8. Ртутные лампы высокого давления

Устройство ДРЛ. Среди высокоинтенсивных источников света, применяемых для общего освещения, наиболее распространенными являются ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью. Такие лампы называются дуговыми ртутными люминесцентными – ДРЛ.

И х широкое распространение в осветительных установках объясняется высокими световой отдачей и сроком службы, отсутствием специального зажигающего устройства, сравнительно небольшими потерями в балласте, возможностью работы в широком диапазоне окружающих температур.

Дампы представляют собой ртутную горелку (3) в виде трубки из кварцевого стекла, помещенную во внешнюю колбу (I), внутренняя поверхность которой покрыта слоем люмино-фора (2). Помещение горелки (РТ) во внешнюю колбу связано с ее утеплением, что обеспе-чивает большую независимость ее теплового режима от температуры окружающей среды.

С помощью никелевых держателей (траверс) горелка закрепляется по оси наружной колбы, выполненного из термостойкого боросиликатного стекла с температурой размягчения свыше 600°С. Наружная колба наполняется инертным газом для предотвращения окисления вводов в горелку и исключения возникновения разряда между токоведущими элементами внутри внешней колбы. Давление газа выбирается таким, чтобы во время работы лампы оно равнялось давлению окружающего воздуха. Обычно колбы ламп ДРЛ наполняются смесью азота и аргона (технический аргон). Эта смесь обладает достаточно низкой теплопроводностью для обеспечения требуемого теплового режима горелки.

Стекло колбы не пропускает УФ излучение, что предупреждает образование озона в помещениях, где используются лампы, а также предохраняет кожу от ожогов, а живые организмы - от вредного воздействия мощного УФ излучения. Внешняя колба предохраняет РТ от повреждений, загрязнений и служит подложкой для люминофорного слоя.

С пектр излученя. Излучение ртутного разряда в видимой части спектра состоит из линий, лежащих в фиолетовой, зеленой и желтой областях спектра (404,7; 435,8; 546,1; 577; 579 нм). Цветопередача ртутного разряда R_a =22. Значительная часть излучения ртутной дуги находится в УФ области (от 250 до 365 нм). Это мощное излучение УФ излучение преобразуется в видимое излучение с помощью люминофора. Наиболее часто применяе-мыми люминофорами являются ортофосфат кальция-цинка, активированный оловом (R_a ≈ 40), и редкоземельные люминофоры – ванадат-фосфат иттрия, активированный европием, либо европием и тербием (R_a ≈ 45-69). Их «красное отношение» Ф_К ≈ 10%.

К расным отношением называют отношение красного светового потока, добавляемого люминофором, к общему световому потоку.

где: V(λ)- относительная чувствительность глаза;

φ(λ)- спектральная плотность светового потока.

Разрядную трубку наполняют строго дозированным количеством ртути и инертным газом (аргоном) под давлением несколько десятков ГПа. С обоих концов в РТ герметично впаяны электроды (4), электрический дуговой разряд между которыми в парах ртути генерирует в меж электродном пространстве низко­ температурную плазму, служащую источником интенсивного излучения как в видимой, так и в смежных областях спектра электромагнитных волн. Большинство ламп типа ДРЛ выпускаются с РТ, имеющими, кроме двух основных, один или два электрода поджига (5). Электроды поджига соединены с противоположными основными электродами через высокоомные (20 кОм) сопротивления (6) и служат для облегчения зажигания ламп. На рис.2 представлены детали конструкции горелки ртутной лампы высокого давления.

1- корпус горелки (разрядной трубки), 2- молибденовые вводы электродов,

3- цепь электрода зажигания, 4- основной электрод (катод), 5- электрод зажигания, 6- добавочный резистор, 7- капля ртути

Электроды ртутных ламп высокого давления состоят из (рис.3):

1- вольфрамового сердечника (керна); 2- активного вещества (оксида); 3- вольфрамовая спираль.

Д ля снижения работы выхода электронов рабочая часть керна покрыта торием. На керн надета плотно свитая спираль. В пространство между керном и спиралью помещен активатор (оксид) в виде пасты.

Зажигание лампы высокого давления. При подключении лампы ДРЛ в сеть ее основные и вспомогательные электроды оказываются под сетевым напряжением, что вызывает между ними тлеющий разряд в аргоне. Ток разряда, ограниченный балластом и резисторами, нагревает газ, ртуть начинает испаряться. Кроме того, нагревается спираль катода до температуры, обеспечивающей эмиссию электронов с катода и возникновению дугового разряда.

Через 5-20 с после этого происходит разогрев керна и разряд перебрасывается со спирали на выступающую часть керна. Нагрев горелки разрядом приводит к дальнейшему испарению ртути и увеличению давления. Ток лампы уменьшается, достигая установившегося значения примерно через 5 минут. Изменение параметров лампы в процессе разгорания приведено на рис. 5: 1- ток (I); 2- мощность лампы (Р); 3- напряжение на лампе (U); 4 – световой поток (Ф).

Процесс горения лампы.

П ри колебаниях питающего напряжения в пределах ± 10% номинального значения параметры лампы ДРЛ меняются, как показано на рисунке 6: 1- световой поток (Ф); 2- мощность (Р); 3- ток (I); 4- напряжение на лампе (U); 5- световая отдача (η); 6- срок службы (τ). При снижении напряжения более чем 10% на время, превышающее 2-3 периода, произойдет гашение лампы. Повторное зажигания возможно лишь через промежуток времени, необходимый для остывания лампы. В зависимости от мощности лампы, ее конструкции и температуры окружающей среды он составляет 5-10 мин.

В о время работы лампы, за счет испарения и поверхностной диффузии активатор (2 на рис.3) попадает на внешнюю эмитирующую часть витков, подготавливая катод к очередному зажиганию лампы.

Лампы ДРЛ могут работать в любом положении, однако в вертикаль-ном положении световой поток на 2-3% выше, чем в горизонтальном. Это объясняется различными условиями работы газового разряда, в частности выгибанием шнура дуги и охлаждением плазмы разряда стенками горелки при горизонтальном расположении лампы.

Распределение яркости лампы ДРЛ, по разным направлениям, неравномерно. На рис.7 приведена кривая силы света лампы ДРЛ с условным световым потоком 1000 лм. Коэффициент пульсации, в зависимости от мощности лампы, колеблется в интервале 50 – 70%.

С редняя продолжительность горения ламп ВД различных типов указывается для 8-часового цикла.

На рис.8 приведена кривая спада свето-вого потока лампы ДРЛ на протяжении срока службы.