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1、2002年 10月灯 -9 照 明第 26卷 第 5期高压汞灯原理特牲和应用陈大华(复旦大学电光源研究所，200433)1 引言利用在充有汞的电弧管内产生高压 (0211106Pa)汞蒸气放电，从而获得可见光的光源即高压汞灯。它 的发光效率可达 2O60 lmW，广 泛应用于环境温度为一2040的街道、广场、高大建筑物、交通运输、仓库和公共建筑等场所作为室内外照明光源。除作普通照明用的高压汞灯外，还有在外壳内涂发射膜的发射型灯 (HR)；适于 300 500nm重氮感光纸的复印灯，广告、显示杀菌、微生物和法医学研究，以及荧光颜料探测用的黑光灯；红斑治疗仪用谱，能改善其显色性。1965年采 用稀
2、土荧光粉，大幅度提高了汞灯的显色性和发光效率。与此 同时，在灯的结构上又出现了涂敷铝膜的反射型和汞灯外壳内装有钨丝的自镇流型的形式，使汞灯的特性更完善，使用更简便。高压 汞灯的几十年发展进步，为高强度气体放电灯应用领域中奠定了技术基础。2000年世界上高压汞灯的年产量约 5000万支，中国于 60年代初 试制成功国产高压汞灯，2000年 的年产量已达到 3 152万 支，是目前国际 t-高压 汞灯生产规模最大的国家。3 工作原理尼龙原料光合化学作用和涂料、墨水聚合干燥用的紫外线固化用的汞灯等。2 简史1906年研制成汞蒸气压约为 01MPa的高压汞灯。3O年代初 ，高压汞灯在引进激活电极代替液
3、汞电极，突破金属丝和硬质玻璃或金属箔和石英玻璃的真空封接工艺，以及选择适量的汞来改进灯的启动性能和稳定性等方面取得了进展。4o年 代高压汞灯进人实用阶段。5O年 代后采用了在高压汞灯外玻壳内涂敷特殊荧光粉，它能使汞灯辐射的不可见 365rim长 波紫外线转变为汞灯所缺乏的红色光高压汞灯初始点燃时，是低压汞蒸气和氩气放电，辐射带蓝色的辉光，这时灯电压低，放电电流大，随着放电产生热量使电弧管内汞蒸气升压，电弧开始收缩并产生电离激发，形成放电管中电子、原子和离子间的碰撞而发光。放 电时波长 2537 Tln的共振线 (辐射 光谱 )被吸收，随着灯内汞蒸气进一步提高，可见谱线强度逐步增加，主要辐射的是
4、 4O47TITI、4358nm、5461TITI和 57705790 nlTl的可见谱线，此外还辐射较强的 3650TITI的长 波紫外线。高压汞灯从启动到正常工作的时间通常为 41Omin，其稳定过程特征见图 1。收稿日期：2002091113 2002年 10月灯 与 照 明第 26卷 第 5期型和自镇流型二种结构的高压汞灯。图 1 高压汞灯稳定过程的特性4 结构照明用高压汞灯的典型结构见图 2(a)、(b)和(c)。图 2(a)中灯中心部分是石英玻璃制成的放电管，管内充有一定量的汞和氩。用钨作 主电极并填充碱土金属氧化物电子发射物质。电极和石英玻璃用钼箔实现非匹配气密封接。启动一 般采
5、用铺助电极它通过一个 40 60 kQ的 电阻和不相邻的主电极连接。外壳 除起保护作用外还可防止环境条件对灯的影响。外壳 内表面涂以荧光粉的高压汞灯，其荧光粉的作用是补充高压汞灯中不足的红色谱线，同时提高灯的光效。 现多数采用铕激活的钒酸钇(w O ：Eu)荧光粉 。图 2(b)和 (c)中分别可见反射(a)涂荧光粉灯；(b)反射型灯；(c)自镇流型灯图 2 高压汞灯的结构5 光电特性和基本参数当灯加上电源电压后，主电极和辅助电极间产生辉光放电，瞬时转移到主电极间，形成弧光放电，几分钟后汞蒸气达稳定态。灯熄 灭后，须等待冷却时间约 5一lOmin才能再 次启动。当电源电压变动时，涂荧光粉型和自
6、镇流型高压汞灯参数的变动情况图 3(a)(b)。 J50窭14013o喜l20。峭-莎鼍 1l080 8590958590效1O5l10 I15 120筘一l05 儿 0 S供电电压的百分数供电电，R的百分数，1，6050(a)涂荧光粉型；(b)自镇流型图 3 高压汞灯特性随电源电压的变化高压汞灯的发光效率随单位电弧长度功率增大而提高。一 般显色指数 (Ra)为 l653，不 同结构高压汞灯的光谱能量分布见图 4(a)、(b)和 (c)所示。高压汞灯的寿命一般为 12000 h。改进型 的 4OO wJ4 20o2年 1O月500 6【x】波 长 (nm)(a)透明泡壳；(b)涂荧光粉型；(c
7、)自镇流型图 4 高压汞灯的光谱能量分布灯 与 照 明第 26卷 第 5期高压汞灯为 80 ，对自镇流型高压汞灯为 75 ，因此在点燃约 800010 000 h后 ，即使灯仍可点燃，都应及时更换新灯。普通高压汞灯有负阻持性，使用时必须外接相应的镇流器。为简便 使用，可在高压汞灯外壳内部装置与放电管串联的灯丝来代替外接镇流器，通过这一钨丝辐射红色光谱的混光还可改进普通高压汞灯的显色性和减少升温启动时间。但在启 动和升温时间缩短的同时，灯丝寿命也相应缩短，因而自镇流高压汞灯的寿命主要取决于灯丝寿命，并且钨丝耗能的低光效辐射，使自镇流高压汞灯总的发光效率从外镇式的 356ohnw 下降到 l825
8、lmW。虽然高压汞灯有光效低的不足之处，但它的生产工艺简单，成本低、使用方便，特别是自镇流高压汞灯的应用方式与白炽灯类同，因此在发展中国家的农村、城镇还有较大市场，预计在不久的未来，高压汞灯将逐步被光效更高，光色更好的金属卤化物灯和高压钠灯所替代。参考文献：1 JR柯顿和 AM马斯登主编 光源与照明M陈大华，刘九昌，等译 上 海：复旦大学出版社，2000荧光灯高压汞灯光通量为 23500 lm，色 温 2 350 K，2 JRCoaton&AMMarsden，Lampsand LishtiSFourth一般显色指数为 53，寿命达 20000 h。但 实际上，在edition，ArnoldLo
9、ndon GreatBritain灯点燃 2000 h以后 ，灯的流明维持率对涂荧光粉型大 众 用 电邮发代号：42134大众用电创-?lJ于 1985年 ，是一本全国公开发行、深受广大读者喜爱的大型用电综合杂志，已被中国学术期刊 (光盘版 )全文收录、中国期刊协会指定为全国百家期刊阅览室赠送刊物。她以“热点聚焦、电与社会、市场与营销、电气时空、电工园地、电工课堂、安全用电、家电季风 ”等栏 目为阵地，坚持“引导大众用电，宣传合理用电，普及安全用电”的办刊宗旨，热忱为您服务，成为您的良师益良。大众用电为月刊，定价：每期 45元，全年 54元 (含邮 资)，国内统一刊号 CN431123TK，全 国各地邮局(所 )均可订阅，发行部全年办理订阅业务 。开户银行：建行长沙市水电分理处邮政编码：410007收款单位：大众用电杂志社电话：073l 5542o47l、5556456帐号：1791161016900003764传真：073l5542o48l通讯地址：湖南省长沙市韶山北路 428号联系 人：王艳萍l5