Галогенная лампа (также называемый вольфрам галогеном , кварц-галоген , и кварцевый иод лампой) представляет собой лампу накаливания , состоящая из вольфрамовой нити запечатанной в компактной прозрачной оболочке, которая заполнена смесью с инертным газом и небольшим количеством галогена , например йод или бром . Комбинация газообразного галогена и вольфрамовой нити создает галогенный цикл.химическая реакция, при которой испаренный вольфрам снова осаждается на нити, увеличивая срок ее службы и сохраняя прозрачность оболочки. Это позволяет нити накаливания работать при более высокой температуре, чем стандартная лампа накаливания с аналогичной мощностью и сроком службы; это также дает свет с более высокой светоотдачей и цветовой температурой . Небольшие размеры галогенных ламп позволяют использовать их в компактных оптических системах для проекторов и освещения. Маленькая стеклянная колба может быть заключена в более крупную внешнюю стеклянную колбу, которая имеет более низкую температуру, защищает внутреннюю колбу от загрязнения и делает колбу механически более похожей на обычную лампу. [1]
Стандартные и галогенные лампы накаливания намного менее эффективны, чем светодиодные и компактные люминесцентные лампы , и поэтому во многих местах были или постепенно прекращаются .
История
Лампа с углеродной нитью, использующая хлор для предотвращения потемнения оболочки, была запатентована [2] в 1882 году, а лампы «NoVak» с хлором поступили в продажу в 1892 году. [3] Использование йода было предложено в патенте 1933 года [4]. в котором также описано циклическое повторное осаждение вольфрама обратно на нить. В 1959 г. компания General Electric запатентовала [4] практичную лампу, использующую йод. [5]
Постепенно прекращать
В 2009 году ЕС и другие европейские страны начали поэтапный отказ от неэффективных ламп . Производство и импорт галогенных ламп с направленным питанием от сети было запрещено 1 сентября 2016 года, а с 1 сентября 2018 года - с галогенными лампами ненаправленного действия. [6] Австралия запретит галогенные лампы в конце 2021 года в качестве первоначальной даты сентября 2020 года [ 7] был отодвинут, чтобы политика соответствовала требованиям Европейского Союза. [8] В июне 2021 года правительство Великобритании также объявило о планах прекратить продажу галогенных ламп с сентября в рамках более широких усилий Великобритании по борьбе с изменением климата. [9]
Галогенный цикл
В обычных лампах накаливания испаренный вольфрам в основном осаждается на внутренней поверхности колбы, в результате чего колба чернеет, а нить накаливания становится все более слабой, пока в конце концов не сломается. Однако присутствие галогена устанавливает обратимый цикл химической реакции с этим испаренным вольфрамом. Галогенный цикл сохраняет лампу чистой и обеспечивает почти постоянную светоотдачу на протяжении всего срока службы лампы. При умеренных температурах галоген реагирует с испаряющимся вольфрамом, образовавшийся галогенид перемещается в инертном газе. Однако в какой-то момент он достигнет более высоких температур внутри колбы, где затем диссоциирует , высвободив вольфрам обратно на нить накала и высвободив галоген для повторения процесса. Однако для успешной реакции общая температура колбы лампы должна быть значительно выше, чем у обычных ламп накаливания: только при температурах выше 250 ° C (482 ° F) [10] на внутренней стороне стеклянной оболочки галоген Пар может соединяться с вольфрамом и возвращать его к нити, а не вольфрам, оседающий на стекле. [11] Трубчатая галогенная лампа мощностью 300 Вт, работающая на полной мощности, быстро достигает температуры около 540 ° C (1004 ° F), в то время как обычная лампа накаливания на 500 Вт работает только при 180 ° C (356 ° F) и 75 Вт. обычная лампа накаливания при температуре всего 130 ° C (266 ° F). [12]
Колба должна быть изготовлена из плавленого кварца (кварца) или стекла с высокой температурой плавления (например, алюмосиликатного стекла ). Поскольку кварц очень прочен, давление газа может быть выше [13], что снижает скорость испарения нити, позволяя ей работать при более высокой температуре (и, следовательно, световой эффективности ) в течение того же среднего срока службы. Вольфрам, выделяющийся в более горячих регионах, обычно не осаждается там, где он появился, поэтому более горячие части нити в конечном итоге истончаются и выходят из строя.
Кварцевые йодные лампы, использующие элементарный йод, были первыми коммерческими галогенными лампами, выпущенными GE в 1959 году. [14] [15] Вскоре было обнаружено, что бром имеет преимущества, но не используется в элементарной форме. Некоторые углеводородные соединения брома дали хорошие результаты. [16] [17] Регенерация нити накала также возможна с помощью фтора, но его химическая реактивность настолько велика, что другие части лампы подвергаются атаке. [16] [18] Галоген обычно смешивают с благородным газом , часто с криптоном или ксеноном . [19] В первых лампах для опор нити накаливания использовался только вольфрам, но в некоторых конструкциях используется молибден - примером является молибденовый экран в фаре с двумя нитями накаливания H4 для европейского асимметричного проходящего луча.
При фиксированной мощности и сроке службы световая отдача всех ламп накаливания максимальна при определенном расчетном напряжении. Галогенные лампы, рассчитанные на работу от 12 до 24 В, имеют хорошую светоотдачу, а очень компактные нити накаливания особенно полезны для оптического контроля (см. Рисунок). Серия многогранных рефлекторных ламп MR мощностью 20–50 Вт изначально была задумана для проецирования 8-миллиметровой пленки , но в настоящее время широко используется для освещения дисплеев и в домашних условиях. Совсем недавно, более широкие версии света стали доступны предназначены для непосредственного использования на напряжении питания 120 или 230 В .
Влияние напряжения на производительность
При работе от другого напряжения вольфрамовые галогенные лампы ведут себя так же, как и другие лампы накаливания. Однако световой поток пропорционален, а световая отдача пропорциональна. [20] Нормальное соотношение в отношении срока службы таково, что оно пропорционально. Например, лампа, работающая при напряжении на 5% выше расчетного, будет давать примерно на 15% больше света, а световая отдача будет примерно на 6,5% выше, но ожидается, что у нее будет только половина номинального срока службы.
Галогенные лампы производятся с достаточным количеством галогена, чтобы соответствовать скорости испарения вольфрама при их расчетном напряжении. Увеличение приложенного напряжения увеличивает скорость испарения, поэтому в какой-то момент может быть недостаточно галогена, и лампа погаснет. Работа при перенапряжении обычно не рекомендуется. При пониженном напряжении испарение меньше и может быть слишком много галогена, что может привести к ненормальному выходу из строя. При гораздо более низких напряжениях температура колбы может быть слишком низкой, чтобы поддерживать галогенный цикл, но к этому времени скорость испарения слишком мала для того, чтобы колба значительно почернела. Если лампы все-таки почернеют, рекомендуется запустить лампы при номинальном напряжении, чтобы перезапустить цикл. [21] Есть много ситуаций, когда галогенные лампы успешно затемняются. Однако срок службы лампы не может быть увеличен настолько, как прогнозируется. Срок службы при затемнении зависит от конструкции лампы, используемой галогенной добавки и от того, обычно ли ожидается регулирование яркости для этого типа.
Спектр
Как и все лампы накаливания , галогенная лампа излучает непрерывный спектр света, от почти ультрафиолетового до глубокого инфракрасного. [22] Поскольку нить накала лампы может работать при более высокой температуре, чем негалогенная лампа, спектр смещен в сторону синего цвета, производя свет с более высокой эффективной цветовой температурой и более высокой энергоэффективностью. Это делает галогенные лампы единственным вариантом для потребительского источника света со спектром излучения черного тела, подобным спектру излучения Солнца, и наиболее подходящим для глаз. [ необходима цитата ] В качестве альтернативы можно использовать многокомпонентные стекла, которые имеют естественный УФ-блок. Эти стекла принадлежат к семейству алюмосиликатных стекол .
Высокотемпературные нити излучают некоторую энергию в УФ- диапазоне . В кварц можно подмешать небольшие количества других элементов, так что легированный кварц (или селективное оптическое покрытие) блокирует вредное УФ-излучение. Жесткое стекло блокирует УФ-излучение и широко используется в лампах автомобильных фар. [23] В качестве альтернативы галогенная лампа может быть установлена внутри внешней колбы, как и обычная лампа накаливания, что также снижает риски, связанные с высокой температурой колбы. Нелегированные кварцевые галогенные лампы используются в некоторых научных, медицинских и стоматологических инструментах в качестве источника УФ-В.
Безопасность
Для правильной работы галогенные лампы должны работать при гораздо более высоких температурах, чем обычные лампы накаливания. Их небольшой размер помогает сосредоточить тепло на меньшей поверхности оболочки, ближе к нити накаливания, чем у негалогенных ламп накаливания. Из-за очень высоких температур галогенные лампы могут представлять опасность возгорания и ожогов. В Австралии ежегодно причиной многочисленных пожаров в домах являются потолочные галогенные светильники. [24] [25] Департамент пожарных и аварийных служб Западной Австралии рекомендует домовладельцам вместо этого рассмотреть возможность использования компактных люминесцентных ламп или светодиодных ламп . [26] Некоторые правила техники безопасности требуют, чтобы галогенные лампы были защищены сеткой или решеткой, особенно для мощных (1-2 кВт) ламп, используемых в театрах , или стеклянным и металлическим корпусом светильника, чтобы предотвратить возгорание драпировки. или легковоспламеняющиеся предметы, соприкасающиеся с лампой. Чтобы уменьшить непреднамеренное воздействие ультрафиолета (УФ) и удержать фрагменты горячей лампы в случае взрыва лампы, лампы общего назначения обычно имеют УФ-поглощающий стеклянный фильтр над лампой или вокруг нее. В качестве альтернативы лампы могут быть легированы или иметь покрытие для фильтрации УФ-излучения. При соответствующей фильтрации галогенная лампа подвергает пользователей меньшему воздействию ультрафиолета, чем стандартная лампа накаливания, обеспечивая такой же эффективный уровень освещения без фильтрации. [ необходима цитата ]
Любое поверхностное загрязнение, особенно масло с кончиков пальцев человека, может повредить кварцевую оболочку при ее нагревании. Загрязняющие вещества, поскольку они поглощают больше света и тепла, чем стекло, создают горячие точки на поверхности колбы при включении лампы. Это экстремальное локализованное тепло заставляет кварц переходить из своей стекловидной формы в более слабую кристаллическую форму, которая пропускает газ. Это ослабление может также привести к образованию пузыря в лампе, что ослабит ее и приведет к ее взрыву. [27]
Маленькая стеклянная колба может быть заключена в более крупную внешнюю стеклянную колбу, что дает несколько преимуществ, если небольшой размер не требуется: [1]
- внешняя куртка будет иметь гораздо более низкую, более безопасную температуру, защищая предметы или людей, которые могут ее коснуться
- горячая внутренняя оболочка защищена от загрязнения, и с лампой можно обращаться, не повреждая ее
- окружающая среда защищена от возможного разрушения внутренней капсулы
- куртка может фильтровать УФ-излучение
- когда галогенная лампа используется для замены обычной лампы накаливания в светильнике, больший кожух делает ее механически похожей на замененную лампу
Форм-факторы
Галогенные лампы доступны в серии различных форм и размеров и обозначены в соответствии с системой кодирования, которая определяет диаметр колбы, а также наличие в колбе встроенного прозрачного для инфракрасного излучения дихроичного отражателя. Многие такие лампы имеют обозначения, которые начинаются с буквы «Т», чтобы указать, что они «трубчатые», за которыми следует число, обозначающее диаметр трубки в восьмых долях дюйма: лампа Т3, затем трубчатая галогенная лампа размером 3 дюйма. / 8 дюйма в диаметре. [Примечание 1] Обозначение MR означает « многогранный отражатель », при этом номер, следующий за ним, по-прежнему соответствует восьмым долям дюйма в диаметре всей колбы. [Примечание 2] Если лампа имеет код «G», [Примечание 3] это будет означать, что лампа имеет форму двухштырька, а число, следующее за G, будет указывать расстояние в миллиметрах между штырями, обычно 4, 6,35 или 10. ; если за G следует буква «Y», то штыри лампы толще, чем обычно - таким образом, у G6.35 штыри диаметром 1 мм, а у GY6.35 штыри диаметром 1,3 мм. Если есть код «C», это означает количество витков в нити накала. [28] Длина любой двусторонней цилиндрической лампы должна быть указана отдельно от ее кода форм-фактора, обычно в миллиметрах, как и напряжение и мощность лампы - следовательно, T3 120 В 150 Вт 118 мм означает двустороннюю лампу. колба диаметром 3/8 дюйма, работающая при напряжении 120 В, мощность 150 Вт и длина 118 мм.
R7S - это линейная галогенная лампа с двумя цоколями, утопленными одиночными контактами (RSC) и размером 118 мм или 78 мм. Некоторые менее распространенные длины - 189 мм, 254 мм и 331 мм. Эти лампы имеют форму Т3 на цоколе RSC / R7S. Они также могут быть известны как лампы типа J и T.
Приложения
Галогенные фары используются во многих автомобилях. Галогенные прожекторы для систем наружного освещения, а также для водного транспорта также производятся для коммерческого и развлекательного использования. Теперь они также используются в настольных лампах.
Вольфрамово-галогенные лампы часто используются в качестве источника света ближнего инфракрасного диапазона в инфракрасной спектроскопии .
Галогенные лампы использовались на балу на Таймс-сквер с 1999 по 2006 годы. Однако с 2007 года галогенные лампы были заменены светодиодами из-за гораздо более длительного срока службы, примерно в десять раз дольше светодиодов по сравнению с лампами накаливания. [29] Цифры «Новый год», которые загораются, когда мяч на Таймс-сквер достигает основания, в последний раз использовали галогенное освещение во время падения шара в 2009 году. [30]
Обогрев
Галогенные лампы - это нагревательные элементы в галогенных духовках и керамических варочных панелях . Массивы галогенных ламп малой мощности широко используются хранителями варанов. Две или три небольшие галогенные лампы могут производить все тепло, необходимое в вольере, и распознаются животными как источники тепла, не позволяющие любопытным людям прикоснуться к ним. Толстые стеклянные линзы галогенных ламп безопасны для использования внутри вольеров для рептилий с высокой влажностью. Банки мощных трубчатых галогенных ламп использовались для имитации тепла при входе в атмосферу космических аппаратов. [31]
Общее освещение
Фиксированные лампы используются во внутреннем и внешнем прожекторном освещении, хотя усовершенствования в светодиодных системах заменяют галогенные лампы. Круглые точечные светильники со встроенными многогранными рефлекторными лампами широко используются в жилом и коммерческом освещении. Трубчатые галогенные лампы излучают большое количество света от небольшого источника и поэтому могут использоваться для создания мощных прожекторов для архитектурных световых эффектов или для освещения больших площадей на открытом воздухе.
Для низковольтных ламп используется цоколь GU5.3 и аналогичные двухштырьковые цоколи , тогда как для ламп с сетевым напряжением используются те же цоколи, что и в обычных сетевых вольфрамовых лампах накаливания, или со специальным цоколем GU10 / GZ10. Основания GU10 / GZ10 имеют такую форму, которая предотвращает использование дихроичных рефлекторных ламп в светильниках, предназначенных для алюминизированных рефлекторных ламп, что может вызвать перегрев светильника. Теперь доступны более эффективные светодиодные версии всех этих ламп.
Трубчатые лампы с электрическими контактами на каждом конце теперь используются в автономных лампах и бытовых светильниках. Они бывают разной длины и номинальной мощности (50–300 Вт). В качестве переносных рабочих фонарей используются более мощные лампы мощностью 250 или 500 Вт.
Сценическое освещение
Вольфрамовые галогенные лампы используются в большинстве театральных и студийных (кино- и телевизионных) светильников, в том числе в прожекторах с эллипсоидальным отражателем , Source Four и Fresnels . Баллончики PAR также преимущественно содержат галоген вольфрама.
Специализированный
Проекционные лампы используются в кино- и слайд-проекторах для дома, небольшого офиса или школы. Компактный размер галогенной лампы позволяет использовать ее в портативных проекторах, хотя между лампой и пленкой необходимо размещать теплопоглощающие фильтры для предотвращения плавления. Галогенные лампы иногда используются для инспекционных ламп и осветительных приборов на предметном столике микроскопа. Галогенные лампы использовались для ранней подсветки ЖК-дисплеев с плоским экраном, но сейчас используются и другие типы ламп.
Утилизация
Галогенные лампы не содержат ртути. General Electric заявляет, что их кварцевые галогенные лампы не будут классифицироваться как опасные отходы. [32]
Смотрите также
- Двухконтактный разъем для базовых обозначений GY6.35, G8 и т. Д.
- Лампа FEL
- Розетка для лампочки для других цоколей
- Список источников света
Заметки
- ^ Тем не менее, Т-3, Т дефис 3, представляет собой галогенную "трубчатую" лампу диаметром 3/8 дюйма с одним двухштырьковым цоколем, а не цилиндрическую трубкуТ3диаметром 3/8 дюйма. с электродами на противоположных концах.
- ^ Таким образом, MR11 представляет собой многогранную лампу с отражателем диаметром 11/8 или 1 3/8 дюйма.
- ^ "G" означает "стекло"
Рекомендации
- ^ a b "Галоген вольфрама - Двойная оболочка" . Lamptech.co.uk . 14 сентября 2014 . Проверено 23 января 2019 года . Источник имеет иллюстрации различных галогенных ламп с двойным конвертом.
- ^ США 254780
- ↑ Гарольд Уоллес «Другой вид химии: история вольфрамовых галогенных ламп» , журнал IEEE Industry Applications, ноябрь / декабрь 2001 г., стр. 11
- ^ a b США 2883571
- ^ Раймонд Кейн, Хайнц Селл Революция в лампах: хроника 50-летнего прогресса (2-е изд.) , Fairmont Press, Inc. 2001 ISBN 0-88173-378-4 стр. 75
- ^ «График прекращения использования лампочек / Совет по освещению - Lyco» . www.lyco.co.uk . Архивировано из оригинального 27 -го октября 2017 года . Проверено 30 апреля 2018 года .
- ^ «Галогенные лампы будут запрещены на рынке ЕС с сентября - LEDinside» . www.ledinside.com . Проверено 26 августа 2018 .
- ^ Каработт, Майк (26 мая 2020 г.). «Поэтапный отказ от галогенных ламп в Австралии перенесен на конец 2021 года» . Передовая энергия . Проверено 9 марта 2021 года .
- ^ «Конец галогеновым лампочкам означает более светлое и чистое будущее» . gov.uk . 9 июня 2021 . Проверено 9 июня 2021 года .
- ^ Секстон, Дж. Эндрю (1 февраля 1991 г.). «Сервер технических отчетов НАСА (NTRS) - Результаты квалификационных испытаний на вибрацию и термовакуум для низковольтной вольфрамово-галогенной лампы» . HTTPS . Проверено 19 января 2019 .
- ^ Роберт Вольке (29 июля 2009 г.). Что Эйнштейн сказал своему парикмахеру: научные ответы на повседневные вопросы . Случайный дом. п. 52. ISBN 978-0-307-56847-2.
- ^ Группа пожарной и жизнеобеспечения. «Галогенные лампы и пластиковые плафоны Torchiere - правила и процедуры» . Университет Колорадо в Боулдере.[ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Некоторые лампы в холодном состоянии имеют атмосферное давление в 15 раз больше, а некоторые лампы повышают давление в пять раз при рабочей температуре . Кейн и Селл 2001, стр. 76–77
- ^ Zubler и Мосбейте Светотехнический 1959 54.734
- ^ Ковингтон, Эдвард Дж. "Вольфрамово-галогенная лампа" . Архивировано из оригинала 5 марта 2016 года . Проверено 4 марта 2016 года .
- ^ а б Бургин и Эдвардс Исследования и технологии освещения 1970 2.2. 95–108
- ^ T'Jampens и van der Weijer Технический обзор Philips 1966 г. 27,173
- ^ Технический обзор Schroder Philips 1965 26,116
- ^ Häussinger, Питер; Глаттаар, Рейнхард; Род, Вильгельм; Кик, Гельмут; Бенкманн, Кристиан; Вебер, Йозеф; Вуншель, Ханс-Йорг; Стенке Виктор; Лейхт, Эдит; Стенгер, Герман (2002). "Благородные газы". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайли. DOI : 10.1002 / 14356007.a17_485 . ISBN 3527306730.
- ^ Neumann Lichtechnik 1969 21 6 63A
- ^ "Руководство Lutron по затемнению низковольтного освещения | Lighting Services Inc" . Освещение Services Inc .(Также доступно в формате PDF на lutron.com)
- ↑ Информация о вольфрамово-галогенных лампах. Архивировано 3 марта 2011 г. на сайте Wayback Machine на сайте Karl Zeiss Online Campus (доступ 2 ноября 2010 г.).
- ^ Burgin освещение исследований и технологии 1984 16.-71
- ^ Тысячи подвергаются риску попадания в смертельные ловушки с галогеновыми лампами. Архивировано 18декабря 2012 г.в Wayback Machine на сайте Sunday Age (по состоянию на 22 декабря 2012 г.)
- ^ Галогенный светильник пожарной безопасности. Архивировано 9 апреля 2013 г. на Wayback Machine на объекте пожарно-спасательной службы штата Новый Южный Уэльс (по состоянию на 22 декабря 2012 г.).
- ^ Downlights архивации 2013-02-08 в Wayback Machine в Западной Австралии Департамент пожарной и аварийноспасательных служб сайта (доступ22 декабря 2012)
- ↑ Кремер, Джонатан З. «Типы лампочек и их использование». Архивировано 29 июня 2011 г.в Wayback Machine Megavolt, раздел «Галоген», доступ 26 мая 2011 г.
- ^ Владимир Протопопов (17 марта 2014 г.). Практическая оптоэлектроника: иллюстрированное руководство для лаборатории . Springer. п. 37. ISBN 978-3-319-04513-9.
- ^ «Освещение новогодней ночи» . www.usa.philips.com . Philips. Архивировано 16 мая 2016 года . Проверено 21 сентября 2017 года .
- ^ "Times Square Alliance - канун Нового года - виджеты 2010" . Архивировано из оригинального 30 декабря 2009 года.
- Перейти ↑ Raymond Kane, Heinz Sell, Revolution in Lamps: A Chronicle of 50 Years of Progress, Second Edition , 2001 The Fairmount Press, ISBN 0-88173-351-2 стр. 72-74
- ^ «Паспорт безопасности материалов - Информационный листок материала ламп - Кварцевые галогенные лампы с двухсторонней или штыревой головкой» (PDF) . Текущий от GE . 2017 г.
Внешняя ссылка
- СМИ, связанные с галогенными лампами, на Викискладе?