Что такое ртутные лампы ДРЛ. Как устроены ртутные дуговые лампы высокого давления. Каковы основные характеристики ламп ДРЛ. Где применяются ртутные лампы. Какие преимущества и недостатки имеют лампы ДРЛ.
Устройство и принцип работы ртутных ламп ДРЛ
Ртутные лампы ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные) относятся к газоразрядным источникам света высокого давления. Их основные конструктивные элементы:
- Кварцевая горелка с электродами, заполненная парами ртути и инертным газом
- Внешняя стеклянная колба, заполненная инертным газом
- Люминофорное покрытие на внутренней поверхности внешней колбы
Принцип работы лампы ДРЛ заключается в следующем:
- При подаче напряжения между электродами горелки возникает дуговой разряд в парах ртути
- Ультрафиолетовое излучение разряда возбуждает люминофор
- Люминофор преобразует УФ-излучение в видимый свет
Давление паров ртути в горелке во время работы достигает 1-1,5 МПа. Это обеспечивает высокую светоотдачу лампы.
Основные характеристики ламп ДРЛ
Ртутные лампы ДРЛ обладают следующими ключевыми параметрами:
- Мощность: от 50 до 2000 Вт
- Световая отдача: 40-60 лм/Вт
- Цветовая температура: 3800-4200 К
- Индекс цветопередачи: 40-57 Ra
- Срок службы: 12000-20000 часов
Спектр излучения ламп ДРЛ имеет линейчатый характер с преобладанием сине-фиолетового и зеленого участков. Это обусловлено спектром разряда в парах ртути.
Преимущества и недостатки ртутных ламп ДРЛ
К основным достоинствам ламп ДРЛ относятся:
- Высокая световая отдача
- Компактные размеры при большой единичной мощности
- Длительный срок службы
- Возможность работы в широком диапазоне температур
Недостатки ламп ДРЛ:
- Длительное время выхода на рабочий режим (5-7 минут)
- Невозможность мгновенного перезажигания после отключения
- Пульсации светового потока
- Низкий индекс цветопередачи
- Наличие ртути
Область применения ртутных ламп ДРЛ
Благодаря своим характеристикам лампы ДРЛ нашли широкое применение в следующих сферах:
- Уличное и промышленное освещение
- Освещение спортивных объектов
- Освещение теплиц и оранжерей
- Фотохимические процессы
- Обеззараживание воды и воздуха
В системах наружного освещения лампы ДРЛ постепенно вытесняются более эффективными натриевыми и металлогалогенными лампами. Однако в ряде сфер применения ртутные лампы по-прежнему востребованы.
Особенности эксплуатации ламп ДРЛ
При использовании ртутных ламп ДРЛ необходимо учитывать следующие особенности:
- Требуется пускорегулирующая аппаратура (ПРА) для зажигания и стабилизации разряда
- Рекомендуемая продолжительность горения не менее 30-40 минут
- Повторное включение возможно только после остывания лампы (5-10 минут)
- Необходимо применение специальных светильников с теплостойкими патронами
- Утилизация отработавших ламп должна производиться как ртутьсодержащих отходов
Соблюдение правил эксплуатации позволяет обеспечить длительный срок службы и стабильные характеристики ламп ДРЛ.
Перспективы развития ртутных ламп высокого давления
Несмотря на ряд недостатков, ртутные лампы ДРЛ продолжают совершенствоваться. Основные направления развития:
- Повышение световой отдачи до 70-80 лм/Вт
- Улучшение индекса цветопередачи до 60-65 Ra
- Создание безэлектродных индукционных ртутных ламп
- Разработка амальгамных ламп с пониженным содержанием ртути
- Оптимизация спектрального состава излучения под конкретные задачи
Это позволит расширить сферу применения ртутных ламп высокого давления и повысить их конкурентоспособность по сравнению с альтернативными источниками света.
Сравнение ламп ДРЛ с другими газоразрядными источниками света
По своим характеристикам ртутные лампы ДРЛ занимают промежуточное положение между люминесцентными и натриевыми лампами:
- Световая отдача выше, чем у люминесцентных ламп, но ниже, чем у натриевых
- Срок службы больше, чем у люминесцентных, но меньше, чем у натриевых ламп
- Цветопередача лучше, чем у натриевых ламп, но хуже, чем у люминесцентных
По сравнению с металлогалогенными лампами ДРЛ имеют более низкую цену, но уступают им по световой отдаче и качеству цветопередачи.
Требования к пускорегулирующей аппаратуре для ламп ДРЛ
Для нормальной работы ртутных ламп ДРЛ необходима специальная пускорегулирующая аппаратура (ПРА), выполняющая следующие функции:
- Создание начального напряжения для зажигания лампы
- Ограничение рабочего тока лампы
- Компенсация реактивной мощности
- Подавление радиопомех
Основными элементами ПРА для ламп ДРЛ являются:
- Балластный дроссель
- Импульсное зажигающее устройство (ИЗУ)
- Компенсирующий конденсатор
Применение электронных ПРА позволяет повысить энергоэффективность и улучшить эксплуатационные характеристики ламп ДРЛ.
Ртутные разрядные лампы высокого давления
В ртутных разрядных лампах, в отличие от натриевых ламп, для генерации света используется разряд в парах ртути. Парциальное давление паров ртути в установившемся режиме превышает 100 кПа (750 мм рт.ст.).
Ртуть представляет собой металл, имеющий температуры плавления 38,9 оС и кипения 357 оС. Столь низкие температуры плавления и кипения позволяют сравнительно легко переводить ртуть в парообразное состояние.
Наибольшее распространение среди ртутных разрядных источников света высокого давления получили лампы ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная). Разряд в парах ртути генерирует излучение в области сине-фиолетового участка видимого спектра, и ультрафиолетовое излучение преимущественно на линии ртути 254 нм. Для преобразования ультрафиолетового излучения в излучение видимого спектра на внутреннюю поверхность колбы наносят люминофор. Внешний вид лампы ДРЛ показан на Рис. 1.
Лампа ДРЛ
Рис.
1 Лампа ДРЛ
Для работы ДРЛ лампы необходимо использовать пускорегулирующий аппарат (ПРА). В качестве ПРА, как правило, используют дроссель, который ограничивает ток в лампе. Лампу подключают к электрической сети последовательно с дросселем. На Рис.2 схематически показано устройство лампы ДРЛ.
Рисунок лампы ДРЛ
Рис. 2 Устройство лампы ДРЛ
Лампа представляет собой стеклянную колбу с цоколем, внутри которой размещена горелка. Из колбы откачивается воздух, после чего ее заполняют инертным газом. Горелки изготавливают из кварцевого стекла или светопрозрачной керамики. Современные лампы ДРЛ выпускают преимущественно с четырьмя электродами в горелке, из которых два являются рабочими, а два вспомогательными. Вспомогательные электроды располагают рядом с рабочими электродами и включают через токоограничивающий резистор. Горелку наполняют смесью инертных газов и добавляют в нее дозированное количество ртути.
При включении лампы между рядом расположенными рабочими и вспомогательными электродами возникает тлеющий разряд. После достаточной ионизации инертного газа возникает разряд между рабочими электродами. По мере прогрева горелки ртуть переходит в парообразное состояние и в ней возникает дуговой разряд. Время установления номинального режима работы зависит от температуры окружающей среды лампы и может достигать 15 минут. Такая конструкция лампы позволяет обойтись без использования высоковольтных импульсных зажигающих устройств. После выключения лампы повторное ее включение возможно лишь после ее остывания, так как при большом давлении паров требуется более высокое напряжение зажигания.
Световая отдача (энергоэффективность) ламп ДРЛ существенно ниже, чем у натриевых ламп и составляет величину порядка 50 – 60 лм/Вт. Но индекс цветопередачи выше — порядка 40 – 45. Цветовая температура обычно находится в пределах 3800 – 4200 оК.
Лампы ДРЛ используют для наружного и внутреннего освещения.
Для наружного освещения используют лампы с красным отношением 6 – 10%. (в соответствие со СНиП 23-05-95: красное отношение — выраженное в процентах отношение красного светового потока (610нм – 700 нм) к общему световому потоку источника света (380нм – 700нм)). Лампы ДРЛ, имеющие красное отношение 12 – 15 % могут быть использованы для внутреннего освещения промышленных объектов. Средняя продолжительность работы ламп ДРЛ 12 – 20 тысяч часов. Их выпускают в диапазоне мощностей от 50 до 2000 Вт. Как и у всех разрядных ламп, коэффициент пульсаций у них высокий, что требует учитывать возможность возникновения стробоскопического эффекта.
Среди ламп, использующих разряд в парах ртути, имеются лампы смешанного света, в которых свет частично генерируется вольфрамовой спиралью. В колбу такой лампы помещают вольфрамовую спираль, как у лампы накаливания, которая включается последовательно с электродами горелки. Такие лампы имеют название ДРВ (дуговая ртутная вольфрамовая) и позволяют обойтись без использования ПРА, так как рабочий ток лампы ограничивается сопротивлением спирали и их можно непосредственно подключать к электрической сети вместо ламп накаливания.
Световая отдача ламп ДРВ существенно ниже, чем у ламп ДРЛ и составляет величину порядка 20 – 28 лм/Вт. Выглядят лампы ДРВ так же, как и обычные ДРЛ. Средняя продолжительность работы определяется вольфрамовой спиралью и не превышает 3 – 4 тысяч часов.
22 июня 2013 г.
К разделу СВЕТИЛЬНИКИ
К ОГЛАВЛЕНИЮ (Все статьи сайта)
Дуговые ртутные лампы ДРЛ [Лисма]
| Параметр | Значения |
|---|---|
| Категория источника света | Дуговые ртутные лампы |
| Тип лампы | Дуговая ртутная лампа |
| Цоколь лампы | E40,; E27, |
| Мощность лампы, Вт | 700Вт,; 400Вт,; 250Вт,; 1000Вт,; 125Вт, |
| Диапазон поиска по мощности лампы | 601-700Вт; 301-400Вт; 201-300Вт; 101-125Вт; 901-1000Вт |
| Диапазон поиска по световому потоку | 20001-25000лм; 10001-15000лм; 5001-6000лм; 55001-60000лм; 40001-45000лм |
| Цветность излучаемого света | нейтральный |
| Цветовая температура (точное значение), К | 4000К, |
| Индекс цветопередачи лампы (Rₐ), % | Rₐ40-59,; <Rₐ39, |
| Необходимость и тип внешнего пуско-регулируещего аппарата (ПРА) | ЭмПРА,; ЭмПРА / ЭПРА, |
| Особенность колбы | матовая, |
| Форма колбы | «эллипс», |
| Класс энергоэффективности | [B] |
| Средний срок службы лампы | 20000ч; 10000ч; 18000ч |
| Диапазон поиска диаметров ламп | 140-144мм; 120-124мм; 90-94мм; 75-79мм; 165-169мм |
| Диапазон поиска длин ламп | 320-329мм; 290-299мм; 220-229мм; 170-179мм; 390-399мм |
Онлайн-кампус микроскопии ZEISS | Ртутные дуговые лампы
Введение
Дуговые ртутные лампы высокого давления в 10-100 раз ярче ламп накаливания (таких как вольфрамово-галогенные) и могут обеспечивать интенсивное освещение в выбранных диапазонах длин волн во всей видимой области спектра в сочетании с соответствующими фильтрами.
Эти источники освещения очень надежны, обеспечивают очень высокую плотность потока и исторически широко использовались во флуоресцентной микроскопии. Классически упоминается зарегистрированным товарным знаком как 9Лампы 0005 HBO ( H для Hg или ртути; B — обозначение яркости; O — принудительное охлаждение), для этого вездесущего источника света было разработано большое количество люминесцентных зондов. Впервые представленный как коммерческий продукт в 1930-х годах, многие тысячи микроскопов, оснащенных осветителями с ртутными дуговыми лампами, были проданы производителями за последние несколько десятилетий. Однако по сравнению с традиционными лампами накаливания значительное увеличение яркости, обеспечиваемое ртутными дуговыми лампами, сопровождается неудобствами критической механической центровки, более коротким сроком службы, меньшей временной и пространственной однородностью, требованиями к специализированным лампам и источникам питания, потенциальной опасностью взрыва и более высокими Стоимость.
Наиболее популярной ртутной лампой для оптической микроскопии является HBO 100 (100-ваттная ртутная плазменно-дуговая лампа высокого давления), которая благодаря очень маленькому б/у лампы любой мощности. Для микроскописта уникальный спектральный состав светового потока ртутной дуги (по сути, спектральная освещенность ) является важным фактором при сравнении различных источников освещения. Только около трети выходного сигнала приходится на видимую часть спектра, а остальная часть ограничивается ультрафиолетовой и инфракрасной областями. Ультрафиолетовое излучение составляет около половины выходной мощности ртутной дуговой лампы, поэтому необходимо проявлять большую осторожность для защиты глаз, а также живых клеток, которые освещаются этим источником.
Остальная мощность ртутной лампы рассеивается в виде тепла в виде инфракрасного излучения.
Ртутные дуговые газоразрядные лампы обеспечивают один из самых высоких уровней яркости и излучения среди всех непрерывно работающих источников света для оптической микроскопии и очень близко приближаются к идеальной модели точечного источника света. Однако ртутные лампы демонстрируют значительно большие колебания интенсивности, чем лампы накаливания, светодиоды (, светодиоды ) или лазерные источники, прежде всего потому, что газовая плазма по своей природе нестабильна и подвержена влиянию как магнитных полей, так и эрозии электродов. Кратковременная стабильность лампы зависит от трех артефактов плазмы дуги, создаваемых между вольфрамовыми электродами. Арка блуждание происходит, когда точка присоединения дуги к конической поверхности наконечника катода пересекает электрод по кругу, обычно требуя нескольких секунд, чтобы совершить полный круг. Вспышка относится к мгновенному изменению яркости, когда дуга перемещается в новую область катода с более высоким качеством излучения, чем предыдущая точка крепления.
Наконец, конвекционные токи в парах ртути, возникающие из-за разницы температур между плазмой и оболочкой, генерируют трепетание дуги , проявляющееся быстрым боковым смещением столба дуги. Эти комбинированные артефакты ограничивают использование ртутных дуговых ламп в количественных измерениях флуоресценции.
Помимо многочисленных артефактов, связанных с ртутными дуговыми лампами, они также имеют ограниченный срок службы, составляющий примерно 200 часов, и значительные колебания пространственной и временной стабильности. Поскольку изображение дуги фокусируется на задней апертуре объектива (при освещении по Кхлеру), наиболее важным аспектом ртутных ламп является интенсивность изображения дуги. Удивительно, но даже несмотря на то, что дуги с более высокой номинальной мощностью производят больше света, фактический размер дуги больше, и соответствующее изображение должно быть уменьшено ниже фактического размера, чтобы соответствовать задней апертуре объектива. Минимизация размера дуги приводит к уменьшению интенсивности изображения, и по этой причине лампы с меньшими дугами фактически излучают более интенсивный свет.
Освещение в поле зрения микроскопа распределяется наиболее равномерно, когда резкое изображение дуги находится в центре задней апертуры объектива. Хотя четко определенное и сфокусированное изображение дуги приводит к тому, что области апертуры имеют незначительные колебания интенсивности света, суммарный эффект заключается в потенциальном ограничении попадания некоторых углов освещения на образец. Однако из-за того, что возбуждение флуоресценции нечувствительно к углу освещения, эта неоднородность (если не значительная) обычно не ухудшает качество изображения. Напротив, когда изображение дуги не сфокусировано должным образом на апертуре объектива, часто наблюдаются флуктуации интенсивности в различных областях образца.
Оптическая сила ртутных (HBO) дуговых ламп
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 1 Фильтры ZEISS 2 Фильтры Semrock
Таблица 1
В таблице 1 представлены значения оптической выходной мощности типичного 100-ваттного источника света HBO после прохождения через оптическую систему микроскопа и выбранные наборы флуоресцентных фильтров.
Мощность (в милливатт/см 2 ) измеряли в фокальной плоскости объектива микроскопа (40-кратный сухой флюорит, числовая апертура = 0,85) с использованием радиометра на основе фотодиодов. Для проецирования света через объектив в датчик радиометра использовалось либо зеркало с коэффициентом отражения более 95% от 350 до 800 нанометров, либо стандартный набор флуоресцентных фильтров. Потери светопропускной способности в системе освещения микроскопа могут варьироваться примерно от 50 до 99 процентов входной мощности, в зависимости от механизма соединения источника света и количества фильтров, зеркал, призм и линз в оптической цепи. Например, для типичного инвертированного микроскопа исследовательского класса, соединенного с лампой HBO на входе эпи-осветителя, менее 50 процентов света, выходящего из системы собирающих линз, доступно для возбуждения флуорофоров, расположенных в фокусе объектива. самолет.
Номинальный срок службы ртутных дуговых ламп зависит от того, как они используются, и обычное ограничение в 200 часов может быть нарушено чрезмерным количеством пусков (зажиганий) или повторным зажиганием теплых или горячих ламп.
Для нормальной работы требуются периоды горения не менее 30 минут, а общее количество возгораний не должно превышать половины общего количества часов (максимум около 100). Поэтому типичная лампа HBO 100 должна зажигаться не более 100 раз и гореть в среднем два часа на одно зажигание. Это не жесткое и быстрое правило, потому что некоторые циклы записи намного длиннее (например, 8-часовой рабочий день). По мере старения ртутные дуговые лампы чернеют, и их воспламенение становится все труднее из-за вырождения катода и анода. Кроме того, во время использования юстировка лампы может смещаться, так что изображение дуги может медленно смещаться от центра в задней апертуре объектива, что требует повторной регулировки механизма юстировки. Как правило, концом ртутной дуговой лампы является точка, в которой мощность ультрафиолетового излучения уменьшается примерно на 25 процентов, а нестабильность дуги возрастает более чем на 10 процентов, или когда лампа больше не зажигается. Как только лампа достигла или немного превысила свой срок службы, ее следует заменить.
Профиль излучения ртутных дуговых ламп отличается от ламп накаливания тем, что в ультрафиолетовой, синей, зеленой и желтой областях спектра присутствует несколько заметных линий излучения, которые значительно ярче (до 100 раз) непрерывного фона ( см. рисунок 1). Приблизительно 45 процентов излучения стандартной ртутной лампы HBO мощностью 100 Вт приходится на диапазон длин волн, используемых для флуоресцентной микроскопии, от 350 до 700 нанометров. Кроме того, большая часть энергии ультрафиолетового и видимого света не распределяется равномерно по всему спектру, а концентрируется в спектральных линиях на 365 нм (ближний ультрафиолет; 10,7%), 405 нм (фиолетовый; 4%), 436 нм (глубокий). синий; 12,6%), 546 нанометров (зелено-желтый; 7,1%) и 579 нм.(желтая дублетная полоса; 7,9%). Ртутные дуговые лампы также имеют значительное количество спектральных линий в ультрафиолетовой области между 250 и 350 нанометрами и несколько меньших линий в инфракрасном диапазоне длин волн, превышающем 1000 нанометров.
Напротив, спектральная область излучения ртутной лампы между 600 и 1000 нанометрами относительно непрерывна и не ярче по выходной мощности, чем ксеноновые дуговые лампы, которые охватывают широкий спектральный диапазон с несколькими спектральными линиями в синей и инфракрасной областях. Зелено-желтая линия ртутной дуговой лампы с длиной волны 546 нанометров стала универсальным эталоном для калибровки длин волн в самых разных оптических устройствах и является фаворитом среди ученых в биологическом сообществе для исследования живых клеток.
Отдельные флуорофоры для возбуждения ртутной дуги
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gif»>Таблица 2
Значительные усилия были затрачены на разработку специализированных флуорофоров с максимумами поглощения, расположенными вблизи заметных спектральных линий ртути (см. Таблицу 2). Классические флуоресцентные зонды DAPI (4′,6-диамидино-2-фенилиндол) и родамин эффективно поглощают линии ртути 365 и 546 нанометров соответственно, однако максимум поглощения флуоресцеина (возможно, одного из наиболее широко используемых повсеместно флуорофоров) лежит в области между 450 и 500 нанометрами, на котором отсутствует заметная ртутная линия (рис. 1). Новые синтетические флуорофоры, в том числе серии MitoTrackers, Cyanine ( Cy ) и красители Alexa Fluor, были специально адаптированы для соответствия спектральным линиям ртути. Например, максимальное поглощение MitoTracker Red 579нанометров почти точно совпадает с соответствующей линией ртути, тогда как Cy3 (максимум при 548 нанометрах) эффективно поглощает линию 546 ртути.
Несколько красителей Alexa Fluor названы в соответствии с их эквивалентными профилями поглощения ртути: Alexa Fluor 350 (ртуть-365), Alexa Fluor 405 (ртуть-405), Alexa Fluor 430 (ртуть-436) и Alexa Fluor 546 (ртуть-436). -546). В общем, при возбуждении флуорофоров ртутным дуговым источником освещения разумно выбирать из широко доступных флуорофоров, которые точно соответствуют спектральным линиям. Следует отметить, что ртутные дуговые лампы не являются подходящим источником света для некоторых логометрических красителей, таких как Fura-2 и Indo-1, где сравнение сигналов на двух длинах волн возбуждения затруднено из-за того, что одна из длин волн перекрывается с пик ртути в гораздо большей степени, чем другой. Кроме того, относительно слабое излучение ртутными лампами в диапазоне длин волн от 450 до 540 нанометров делает эти источники освещения менее полезными для многих популярных красителей, которые сильно поглощают в сине-зеленой области, включая флуоресцеин, Alexa Fluor 488, Cy2 и многие другие.
разновидности зеленого флуоресцентного белка. 9Конструкция ртутной дуговой лампы
Чрезвычайно высокая плотность потока (яркость), генерируемая ртутными дуговыми лампами, достигается за счет создания дуги в ограниченной области между двумя близко расположенными электродами в газовой среде высокого давления. Газ и электроды находятся внутри оптически прозрачной оболочки эллиптической формы (или колбы), состоящей из плавленого кварца (см. рис. 2). Электроды изготовлены из вольфрамовых сплавов с температурой плавления выше 3400°С, одного из немногих материалов, способных выдерживать высокую температуру плазмы дуги. Кроме того, вольфрам имеет самое низкое давление паров среди всех металлов, что является еще одним положительным моментом, учитывая высокие температуры, необходимые во время работы. Ртутные дуговые лампы заполнены инертным (редким) газом, таким как аргон или ксенон, под низким давлением и тщательно отмеренной аликвотой металлической ртути. Дозировка ртути рассчитывается таким образом, чтобы во время работы лампы создавали внутреннее давление до 75 атмосфер (1087 фунтов на квадратный дюйм).
Производственные параметры электродов дуговых ламп имеют решающее значение для определения пусковых характеристик, срока службы и рабочих характеристик ртутных ламп. Катоды для ртутных дуговых ламп представляют собой конусообразные стержни (см. рис. 2), изготовленные из торированного (оксида тория) вольфрама для улучшения пусковых и эмиссионных характеристик, а также для снижения напряжения холостого хода. Поскольку большая часть тепла, выделяемого дуговым разрядом, обычно сохраняется в области электрода, катод способен быстро достигать оптимальной температуры электронной эмиссии при незначительных уровнях испарения вольфрама, что приводит к преждевременному почернению лампы. Наконечник катода также имеет закругление для стабилизации разряда. Анод в ртутных лампах изготавливается из чистого штампованного (кованого) вольфрама и заметно массивнее катода. Больший размер анода позволяет ему выдерживать интенсивную бомбардировку электронами из плазмы и более эффективно рассеивать тепло.
Ртутные дуговые лампы обычно имеют пусковые катушки на одном или обоих электродах, чтобы способствовать образованию дуги во время зажигания, и имеют зазор между анодом и катодом в диапазоне от 0,25 до нескольких миллиметров, в зависимости от номинальной мощности лампы.
Оболочка ртутной дуговой лампы изготавливается из чистого плавленого кварца или кварцевого стекла, которое непроницаемо для большинства газов при высокой температуре и давлении и, таким образом, идеально подходит для удержания горячей плазмы. Кроме того, низкий коэффициент расширения и высокая механическая прочность этих стекол делают их стабильными по размеру и способными работать в экстремальных условиях эксплуатации лампы. Оболочки изготовлены из высококачественных трубок, чтобы предотвратить выход лампы из строя из-за локализованных точек напряжения, возникающих из-за воздушных карманов и загрязнений. Кварц пропускает свет с высокой эффективностью примерно от 180 нанометров до 4 микрометров, но лампы, предназначенные для оптической микроскопии, изготавливаются из легированного кварца, чтобы поглощать более короткие ультрафиолетовые волны и минимизировать образование озона.
Большинство стеклянных сплавов, используемых в конструкции ртутных дуговых ламп, содержат очень мало гидроксила ( OH ), что устраняет поглощение инфракрасного излучения на длине волны 2,7 микрометра и снижает тепловую нагрузку на оболочку.
Одной из наиболее важных особенностей конструкции дуговой лампы является герметичное соединение металла с кварцем, необходимое для изоляции электродов от окружающей атмосферы и для механической поддержки лампы. Эти уплотнения должны быть газонепроницаемыми и одновременно выдерживать токи в сотни ампер, температуры от 200 до 300°С и давление 30 атмосфер и выше. Наиболее популярный метод герметизации электродов включает в себя обертывание тонких лент молибденовой фольги в концентрической параллельной конфигурации, зажатой между кварцевым стержнем и коаксиальной оболочкой, которая затем покрывается термостойким адгезивным клеем. Чрезвычайно тонкая ширина и заостренные края фольги обеспечивают эффективное прилегание к кварцевой трубке, несмотря на разницу в коэффициентах теплового расширения.
Кроме того, герметичный характер уплотнения позволяет применять большие токовые нагрузки без значительного окисления. Уплотнения лампы закрываются наконечниками или основаниями, которые служат как надежным электрическим соединением, так и точным механическим механизмом для определения местоположения точечного источника в оптической системе микроскопа. Конструкция наконечника различается, но большинство из них содержат резьбовой или гладкий установочный штифт, а некоторые имеют кабель, соединяющий лампу с клеммой в фонаре. Наконечники предназначены для охлаждения лампы и обычно изготавливаются из никелированной латуни. 9Ртутные лампы и источники питания
В типичной конфигурации оптического микроскопа ртутная лампа расположена внутри специального осветителя, состоящего из корпуса лампы, содержащего лампу, вогнутого отражающего зеркала, регулируемой системы коллекторных линз для фокусировки выходного сигнала лампы, электрического гнездо для крепления и выравнивания лампы, а также внешний источник питания (рис.
3). В зависимости от конструкции ртутно-дуговые лампы могут также содержать фильтры для блокировки ультрафиолетовых длин волн и горячие зеркала для предотвращения попадания тепла в оптическую систему микроскопа. Многие фонари также имеют внешние радиаторы для отвода тепла и вентиляционные отверстия, которые позволяют рассеивать более горячий воздух, в то время как другие также имеют большие охлаждающие ребра, прикрепленные к самой лампе (см. рис. 3). Кроме того, в фонаре должна быть ручка регулировки положения линзы коллектора и приспособления (ручки или винты) для выравнивания лампы и отражателя. Главной заботой является то, что сам корпус лампы не должен пропускать вредные ультрафиолетовые волны и должен иметь переключатель для автоматического выключения лампы, если корпус будет взломан или открыт во время использования.
Как указывалось выше, ртутные дуговые лампы содержат точно отмеренное количество металлической ртути внутри оболочки и заполнены аргоном или ксеноном, которые действуют как пусковой газ при испарении ртути.
Когда лампы холодные, на внутренних стенках часто можно наблюдать мелкие капельки ртути, а давление газа внутри оболочки ниже давления окружающей среды в одну атмосферу. После зажигания лампы ртуть испаряется в течение 5-10-минутного переходного периода. В течение этого периода лампа работает на токе выше нормального, поэтому анод должен быть расположен в нижней части лампы, чтобы обеспечить надлежащее испарение ртути. По этой причине патроны с наконечником в ртутной лампе имеют разный диаметр (один меньше другого), чтобы можно было правильно расположить лампу, которая сама имеет наконечник большего размера на анодном конце трубки. Таким образом, ртутные дуговые лампы располагаются внутри фонаря вертикально, анодом вниз, а катодом вверх. Работа ртутной лампы под углом более 30° от вертикального положения отклоняет дугу в сторону кварцевой оболочки, что приводит к неравномерному нагреву и преждевременному потемнению колбы. Ртутные лампы некоторых конструкций имеют отражающее покрытие на части оболочки, чтобы ускорить переходную фазу испарения и улучшить распределение тепла.
Поскольку температура оболочки в значительной степени влияет на внутреннее давление ртути, ртутные дуговые лампы чувствительны к потоку воздуха над колбой, и этот аспект должен тщательно контролироваться в ламповом цеху.
Для ртутных дуговых ламп требуется источник питания постоянного тока ( DC ), который специально разработан для удовлетворения требований к зажиганию и эксплуатации для каждой конструкции лампы. Типовой источник питания должен обеспечивать пусковой импульс до 50 кВ для ионизации газа в дуговом промежутке, а также напряжение холостого хода, в три-пять раз превышающее номинальное рабочее напряжение лампы, для нагрева катода до температур термоэлектронной эмиссии. Дополнительные требования включают максимальный уровень пусковой ток для предотвращения чрезмерного теплового удара во время зажигания. Пусковой ток может на несколько порядков превышать установившееся значение цепи лампы и часто является причиной отказа зажигания. Блок питания лампы также должен ограничивать пульсации тока до уровня менее 10 процентов (от пика к пику), чтобы обеспечить длительный срок службы лампы и стабильность света.
Наконец, источник питания должен иметь возможность регулировать подаваемый ток в широком диапазоне, так как напряжение может значительно возрасти в период прогрева лампы.
Блоки питания для ртутных дуговых ламп HBO 100, используемых в оптической микроскопии, обычно имеют несколько функций, которые позволяют оператору контролировать условия работы и срок службы. Включены световой индикатор для зажигания лампы , световой сигнал, который показывает, когда трансформатор достиг внутренней температуры в пределах допустимого диапазона, световой сигнал безопасности , предупреждающий оператора о том, что цепь безопасности корпуса лампы замкнута, и напряжение индикатор, который включается, когда трансформатор работает в пределах допустимого диапазона напряжения. Все коммерческие источники питания постоянного тока с ртутными лампами также имеют перенастраиваемый дисплей общего времени (в часах), в течение которого лампа работала.
Лампы для дуговых ламп требуют постоянного осмотра и обслуживания.
Патрон лампы в сборе и шнур питания следует периодически проверять на наличие окисленных металлических поверхностей (электроды гнезда) и целостность шнура. Гнездовые электроды склонны к окислению, и их следует слегка очищать наждачной бумагой (или очень мелкой наждачной бумагой) каждый раз при замене лампы, чтобы обеспечить хороший электрический контакт. Лампу, отражатель заднего зеркала и линзу переднего коллектора следует осмотреть и, при необходимости, очистить от грязи, ворсинок и масел от отпечатков пальцев. При каждой замене лампы следует проверять правильность работы узла коллекторной линзы и механизмов позиционирования отражателя. Регулировочные ручки или винты осветителя следует регулировать, проверяя результирующее движение коллектора и отражателя, чтобы убедиться, что они перемещаются ожидаемым образом. Сильноточная линия электропередачи, соединяющая блок питания и фонарь, не должна быть обжата (что может произойти, если линия будет протянута между столом и стеной), так как это может привести к растяжению или ослаблению внутренних проводов и выходу из строя.
Соавтор
Michael W. Davidson – Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.
Back to Microscope Light Sources
15 9 Mercury Пар – промышленный свет и мощность
Ртутная лампа – это газоразрядная лампа, в которой для получения света используется ртуть в возбужденном состоянии. Дуговой разряд обычно ограничивается небольшой дуговой трубкой из плавленого кварца, установленной внутри более крупной колбы из боросиликатного стекла. Внешняя колба может быть прозрачной или покрытой люминофором; в любом случае внешняя колба обеспечивает теплоизоляцию, защиту от ультрафиолетового излучения и удобное крепление дуговой трубки из плавленого кварца.
Ртутные лампы (и их аналоги) часто используются, потому что они относительно эффективны. Лампы с люминофорным покрытием обеспечивают лучшую цветопередачу, чем натриевые лампы высокого или низкого давления.
Ртутные лампы также обеспечивают очень долгий срок службы, а также интенсивное освещение для некоторых приложений специального назначения.
Теория и отношения:
Ртутная лампа является устройством с отрицательным сопротивлением и требует балласта, чтобы предотвратить чрезмерный ток. Вспомогательные компоненты по существу аналогичны балластам, используемым с люминесцентными лампами. Фактически, первые британские люминесцентные лампы были разработаны для работы от 80-ваттных балластов на парах ртути.
Ртутные лампы, как и люминесцентные лампы, обычно требуют стартера, который обычно находится внутри самой ртутной лампы. Третий электрод установлен рядом с одним из основных электродов и подключен через резистор к другому основному электроду. При подаче питания имеется достаточное напряжение, чтобы зажечь дугу между пусковым электродом и соседним основным электродом. Этот дуговой разряд в конечном итоге обеспечивает достаточное количество ионизированной ртути, чтобы зажечь дугу между основными электродами.
Иногда также устанавливается термовыключатель для замыкания пускового электрода на соседний основной электрод, полностью подавляя пусковую дугу после зажигания основной дуги.
Разновидность: Металлогалогенная лампа:
В похожей конструкции лампы, называемой металлогалогенной лампой, используются различные соединения в амальгаме с ртутью. Обычно используются йодид натрия и йодид скандия. Эти лампы могут производить гораздо более качественный свет, не прибегая к использованию люминофоров. Если они используют пусковой электрод, всегда имеется тепловой выключатель для устранения любого электрического потенциала между основным электродом и пусковым электродом, когда лампа горит. (Этот электрический потенциал в присутствии галогенидов может привести к выходу из строя уплотнения стекло/металл). В более современных металлогалогенных системах не используется отдельный пусковой электрод; вместо этого лампа запускается импульсами высокого напряжения, как в случае с натриевыми лампами высокого давления.
MetalArc — товарный знак Osram Sylvania для металлогалогенных ламп; «Arcstream» и «MultiVapor» являются торговыми марками General Electric. Помимо использования в традиционном наружном освещении, эти лампы теперь используются в большинстве компьютеров и видеопроекторов. Однако лампа Philips UHP, представленная в 1995, содержит только ртуть. В качестве примера применения и эффективности ртутных ламп можно привести 61-дюймовый телевизор с обратной проекцией Samsung DLP (HL-S6187W), в котором используется лампа Philips UHP мощностью 132 Вт.
Лампы с собственным балластом (SB)
Ртутные лампы с нитью накала внутри, соединенной последовательно с дуговой трубкой, которая выполняет функцию электрического балласта. Это единственный вид ртутных ламп, которые следует подключать напрямую к сети без внешнего балласта. Эти лампы имеют такой же или немного более высокий КПД, чем лампы накаливания аналогичного размера, но имеют более длительный срок службы. Они дают свет сразу при запуске, но обычно требуется несколько минут для повторного включения, если питание было прервано.
