Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с лампы Mercury )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Меркурий Лампа» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о персонаже аниме и манги Rozen Maiden, см. Персонажи Rozen Maiden .
Ртутный светильник мощностью 175 Вт примерно через 15 секунд после запуска.
Крупный план ртутной лампы мощностью 175 Вт . Маленький диагональный цилиндр в нижней части дуговой трубки представляет собой резистор, который подает ток на стартовый электрод.

Ртутная лампа является газоразрядной лампой , которая использует электрическую дугу через испаренную ртуть для получения света . Дуговый разряд обычно ограничивается небольшой дуговой трубкой из плавленого кварца, установленной внутри большой колбы из боросиликатного стекла . Внешняя колба может быть прозрачной или покрытой люминофором ; в любом случае внешняя колба обеспечивает теплоизоляцию , защиту от ультрафиолетового излучения, производимого светом, и удобный монтаж дуговой трубки из плавленого кварца.

Лампы на парах ртути более энергоэффективны, чем лампы накаливания и большинство люминесцентных ламп , их световая отдача составляет от 35 до 65 люмен / ватт. [1] Их другими преимуществами являются длительный срок службы лампы в диапазоне 24 000 часов и высокая интенсивность яркого белого света. [1] По этим причинам они используются для верхнего освещения больших площадей, например, на фабриках, складах и спортивных аренах, а также для уличных фонарей . Прозрачные ртутные лампы излучают белый свет с голубовато-зеленым оттенком из-за комбинации спектральных линий ртути. [1] Такой цвет кожи не очень подходит к цвету кожи человека., поэтому такие лампы обычно не используются в розничных магазинах. [1] Ртутные лампы с «коррекцией цвета» решают эту проблему с помощью люминофора внутри внешней лампы, который излучает белый свет, обеспечивая лучшую цветопередачу .

Они работают при внутреннем давлении около одной атмосферы и требуют специальных приспособлений, а также электрического балласта . Им также требуется период прогрева от четырех до семи минут для достижения полной светоотдачи. Лампы на парах ртути становятся устаревшими из-за более высокой эффективности и лучшего цветового баланса металлогалогенных ламп . [2]

Истоки [ править ]

Лампа Купера Хьюитта, 1903 год
Производство ртутных ламп высокого давления, 1965 г.

Чарльз Уитстон наблюдал спектр электрического разряда в парах ртути в 1835 году и отметил ультрафиолетовые линии в этом спектре. В 1860 году Джон Томас Уэй использовал дуговые лампы, работающие в смеси воздуха и паров ртути при атмосферном давлении для освещения. [3] Немецкий физик Лео Аронс (1860–1919) изучал ртутные разряды в 1892 году и разработал лампу на основе ртутной дуги. [4] В феврале 1896 года Герберт Джон Доусинг и Х. С. Китинг из Англии запатентовали ртутную лампу, которую некоторые считают первой настоящей ртутной лампой. [5]

Первая ртутная лампа, добившаяся широкого успеха, была изобретена в 1901 году американским инженером Питером Купером Хьюиттом . [6] Хьюитту был выдан патент США 682 692 17 сентября 1901 года. [7] В 1903 году Хьюитт создал улучшенную версию с более высокими цветовыми качествами, которая в конечном итоге нашла широкое промышленное применение. [6] Ультрафиолетовый свет от ртутных ламп применялся для обработки воды к 1910 году. В лампах Хьюитта использовалось большое количество ртути. В 1930-е годы усовершенствованные лампы современной формы, разработанные компаниями Osram-GEC , General Electric и другими, привели к широкому использованию ртутных ламп для общего освещения.

Принцип работы [ править ]

Ртуть в трубке при нормальной температуре находится в жидком состоянии. Ее необходимо испарить и ионизировать, прежде чем лампа сможет выдать свой полный световой поток. Чтобы облегчить запуск лампы, третий электрод устанавливается рядом с одним из основных электродов и через резистор соединяется с другим основным электродом. Помимо ртути, трубка заполнена газообразным аргоном под низким давлением. При подаче питания, если есть достаточное напряжениедля ионизации аргона ионизированный газообразный аргон зажигает небольшую дугу между стартовым электродом и соседним основным электродом. Когда ионизированный аргон проводит, тепло от его дуги испаряет жидкую ртуть; затем напряжение между двумя основными электродами ионизирует газообразную ртуть. Между двумя основными электродами возникает дуга, и лампа затем излучает [8] в основном ультрафиолетовые, фиолетовые и синие линии излучения . Продолжающееся испарение жидкой ртути увеличивает давление в дуговой трубке до 2–18 бар , в зависимости от размера лампы. Увеличение давления приводит к дальнейшему осветлению лампы. [9] [10]Весь процесс разогрева занимает от 4 до 7 минут. Некоторые лампы включают термовыключатель, замыкающий пусковой электрод на соседний основной электрод, гасящий стартовую дугу при возникновении основной дуги.

Лампа на парах ртути является устройством с отрицательным сопротивлением . Это означает, что его сопротивление уменьшается по мере увеличения тока через трубку. Таким образом, если лампа подключена непосредственно к источнику постоянного напряжения, например к линиям электропередач, ток через нее будет увеличиваться, пока она не разрушится. Следовательно, для ограничения тока через него требуется балласт . Балласты для ламп на парах ртути аналогичны балластам, используемым в люминесцентных лампах.. Фактически, первые британские люминесцентные лампы были разработаны для работы от балластов на парах ртути мощностью 80 Вт. Также доступны ртутные лампы со встроенным балластом. В этих лампах вольфрамовая нить накала, соединенная последовательно с дуговой трубкой, действует как резистивный балласт и добавляет свет полного спектра к световому потоку дуговой лампы. Ртутные лампы со встроенным балластом можно вкручивать в стандартную розетку лампы накаливания, на которую подается соответствующее напряжение.

Уличный фонарь на парах ртути
Крупным планом после наступления темноты

Галогенид металла [ править ]

Очень тесно связаны между собой конструкции лампы называется металлогалогенные лампы использует различные соединения в амальгаму с ртутью. Йодид натрия и скандий иодид , как правило , используется. Эти лампы могут производить свет гораздо лучшего качества, не прибегая к использованию люминофоров. Если они используют пусковой электрод, всегда имеется термический переключатель закорачивания, чтобы исключить любой электрический потенциал между основным электродом и пусковым электродом, как только лампа загорится. (Этот электрический потенциал в присутствии галогенидов может вызвать повреждение стеклянного / металлического уплотнения). Более современные металлогалогенные системы не используют отдельный пусковой электрод; вместо этого лампа запускается с использованием высокого напряжения импульсы, как в натриевых лампах высокого давления.

Лампы с балластом [ править ]

Лампы со встроенным балластом (SB) представляют собой лампы на парах ртути с внутренней нитью накала, последовательно соединенной с дуговой трубкой, которая выполняет функцию балласта. Это единственный вид ртутных ламп, которые можно подключать напрямую к электросети без внешнего балласта. Эти лампы имеют такой же или немного более высокий КПД, чем лампы накаливания аналогичного размера, но имеют более длительный срок службы. Они загораются сразу же при запуске, но обычно требуется несколько минут для повторного включения, если питание было прервано. Из-за света, излучаемого нитью накала, они имеют немного лучшие свойства цветопередачи, чем ртутные лампы.

Операция [ править ]

Воспроизвести медиа
Прогрев ртутной лампы высокого давления мощностью 80 Вт с коррекцией цвета до половины яркости

Когда ртутная лампа включается впервые, она излучает темно- синее свечение, потому что только небольшое количество ртути ионизируется, а давление газа в дуговой трубке очень низкое, поэтому большая часть света вырабатывается в ультрафиолетовой части ртути. группы. Когда зажигается основная дуга, и газ нагревается и давление увеличивается, свет смещается в видимый диапазон, а высокое давление газа заставляет полосы излучения ртути несколько расширяться, производя свет, который кажется человеческому глазу более близким к белому, хотя это все еще не непрерывный спектр. Даже при полной интенсивности свет ртутной лампы без люминофора имеет отчетливо голубоватый цвет. Давление в кварцевой дуговой трубке повышается примерно до одной атмосферы после того, как колба достигает своей рабочей температуры. Если разряд должен быть прерван (например, из-за прерывания подачи электроэнергии), лампа не сможет повторно загореться до тех пор, пока колба не остынет достаточно, чтобы давление значительно упало. Причина длительного периода времени до повторного зажигания лампы заключается в том, что повышенное давление приводит к более высокому напряжению пробоя газа внутри (напряжение, необходимое для зажигания дуги - закон Пашена ), которое находится за пределами возможностей балласта.

Соображения по поводу цвета [ править ]

Пример лампы 125 Вт с люминофорным покрытием

Чтобы исправить голубоватый оттенок, многие ртутные лампы покрывают внутреннюю часть внешней колбы люминофором, который преобразует часть ультрафиолетового излучения в красный свет. Это помогает заполнить дефицитный красный конец электромагнитного спектра . Эти лампы обычно называют лампами с коррекцией цвета. Большинство современных ртутных ламп имеют это покрытие. Одна из первоначальных претензий к ртутным огням заключалась в том, что они заставляли людей выглядеть «бескровными трупами» из-за отсутствия света красного конца спектра. [11] Распространенным методом исправления этой проблемы до использования люминофоров было использование ртутной лампы вместе с лампой накаливания.. Также наблюдается усиление красного цвета (например, из-за непрерывного излучения) в ртутных лампах сверхвысокого давления (обычно более 200 атм.), Что нашло применение в современных компактных проекционных устройствах. На улице лампы с покрытием или с коррекцией цвета обычно можно определить по синему «ореолу» вокруг излучаемого света.

Линейный спектр излучения [ править ]

Наиболее сильные пики линейчатого спектра излучения - это [12] [13]

Линейчатый спектр паров ртути. Сине-зеленый оттенок ртутных ламп обусловлен яркими фиолетовыми и зелеными линиями.
Длина волны (нм)Название (см. Фоторезист )Цвет
184,45ультрафиолет (UVC)
253,7ультрафиолет (UVC)
365,4I-линияультрафиолет (UVA)
404,7H-линияфиолетовый
435,8G-линиясиний
546,1зеленый
578,2желто-оранжевый
650красный

В ртутных лампах низкого давления присутствуют только линии 184 нм и 254 нм. Плавленый кремнезем используется в производстве, чтобы не допустить поглощения света 184 нм. В ртутных лампах среднего давления присутствуют линии от 200 до 600 нм. Лампы могут быть сконструированы так, чтобы излучать в основном в УФ-А (около 400 нм) или УФ-С (около 250 нм). Ртутные лампы высокого давления обычно используются для общего освещения. Они излучают в основном синий и зеленый цвета.

Ультрафиолетовая очистка [ править ]

Ртутные лампы низкого давления могут быть небольшими, но эффективными источниками глубокого ультрафиолетового излучения.

Лампы низкого давления на парах ртути [14] обычно имеют кварцевую колбу для пропускания коротковолнового света. Если используется синтетический кварц, то прозрачность кварца еще больше увеличивается, и также наблюдается линия излучения при 185 нм. Затем такую ​​лампу можно использовать для бактерицидного ультрафиолетового облучения . [15] Линия 185 нм создает озон в кислородсодержащей атмосфере, что помогает в процессе очистки, но также представляет опасность для здоровья.

Соображения о световом загрязнении [ править ]

Для мест, где световое загрязнение имеет первостепенное значение (например, парковка обсерватории ), предпочтительнее использовать натрий низкого давления . Поскольку он излучает узкие спектральные линии на двух очень близких длинах волн, его легче всего отфильтровать. На втором месте стоят ртутные лампы без люминофора; они образуют лишь несколько отчетливых линий ртути, которые необходимо отфильтровать.

Баны [ править ]

В ЕС использование ртутных ламп с низким КПД для освещения было запрещено в 2015 году. Это не влияет ни на использование ртути в компактных люминесцентных лампах , ни на использование ртутных ламп в иных целях, кроме освещения. [16]

В США балласты для ртутных ламп для общего освещения, за исключением балластов для специальных ртутных ламп, были запрещены после 1 января 2008 года. [17] Из-за этого несколько производителей начали продавать заменяющие компактные люминесцентные (КЛЛ) и светоизлучающие лампы. диодные (LED) лампы для светильников на парах ртути, не требующие доработки существующего светильника. В 2015 году Министерство энергетики США определило, что правила, предложенные в 2010 году для ртутных ламп HID , не будут применяться, поскольку они не принесут существенной экономии. [18]

Опасности ультрафиолета [ править ]

Некоторые лампы на парах ртути (в том числе металлогалогенные лампы) должны содержать элемент (или быть установлен в приспособлении, в котором есть элемент), предотвращающий выход ультрафиолетового излучения. Обычно эту функцию выполняет внешняя колба лампы из боросиликатного стекла, но следует проявлять особую осторожность, если лампа устанавливается в ситуации, когда эта внешняя оболочка может быть повреждена. [19] Были задокументированы случаи повреждения ламп в спортзалах от попадания мячей в лампы, что приводило к солнечным ожогам и воспалению глаз от коротковолнового ультрафиолетового излучения. [20]При использовании в таких местах, как спортивные залы, светильник должен содержать прочную внешнюю защиту или внешнюю линзу для защиты внешней колбы лампы. Также делаются специальные «предохранительные» лампы, которые намеренно перегорают при разбивании наружного стекла. Обычно это достигается за счет использования тонкой углеродной полосы, которая сгорает в присутствии воздуха, для соединения одного из электродов.

Даже при использовании этих методов некоторое УФ-излучение все еще может проходить через внешнюю колбу лампы. Это приводит к ускорению процесса старения некоторых пластиков, используемых в конструкции светильников, в результате чего они значительно обесцвечиваются уже через несколько лет эксплуатации. Поликарбонат особенно страдает от этой проблемы, и нередко можно увидеть довольно новые поверхности из поликарбоната, расположенные рядом с лампой, которые через короткое время приобретают тусклый желтый цвет.

Использует [ редактировать ]

Площадь и уличное освещение [ править ]

Хотя другие типы HID становятся все более распространенными, ртутные лампы все еще иногда используются для освещения территорий и уличного освещения в Соединенных Штатах. [ необходима цитата ]

УФ-отверждение [ править ]

Лампы на ртутных парах используются в полиграфической промышленности для отверждения красок. Как правило, они имеют высокую мощность для быстрого отверждения и закрепления используемых красок. Они закрыты и имеют защиту для предотвращения воздействия на человека, а также специализированные выхлопные системы для удаления образующегося озона. [ необходима цитата ]

Молекулярная спектроскопия [ править ]

Лампы на парах ртути высокого давления (и некоторые специально разработанные металлогалогенные) лампы находят применение в молекулярной спектроскопии благодаря обеспечению полезной широкополосной непрерывной («шумовой») энергии на миллиметровых и терагерцовых длинах волн благодаря высокой температуре электронов в дуговой плазме; основная линия УФ излучения ионизированной ртути (254 нм) коррелирует с черным телом с Т = 11500 К. Это свойство делает их одними из очень немногих простых и недорогих источников, доступных для генерации таких частот. Например, стандартная ртутная лампа общего освещения мощностью 250 Вт дает значительную мощность в диапазоне от 120 ГГц до 6 ТГц. Кроме того, более короткие волны в среднем инфракрасном диапазоне излучаются из горячей кварцевой оболочки дуговой трубки. Как и в случае с ультрафиолетовым излучением,стеклянная внешняя колба в значительной степени непрозрачна на этих частотах, поэтому для этой цели ее необходимо удалить (или не использовать в специальных лампах).[ необходима цитата ]

Проекция [ править ]

Специальные ртутные лампы сверхвысокого давления, называемые сверхвысокопроизводительными лампами , обычно используются в цифровых видеопроекторах , включая проекторы DLP , 3LCD и LCoS .

См. Также [ править ]

  • История уличного освещения в США
  • Список источников света
  • Лампа сверхвысокого качества

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Шилер, Марк (1997). Упрощенное проектирование освещения зданий, 4-е изд . США: Джон Вили и сыновья . п. 27. ISBN 978-0-471-19210-7.
  2. ^ Gendre, Максим Ф. (2011). «Два века инноваций в области электрических источников света» (PDF) . Эйндховенский институт осветительных технологий, Eindhoven Univ. of Technology, Эйндховен, Нидерланды . Проверено 3 апреля 2012 года . Cite journal requires |journal= (help)
  3. ^ Гендре, Максим Ф. Два века инноваций в источниках электрического света . п. 4. (PDF). Проверено 2 января 2012.
  4. ^ Чайлд, Клемент Д. (2002) Электрические дуги - эксперимент по дугам между различными электродами в различных средах , издательство Watchmaker Publishing. ISBN 0-9726596-1-7 , стр. 88 
  5. ^ Лампы пара ртути и действие ультрафиолетовых лучей - Труды Общества Фарадея (RSC Publishing)
  6. ^ a b b, CV (1921). «Питер Купер Хьюитт» . Природа . 108 (2710): 188–189. Bibcode : 1921Natur.108..188B . DOI : 10.1038 / 108188b0 .
  7. ^ Хьюитт, Питер Купер (1900). «Способ изготовления электрических ламп» . Патент США US682692A.
  8. ↑ Шифф, Эрик (4 декабря 2001 г.). "Как работают неоновые огни?" . Scientific American . Проверено 16 апреля 2019 .
  9. ^ Уилан, М. "Лампы на ртутном пару" . Технический центр Эдисона . Проверено 24 ноября 2017 года .
  10. ^ "Ртутная паровая лампа" . Lamptech . Проверено 24 ноября 2017 года .
  11. ^ Халл, Джанет Старр. «Ртутные паровые огни» . Проверено 25 ноября 2014 .
  12. ^ Стойкие линии нейтральной ртути (Hg I) . Physics.nist.gov. Проверено 2 января 2012.
  13. Перейти ↑ Nave, Carl R. (2010). «Атомные спектры» . Сайт HyperPhysics . Кафедра физики и астрономии, Georgia State Univ. США . Проверено 15 ноября 2011 .
  14. ^ "Crystec Technology Trading GmbH, ртутные лампы низкого давления" .
  15. ^ «Очистка поверхностей УФ-светом» . Crystec Technology Trading GmbH.
  16. ^ Прекращение использования ртутных ламп . www.osram.co.uk. Проверено 18 марта 2015.
  17. ^ Министерство энергетики §431.286 Стандарты энергосбережения и даты их вступления в силу. Проверено 30 июня 2020.
  18. ^ HID лампы Окончательное определение МЭ 2015-12-02 Проверено 2017-10-14
  19. ^ "Понимание разрядного освещения высокой интенсивности" . Осрам Сильвания. Архивировано из оригинала на 1 декабря 2006 года.
  20. ^ Тун, MJ; Альтман, Р .; Ellingson, O .; Фрезы, LF; Таланский, М.Л. (1982). «Глазные осложнения неисправных ртутных ламп». Энн Офтальмол . 14 (11): 1017–20. PMID 7181332 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Уэймут, Джон (1971). Электрические газоразрядные лампы . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 978-0-262-23048-3.
  • Музей электроламповой техники

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с ртутной лампой на Викискладе?