第七章 高压钠灯

第七章高压钠灯第一页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

诸定昌

一、工作原理1、低气压钠蒸汽放电的特性a)有很高的共振辐射效率共振电位

b)共振辐幅的最佳条件①PNa=0.4Pa时，第二页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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②最佳管径（汞有7种同位素）③④P惰=10～100Pa，兼顾寿命H，实际充（400-2×103）Pa或经验公式P惰=840/d(cm)(Pa)例：第三页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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⑤J(最佳)=0.1～

0.6A/cm2c)共振辐射谱线在视见函数的灵敏区，η高2、最佳管壁温度的保证（最佳PNa）a)隔热保温法～～第四页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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减少热损耗的途径对D线有85%~90%的透过率对红外有91%反射率b)充Ne-Ar混合气（提高Tw，降低Vs）c)异形截面Sn+In2O3第五页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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3、钠的经向泵漏效应平衡下ni(r)=ni(0)(1-r2/ri2)NaNa+Na+Nari

0rini(0)na(r)ri

0rinna’第六页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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na’表示轴上中性原子浓度的减少量代入，得µini(0)()ri=+µana’()ri

kTeekTge-2rri2-2rri2令µi≈

µa，

即na’=10ni(0)若ni(0)/na(ri)=5%(电离度),有na’/na(ri)=10ni(0)/na(ri)=50%当na’=na(ri)时临界电流耗空效应第七页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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二、LPS的结构与设计a)U型放电管b)外泡壳第八页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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三、LPS灯的应用1、光效高 180lm/w2、显色性差 Ra=20 3、单色光源：透雾性强4、启动电压高：漏磁变压器+触发器第九页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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7.2高气压钠蒸气放电特性一、高气压钠蒸汽放电的特点

1.与高气压汞蒸汽放电特性相似之处a)电弧收缩Te≈Tg(LTE)，大J值b)随PNa上升，共振吸收越来越强c)非共振谱线增强且放宽第十页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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2、与高气压汞蒸汽放电特性不同之处共振谱线随PNa增加，先自吸收，后自反，两翼放宽并且加强，其辐射效率仍很高（40%）。3、两翼加宽的机理a)自然宽度：10-5nmb)多普勒宽度：10-4nm第十一页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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c)压力放宽：关键：τin因同位素关系，其值在HPS中远大于在HPM中Stark放宽10-3nm共振放宽10-1nm4.影响共振线自反不对称的原因a)共振放宽属对称性第十二页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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ρ=r/ri第十三页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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5.特点的总结由于自反，共振辐射的能量仍占输入电能的40%左右η=125lm/w第十四页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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b)共振辐射的放宽及其它可见谱线的加强（及连续谱）使Ra有所提高。c)有高的功率密度（体积小，Tw高）HPS400w di=8mm 1arc=70-80mmWs=19w/cm2HPM400wdi=18mm 1arc=65mm Ws=9-10w/cm2第十五页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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二、高压钠电弧的热导损失和电场强度（半经验）三、高压钠电弧的温度分布（半经验）第十六页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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7.3高压钠灯（HPS）1、放电管（arctube）第十七页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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第十八页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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第十九页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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第二十页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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第二十一页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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总结：增加管径，提高Tw，选择合理的Pl1值，并使Δλ=8~12nm时，可提高灯的光效（P电和X值确定）第二十二页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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dlarc①②第二十三页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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2、经验公式（略）3、显色指数的改善方法a)电弧管两间包钽箔（提高Tcol,提高蒸气压）RaΔλHPMHPSη=50Ra=20η=120Ra=25~30Δλ=APNari1/2第二十四页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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b)充高压氙气“范氏”放宽Ra（d=8,Pxe=40kPa,Pl=360W）=Ra(d=12,Pxe=2.7kPa,Pl=360W)=50-60第二十五页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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c)改变几何参数Larc↓↓d↑(ri↑)Ws↑→Tcol↑→PNa↑Ex)400wd=8d=13larc↓使Tcol=700oCTcol=850oCPNa=27kPaPNa=67kPa(Ra=88,η=60lm/wH=9×103hrs)室内“白光HPS”第二十六页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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d)WsLarcd高亮度白光HPSex)100w真空 d=5,1arc=21,Ws=33Tc=2500K100w,50kPaN2，d=3.5，larc=10,Ws=91Tc=2700KL2=2L1,Ra≥80,η=45lm/w

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第二十八页，共三十页，2022年，8月28日光源原理与设计—钠灯

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