光源原理与设计高压汞灯课件

1、光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 6.2 高压汞灯光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 一. 结构1. 放电管石英泡壳Hg+Ar填充物自热式电极+辅助电极光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 3. 外壳 硬玻璃（软玻璃） 加荧光粉荧光高压汞灯即可提高光效，又可提高显色指数2. 支架 电引线+启动电阻主电极和辅电极间先被击穿，产生电子，放电建立。光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 二. 高压汞灯的设计1. 选定工作气压a）PHg照明灯 (24 )atm紫外辐射灯 (0.50.6)atmb）PHg与Tw的关系过量Hg下lgPHg=- +7.752Tw(k)3.36103光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 c）高压汞灯中

2、汞量与PHg的关系非饱和状态，200.6mg液汞在标准状态下，产生22.4cm3的汞蒸气在体积为V，温度为T，且均匀分布的灯中产生PHgPHg= /22.4273VT光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 在管半径为ri，且温度为T(r)的单位弧长体积中产生PHgPHg=22.42730ri2rT(r)dr在单位弧长充汞量为m(mg/cm)，在ri与T(r)的条件下产生PHgPHg=22.4m273200.602rT(r)dr2PHgm200.6=PHg=m76800riT(r)dr2ri2光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 2. 选定电参数（Pl给出，Vl选定，Il可知）Pl=VlIll(l=0.9)V

3、l=VAK+ELarca) VAKb) Vl锆酸钡电子粉电极 1213V纯钨电极 17VVlVl不稳定Vl=(1/22/3)Vn=(110140)V光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 3. 选定管壁负载Ws=Pl/d larc-Ws照明灯 910w/cm2紫外灯 5.56.5w/cm22光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 4. 充汞量与E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rarc=c3riE= 6Pl11/2 m7/12(Pl1

4、-Pc1)1/3d3/2代入Pl1 =30w/cm Pc1=10E12m7/12 d3/2=Vl-VAklarc-光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 l=larc +2T.T.Q+压封区总充汞量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光源原理与设计高压汞灯 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 m2/d250-(3)三.高压汞灯的启动f稳定时间410分FItPl Tw PHg PHg(max)光源原理与设计高压汞

5、灯 诸定昌 1.HID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 are heated to a value where thermal emission delivers

6、most of the current. d) Comes to slow transition from a low pressure to a high pressure.光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 2.影响Vs的因素a) Tamb Penning Effectb) 电极发射性能与几何尺寸c) 杂质气体 H2的危害(H2对石英有渗透效应)H2+Ar* 2H +Ar 破坏Penning 效应H2+Hg* 2H +Hg 破坏阶梯电离一般Es=4v/cm Torr 400w larc=6.5cm PAr=20Torr Vs=520v光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 3.降低Vs的措施a)主电极

7、的合理设计电子发射材料的选择碱土 逸出功 1.6eVBaZrO3(1.63eV)Ba3WO6Ba2CaWO6+Ba2CaMoO6常用2.07钡钨类电极 (T电=15001900oC)电子粉圈杆(钍)钨dl光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 电极的几何尺寸芯杆：直径、伸出钨圈长度钨圈（热辐射体，贮电子粉）：直径、圈数辐射体保证足够高的温度使 2BaWO6+W 3BaWO4 +3Ba辐射体温度太高，蒸发大光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 芯杆伸出太长，T尖高，Ba损失大；伸出太短，电弧接触钨圈部位，蒸发大合理的尖端温度和辐射体温度b) 加辅助电极(可降低50%的Vs值)辅助电极(12mm) R3040kc) 改善低温启动的措施充Ne-Ar潘宁气体，降低限流电阻R=10k，双辅助电极，加吸气剂光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 四.影响寿命的因素1.启动时阴极溅射造成的emitter损耗a) 电极材料与几何尺寸b) 启动电流的大小 Is-启动电流 Io -工作电流 Is=1.5Ioc) 电源的频率2.正常燃点时的蒸发光源原理与设计高压汞灯 诸定昌 3.惰性气体的影响(Pd关系)4.管壁负载Ws的影响Tw不能太高（析晶），Ws=910W/cm25.工艺的影响水汽 H2o H +O电极