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1、,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,6.2 高压汞灯,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,一. 结构,1. 放电管,石英泡壳,Hg+Ar填充物,自热式电极+辅助电极,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,3. 外壳 硬玻璃（软玻璃）,加荧光粉荧光高压汞灯,即可提高光效，又可提高显色指数,2. 支架 电引线+启动电阻,主电极和辅电极间先被击穿，产生电子， 放电建立。,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,二. 高压汞灯的设计,1. 选定工作气压,a）PHg,照明灯 (24 )atm,紫外辐射灯 (0.50.6)atm,b）PHg与Tw的关系,过量Hg下,lgPHg=- +7.752,Tw(k),3.36103,光
2、源原理与设计高压汞灯,诸定昌,c）高压汞灯中汞量与PHg的关系,非饱和状态，200.6mg液汞,在标准状态下，产生22.4cm3的汞蒸气,在体积为V，温度为T，且均匀分布的 灯中产生PHg,PHg= /,22.4,273,V,T,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,在管半径为ri，且温度为T(r)的单位弧长 体积中产生PHg,PHg=,22.4,273,0ri,2r,T(r),dr,在单位弧长充汞量为m(mg/cm)，在ri与 T(r)的条件下产生PHg,PHg=,22.4m,273200.6,0,2r,T(r),dr2,PHgm,200.6,=,PHg=,m,7680,0ri,T(r),dr2,
3、ri2,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,2. 选定电参数（Pl给出，Vl选定，Il可知）,Pl=VlIll,(l=0.9),Vl=VAK+ELarc,a) VAK,b) Vl,锆酸钡电子粉电极 1213V,纯钨电极 17V,Vl,Vl不稳定,Vl=(1/22/3)Vn=(110140)V,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,3. 选定管壁负载,Ws=Pl/d larc-,Ws,照明灯 910w/cm2,紫外灯 5.56.5w/cm2,2,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,4. 充汞量与E的关系,Pl1=EIll=E J Sarcl,=E(e nee) rarc2 l,e=c1/n0 ne =c2n0
4、exp-evi/2kTeff,Teff =f（ri ,Pc1）,Elenbass 根据二阶温度轮廓模型,rarc=c3ri,E= 6,Pl11/2 m7/12,(Pl1-Pc1)1/3d3/2,代入Pl1 =30w/cm Pc1=10,E12,m7/12,d3/2,=,Vl-VAk,larc,-,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,l=larc +2T.T.Q+压封区,总充汞量M=m(larc+3/4 d),T.T.Q,插入因子,larc,5.几何尺寸与总充汞量的计算,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,PHg=0.75(m/d2)Pl10.25/(dm)0.1-(1),E 12,m7/12,d3/2
5、,=,Vl-VAk,larc,Ws=Pl/d larc-(2),6.验证湍流发生的可能性 m2/d250,-(3),三.高压汞灯的启动,f,稳定时间,410分,F,I,t,Pl Tw PHg PHg(max),光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,1.HID灯启动的四个阶段,a) Breakdown: ionization to produce enough charges (governed by Pashen Law).,b) A self-sustaining discharge by secondary emission from the cathode（ governed by Towns
6、end Law).,c) Glow-to-Arc transition during which the electrodes are heated to a value where thermal emission delivers most of the current.,d) Comes to slow transition from a low pressure to a high pressure.,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,2.影响Vs的因素,a) Tamb Penning Effect,b) 电极发射性能与几何尺寸,c) 杂质气体 H2的危害(H2对石英有渗透效应),H2+
7、Ar* 2H +Ar 破坏Penning 效应,H2+Hg* 2H +Hg 破坏阶梯电离,一般Es=4v/cm Torr 400w larc=6.5cm PAr=20Torr Vs=520v,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,3.降低Vs的措施,a)主电极的合理设计,电子发射材料的选择,碱土 逸出功 1.6eV,BaZrO3(1.63eV) Ba3WO6 Ba2CaWO6+Ba2CaMoO6,常用,2.07,钡钨类电极 (T电=15001900oC),电子粉,圈,杆,(钍)钨,d,l,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,电极的几何尺寸,芯杆：直径、伸出钨圈长度,钨圈（热辐射体，贮电子粉）：直径、圈数
8、,辐射体保证足够高的温度,使 2BaWO6+W 3BaWO4 +3Ba,辐射体温度太高，蒸发大,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,芯杆伸出太长，T尖高，Ba损失大；伸出太短，电弧接触钨圈部位，蒸发大,合理的尖端温度和辐射体温度,b) 加辅助电极(可降低50%的Vs值),辅助电极 (12mm),R 3040k,c) 改善低温启动的措施,充Ne-Ar潘宁气体，降低限流电阻R=10k，双辅助电极，加吸气剂,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,四.影响寿命的因素,1.启动时阴极溅射造成的emitter损耗,a) 电极材料与几何尺寸,b) 启动电流的大小 Is-启动电流 Io -工作电流 Is=1.5Io,c) 电源的频率,2.正常燃点时的蒸发,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,3.惰性气体的影响(Pd关系),4.管壁负载Ws的影响,Tw不能太高（析晶），Ws=910W/cm2,5.工艺的影响,水汽 H2o H +O,电极处理,Quartz 质量,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,五. 用途,1. 大面积照明 优点：=50，发光体小，价格便宜 缺点：光色偏蓝紫 Ra=1520,2.强紫外光源 253.7 365.0 312.1 296.7 nm,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,