Ртутные газоразрядные лампы низкого и высокого давления различных модификаций на сегодняшний день применяются повсеместно. Они установлены на улицах и дорогах населенных пунктов, выполняют функции архитектурных подсветок, освещают вокзалы, рынки, автомобильные эстакады, мосты и многие другие объекты.
Ртутные лампы низкого давления освещают здания школ, больниц, детских садов, административных зданий, торговых залов. Пользуются популярностью в сфере ЖКХ для освещения подъездов, подвалов, колясочных и подсобных помещений. Мощные приборы установлены во дворах и на детских площадках. Категории ламп узкой направленности служат в медицинских, криминалистических, сельскохозяйственных животноводческих целях и помогают в разведении птиц.
Несмотря на недостатки, ртутные приборы обладают и рядом достоинств. До некоторого времени они являлись самыми экономичными и надежными для потребителей разных уровней. Но научные разработки и их усовершенствование постоянно идут вперед. И вот на смену ртутным приборам уже приходят стройными рядами натриевые и светодиодные светильники нового поколения. А пока 70% окружающего нас пространства освещено газоразрядными лампами.
Виды ртутных ламп и специфика их работы
Лампы этого типа производятся мощностью от 8 до 1000 Вт и условно подразделяются на 2 группы:
- общего назначения;
- узкоспециализированного применения.
По давлению внутреннего наполнения:
- лампы низкого давления (величина давления ртутных паров > 100 Па)
- лампы высокого давления (величина парциального давления = 100 кПа);
- лампы сверхвысокого давления (величина = 1 МПа и < 1 МПа).
Ртутные приборы высокого давления
Ртутная газоразрядная лампа (ДРЛ) действует на принципе оптического излучения, генерируемого из ртутных паров газовым разрядом.
До 1970 года в конструкции ламп было только 2 электрода. Это делало розжиг лампочек затрудненным, а сами приборы — ненадежными. Затем была добавлена еще одна пара электродов, расположенных рядом с основными и подключенных к противоположным через резисторы – токоограничители.
При включении небольшие разряды прогревают газ и переходят на основную дугу. Такая система подключения зависит еще и от температуры окружающего пространства, поэтому нельзя определить с точностью, через какой промежуток времени свет переходит из тлеющего в дуговой. Вероятно, от 1,5 до 8 минут.
Для обеспечения нормального «вхождения» в световой режим нужен регулирующий прибор – дроссель. Он частично гасит на себе напряжение от сети и создает ровный фон, необходимый для работы ламп. В последнее время осветительные приборы для ДРЛ-ламп сменили в своей комплектации дроссель на ПРА – пускорегулирующий электронный балласт нового поколения. Внедрение ПРА помогло снизить шум работы ламп и повысить качество света. Время розжига сократилось до минимума.
В состав лампы входят:
- колба из стекла;
- цоколь;
- стеклянная кварцевая трубка, содержащая газ аргон и пары ртути под давлением. Колба с внутренней стороны покрывается люминофором с целью улучшения качества светового потока;
- ограничительный резистор;
- основной электрод;
- дополнительный электрод.
Дуговая металлогалогенная (ДРИ) лампа с излучающими добавками, которые повышают эффективность светопередачи. В ДРИ чаще устанавливаются не кварцевые, а керамические горелки, а в цепь включен дроссель. Мощность варьируется от 125 до 1000 Вт. Благодаря добавленным элементам – галогенидам металлов, лампа может излучать различные цвета.
Металлогалогенная лампа (ДРИЗ) с зеркальным слоем. В этих ртутных приборах установлен специальный цоколь, и предусмотрено покрытие одной стороны зеркальным слоем, что дает возможность получения направленного светового потока.
Лампа дуговая ртутно-вольфрамовая (ДРВ) не требует пускорегулирующей аппаратуры благодаря наличию вольфрамовой спирали. Такая ртутная лампа высокого давления отличается еще тем, что ее колба, кроме паров ртути, заполняется смесью, состоящей из азота и аргона. Вольфрамовые лампы дают яркий, приятный свет и наиболее долговечны.
Ртутно-кварцевая (прямая) лампочка (ПРК) или дуговая ртутная лампа высокого давления трубчатой формы (ДРТ). Имеют цилиндрические колбы с расположенными на торцах электродами.
Ртутно-кварцевая лампа шаровая (ДРШ). Отличительные черты: шарообразная колба и высокий уровень яркости освещения вместе с ультрафиолетовым излучением. Работа лампы происходит под очень высоким давлением с системой охлаждения.
Ртутная ультрафиолетовая лампа высокого давления (ДРУФ, ДРУФЗ) производится из увиолевого черного стекла. Другой вариант создания таких лампочек заключается в использовании легированного европием бората стронция для покрытия внутренней стороны колбы. Видимого света они практически не дают.
Ртутные приборы низкого давления
Люминесцентная ртутная лампа является газоразрядной и устроена по тому же принципу, что и лампы высокого давления.
Компактная (КЛЛ) люминесцентная лампа появилась на территории нашей страны в 1984 году. Такие приборы изначально были снабжены стандартными видами цоколя с вмонтированными внутрь электрическими балластами.
Поэтому ввиду заявленной производителем энергосберегающей характеристике во многих квартирах достаточно быстро появились модели ККЛ. В отличие от других видов ртутных люминесцентных ламп, компактные приборы зажигаются сразу и работают бесшумно. Частота мерцания таких лампочек уловима человеческим глазом, но не так явно, как в случае с другими газоразрядными светильниками.
Линейная ртутьсодержащая лампа представлена в виде длинной колбы с двумя электродами на концах, заполненной газом и ртутными парами. Сама колба внутри покрыта люминофором. При включении лампы происходит электрический дуговой разряд, наполнение лампы нагревается до необходимого уровня, и прибор разгорается в полную силу.
При этом люминофор поглощает выделяемое при работе ультрафиолетовое излучение. Если дополнять химический состав люминофора различными добавками, то можно изменять таким образом цвет светового потока. Линейные лампы различаются типами цоколя и диаметром приборов.
Кварцевая дуговая ртутная люминесцентная лампа низкого давления вырабатывает мощное ультрафиолетовое излучение. Применяется для обеззараживания питьевой воды, воздуха. Вырабатывает озон в повышенной концентрации. Требует последующего проветривания помещения.
Бактерицидная лампа изготавливается из увиолевого стекла. Существует и другая технология, когда внутренняя поверхность колбы обрабатывается специальным химическим составом (см. ДРУФ). Вырабатывая мощное ультрафиолетовое излучение, лампа не выделяет слишком большого количества озона. Поэтому в помещении, где используется прибор, могут находиться люди.
Сферы применения ламп, содержащих ртуть
ДРЛ — дуговые ртутные люминесцентные светильники — используются для освещения дорог, вокзалов, мостов, переходов, скверов, дворов и других объектов.
Лампы ДРИ используют для организации наружного освещения улиц, площадей, парков, открытых спортивных площадок, ярмарок, рынков и др. Возможность изменением химического состава увеличивать спектр цветов свечения позволяет применять металлогалогенные лампы в архитектурной подсветке.
Моряки на рыболовецких судах при помощи ламп с зеленоватым свечением привлекают планктон. Излучение ультрафиолета, создание цветовой температуры, яркость и голубоватое свечение — все это способствует выращиванию растений или даже кораллов.
Лампы ДРИЗ актуальны на территориях с плохой видимостью, а вольфрамовые приборы устанавливаются на строительных площадках, автостоянках, открытых складских помещениях.
Приборы ртутно-кварцевые и ДРТ применяются в медицинской сфере. Бактерицидные ультрафиолетовые облучатели используются для обеззараживания воды, продуктов или воздуха. За период горения таких ламп в воздухе образуется большая концентрация озона, поэтому помещения, в которых проходит обработка или другие работы с прибором, должны быть обеспечены хорошей вентиляцией для проветривания пространства. Лампы применяются также для фотохимических технологий и фотополимеризации красителей и лаков.
Ртутные ультрафиолетовые лампы высокого давления используются для ловли насекомых, учитывая специфику работы их зрительного аппарата. Применяются лампы во время проведения представлений, праздников, карнавалов.
Приборы с лампами ДРУФ помогают в работе экспертов и криминалистов, указывая на едва заметные следы органического происхождения.
Линейные люминесцентные лампы многие годы широко применяются для освещения различных общественных организаций и зданий. После появления моделей с цоколями стандартных размеров лампочки начали использоваться в помещениях домов и квартир.
Бактерицидная лампа низкого давления применяется для внешнего и внутреннего обеззараживания. Используется в помещениях и медицинских целях.
Преимущества ртутных газоразрядных ламп
- компактность ламп;
- достаточно высокая светоотдача 50 -60 лм/Вт;
- экономичность в 5-7 раз выше лампы накаливания;
- Долговечность — 10000-15000 тыс. часов при правильной эксплуатации;
- Нагрев корпуса значительно ниже ламп накаливания;
- Возможность воспроизводить разные цвета;
- Работа при высоких и низких температурах от +50 до -40.
Для ламп ДРВ:
- возможность замещения ламп накаливания для уличного освещения;
- возможность работы без специальной регулирующей пуск аппаратуры.
Недостатки дуговых ртутьсодержащих ламп
- работа на переменном токе (кроме РДВ);
- включение через балласт (кроме РДВ);
- чувствительность к колебаниям в сети;
- неудовлетворительная цветопередача;
- мерцание, утомляющее глаза;
- длительный срок от включения до верхнего уровня света лампы (кроме КЛЛ);
- после выключения до следующего включения длительный период остывания лампы (кроме КЛЛ);
- со 2-й половины срока службы уменьшение светоотдачи;
- класс опасности 1 из-за содержания в конструкции ртути.
Для ламп ДРВ:
- недолговечность вольфрамовой нити.
lustrypro.ru
Кварцевая лампа типа Баха.
Лампы типа Баха представляют колбы с двумя анодными и одним катодным резервуарами, наполненными до определенного уровня ртутью. Катодная и анодная части соединяются трубкой, являющейся светящейся частью лампы. В колбу вделаны электроды, подводящие ток к ртути.
Лампа Баха зажигается с помощью переливании ртути в резервуарах при наклоне лампы, вследствие чего ток течет по контуру, замкнутому ртутью. При обратном наклоне лампы ртутная струя разрывается, и в момент разрыва со в светящейся части лампы появляется дуга, максимум мощности излучения которой устанавливается спустя 15—20 минут горения. Большое количество тепла, образующееся при горении, отводится специальными радиаторами.
Кварцевая лампа типа ПРК-2
Лампа АРК-2 или аргонно-ртутная лампа интенсивного горения, имеет колбу, состоящую из выгнутой в виде арки трубки, в конце которой вделаны спиральные катоды, покрытые оксидной массой. Колба наполнена аргоном под небольшим давлением и ртутными парами. Применение оксидированных катодов (само подогреваемые катоды) в атмосфере аргона делает возможным зажигание лампы непосредственно при включении, без переливания ртути.
Эта лампа удобнее в эксплуатации в виду портативности, простоты зажигания, возможности эксплуатации в различных положениях, проще и дешевле в производстве при равноценности характеристик.
Рефлектор специальной конструкции применяется для правильного распределения светового потока и создания определенных термических условий, необходимых для горения лампы.
Применение кварцевых ламп.
Кварцевые лампы находят применение в медицине, в промышленности, главным образом в химической, при биологических исследованиях и в судебно-медицинской экспертизе.
Применение горелок в биологии (облучении кормов, всходов и тому подобное) определяется теми же свойствами ультрафиолетового излучении. В промышленности кварцевые лампы применяются:
- По линии производства в силу свойства ультрафиолетового излучения ускорять и усиливать химические и физические процессы, например, при вулканизации резины, при отбелке ткани и масел, при изготовлении фосгена и тому подобное.
- По линии контроля качества изделий в силу свойства ультрафиолетового излучения вызывать флюоресценцию некоторых веществ: например, облучением выявляют пятна и различные дефекты тканей, качество окраски, определяют возраст резины и тому подобное.
кварцевые лампы для дезинфекции помещения, выбрать
На этом же принципе основано использование кварцевых ламп в судебной экспертизе для установления подделок документов, драгоценных камней, для обнаружения предварительно смытых пятен крови и тому подобное.
lidol.ru
Рисунок 3. Ртутно-кварцевая лампа типа Иесионека для переменного тока: А—горелка; Б—ре флектор; В — трансформатор.
этом давление ртутных паров в горелке ведет и к увеличению интенсивности ультрафиолетового излучения. По сравнению с солнечным светом излучение ртутно-кварцевой лампы содержит значительно большее количество ультрафиолетовых лучей и при этом с более короткой длиной волны (в солнечном излучении наиболее короткие ультрафиолетовые лучи имеют длину волны 289 тр) (рис. 2). В настоящее время Р.-к. л. выпускаются в виде различных моделей. Наиболее распространенной является лампа Баха (см. Баха ртутш-кварщваялам-па). Значительное распространение ‘ имеет также лампа по модели проф. Иесионека (Jesionek), удобная для проведения групповых освещений. Эта лампа имеет укрепленный на штативе особый рефлектор в форме усеченной четырехгранной пирамиды, обращенной основанием к б-ному. Отражающая поверхность рефлектора делается из магналия (сплав алюминия и магния), к-рый отражает значительную часть падающих на не-^-=-^_ го ультрафиолетовых Ф *С^ лучей, благодаря че-~»3 му увеличивается количество ультрафио-
Рисунок 4. Схема ртутно-кварцевой горелки для лампы Кромайера: 1—ртуть; 2— электроды.
Гис. 5. Лампа Кромайера: 1—футляр для ртутно-кварцевой горелки; 2—кварцевое окно; 3—ручка для наклонения лампы при зажигании; 4—электрические провода; 5 и в—резиновые трубки— приводящая и отводящая воду для охлаждения.
летовых лучей, попадающих на б-ного (рис. 3). Реже в настоящее время применяется Р.-к. л. по проф. Кромайеру, к-рой пользуются дерматологи, стоматологи и др. в тех случаях, когда ограничиваются облучением небольших поверхностей, но обычно при этом стремятся получить сильную реакцию со стороны освещенной кожи или слизистой оболочки. Эта лампа имеет водяное охлаждение; благодаря этому возможно усиление действия путем непосредственного прижатия лампы к участку кожи, подвергающемуся лечению (рис. 4 и 5).—Все эти лампы изготовляются для( работы как на постоян-, ном, так и на переменном токе. В последнем случае требуется особой Рис 6> СамозаЖигающая- ‘ формы трехполЮСНая ся ртутно-кварцевая го- ртутно-кварцевая горел ка, кроме того необходим специальный трансформатор с дроссельной катушкой и реостатами; такая установка действует по принципу ртутного выпрямителя. Лампы постоянного тока снабжаются только реостатами. До недавнего времени у нас пользовались исключительно импортными горелками, в наст, время в СССР уже изготов-
релка Jaenicke: l—ртуть в полюсных сосудах; 2— световая трубка; 3—спираль накала.
ляются ртутно-кварцевые горелки и необходимая к ним арматура (за исключением ламп Кро-майера). Расход тока при пользовании ртутно-кварцевой лампой чрезвычайно невелик. В последние годы выпущены новые модели Р.-к. л., которые зажигаются автоматически без наклонения горелки и переливания ртути. Значительного распространения они пока не имеют (рис. 6). Р.-к. л. широко применяются в наст, время в медицине, особенно в тех случаях, когда необходимо получить интенсивное действие ультрафиолетовых лучей, преимущественно лучей с более короткой длиной волны, т. е. таких, к-рые не содержатся ни в солнечном излучении, ни в излучении ламп угольно-дуговых или накаливания.—Л е ч е н и е Р.-к. л. применяется при внелегочном tbc, особенно tbc кожи; при рахите, при плохо срастающихся переломах, при лечении гнойных и долго незаживающих ран и язв; при лечении ряда кожных заболеваний (импетиго, фурункулез, чешуйчатый лишай, некоторые формы экземы и др.); как купирующий метод лечения при роже; далее при общем упадке питания после перенесенного инфекц. заболевания, при лечении невральгий и т. д. Более подробно о показаниях и противопоказаниях, а также о методике применения и дозировке см. Светолечение. О люминесцентном анализе в фильтрованном ультрафиолетовом освещении см. Вуда лучи. Лит.: Бах Г., Кварцевая лампа, М.—Л., 1930; Гаусман В. и Фольк Р., Руководство по светолечению* М., 1929; Руководство по физич.методам лечения,под ред.С.Бруштейна, т.1—II, Л., 1927—1930; Saidman J., Les rayons ultra-VІolets et associes en therapeutique, P., 1929; V a h I e W., Optische Grundlagen der Licht-therapie (Lehrbuch der Strahlentherapie, hrsg.v. H.Mayer, B. I, B.—Wlen, 1925). Г. Варшавер.
Большая медицинская энциклопедия. 1970.
big_medicine.academic.ru
Спектр излучения
Пары ртути излучают следующие спектральные линии, использующиеся в газоразрядных лампах[1][2][3]:
| Длина волны, нм | Название | Цвет |
|---|---|---|
| 184.9499 | Жёсткий ультрафиолет (тип С) | |
| 253.6517 | Жёсткий ультрафиолет (тип С) | |
| 365.0153 | линия «I» | Мягкий ультрафиолет (тип A) |
| 404.6563 | линия «H» | Фиолетовый |
| 435.8328 | линия «G» | Синий |
| 546.0735 | Зелёный | |
| 578.2 | Жёлто-оранжевый |
Наиболее интенсивные линии — 184.9499, 253.6517, 435.8328 нм. Интенсивность остальных линий зависит от режима (параметров) разряда.
Виды
Ртутные лампы высокого давления типа ДРЛ
ДРЛ (Дуговая Ртутная Люминесцентная) — принятое в отечественной светотехнике обозначение РЛВД, в которых для исправления цветности светового потока, направленного на улучшение цветопередачи, используется излучение люминофора, нанесённого на внутреннюю поверхность колбы.
Применяется для общего освещения цехов, улиц, промышленных предприятий и других объектов, не предъявляющих высоких требований к качеству цветопередачи и помещений без постоянного пребывания людей.
Устройство
Первые лампы ДРЛ изготовлялись двухэлектродными. Для зажигания таких ламп требовался источник высоковольтных импульсов. В качестве него применялось устройство ПУРЛ-220 (Пусковое Устройство Ртутных Ламп на напряжение 220 В). Электроника тех времён не позволяла создать достаточно надёжных зажигающих устройств, а в состав ПУРЛ входил газовый разрядник, имевший срок службы меньший, чем у самой лампы. Поэтому в 1970-х гг. промышленность постепенно прекратила выпуск двухэлектродных ламп. На смену им пришли четырёхэлектродные, не требующие внешних зажигающих устройств.
Для согласования электрических параметров лампы и источника электропитания практически все виды РЛ, имеющие падающую внешнюю вольт-амперную характеристику, нуждаются в использовании пускорегулирующего аппарата, в качестве которого в большинстве случаев используется дроссель, включённый последовательно с лампой.
Четырёхэлектродная лампа ДРЛ (смотреть рисунок справа) состоит из внешней стеклянной колбы 1, снабжённой резьбовым цоколем 2. На ножке лампы смонтирована установленная на геометрической оси внешней колбы кварцевая горелка (разрядная трубка, РТ) 3, наполненная аргоном с добавкой ртути. Четырёхэлектродные лампы имеют основные электроды 4 и расположенные рядом с ними вспомогательные (зажигающие) электроды 5. Каждый зажигающий электрод соединён с находящимся в противоположном конце РТ основным электродом через токоограничивающее сопротивление 6. Вспомогательные электроды облегчают зажигание лампы и делают её работу в период пуска более стабильной. Проводники в лампе изготавливаются из толстой никелевой проволоки.
В последнее время ряд зарубежных фирм изготавливает трёхэлектродные лампы ДРЛ, оснащённые только одним зажигающим электродом. Эта конструкция отличается только большей технологичностью в производстве, не имея никаких иных преимуществ перед четырёхэлектродными.
Принцип действия
Горелка (РТ) лампы изготавливается из тугоплавкого и химически стойкого прозрачного материала (кварцевого стекла или специальной керамики), и наполняется строго дозированными порциями инертных газов. Кроме того, в горелку вводится металлическая ртуть, которая в холодной лампе имеет вид компактного шарика, или оседает в виде налёта на стенках колбы и (или) электродах. Светящимся телом РЛВД является столб дугового электрического разряда.
Процесс зажигания лампы, оснащённой зажигающими электродами, выглядит следующим образом. При подаче на лампу питающего напряжения между близко расположенными основным и зажигающим электродом возникает тлеющий разряд, чему способствует малое расстояние между ними, которое существенно меньше расстояния между основными электродами, следовательно, ниже и напряжение пробоя этого промежутка. Возникновение в полости РТ достаточно большого числа носителей заряда (свободных электронов и положительных ионов) способствует пробою промежутка между основными электродами и зажиганию между ними тлеющего разряда, который практически мгновенно переходит в дуговой.
Стабилизация электрических и световых параметров лампы наступает через 10-15 минут после включения. В течение этого времени ток лампы существенно превосходит номинальный и ограничивается только сопротивлением пускорегулирующего аппарата. Продолжительность пускового режима сильно зависит от температуры окружающей среды — чем холоднее, тем дольше будет разгораться лампа.
Электрический разряд в горелке ртутной дуговой лампы создаёт видимое излучение голубого или фиолетового цвета, а также, мощное ультрафиолетовое излучение. Последнее возбуждает свечение люминофора, нанесённого на внутренней стенке внешней колбы лампы. Красноватое свечение люминофора, смешиваясь с бело-зеленоватым излучением горелки, даёт яркий свет, близкий к белому.
Изменение напряжения питающей сети в большую или меньшую сторону вызывает изменение светового потока: отклонение питающего напряжения на 10-15 % допустимо и сопровождается соответствующим изменением светового потока лампы на 25-30 %. При уменьшении напряжения питания менее 80 % номинального, лампа может не зажечься, а горящая — погаснуть.
При горении лампа сильно нагревается. Это требует использования в световых приборах с дуговыми ртутными лампами термостойких проводов, предъявляет серьёзные требования к качеству контактов патронов. Поскольку давление в горелке горячей лампы существенно возрастает, увеличивается и напряжение её пробоя. Величина напряжения питающей сети оказывается недостаточной для зажигания горячей лампы, поэтому перед повторным зажиганием лампа должна остыть. Этот эффект является существенным недостатком дуговых ртутных ламп высокого давления: даже весьма кратковременный перерыв электропитания гасит их, а для повторного зажигания требуется длительная пауза на остывание.
Традиционные области применения ламп ДРЛ
Освещение открытых территорий, производственных, сельскохозяйственных и складских помещений. Везде, где это связано с необходимостью большой экономии электроэнергии, эти лампы постепенно вытесняются НЛВД (освещение городов, больших строительных площадок, высоких производственных цехов и др.).
Довольно оригинальной конструкцией отличаются РЛВД Osram серии HWL (аналог ДРВ), имеющие в качестве встроенного балласта обычную нить накала, размещённую в вакуумированном баллоне, рядом с которой в том же баллоне помещена отдельно загерметизированная горелка. Нить накала стабилизирует напряжение питания из-за бареттерного эффекта, улучшает цветовые характеристики, но, очевидно, весьма заметно снижает как общий КПД, так и ресурс из-за износа этой нити. Такие РЛВД применяются и в качестве бытовых, так как имеют улучшенные спектральные характеристики и включаются в обычный светильник, особенно в больших помещениях (самый маломощный представитель этого класса создаёт световой поток в 3100 Лм).
Дуговые ртутные металлогалогенные лампы (ДРИ)
Лампы ДРИ (Дуговая Ртутная с Излучающими добавками) конструктивно схожа с ДРЛ, однако в её горелку дополнительно вводятся строго дозированные порции специальных добавок — галогенидов некоторых металлов (натрия, таллия, индия и др.), за счёт чего значительно увеличивается световая отдача (порядка 70 — 95 лм/Вт и выше) при достаточно хорошей цветности излучения. Лампы имеют колбы эллипсоидной и цилиндрической формы, внутри которой размещается кварцевая или керамическая горелка. Срок службы — до 8 — 10 тыс. ч.
В современных лампах ДРИ используются в основном керамические горелки, обладающие большей стойкостью к реакциям с их функциональным веществом, благодаря чему со временем горелки затемняются гораздо меньше кварцевых. Однако последние тоже не снимают с производства из-за их относительной дешевизны.
Ещё одно отличие современных ДРИ — шаровидная форма горелки, позволяющая снизить спад светоотдачи, стабилизировать ряд параметров и увеличить яркость «точечного» источника. Различают два основных исполнения данных ламп: с цоколями Е27, Е40 и софитное — с цоколями типа Rx7S и подобными им.
Для зажигания ламп ДРИ необходим пробой межэлектродного пространства импульсом высокого напряжения. В «традиционных» схемах включения данных паросветных ламп, помимо индуктивного балластного дросселя, используют импульсное зажигающее устройство — ИЗУ.
Изменяя состав примесей в лампах ДРИ, можно добиться «монохроматических» свечений различных цветов (фиолетового, зелёного и т. п.) Благодаря этому ДРИ широко используются для архитектурной подсветки. Лампы ДРИ с индексом «12» (с зеленоватым оттенком) используют на рыболовецких судах для привлечения планктона.
Дуговые ртутные металлогалогенные лампы с зеркальным слоем (ДРИЗ)
Лампы ДРИЗ (Дуговая Ртутная с Излучающими добавками и Зеркальным слоем) представляет собой обычную лампу ДРИ, часть колбы которой изнутри частично покрыта зеркальным отражающим слоем, благодаря чему такая лампа создаёт направленный поток света. По сравнению с применением обычной лампы ДРИ и зеркального прожектора, уменьшаются потери за счёт уменьшения переотражений и прохождений света через колбу лампы. Так же получается высокая точность фокусировки горелки. Для того, чтобы после вворачивания лампы в патрон направление излучения её можно было изменить, лампы ДРИЗ снабжают специальным цоколем.
Ртутно-кварцевые шаровые лампы (ДРШ)
Лампы ДРШ (Дуговые Ртутные Шаровые) представляют собой дуговые ртутные лампы сверхвысокого давления с естественным охлаждением. Имеют шарообразную форму и дают сильное ультрафиолетовое излучение.
Ртутно-кварцевые лампы высокого давления (ПРК, ДРТ)
Дуговые ртутные лампы высокого давления типа ДРТ (Дуговые Ртутные Трубчатые) представляют собой цилиндрическую кварцевую колбу с впаянными по концам электродами. Колба наполняется дозированным количеством аргона, помимо того в неё вводится металлическая ртуть. Конструктивно лампы ДРТ очень схожи с горелками ДРЛ, а электрические параметры их таковы, что позволяют использовать для включения пускорегулирующие аппараты ДРЛ соответствующей мощности. Однако большинство ламп ДРТ выполняется в двухэлектродном исполнении, поэтому для их зажигания требуется использование специальных дополнительных устройств.
Первые разработки ламп ДРТ, носивших первоначальное название ПРК (Прямая Ртутно-Кварцевая), были выполнены Московским электроламповым заводом в 1950-х гг. В связи с изменением нормативно-технической документации в 1980-х гг. обозначение ПРК было заменено на ДРТ.
Существующая номенклатура ламп ДРТ имеет широкий диапазон мощностей (от 100 до 12000 Вт). Лампы используются в медицинской аппаратуре (ультрафиолетовые бактерицидные и эритемные облучатели), для обеззараживания воздуха, пищевых продуктов, воды, для фотополимеризации лаков и красок, экспонирования фоторезистов и иных фотофизических и фотохимических технологических процессов. Лампы мощностью 400 и 1000 Вт применялись в театральной практике для освещения декораций и костюмов, расписанных флуоресцентными красками. В этом случае осветительные приборы оснащались светофильтрами из ультрафиолетового стекла УФС-6, срезающими жёсткое ультрафиолетовое и практически всё видимое излучение ламп.
Важным недостатком ламп ДРТ является интенсивное образование озона в процессе их горения. Если для бактерицидных установок это явление обычно оказывается полезным, то в других случаях концентрация озона вблизи светового прибора может существенно превышать допустимую по санитарным нормам. Поэтому помещения, в которых используются лампы ДРТ, должны иметь соответствующую вентиляцию, обеспечивающую удаление избытка озона. В небольших количествах изготавливаются безозонные лампы ДРТ, колба которых имеет внешнее покрытие из кварца, легированного диоксидом титана. Такое покрытие практически не пропускает озонообразующую линию резонансного излучения ртути 184,9 нм.
Вывод из эксплуатации после 2020 года
24 сентября 2014 г, Россия подписала Минаматскую конвенцию по ртути. Согласно данной конвенции, с 2020 г. будет запрещено производство, импорт или экспорт продукта, содержащего ртуть. Под запрещение Минаматской конвенции попадают лампы общего освещения ртутные высокого давления паросветные (РВДП), в частности лампы ДРЛ и ДРИ.
wikiredia.ru
Ртутные лампы типа ДРЛ
Рассмотренная в статье "Работа лампы ДРЛ" кварцевая горелка подвержена сильному влиянию внешней среды, от которой зависят условия охлаждения. Стабильность работы лампы с такой горелкой обеспечивается размещением ее внутри внешней колбы. Внутренняя поверхность внешней колбы покрывается слоем люминофора, который за счет поглощения ультрафиолетовой части излучения ртутного разряда добавляет к видимому излучению этого разряда недостающее в нем излучение в красной области спектра. Для обеспечения охлаждения кварцевой горелки не только излучением, а также конвекцией и теплопередачей внешняя колба наполняется газом, который должен быть инертным по отношению к люминофору и деталям монтажа лампы. В качестве наполняющего газа применяют смесь аргона с азотом.
Устройство лампы ДРЛ показано на рисунке 1. Присоединение ламп к сети осуществляется с помощью резьбовых цоколей, аналогичных применяемым для ламп накаливания: Е27 – для ламп мощностью до 250 Вт и Е40 – для ламп большей мощности. Для облегчения зажигания лампа выполняется трех- или четырехэлектродной. У последних основные и вспомогательные электроды соединяются через резисторы.
Форма и размеры внешней колбы и положение горелки в ней выбирают с таким расчетом, чтобы все ультрафиолетовое излучение горелки падало на слой люминофора и во время работы и во время работы лампы слой люминофора имел оптимальную для его работы температуру.
Нагрев внешней колбы происходит за счет поглощения части излучения разряда слоем нанесенного на нее люминофора и стеклом, а также теплопередачи через наполняющий колбу инертный газ. Охлаждение осуществляется благодаря излучению нагретого стекла и теплопередаче через окружающий воздух.
Равномерность температуры поверхности колбы может быть достигнута, если, пренебрегая в первом приближении конвекцией наполняющего колбу инертного газа, выполнять ее в виде поверхности, обеспечивающей равномерную облученность. Расчеты показывают, что центральная часть колбы должна иметь поверхность, близкую к эллипсоиду вращения, с большой осью, совпадающей с осью горелки. Поправка на конвекцию вынуждает несколько увеличивать диаметр той части колбы, которая при работе лампы оказывается наверху. Так как лампы практически эксплуатируют в любом положении, то поправок в форму колбы не вносят.
В ряде конструкций ламп колба выполняет роль оптического элемента, перераспределяющего световой поток. В этом случае форма и размер колбы должны рассчитываться, как это делается для светильников, причем в расчете должен также учитываться ее тепловой режим.
Для исправления цветности ламп типа ДРЛ применяют различные виды люминофоров. Применение фосфат-ванадат-иттриевого люминофора вместо фторогерманата магния позволило улучшить параметры ламп типа ДРЛ.
Применение люминофора, нанесенного на внутреннюю стенку внешней колбы, с одной стороны, приводит к добавлению в спектре недостающего красного излучения, а с другой – вызывает поглощение в этом слое части видимого излучения. С ростом толщины слоя люминофора поток излучения лампы имеет максимум при определенной толщине слоя, в то время как проходящий через слой люминофора световой поток разряда постепенно уменьшается. Для решения вопроса об оптимальной толщине слоя люминофора и общей оценки его эффективности для характеристики ламп типа ДРЛ введено понятие "красное отношение". Красным отношением называют выраженное в процентах отношение красного светового потока, добавляемого люминофором, к общему световому потоку ламп. Очевидно, что лучшими будут люминофор и такой его слой, которые при создании красного отношения, достаточного для обеспечения правильной цветопередачи, обеспечивают максимальный световой поток лампы в целом, то есть наибольшую световую отдачу.
Красное отношение принято выражать в процентах зависимостью
где φ (λ) – спектральная плотность потока излучения лампы; V (λ) – относительная чувствительность глаза.
Красное отношение для ламп типа ДРЛ с оптимальной толщиной люминофора из фторогерманата и арсената магния достигает 8 %, а световой поток – 87 % светового потока лампы без люминофора. Применение ортофосфатноцинковых люминофоров с добавкой стронция позволяет получить световой поток, на 15 % превышающий световой поток лампы без люминофора, и rкр = 4 – 5 %.
В процессе зажигания ламп имеет место катодное распыление активного вещества катода и стержневой части электрода. В установившемся режиме горения на переменном токе из-за перезажигания разряда в каждый полупериод распыление стержневой части электрода продолжается. Это ухудшает со временем эмиссионные свойства обеих частей электродов, соответственно растет необходимое для зажигания ламп напряжение. Распыление электродов приводит одновременно к поглощению молекул наполняющего лампу инертного газа, начальное давление которого выбиралось из условий зажигания разряда. Эти процессы приводят к образованию на стенках горелки темного налета из частиц распылившихся электродов, поглощающего излучение, в особенности его ультрафиолетовую составляющую, и красное отношение снижается. Прекращение зажигания определяет полный срок службы ламп типа ДРЛ, а нормируемое снижение световой отдачи – их полезный срок службы.
Условное обозначение ламп ДРЛ расшифровывается следующим образом: Д – дуговая, Р – ртутная, Л – люминесцентная. Цифры после букв соответствуют мощности лампы в ваттах, дальше в скобках приводится красное отношение в процентах и через дефис – номер разработки. Подавляющее большинство ламп типа ДРЛ выпускаются четырехэлектродными, то есть с дополнительными электродами для облегчения зажигания (смотрите рисунок 2). Такие лампы зажигаются непосредственно от напряжения сети. Небольшая часть ламп ДРЛ изготовляются двухэлектродными, для их зажигания применяют специальные зажигающие устройства.
Лампы ДРЛ находят применение в установках наружного освещения и для освещения высоких помещений промышленных предприятий, где не предъявляется жестких требований к качеству цветопередачи.
Влияние температуры окружающей среды сказывается прежде всего на напряжении зажигания ламп. При отрицательных температурах зажигание ламп типа ДРЛ затруднено, что связано со значительным уменьшением давления ртути, в результате чего зажигание происходит в чистом аргоне и требует более высоких напряжений, чем при наличии паров ртути. Согласно ГОСТ 16354-77 лампы типа ДРЛ всех мощностей должны зажигаться при напряжении не более 180 В при температуре окружающей среды 20 – 40 °С; при температуре -25 °С напряжениезажигания ламп увеличивается до 205 В, при -40 °С напряжение зажигания для ламп мощностью 80 – 400 Вт составляет не более 250 В, мощностью 700 и 1000 Вт – 300 В. На световые и электрические параметры ламп типа ДРЛ изменение внешней температуры практически не влияет. В таблице 1 приведены параметры ламп типа ДРЛ. Лампы имеют две модификации с красным отношением 6 и 10 %.
Таблица 1
Основные параметры ламп типа ДРЛ по ГОСТ 16357-79
| Тип лампы | Мощность, Вт | Рабочее напряжение, В | Ток, А | Световой поток, лм | Размеры, мм | Средний срок службы | |
| диаметр внешней колбы | полная длина | ||||||
| ДРЛ80(6)-2 ДРЛ125(6)-2 ДРЛ250(6) ДРЛ400(6)-2 ДРЛ700(6)-2 ДРЛ1000(6)-2 ДРЛ2000(6) |
80 125 250 400 700 1000 2000 |
115 125 130 135 140 145 270 |
0,80 1,15 2,13 3,25 5,40 7,50 8,00 |
3400 6000 13000 23000 40000 57000 120000 |
81 91 91 122 152 181 187 |
165 184 227 292 368 410 445 |
10000 10000 12000 15000 15000 15000 6000 |
Ртутно-вольфрамовые лампы
Затрудненное зажигание ламп типа ДРЛ при отрицательных температурах, использование индуктивных балластов, а также необходимость исправления цветности излучения привели к созданию ламп высокого давления с балластом в виде нити лампы накаливания. Отметим, что большие потери мощности в активном балласте, которым является нить накаливания, по сравнению с потерями в индуктивном балласте компенсируются простотой активного балласта при возможности одновременного получения с его помощью недостающего красного излучения.
Поместив во внешнюю колбу, в которой размещена кварцевая горелка для уменьшения зависимости ее параметров от внешней температуры, балластную нить накала, удалось получить лампу, пригодную для непосредственного включения в сеть. Конструкция такой лампы показана на рисунке 3. Размещение нити накала внутри колбы лампы создает дополнительное преимущество, заключающееся в сокращении периода разгорания за счет нагрева горелки излучением спирали.
Основным при расчете ламп смешанного света, как называют иногда ртутно-вольфрамовые лампы, является выбор параметров нити накала. Мощность нити выбирают исходя из условия стабилизации ртутного разряда. световую отдачу нити приходится снижать ради получения достаточно красного отношения, одновременно обеспечивается срок службы нити, соизмеримый со сроком службы кварцевых горелок. В пусковой период напряжение сети целиком падает на спираль, однако по мере разгорания ртутной лампы напряжение на ней повышается, а напряжение на балластной спирали снижается до рабочего значения. Световая отдача ртутно-вольфрамовых ламп составляет 18 – 20 лм/Вт, так как около 50 % мощности расходуется на нагрев спирали. Поэтому эти лампы по экономичности не могут конкурировать с лампами типа ДРЛ и другими лампами высокого давления. Их применение ограничено специальными областями, например, облучательной техникой.
Лампы типа ДРВЭ имеют внешнюю колбу, выполненную из специального стекла, пропускающего ультрафиолетовое излучение. Такие лампы применяют для совместного освещения и облучения, например в теплицах. Срок службы таких ламп составляет 3 – 5 тысяч часов, он определяется сроком службы вольфрамовой нити накала.
Трубчатые ртутные лампы
Кроме ламп работающих на основе разряда высокого давления в парах ртути и предназначенных для целей освещения, изготовляют несколько видов источников излучения, разработка которых связана с необходимостью использования не только видимого, но и ультрафиолетового излучения. Как известно, ультрафиолетовое излучение обладает химическим и биологическим действием. Широко используется актиничность ультрафиолетового излучения, то есть воздействие на светочувствительные материалы, применяемые в полиграфической промышленности. Мощные потоки бактерицидного излучения, большие, чем у бактерицидных люминесцентных ламп, позволяют использовать ртутные лампы высокого давления для целей обеззараживания воды и других веществ. Химическая активность ультрафиолетового излучения и возможность сконцентрировать большие мощности излучения на небольших поверхностях привели к широкому использованию ртутных ламп высокого давления в химической, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.
Для ламп этого типа необходимы колбы из механически прочного и тугоплавкого кварцевого стекла. Применяемое кварцевое стекло, пропускающее ультрафиолетовое излучение начиная с длины волны 220 нм, то есть практически весь спектр излучения ртутного разряда, позволяет изменять параметры излучения лишь за счет изменения рабочего давления. Непрозрачность кварцевого стекла для резонансного излучения с длиной воны 185 нм не имеет практического значения, так как ультрафиолетовое излучение такой длины волны практически полностью поглощается воздухом.
Указанное привело к созданию ртутных ламп высокого давления, отличающихся конструкцией, обусловленной рабочим давлением и областью применения. основные параметры ламп высокого давления приведены в таблице 2.
Таблица 2
Основные параметры ртутных трубчатых ламп высокого давления по ГОСТ 20401-75
| Тип лампы | Мощность, Вт | Напряжение, В | Ток, А | Длина дуги, мм | Габаритная длина, мм | Диаметр горелки, мм | Средний срок службы, ч |
| ДРТ230 ДРТ400 ДРТ1000 ДРТ2500 ДРТ2800 ДРТ5000 ДРТ4000 |
230 400 1000 2500 2800 5000 4000 |
70 135 145 850 1150 1800 1900 |
3,8 3,25 7,5 3,4 2,4 3,1 2,4 |
60 120 175 1000 610 1100 1000 |
190 265 350 1200 700 1290 1118 |
20 22 32 21 15 20 14 |
1500 2700 1500 3500 1000 1500 13000 |
Промышленность выпускает ртутные лампы типа ДРТ (дуговые ртутные трубчатые) с давлением до 2 × 105 Па в виде прямых трубок диаметром 14 – 32 мм. На рисунке 4 даны общий вид и габаритные размеры ламп типа ДРТ различной мощности. Оба конца трубок имеют удлинения меньшего диаметра, в которые впаяна молибденовая фольга, служащая вводами. С внутренней стороны ламп к вводам приварены вольфрамовые активированные самокалящиеся электроды, конструкция которых показана на рисунке 5. Для крепления ламп в арматуре лампы снабжены металлическими хомутиками с держателями. Имеющийся посредине колбы носик является остатком штенгеля, отпаянного после вакуумной обработки лампы. Для облегчения зажигания лампы имеют специальную полосу, на которую подается зажигающий импульс.
Рисунок 4. Общий вид ламп типа ДРТ (давление паров ртути до 0,2 МПа) мощностью, Вт:
а – 230; б – 400; в – 1000
Рисунок 5. Электроды (катоды) ртутных ламп высокого давления:
1 – активное вещество (оксид); 2 – вольфрамовый сердечник; 3 – спираль
Трубчатые ксеноновые лампы
К трубчатым лампам высокого давления относят также лампы, в которых используется излучение ксенона при давлениях от сотен до миллионов паскалей. Характерной особенностью разряда в инертных газах при высоких давлениях и больших плотностях тока является непрерывный спектр излучения, обеспечивающий хорошую цветопередачу освещаемых объектов. В видимой области спектр ксенонового разряда близок к солнечному с цветовой температурой 6100 – 6300 К. Важной особенностью такого разряда является его возрастающая вольт-амперная характеристика при высоких плотностях тока, что позволяет стабилизировать разряд с помощью небольших балластных сопротивлений. Ксеноновые трубчатые лампы значительной длины могут включаться в сеть вообще без дополнительного балласта. Преимуществом ксеноновых ламп является отсутствие периода разгорания. Параметры ксеноновых ламп практически не зависят от температуры окружающей среды вплоть до температур -50 °С, что позволяет применять их в установках наружного освещения в любых климатических зонах. Вместе с тем ксеноновые лампы имеют высокое напряжение зажигания и требуют применения специальных зажигающих устройств. Малый градиент потенциала обусловил использование в лампах более массивных вводов.
Световая отдача ламп растет с ростом удельной мощности и диаметра разрядной трубки. При больших плотностях тока разряд в инертных газах обладает очень высокой яркостью. По теоретическим оценкам, предельная яркость разряда в ксеноне может достигать 2 × 10³ Мкд/м². Основные параметры ксеноновых ламп высокого давления приведены в таблице 3. Трубчатые ксеноновые лампы работают как с естественным, так и с водяным охлаждением. Применение водяного охлаждения позволило поднять световую отдачу ламп с 20 – 29 до 35 – 45 лм/Вт, но несколько усложнило конструкцию. Горелка ламп с водяным охлаждением заключается в стеклянный сосуд, а в пространстве между горелкой и внешним сосудом-цилиндром циркулирует дистиллированная вода.
Таблица 3
Основные параметры ксеноновых ламп высокого давления
| Тип лампы | Мощность, Вт | Напряжение, В | Ток, А | Световой поток, 10³, лм | Внутренний диаметр трубки, мм | Полная длина, мм | Средний срок службы, ч | Схема включения |
| ДКсТ2000 ДКсТ5000 ДКсТ10000 ДКсТ20000 ДКсТ50000 ДКсТВ3000 ДКсТВ5000 |
2000 5000 10000 20000 50000 3000 5000 |
40 110 220 380 380 90 150 |
49 44 46 56 132 30 30 |
35,7 97,6 250 694 2230 81,2 139 |
24 22 21 21 38 4 4 |
356 646 1260 1990 2700 285 315 |
300 300 800 800 500 100 100 |
с балластом с балластом без балласта без балласта без балласта с балластом, на постоянном токе то же без балласта с выпрямителем без балласта без балласта |
Высокие температуры трубки (около 1000 К) требует применения кварцевого стекла и соответствующих конструкций молибденовых вводов, рассчитанных на большие токи. Электроды ламп выполняют из активированного вольфрама. Одна из конструкций ксеноновой лампы с водяным охлаждением приведена на рисунке 6.
Рисунок 6. Общий вид трубчатой ксеноновой лампы мощностью 6 кВт с водяным охлаждением
На параметры безбалластных ксеноновых ламп оказывает сильное влияние напряжение сети. При отклонениях напряжения сети на ±5 % номинального мощность лампы изменяется примерно на 20 %.
Обозначение ламп состоит из букв Д – дуговая, Кс ксеноновая, Т – трубчатая, В – с водяным охлаждением и цифр, обозначающих мощность лампы в ваттах и через дефис – номер разработки.
Источник: Афанасьева Е. И., Скобелев В. М., «Источники света и пускорегулирующая аппаратура: Учебник для техникумов», 2-е издание переработанное – Москва: Энергоатомиздат, 1986 – 272 с.
artillum.ru