流器提供稳定电流电容修正电容修正功率因数功率因数电感性电路相线相线中线中线启动器提启动器提供触发电压供触发电压系统配置系统配置5-55-5（电感）荧光灯启动原理（电感）荧光灯启动原理1. 当电路接通时, 电

12、压加在启动器双金属片触点两端,激发波壳内气体产生辉光放电,从而加热接触片. 2. 双金属片弯曲接触,电流通过回路加热灯丝,这时的电流称为“预热”电流. 双金属片之间没有电压,不发生辉光放电,金属片变冷,靠弹性分开.二电极闭合的时间就是灯丝预热时间（约0.5-2S).3. 灯丝预热后启动电压降低，同时启辉器断开瞬间，镇流器两端产生很大自感电动势。这个电压与电源电压叠加，在灯两端产生“峰值电压”, 灯点亮. 4. 灯亮后，加在启辉器上电压只有100V,而其着火电压130V，所以启辉器不工作。5-55-5每一次开关对灯的每一次开关对灯的寿命影响很大寿命影响很大5-55-5n无极荧光灯n平板荧光灯n冷阴极荧光灯n霓虹荧光灯5-65-6其他荧光光源其他荧光光源5-65-65-65-65-65-65-65-65-65-6荧光灯的特点和应用荧光灯的特点和应用灯的优点灯的优点a) 高，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5-65-6灯的缺点灯的缺点a)几何尺寸大，几何尺寸大，不宜发展大功率不宜发展大功率b) 对环境温度对环境温度要求高要求高c) 光闪烁光闪烁b)特殊光源特殊光源保健灯(270 370nm)黑光灯(370nm) 诱虫光化学灯(400nm)杀菌灯(25