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高壓汞燈
high pressure mercury lamp
利用汞放電時產(chǎn)生的高壓 (0.2～1MPa)汞蒸氣獲得可見光的電光源。發(fā)光效率可達35～50lm/W,廣泛用于環(huán)境溫度為 -20°～40℃的街道、廣場、高大建筑物、交通運輸?shù)葓鏊鳛槭覂?nèi)外照明光源。
除作普通照明用的高壓汞燈外，還有在外殼上加反射膜的反射型燈(HR)，適于300～500nm重氮感光紙的復(fù)印燈，廣告、顯示用的黑光燈，有紅斑效應(yīng)的醫(yī)療用太陽燈，作尼龍原料光合化學(xué)作用和涂料、墨水聚合干燥的紫外線硬化用的汞燈等。
簡史 1906年研制成汞蒸氣壓約為0.1MPa的高壓汞燈。30年代初，高壓汞燈在以下幾個方面獲得發(fā)展：①引進激活電極代替液汞電極；②掌握金屬絲和硬質(zhì)玻璃或金屬箔和石英玻璃的真空封接工藝；③選擇適當(dāng)?shù)墓渴怪跓舫浞秩键c后全部蒸發(fā)，改進了燈的啟動性能和穩(wěn)定性。40年代高壓汞燈進入實用階段。50年代后采用了適合高壓汞燈所發(fā)射的、以 365nm長波紫外線為主并補充紅色光譜的熒光粉。1965年采用稀土熒光粉，大幅度提高了顯色性和發(fā)光效率。高壓汞燈的發(fā)展為高強度氣體放電燈奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
80年代，世界上高壓汞燈的年產(chǎn)量約3000萬支。中國于60年代試成高壓汞燈,1987年年產(chǎn)量已超過550萬支。
工作原理 高壓汞燈工作時，電流通過高壓汞蒸氣，使之電離激發(fā)，形成放電管中電子、原子和離子間的碰撞而發(fā)光。放電時波長 253.7nm的共振線(輻外光譜)被吸收,可見譜線強度增加,主要輻射的是404.7nm、435.8nm、546.1nm和577.0～579.0nm的可見譜線,此外還輻射較強的365.0nm的長波紫外線。
結(jié)構(gòu) 照明高壓汞燈的典型結(jié)構(gòu)如圖1。燈中心部分是放電管，用石英玻璃制成。管內(nèi)充有一定量的汞和氬。用鎢作主電極并填充堿土金屬氧化物電子發(fā)射物質(zhì)。電極和石英玻璃用鉬箔實現(xiàn)非匹配氣密封接。啟動一般采用輔助電極，它通過一個40～60кΩ的電阻和不相鄰的電極連接。外殼除起保護作用外還可防止環(huán)境對燈的影響。外殼內(nèi)表面涂以熒光粉，成為熒光高壓汞燈。熒光粉的作用是補充高壓汞燈中不足的紅色譜線，同時提高燈的光效?，F(xiàn)已采用銪激活的釩酸釔(YVO4:Eu)熒光粉。
光電特性和基本參數(shù) 當(dāng)燈加上電源電壓后，主電極和輔助電極間產(chǎn)生輝光放電,瞬時轉(zhuǎn)移到主電極間,形成弧光放電，幾分鐘后汞蒸氣達穩(wěn)定態(tài)。燈熄滅后，須自然冷卻，待蒸氣壓下降至一定值后才能再啟動，時間約需5～10分鐘。 當(dāng)電源電壓變動時，燈參數(shù)的變動情況如圖2。
高壓汞燈的發(fā)光效率隨單位電弧長度功率增大而提高。一般顯色指數(shù)(Ra)為40～45,光譜分布如圖3所示,壽命為12000小時。改進型的400W熒光燈高壓汞燈光通量為23500lm，色溫2350K，一般顯色指數(shù)為53，壽命達20000小時。
普通高壓汞燈有負阻特性，使用時必須外接相應(yīng)的鎮(zhèn)流器。為克服這一缺點，可利用裝在高壓汞燈外殼內(nèi)部的、與放電管串聯(lián)的燈絲來代替外接鎮(zhèn)流器，相應(yīng)的光源稱為自鎮(zhèn)流高壓汞燈。這種燈利用混光改進了普通高壓汞燈的顯色性，彌補了普通高壓汞燈紅光不足的缺點，同時減少了升溫啟動時間。但在啟動和升溫時間縮短的同時,燈絲壽命也相應(yīng)縮短,因而自鎮(zhèn)流高壓汞燈的壽命主要取決于燈絲壽命；由于高發(fā)光效率的放電功率與低發(fā)光效率的燈絲功率比不利，自鎮(zhèn)流高壓汞燈總的發(fā)光效率從外鎮(zhèn)式的35～50lm/W下降到18～25lm/W。自鎮(zhèn)流高壓汞燈使用方便。80年代，中國自鎮(zhèn)流高壓汞燈的產(chǎn)量約占高壓汞燈總產(chǎn)量的50％。
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高壓汞燈
high-pressure mercury lamp
采用汞蒸氣放電發(fā)光的一種氣體放電燈。
種類 高壓汞燈有以下幾種：①紫外線高壓汞燈：不但能發(fā)出一定的可見光，而且能發(fā)出強烈的紫外線?？捎糜跁駡D、保健、日光浴理療、化學(xué)合成、老化試驗、探傷等方面。②熒光高壓汞燈：采用二層泡殼，在外殼內(nèi)壁涂敷熒光粉,使燈的一部分紫外線轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽?增加了光色中紅色成分，改善了光色，提高了光效，因而適合室外和高大廠房、建筑物等場所的照明。中國目前使用的道路照明光源主要是這種燈。③自鎮(zhèn)流高壓汞燈：把鎢絲封入高壓汞燈的玻殼內(nèi)，作為燈的鎮(zhèn)流器，燈一開啟就亮。其壽命長，使用方便，但光效偏低一些。主要用于室內(nèi)照明。④超高壓汞燈：工作時的汞蒸氣壓力達到10～50atm,是一種高亮度光源。用于光學(xué)儀器、光刻照明、制版等方面。
原理 高壓汞燈放電管內(nèi)充有啟動用的氬氣和放電用的汞。照明用高壓汞燈通電后，燈內(nèi)輔助電極和相鄰的主要極之間的氣體被擊穿而產(chǎn)生輝光放電，從而導(dǎo)致兩主電極放電。放電初始階段是由氬氣和低氣壓的汞蒸氣放電，所產(chǎn)生的熱量使得管壁溫度升高，汞蒸發(fā)氣化，逐步過渡到向高氣壓放電，并在數(shù)分鐘內(nèi)達到穩(wěn)定放電。在放電過程中，受激的汞原子不斷地從激發(fā)態(tài)向基態(tài)或低能態(tài)躍進，將多余的能量以光的形式輻射出來。紫外線高壓汞燈一般不用輔助電極，使用時采用電容放電進行啟動。超高壓汞燈，采用觸發(fā)器進行啟動。
結(jié)構(gòu) 高壓汞燈的放電管由耐高溫的透明石英玻璃制成，管內(nèi)充有一定量的汞和少量氬氣，采用鎢制陰極。電極和石英玻璃靠鉬箔實現(xiàn)氣密封接。為了啟動，通常采用輔助電極。外殼除保濕作用外，還可防止周圍環(huán)境對燈的性能影響。如在外殼內(nèi)壁涂以熒光粉，則構(gòu)成熒光高壓汞燈。