Люминесцентные лампы википедия: Люминесцентная лампа

Питер Купер Хьюитт разработал и запатентовал лампу, которая светилась при пропускании электрического тока через пары ртути. Лампы Хьюитта также производились стандартных размеров и работали при низком напряжении. Он имел ограниченное использование из-за его сине-зеленого цвета. В экспериментах для цветокоррекции использовались флуоресцентные покрытия. Эти лампы на парах ртути также предвосхитили люминесцентные лампы с использованием балласта для поддержания постоянного тока.

В начале 1900-х годов эксперименты привели к разработке неоновых ламп и последнему этапу развития люминесцентных ламп — флуоресцентному покрытию, нанесенному на внутреннюю часть трубки. В 1926 году Жак Рисье получил патент на флуоресцентное покрытие для неоновых ламп. В 1910 году в патенте Жоржа Клода был улучшен электрод, уменьшив разбрызгивание и продемонстрировав коммерческую осуществимость газового освещения. К концу 1920-х годов все основные компоненты люминесцентного освещения были в наличии: экономичные стеклянные трубки, инертные газы для заполнения трубок, электрические балласты, долговечные электроды, использование паров ртути в качестве люминесценции, получение надежных электрический разряд и флуоресцентное покрытие, которое может возбуждаться ультрафиолетовым светом.

В конце 1920-х — начале 1930-х годов General Electric контролировала большую часть разработки и маркетинга люминесцентных ламп, поскольку ей принадлежали соответствующие патенты. Только во время Второй мировой войны компания GE представила на рынке «люминесцентные люмилиновые лампы». Спрос на новое освещение, доступное вначале с лампами 4 различных размеров, будет быстро расти из-за потребностей производства военного времени. К 1951 году в США люминесцентные лампы будут производить больше света, чем лампы накаливания.

Сегодня компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), которую мы рассмотрим далее, стала важной заменой ламп накаливания, поскольку они постепенно выводятся из эксплуатации. Лампы КЛЛ более эффективны, не имеют проблем с температурой и дешевле в зажигании.

Серия: Primelite смотрит на лампочку:

Источники:

Википедия — Люминесцентные лампы
Люминесцентные лампы Люминофоры
Фото: лампа Питера Купера Хьюитта — википедия
Фото: принципиальная схема люминесцентной лампы — википедия

Люминесцентная лампа — Википедия, бесплатная энциклопедия

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Люминесцентная лампа или Люминесцентная лампа — газоразрядная лампа, использующая электричество для возбуждения паров ртути. Возбужденные атомы ртути излучают коротковолновый ультрафиолетовый свет, который затем вызывает флуоресценцию люминофора, производящего видимый свет.

В отличие от ламп накаливания, люминесцентные лампы всегда требуют пускорегулирующего устройства для регулирования потока энергии через лампу. Однако люминесцентная лампа преобразует электрическую энергию в полезный свет более эффективно, чем лампа накаливания; более низкие затраты на электроэнергию компенсируют более высокую начальную стоимость лампы. В то время как люминесцентные лампы большего размера в основном использовались в крупных коммерческих или институциональных зданиях, компактные люминесцентные лампы теперь используются в качестве энергосберегающей альтернативы лампам накаливания в домах.По сравнению с лампами накаливания люминесцентные лампы используют меньшую мощность для того же количества света, обычно служат дольше, но они более громоздкие, сложные и более дорогие, чем сопоставимые лампы накаливания.

[править] История

[править] Физические открытия

История люминесцентных ламп начинается с ранних исследований электрических явлений. К началу 18 века экспериментаторы наблюдали лучистое свечение, исходящее от частично вакуумированных стеклянных сосудов, через которые проходил электрический ток.Мало что можно было сделать с этим явлением до 1856 года, когда немецкий стеклодув Генрих Гайсслер (1815–1879) создал ртутный вакуумный насос, откачивающий стеклянную трубку в такой степени, которая ранее была невозможна. Когда электрический ток проходил через трубку Гейсслера, можно было наблюдать сильное зеленое свечение на стенках трубки у катодного конца.

Лампа Гейслера, производившая красивые световые эффекты, была популярным источником развлечений. Однако более важным был его вклад в научные исследования.Одним из первых ученых, экспериментировавших с трубкой Гейсслера, был Юлиус Плюкер (1801–1868), который в 1858 году систематически описал люминесцентные эффекты, происходящие в трубке Гейсслера. Он также сделал важное наблюдение, что свечение в трубке меняет положение, когда она находится вблизи электромагнитного поля.

Запросы, которые начались с трубки Гейсслера, продолжились, поскольку были созданы еще более совершенные пылесосы. Самой известной была вакуумная трубка, которую использовал для научных исследований Уильям Крукс (1832–1919).Эта трубка откачивалась с помощью высокоэффективного ртутного вакуумного насоса, созданного Германом Шпренгелем (1834–1906). Исследования, проведенные Круксом и другими, в конечном итоге привели к открытию электрона в 1897 году Дж. Дж. Томсоном (1856–1940). Но трубка Крукса, как ее стали называть, давала мало света, потому что в ней был слишком хороший вакуум и, следовательно, не хватало следовых количеств газа, необходимых для электрически стимулированной люминесценции.

Александр Эдмон Беккерель заметил в 1859 году, что некоторые вещества излучают свет, когда их помещают в трубку Гейсслера.Он продолжил нанесение тонких покрытий из люминесцентных материалов на поверхности этих трубок. Произошла флуоресценция, но трубки были очень неэффективными и имели короткий срок службы. Несколькими годами ранее другой ученый, Джордж Г. Стоукс (1819–1903), заметил, что ультрафиолетовый свет вызывает флуоресценцию плавикового шпата, свойство, которое станет критически важным для разработки люминесцентных ламп много десятилетий спустя.

[править] Ранние газоразрядные лампы

В то время как Беккерель в первую очередь интересовался проведением научных исследований флуоресценции, Томас Эдисон (1847–1931) вкратце рассмотрел флуоресцентное освещение из-за его коммерческого потенциала.Он изобрел люминесцентную лампу в 1896 году, в которой использовалось покрытие из вольфрамата кальция в качестве флуоресцентного вещества, возбуждаемого рентгеновскими лучами, но, хотя в 1907 году на нее был получен патент на ^[1] , она не была запущена в производство. Как и в случае с некоторыми другими попытками использовать трубки Гейсслера для освещения, у него был короткий срок службы, и, учитывая успех лампы накаливания, у Эдисона не было особых причин для поиска альтернативных средств электрического освещения. Никола Тесла провел аналогичные эксперименты в 1890-х годах, разработав высокочастотные люминесцентные лампы, которые давали яркий зеленоватый свет, но, как и в случае с устройствами Эдисона, коммерческого успеха добиться не удалось.

Хотя Эдисон потерял интерес к люминесцентному освещению, одному из его бывших сотрудников удалось создать газовую лампу, которая добилась определенного коммерческого успеха. В 1895 году Дэниел Макфарлан Мур (1869–1933) продемонстрировал лампы длиной от 2 до 3 м (от 7 до 9 футов), в которых для излучения белого или розового света использовался углекислый газ или азот соответственно. Как и будущие люминесцентные лампы, они были значительно сложнее лампы накаливания.

После многих лет работы Мур смог продлить срок службы ламп, изобретя электромагнитный клапан, который поддерживал постоянное давление газа внутри трубки.Хотя лампа Мура была сложной, дорогой в установке и требовала очень высокого напряжения, она была значительно более эффективной, чем лампы накаливания, и давала более естественный свет, чем лампы накаливания. С 1904 года система освещения Мура была установлена ​​в ряде магазинов и офисов. Его успех способствовал мотивации General Electric к совершенствованию лампы накаливания, особенно ее нити. Усилия GE увенчались изобретением нити накала на основе вольфрама. Увеличенный срок службы ламп накаливания свел на нет одно из ключевых преимуществ лампы Мура, но GE приобрела соответствующие патенты в 1912 году.Эти патенты и поддерживающие их изобретательские усилия должны были иметь значительную ценность, когда более двух десятилетий спустя фирма занялась люминесцентным освещением.

Примерно в то же время, когда Мур разрабатывал свою систему освещения, другой американец создавал средство освещения, которое также можно рассматривать как предшественник современной люминесцентной лампы. Это была лампа на ртутных парах, изобретенная Питером Купером Хьюиттом (1861–1921) и запатентованная в 1901 году (патент США № 889 692). Лампа Купера-Хьюитта загоралась, когда электрический ток пропускался через пары ртути при низком давлении.В отличие от ламп Мура, лампы Cooper-Hewitt могли изготавливаться стандартных размеров и работать при низких напряжениях. Лампа на парах ртути превосходила лампы накаливания того времени с точки зрения энергоэффективности, но излучаемый ею сине-зеленый свет ограничивал возможности ее применения. Однако он использовался для фотографии и некоторых промышленных процессов.

Лампы на ртутных парах продолжали развиваться медленными темпами, особенно в Европе, и к началу 1930-х годов они получили ограниченное применение для крупномасштабного освещения.В некоторых из них использовались флуоресцентные покрытия, но они в основном использовались для цветокоррекции, а не для увеличения светоотдачи. Лампы на парах ртути также предвосхитили люминесцентные лампы с их включением балласта для поддержания постоянного тока.

Купер-Хьюитт не был первым, кто использовал пары ртути для освещения, поскольку ранее усилия были предприняты Уэй, Рапифф, Аронс, Бастиан и Солсбери. Особое значение имела ртутная лампа, изобретенная Кюхом в Германии.В этой лампе вместо стекла использовался кварц, чтобы обеспечить более высокие рабочие температуры и, следовательно, большую эффективность. Хотя ее светоотдача по сравнению с потреблением электроэнергии была лучше, чем у других источников света, излучаемый ею свет был похож на свет лампы Купера-Хьюитта в том, что в ней отсутствовала красная часть спектра, что делало ее непригодной для обычного освещения.

[править] Лампы неоновые

Следующий шаг в области газового освещения был основан на люминесцентных свойствах неона, инертного газа, открытого в 1898 году.В 1909 году французский химик Жорж Клод (1870–1960) наблюдал красное свечение, возникающее при пропускании электрического тока через трубку, заполненную неоном. Он также обнаружил, что аргон излучает голубое свечение. В то время как неоновое освещение использовалось примерно в 1930 году во Франции для общего освещения, оно было не более энергоэффективным, чем обычное освещение лампами накаливания. Неоновое освещение стало использоваться в основном для привлекательных вывесок и рекламы. Однако неоновое освещение имело отношение к развитию люминесцентного освещения, поскольку усовершенствованный электрод Клода (запатентованный в 1915 году) преодолел «разбрызгивание», основной источник деградации электродов.Распыление происходит, когда ионизированные частицы ударяются об электрод и отрывают кусочки металла. Хотя изобретение Клода требовало электродов с большой площадью поверхности, оно показало, что можно преодолеть серьезное препятствие для газового освещения.

Развитие неонового света также имело значение для последнего ключевого элемента люминесцентной лампы — ее люминесцентного покрытия. В 1926 году Жак Рислер получил французский патент на применение флуоресцентных покрытий на неоновых лампах. Эти лампы, которые можно считать первыми коммерчески успешными люминесцентными лампами, использовались в основном для рекламы, а не для общего освещения.Однако это было не первое использование флуоресцентных покрытий. Как было отмечено выше, Эдисон использовал вольфрамат кальция для своей неудачной лампы. Были предприняты другие попытки, но все они сопровождались низкой эффективностью и различными техническими проблемами. Особое значение имело изобретение в 1927 году Фридрихом Мейером, Хансом-Иоахимом Шпаннером и Эдмундом Гермером, сотрудниками немецкой фирмы в Берлине, низковольтной «лампы на парах металла». Немецкий патент был выдан, но в серийное производство лампа так и не пошла.

[править] Коммерциализация люминесцентных ламп

Все основные функции люминесцентного освещения были реализованы в конце 1920-х годов. Десятилетия изобретений и разработок обеспечили ключевые компоненты люминесцентных ламп: экономичные стеклянные трубки, инертные газы для заполнения трубок, электрические балласты, долговечные электроды, пары ртути как источник люминесценции, эффективные средства создания надежного электрического разряда. , а также флуоресцентные покрытия, которые можно возбуждать ультрафиолетовым светом.На этом этапе интенсивные разработки были важнее фундаментальных исследований.

В 1934 году Артур Комптон, известный физик и консультант GE, сообщил отделу ламп GE об успешных экспериментах с люминесцентным освещением в компании General Electric Co., Ltd. в Великобритании (не связанной с General Electric в США). Вдохновленная этим отчетом и имеющими все ключевые элементы, группа под руководством Джорджа Э. Инмана в 1934 году построила прототип люминесцентной лампы в инженерной лаборатории General Electric в Нела Парк (Огайо).Это было нетривиальным занятием; как отметил Артур А. Брайт, «пришлось провести множество экспериментов с размерами и формой ламп, конструкцией катода, давлением газов аргона и паров ртути, цветами флуоресцентных порошков, методами их прикрепления к внутренней части лампы. трубку и другие детали лампы и ее вспомогательных устройств до того, как новое устройство было готово для публики ».

Помимо инженеров и техников, а также помещений для научно-исследовательских работ по флуоресцентным лампам, General Electric контролировала то, что она считала ключевыми патентами, касающимися флуоресцентного освещения, включая патенты, первоначально выданные Cooper-Hewitt, Moore и Küch.Более важным был патент на электрод, который не разрушался при давлении газа, которое в конечном итоге использовалось в люминесцентных лампах. Это изобретение было создано Альбертом У. Халлом из исследовательской лаборатории GE в Скенектади и зарегистрировано как патент США. № 1,790,153.

Хотя патент Халла дал GE основание для требования юридических прав на люминесцентную лампу, через несколько месяцев после того, как лампа была запущена в производство, фирма узнала о патентной заявке США, которая была подана в 1927 году на вышеупомянутую изобретенную «лампу на парах металла». в Германии Мейером, Шпаннером и Гермером.В заявке на патент указывалось, что лампа была создана как превосходное средство для получения ультрафиолетового света, но в заявке также содержалось несколько утверждений, относящихся к флуоресцентному освещению. Попытки получить патент в США натолкнулись на многочисленные задержки, но, если бы он был выдан, патент мог бы вызвать серьезные трудности для GE. Сначала GE попыталась заблокировать выдачу патента, заявив, что приоритет должен принадлежать одному из их сотрудников, Лерою Дж. Баттольфу, который, согласно их заявлению, изобрел люминесцентную лампу в 1919 году и чья патентная заявка все еще находилась на рассмотрении.GE также подала заявку на патент в 1936 году на имя Инмана, чтобы охватить «улучшения», внесенные его группой. В 1939 году GE решила, что претензии Мейера, Спаннера и Гермера имеют определенные основания и что в любом случае длительная процедура вмешательства не в их интересах. Поэтому они отказались от иска Buttolph и заплатили 180 000 долларов за приобретение Meyer et al. заявка, которая на тот момент принадлежала фирме, известной как Electrons, Inc. Патент (патент США № 2182732) был должным образом выдан в декабре 1939 года.Этот патент, наряду с патентом Халла, поставил GE на то, что казалось твердым юридическим основанием, хотя компания столкнулась с годами юридических проблем со стороны Sylvania Electric Products, Inc., которая заявляла о нарушении прав на принадлежащие ей патенты.

Несмотря на то, что вопрос о патентах не будет полностью решен в течение многих лет, сильные стороны General Electric в области производства и маркетинга позволили компании занять лидирующую позицию на развивающемся рынке люминесцентных ламп. Продажа «люминесцентных люмилиновых ламп» началась в 1938 году, когда на рынок были выпущены лампы четырех разных размеров.В течение следующего года GE и Westinghouse рекламировали новые светильники на выставках на Всемирной выставке в Нью-Йорке и на выставке Golden Gate в Сан-Франциско. Флуоресцентные системы освещения быстро распространились во время Второй мировой войны, поскольку военное производство увеличило спрос на освещение. К 1951 году в Соединенных Штатах люминесцентные лампы производили больше света, чем лампы накаливания.

[править] Принципы работы

Основное средство преобразования электрической энергии в энергию излучения в люминесцентной лампе основано на неупругом рассеянии электронов.Падающий электрон сталкивается с атомом газа. Если у свободного электрона достаточно кинетической энергии, он передает энергию внешнему электрону атома, заставляя этот электрон временно подпрыгивать на более высокий энергетический уровень. Столкновение «неупругое», потому что происходит потеря энергии.

Это более высокое энергетическое состояние нестабильно, и атом будет излучать ультрафиолетовый фотон, когда электрон атома возвращается на более низкий, более стабильный энергетический уровень. Большинство фотонов, испускаемых атомами ртути, имеют длины волн в ультрафиолетовой (УФ) области спектра, преимущественно с длинами волн 253.7 нм и 185 нм. Человеческий глаз не видит его, поэтому его необходимо преобразовать в видимый свет. Это делается с помощью флуоресценции. Ультрафиолетовые фотоны поглощаются электронами в атомах флуоресцентного покрытия лампы, вызывая аналогичный скачок энергии, а затем ее падение с испусканием следующего фотона. Фотон, испускаемый в результате этого второго взаимодействия, имеет меньшую энергию, чем тот, который его вызвал. Химические вещества, входящие в состав люминофора, выбираются таким образом, чтобы эти испускаемые фотоны имели длину волны, видимую человеческим глазом.Разница в энергии между поглощенным ультрафиолетовым фотоном и испускаемым фотоном видимого света идет на нагрев покрытия люминофора.

Эффективность флуоресцентного освещения во многом обязана тому факту, что ртутные разряды низкого давления излучают около 65% своего общего света в линии 254 нм (еще 10–20% света излучается в линии 185 нм). УФ-свет поглощается флуоресцентным покрытием лампы, которое повторно излучает энергию на более длинных волнах для излучения видимого света.Смесь люминофоров контролирует цвет света и вместе со стеклом колбы предотвращает утечку вредного ультрафиолетового света.

Когда включается свет, электроэнергия нагревает катод настолько, что он испускает электроны. Эти электроны сталкиваются и ионизируют атомы благородного газа в колбе, окружающей нить, с образованием плазмы в процессе ударной ионизации. В результате лавинной ионизации проводимость ионизированного газа быстро возрастает, позволяя протекать через лампу более высоким токам.

[править] Строительство

Трубка люминесцентной лампы заполнена газом, содержащим пары ртути низкого давления и аргон, ксенон, неон или криптон.Давление внутри лампы составляет около 0,3% от атмосферного давления. Внутренняя поверхность колбы покрыта флуоресцентным (и часто слегка фосфоресцирующим) покрытием, состоящим из различных смесей солей фосфора металлов и редкоземельных элементов. Катод колбы обычно изготавливается из спирального вольфрама, покрытого смесью оксидов бария, стронция и кальция (выбранной для того, чтобы иметь относительно низкую температуру термоэлектронной эмиссии).

Трубки люминесцентных ламп обычно прямые и имеют длину от примерно 100 мм (4 дюйма) (миниатюрные лампы) до 2.4 м (8 футов) для мощных ламп. У некоторых ламп трубка изогнута в круг, используется для настольных ламп или других мест, где требуется более компактный источник света. П-образные лампы большего размера используются для обеспечения того же количества света в более компактных помещениях и используются в особых архитектурных целях. Компактные люминесцентные лампы имеют несколько трубок малого диаметра, соединенных в пучок из двух, трех или четырех, или трубку малого диаметра, свернутую в спираль, чтобы обеспечить большое количество светового потока при небольшом объеме.

[править] Электрические аспекты работы

Люминесцентные лампы представляют собой устройства с отрицательным дифференциальным сопротивлением, поэтому при прохождении через них большего тока электрическое сопротивление люминесцентной лампы падает, позволяя протекать еще большему току. При подключении непосредственно к источнику питания постоянного напряжения люминесцентная лампа быстро самоуничтожится из-за неконтролируемого протекания тока. Чтобы этого не произошло, в люминесцентных лампах необходимо использовать вспомогательное устройство — балласт, регулирующий ток через лампу.

Самым простым балластом для переменного тока является последовательная катушка или дроссель , состоящий из обмотки на многослойном магнитопроводе. Индуктивность этой обмотки ограничивает прохождение переменного тока. Этот тип до сих пор используется, например, в настольных лампах с питанием от 120 вольт, использующих относительно короткие лампы. Балласты рассчитаны на размер лампы и частоту сети. Если сетевого напряжения недостаточно для запуска длинных люминесцентных ламп, балласт часто представляет собой повышающий автотрансформатор со значительной индуктивностью рассеяния (чтобы ограничить ток).Любая форма индуктивного балласта может также включать конденсатор для коррекции коэффициента мощности.

Для запуска и работы люминесцентных ламп использовалось множество различных цепей. Выбор схемы основан на таких факторах, как напряжение в сети, длина трубки, начальная стоимость, долгосрочная стоимость, мгновенный и не мгновенный запуск, диапазоны температур, наличие деталей и т. Д. Названия этих различных схем различаются в зависимости от страны, и это может вызвать недоумение. Например, pre-heat в этом контексте имеет действительное, но разное значение в США и других странах.

Люминесцентные лампы могут работать непосредственно от источника постоянного тока с напряжением, достаточным для зажигания дуги. Балласт должен быть резистивным и потреблять примерно столько же энергии, сколько и лампа. При работе от постоянного тока пусковой выключатель часто предназначен для изменения полярности питания лампы каждый раз, когда она запускается; в противном случае ртуть скапливается на одном конце трубки. Люминесцентные лампы (почти) никогда не работают напрямую от постоянного тока; вместо этого инвертор преобразует постоянный ток в переменный и обеспечивает функцию ограничения тока, как описано ниже для электронных балластов.

используются транзисторы для преобразования частоты сетевого напряжения в высокочастотный переменный ток, а также для регулирования тока в лампе. В этих балластах используется более высокая эффективность ламп, работающих с током более высокой частоты.

[править] Начиная с

Атомы ртути в люминесцентной лампе должны быть ионизированы, прежде чем дуга сможет «загореться» внутри лампы.Для небольших ламп для зажигания дуги не требуется большого напряжения, и запуск лампы не представляет проблемы, но для больших ламп требуется значительное напряжение (в диапазоне от тысячи вольт).

[править] Лампы предварительного нагрева

Лампы предварительного нагрева используют комбинацию нити накала / катода на каждом конце лампы в сочетании с механическим или автоматическим переключателем (см. Фото), которые первоначально соединяют нити последовательно с балластом и, таким образом, предварительно нагревают нити перед зажиганием дуги.

Эти системы являются стандартным оборудованием в странах с напряжением 240 В (и для ламп на 120 В до 30 Вт) и обычно используют стартер накаливания. До 1960-х годов также использовались четырехконтактные термостартеры и ручные выключатели. Электронные пускатели также иногда используются с этими светильниками с электромагнитным балластом.

Автоматический пускатель накала, показанный на фотографии, состоит из небольшой газоразрядной трубки, содержащей неон и / или аргон и снабженной биметаллическим электродом. Специальный биметаллический электрод — это ключ к механизму автоматического пуска.

При запуске лампы над электродами стартера появится тлеющий разряд. Этот тлеющий разряд нагревает газ в стартере и заставляет биметаллический электрод изгибаться по направлению к другому электроду. Когда электроды соприкасаются, две нити люминесцентной лампы и пускорегулирующего устройства эффективно подключаются последовательно к питающему напряжению. Это заставляет нити светиться и испускать электроны в столб газа за счет термоэлектронной эмиссии. В трубке стартера соприкасающиеся электроды остановили тлеющий разряд, заставив газ снова остыть.Биметаллический электрод также остывает и начинает двигаться назад. Когда электроды разъединяются, индуктивный толчок от балласта обеспечивает высокое напряжение для запуска лампы. Пускатель дополнительно имеет конденсатор, подключенный параллельно его газоразрядной трубке, чтобы продлить срок службы электрода.

После удара по трубке падающий основной разряд сохраняет катод горячим, позволяя продолжать излучение без необходимости закрытия стартера. Стартер снова не замыкается, потому что напряжение на стартере снижается из-за сопротивления катодов и балласта.Тлеющий разряд в стартере не возникает при более низком напряжении, поэтому он не нагревается и не замыкает стартер.

Удар по лампе надежен в этих системах, но стартеры накаливания часто повторяют цикл несколько раз, прежде чем лампа остается зажженной, что вызывает нежелательное мигание при запуске. (Старые устройства термического пуска в этом отношении показали себя лучше.)

Если трубка не ударяется или ударяется, но затем гаснет, последовательность запуска повторяется. При использовании автоматических пускателей, таких как стартеры накаливания, неисправная лампа будет бесконечно работать, мигая по мере того, как лампа быстро гаснет, потому что излучения недостаточно, чтобы поддерживать ток лампы на достаточно высоком уровне, чтобы удерживать стартер открытым.Это вызывает мерцание и запускает балласт при температуре выше расчетной. У некоторых более продвинутых пускателей в этой ситуации истекает время ожидания, и они не пытаются повторять пуски до тех пор, пока не будет сброшено питание. В некоторых старых системах для обнаружения повторных попыток пуска использовался тепловой выключатель сверхтока. Это требует ручного сброса.

[править] Мгновенный запуск

В некоторых случаях высокое напряжение подается напрямую: Флуоресцентные лампы с мгновенным запуском просто используют достаточно высокое напряжение, чтобы разрушить столб газа и ртути и тем самым запустить дугу.Эти трубки можно идентифицировать по одному штифту на каждом конце ванны. Патроны имеют «разъединяющую» розетку на низковольтном конце для предотвращения поражения электрическим током. Недорогие лампы со встроенным электронным балластом используют этот режим, даже если он сокращает срок службы ламп.

[править] Быстрый старт

Новейшие конструкции балласта с быстрым запуском предусматривают накаливание силовых обмоток внутри балласта; они быстро и непрерывно нагревают нити / катоды с помощью переменного тока низкого напряжения. При запуске не возникает индуктивного скачка напряжения, поэтому лампы необходимо устанавливать рядом с заземленным отражателем, чтобы тлеющий разряд мог распространяться по трубке и инициировать дуговый разряд.В некоторых лампах «вспомогательная» полоска заземленного металла прикреплена к внешней стороне стекла лампы.

[править] Электронные балласты

Электронные балласты обычно работают в режиме быстрого или мгновенного запуска.

Недорогие балласты в основном содержат только простой генератор и последовательный резонансный LC-контур. При включении генератор запускается, и цепь LC заряжается. Через короткое время напряжение на лампе достигает примерно 1 кВ, и лампа загорается. Процесс слишком быстр для предварительного нагрева катодов, поэтому лампа мгновенно запускается в режиме с холодным катодом.Катодные нити по-прежнему используются для защиты балласта от перегрева, если лампа не загорается. Некоторые производители используют термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC), чтобы отключить мгновенный запуск и дать некоторое время для предварительного нагрева нитей.

Более сложные электронные балласты используют запрограммированный пуск. Выходная частота переменного тока начинается выше резонансной частоты выходного контура балласта; и после того, как нити нагреваются, частота быстро уменьшается.Если частота приближается к резонансной частоте балласта, выходное напряжение возрастет настолько, что лампа загорится. Если лампа не загорается, электронная схема прекращает работу балласта.

С момента появления в 1990-х годах высокочастотные балласты использовались либо с лампами быстрого запуска, либо с лампами предварительного нагрева. Эти балласты преобразуют поступающую мощность в выходную частоту выше 20 кГц. Это увеличивает эффективность лампы. Они используются в нескольких приложениях, в том числе в системах ламп для загара нового поколения, в которых лампа мощностью 100 Вт (например.g., F71T12BP) может быть освещен с использованием фактической мощности от 65 до 70 Вт при такой же яркости, как у магнитных балластов. Эти балласты работают с напряжениями, которые могут достигать почти 600 вольт, что требует некоторого рассмотрения в конструкции корпуса и может вызвать незначительное ограничение длины проводов от балласта к концам лампы.

[править] Конец жизни

Режим отказа по окончании срока службы люминесцентных ламп различается в зависимости от того, как они используются, и типа их ПРА.

[править] Эмиссионная смесь

«Эмиссионная смесь» на нитях / катодах трубки необходима для того, чтобы электроны могли проходить в газ посредством термоэлектронной эмиссии при используемых рабочих напряжениях трубки. Смесь медленно распыляется путем бомбардировки электронами и ионами ртути во время работы, но большее количество распыляется каждый раз, когда трубка запускается с холодными катодами.Существенное влияние на это оказывает способ запуска лампы. Лампы, работающие обычно менее 3 часов при каждом включении, обычно исчерпывают эмиссионную смесь до того, как выйдут из строя другие части лампы. Распыленная эмиссионная смесь образует темные пятна на концах трубок, которые можно увидеть в старых трубках. Когда вся эмиссионная смесь исчезнет, ​​катод не может пропустить достаточно электронов в газовую заливку, чтобы поддерживать разряд при расчетном рабочем напряжении трубки. В идеале управляющий механизм должен отключать трубку, когда это происходит.Однако некоторые устройства управления будут обеспечивать достаточно повышенное напряжение для продолжения работы лампы в режиме с холодным катодом, что приведет к перегреву конца трубки и быстрому разрушению электродов и их поддерживающих проводов до тех пор, пока они не исчезнут полностью или стекло не потрескается, разрушив заполнение газом низкого давления и остановка сброса газа.

[править] Балластная электроника

Это может происходить в компактных люминесцентных лампах со встроенными электрическими балластами или в линейных лампах.Отказ балластной электроники — это несколько случайный процесс, который следует стандартному профилю отказов для любых электронных устройств. Срок службы встроенных электронных балластов сокращается в условиях высокой влажности. Сначала наблюдается небольшой пик ранних отказов, за которым следует спад и неуклонное увеличение срока службы лампы. Срок службы электроники сильно зависит от рабочей температуры — обычно он сокращается вдвое на каждые 10 ° C повышения температуры. Приведенный средний срок службы лампы обычно составляет при температуре окружающей среды 25 ° C (это может варьироваться в зависимости от страны).Средний срок службы электроники при этой температуре обычно больше указанной, поэтому при такой температуре немногие лампы выйдут из строя из-за отказа электроники. В некоторых фитингах температура окружающей среды может быть намного выше этой, и в этом случае отказ электроники может стать преобладающим механизмом отказа. Аналогичным образом, использование компактного цоколя люминесцентных ламп приведет к более горячей электронике и сокращению среднего срока службы (особенно для ламп с более высокой номинальной мощностью). Электронные балласты должны быть спроектированы так, чтобы отключать лампу, когда заканчивается смесь выбросов, как описано выше.В случае интегральных электронных балластов, поскольку они никогда не должны снова работать, это иногда достигается путем преднамеренного сгорания какого-либо компонента для окончательного прекращения работы.

[править] Люминофор

Эффективность люминофора падает во время использования. Приблизительно к 25000 часов работы это обычно будет вдвое меньше яркости новой лампы (хотя некоторые производители заявляют, что период полураспада у своих ламп намного больше). Лампы, в которых отсутствуют отказы системы эмиссии или встроенной балластной электроники, в конечном итоге разовьются в этом режиме отказа.Они все еще работают, но стали тусклыми и неэффективными. Процесс медленный и часто становится очевидным только тогда, когда новая лампа работает рядом со старой.

[править] Потеря ртути

Ртуть медленно поглощается стеклом, люминофором и трубчатыми электродами в течение всего срока службы лампы, где она больше не может функционировать. В новых лампах ртути теперь ровно столько, сколько нужно для ожидаемого срока службы лампы. Потеря ртути возьмет верх из-за выхода из строя люминофора в некоторых лампах. Симптомы отказа аналогичны, за исключением того, что потеря ртути сначала приводит к увеличению времени разгона до полной светоотдачи и, наконец, заставляет лампу светиться тускло-розовым светом, когда ртуть заканчивается, а основной газ аргон становится основным разрядом.

[править] Люминофоры и спектр излучаемого света

Спектр света, излучаемого люминесцентной лампой, представляет собой комбинацию света, излучаемого непосредственно парами ртути, и света, излучаемого фосфоресцентным покрытием. Спектральные линии от излучения ртути и эффекта фосфоресценции дают комбинированное спектральное распределение света, которое не похоже на распределение света от источников накаливания. Относительная интенсивность света, излучаемого в каждой узкой полосе длин волн в видимом спектре, находится в разных пропорциях по сравнению с таковой у источника накаливания.Цветные объекты по-разному воспринимаются под источниками света с разным спектральным распределением. Например, некоторые люди находят цветопередачу некоторых люминесцентных ламп резкой и неприятной. Иногда кажется, что здоровый человек имеет нездоровый оттенок кожи при флуоресцентном освещении. Степень, в которой происходит это явление, связана со спектральным составом света и может быть оценена по его индексу цветопередачи (CRI).

[править] Индекс цветопередачи

CRI — это показатель того, насколько хорошо сбалансированы различные цветовые компоненты белого света по сравнению с дневным светом или черным телом.По определению лампа накаливания имеет индекс цветопередачи 100. В реальных люминесцентных лампах индекс цветопередачи составляет от 50% до 99%. Люминесцентные лампы с низким индексом цветопередачи имеют люминофор, излучающий слишком мало красного света. Кожа выглядит менее розовой и, следовательно, «нездоровой» по сравнению с освещением лампами накаливания. Цветные объекты выглядят приглушенными. Например, галофосфатная трубка с низким CRI 6800K (крайний пример) сделает красный цвет тускло-красным или даже коричневым. Поскольку глаз относительно менее эффективно обнаруживает красный свет, улучшение индекса цветопередачи с увеличением энергии в красной части спектра может снизить общую светоотдачу. ^[2]

[править] Цветовая температура

Коррелированная цветовая температура (CCT) — это мера «оттенка» белизны источника света, опять же по сравнению с черным телом. Типичное освещение лампами накаливания составляет 2700K, то есть желтовато-белый цвет. Галогенное освещение 3000К. Люминесцентные лампы производятся в соответствии с выбранной цветовой температурой путем изменения смеси люминофоров внутри трубки. Тёпло-белые люминесцентные лампы с цветовой температурой 2700K популярны для освещения жилых помещений.Нейтрально-белые флуоресцентные лампы имеют CCT 3000K или 3500K. Холодно-белые флуоресцентные лампы имеют цветовую температуру 4100K и популярны для офисного освещения. Флуоресцентные лампы дневного света имеют цветную температуру от 5000K до 6500K, что означает голубовато-белый цвет.

Для освещения с высокой цветовой температурой обычно требуется более высокий уровень освещенности. При более тусклом освещении человеческий глаз воспринимает более низкие цветовые температуры как более естественные, что связано с кривой Круитхофа. Таким образом, тусклая лампа накаливания 2700K выглядит естественно, а яркая лампа 5000K также выглядит естественной, но тусклая люминесцентная лампа 5000K выглядит слишком бледной.Люминесцентные лампы дневного света выглядят естественно, только если они очень яркие.

[править] Состав люминофора

Один из наименее приятных источников света исходит от трубок, содержащих старые люминофоры галофосфатного типа (химическая формула Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ (F, Cl): Sb ³⁺ , Mn ²⁺ ) . Плохая цветопередача связана с тем, что этот люминофор в основном излучает желтый и синий свет и относительно мало зеленого и красного. При отсутствии эталона эта смесь кажется глазам белой, но свет имеет неполный спектр.CRI таких ламп составляет около 60.

С 1990-х годов в люминесцентных лампах более высокого качества используется галофосфатное покрытие с более высоким индексом цветопередачи или смесь трифосфорных люминофора на основе ионов европия и тербия, полосы излучения которых более равномерно распределены по спектру видимого света. Галофосфатные и трифосфорные трубки с высоким индексом цветопередачи придают человеческому глазу более естественную цветопередачу. CRI таких ламп обычно составляет 82–100.

Люминесцентные лампы бывают разных форм и размеров.Компактная люминесцентная лампа (CF) становится все более популярной. Во многих компактных люминесцентных лампах вспомогательная электроника встроена в цоколь лампы, что позволяет им вставляться в обычный патрон для лампочки.

В США использование люминесцентного освещения в жилых помещениях остается низким (обычно ограничивается кухнями, подвалами, коридорами и другими помещениями), но школы и предприятия считают, что флуоресцентные лампы позволяют значительно сэкономить, и редко используют лампы накаливания.

В осветительных приборах используются люминесцентные лампы различных оттенков белого.Иногда это происходит из-за непонимания разницы или важности разных типов трубок. Смешивание типов трубок внутри фитингов улучшает цветопередачу трубок более низкого качества. Налоговые льготы и экологическая осведомленность приводят к более широкому использованию в таких местах, как Калифорния.

В других странах использование люминесцентного освещения в жилых помещениях варьируется в зависимости от стоимости энергии, финансовых и экологических проблем местного населения, а также приемлемости светоотдачи.В Восточной и Юго-Восточной Азии очень редко можно увидеть лампы накаливания в зданиях где-либо.

В феврале 2007 года Австралия приняла закон, который запретит продажу большинства ламп накаливания к 2010 году. ^[3] Хотя в законе не указано, какие альтернативы использовать австралийцы, компактные люминесцентные лампы, вероятно, станут основной заменой. В апреле 2007 года Канада объявила о аналогичном плане по поэтапному отказу от продажи ламп накаливания к 2012 году. Парламент Финляндии обсуждает запрет на продажу ламп накаливания к началу 2011 года. ^[4] В 2007 году правительство Великобритании объявило, что использование ламп накаливания будет прекращено к 2011 году. ^[5]

[править] Преимущества

[править] Световая отдача

Люминесцентные лампы преобразуют больше входной мощности в видимый свет, чем лампы накаливания. Типичная лампа накаливания с вольфрамовой нитью мощностью 100 Вт может преобразовывать только 10% потребляемой мощности в видимый белый свет, тогда как обычные люминесцентные лампы преобразуют около 22% потребляемой мощности в белый видимый свет. ^[6] См. Таблицу в статье о светоотдаче.

Эффективность люминесцентных ламп колеблется от примерно 16 люмен на ватт для 4-ваттной лампы с обычным балластом до примерно 100 люмен на ватт для 32-ваттной лампы с современным электронным балластом, обычно в среднем от 50 до 67 лм / Вт. . Большинство компактных люминесцентных ламп мощностью более 13 Вт со встроенными электронными балластами достигают около 60 лм / Вт. Лампы имеют люмен после 100 часов работы. ^[7] Для данной люминесцентной лампы высокочастотный электронный балласт дает примерно 10% повышение эффективности по сравнению с индуктивным балластом.При оценке эффективности системы люминесцентных ламп необходимо учитывать потери балласта; это может составлять около 25% мощности лампы с магнитными балластами и около 10% с электронными балластами.

Эффективность люминесцентной лампы зависит от температуры лампы в самой холодной части лампы. В лампах T8 это центр трубки. В лампах T5 это конец трубки с нанесенным на него текстом. Идеальная температура для лампы T8 — 25 ° C (77 ° F), а для лампы T5 — 35 ° C (95 ° F).

[править] Жизнь

Обычно люминесцентная лампа служит в 10-20 раз дольше, чем эквивалентная лампа накаливания, при работе в течение нескольких часов за один раз.

Более высокая начальная стоимость люминесцентной лампы обычно более чем компенсируется более низким потреблением энергии в течение срока ее службы. Более длительный срок службы может также снизить затраты на замену лампы, обеспечивая дополнительную экономию, особенно там, где труд является дорогостоящим. Поэтому они широко используются предприятиями и учреждениями, но не так часто домашними хозяйствами.

[править] Пониженная светимость

По сравнению с лампой накаливания люминесцентная лампа представляет собой более рассеянный и физически более крупный источник света. В лампах подходящей конструкции свет может распределяться более равномерно без точечного источника бликов, например, от нерассеянной нити накаливания.

[править] Нижняя температура

Люминесцентные лампы отводят от двух третей до трех четвертей тепла меньше, чем эквивалентная установка ламп накаливания. Это значительно снижает размер, стоимость и энергопотребление оборудования для кондиционирования воздуха.

[править] Недостатки

[править] Частые переключения

Если лампа установлена ​​там, где она часто включается и выключается, она быстро изнашивается. В экстремальных условиях срок ее службы может быть намного меньше, чем у дешевой лампы накаливания. Каждый пусковой цикл слегка разрушает эмитирующую электроны поверхность катодов; когда весь эмиссионный материал исчезнет, ​​лампа не сможет запуститься с имеющимся балластным напряжением.В светильниках, предназначенных для мигания огней (например, для рекламы), будет использоваться балласт, который поддерживает температуру катода, когда дуга выключена, что продлевает срок службы лампы.

[править] Вопросы здоровья и безопасности

Если люминесцентная лампа разбита, ртуть может загрязнить окружающую среду. В отчете 1987 года описывается 23-месячный ребенок, госпитализированный из-за отравления ртутью, связанного с поломкой 8-футовой люминесцентной лампы. Стекло вымыли и выбросили, но ребенок часто использовал площадку для игр. ^[8]

Флуоресцентные лампы излучают небольшое количество ультрафиолетового света, и недавнее исследование в США показало, что ультрафиолетовое облучение от сидения под люминесцентными лампами в течение восьми часов эквивалентно всего одной минуте пребывания на солнце. ^[9] Однако УФ-свет может повлиять на чувствительные картины, особенно акварели и многие ткани, поэтому ценные произведения искусства необходимо защищать от флуоресцентного освещения. Ультрафиолетовый свет вызывает ухудшение ультрафиолетового излучения, а также может вызвать выцветание пигмента. ^{[ требуется ссылка ]}

Поскольку люминесцентные лампы излучают небольшое количество ультрафиолетового света, они могут вызвать проблемы у людей с очень высокой патологической чувствительностью к ультрафиолетовому свету.Они могут вызывать активность заболевания у очень светочувствительных людей с системной красной волчанкой; стандартные акриловые диффузоры поглощают УФ-В излучение и, кажется, защищают от этого. ^[10] В редких случаях люди с солнечной крапивницей (аллергия на солнечный свет) могут получить сыпь от флуоресцентного освещения. ^[11] Люминесцентные лампы с магнитными балластами мерцают с обычно незаметной частотой 100 или 120 Гц, и это мерцание может вызвать проблемы у людей со светочувствительностью, ^[12] они перечислены как проблемные для людей с эпилепсией, ^{[ 13]} волчанка, ^[14] синдром хронической усталости и головокружение. ^[15] Исследования по этому вопросу очень ограничены. Флуоресцентное освещение также может вызвать деперсонализацию и дереализацию, что впоследствии может ухудшить симптоматику деперсонализационного расстройства. ^[16]

[править] Балласт

Люминесцентным лампам требуется балласт для стабилизации тока через лампу и обеспечения начального напряжения зажигания, необходимого для начала дугового разряда. Это увеличивает стоимость люминесцентных светильников, хотя часто один балласт используется двумя или более лампами.Электромагнитные балласты при незначительной неисправности могут издавать слышимое гудение или жужжание. Магнитные балласты обычно заполняются смолой для заливки, чтобы уменьшить излучаемый шум. Гул устранен в лампах с высокочастотным электронным балластом. Потери энергии в магнитных балластах могут быть значительными, порядка 10% входной мощности лампы. ^[17] Электронные балласты уменьшают эти потери.

[править] Качество электроэнергии и радиопомехи

Простые балласты индуктивных люминесцентных ламп имеют коэффициент мощности меньше единицы.Индуктивные балласты включают конденсаторы коррекции коэффициента мощности. Простые электронные балласты также могут иметь низкий коэффициент мощности из-за входного каскада выпрямителя.

Люминесцентные лампы представляют собой нелинейную нагрузку и генерируют гармонические токи в источнике питания. Дуга внутри лампы может генерировать радиочастотный шум, который может передаваться через силовую проводку. Возможно подавление радиопомех. Возможно очень хорошее подавление, но оно увеличивает стоимость люминесцентных светильников.

[править] Рабочая температура

Люминесцентные лампы лучше всего работают при комнатной температуре. При гораздо более низких или более высоких температурах эффективность снижается. При отрицательных температурах могут не запускаться стандартные лампы. Для надежной работы на открытом воздухе в холодную погоду могут потребоваться специальные лампы.

[править] Форма лампы

Люминесцентные лампы — это длинные источники с низкой яркостью по сравнению с дуговыми лампами высокого давления и лампами накаливания. Однако малая сила света излучающей поверхности полезна, поскольку она уменьшает блики.Конструкция светильника должна контролировать свет от длинной трубки, а не от компактного шара.

Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) заменяет обычные лампы накаливания. Однако некоторые КЛЛ не подходят к некоторым лампам, потому что арфа (опорный кронштейн для абажура из тяжелой проволоки) имеет форму узкой шейки лампы накаливания. КЛЛ обычно имеют широкий корпус для электронного балласта рядом с цоколем лампы, поэтому могут не подходить для некоторых ламп.

[править] Проблемы с мерцанием

Люминесцентные лампы с магнитным балластом сетевой частоты не излучают ровный свет; вместо этого они мигают с частотой, в два раза превышающей частоту питания.Хотя это не так легко различить человеческим глазом, это может вызвать стробоскопический эффект, когда что-то, вращающееся с правильной скоростью, может казаться неподвижным, если его освещает только одна люминесцентная лампа. Этот эффект устраняется парными лампами, работающими на пускорегулирующем балласте. В отличие от настоящей стробоскопической лампы, уровень освещенности падает в течение значительного времени, и становится очевидным существенное «размытие» движущейся части.

В некоторых случаях люминесцентные лампы, работающие на частоте сети, могут также вызывать мерцание на самой частоте сети (50 или 60 Гц), что заметно для большего количества людей.Это может произойти в последние несколько часов срока службы лампы, когда катодное эмиссионное покрытие на одном конце почти закончилось, и этот катод начинает испытывать трудности с испусканием достаточного количества электронов в газовый наполнитель, что приводит к небольшому выпрямлению и, следовательно, к неравномерному световому выходу в положительных и отрицательные рабочие циклы сети. Мерцание сетевой частоты также может иногда исходить от самых концов трубок, если каждый трубчатый электрод дает немного разную картину светового потока на каждом полупериоде. Мерцание на сетевой частоте более заметно периферическим зрением, чем в центре взгляда.

Новые люминесцентные лампы могут отображать спиралевидный световой узор в части лампы. Этот эффект возникает из-за рыхлого материала катода и обычно исчезает через несколько часов работы. ^[18]

Электромагнитные балласты также могут вызывать проблемы при записи видео, поскольку между периодическими показаниями сенсора камеры и колебаниями интенсивности люминесцентной лампы может быть «эффект биения». Когда другие устройства, которые также мерцают, такие как компьютерные мониторы на основе ЭЛТ, работают при флуоресцентном освещении, мерцание может стать намного более заметным.

Полноразмерные и компактные люминесцентные лампы с высокочастотными электронными балластами не производят мерцания видимого света, так как постоянство люминофора превышает половину цикла более высокой рабочей частоты. Рабочие частоты электронных балластов выбраны таким образом, чтобы не создавать помех для инфракрасных пультов дистанционного управления.

Невидимое мерцание 100–120 Гц от люминесцентных ламп, питаемых от электромагнитных балластов, связано с головными болями и утомлением глаз. На людей с высоким порогом слияния мерцания особенно влияют электромагнитные балласты: их альфа-волны ЭЭГ заметно ослабляются, и они выполняют офисные задачи с большей скоростью и меньшей точностью. ^[19] Обычные люди лучше читают, используя высокочастотные (20 кГц — 60 кГц) электронные балласты, чем электромагнитные балласты. ^[20]

Мерцание люминесцентных ламп, даже с электромагнитными балластами, настолько быстрое, что вряд ли представляет опасность для людей, страдающих эпилепсией. ^[21] Ранние исследования предполагали связь между мерцанием люминесцентных ламп с электромагнитными балластами и повторяющимися движениями у аутичных детей. ^[22] Однако эти исследования имели проблемы с интерпретацией ^[23] и не были воспроизведены.

[править] Затемнение

Люминесцентные светильники нельзя подключать к тому же диммерному переключателю, который используется для ламп накаливания. За это ответственны два эффекта: форма волны напряжения, излучаемого стандартным диммером с фазовым управлением, плохо взаимодействует со многими балластами, и становится трудно поддерживать дугу в люминесцентной лампе при низких уровнях мощности. Для диммирования требуются 4-контактные люминесцентные лампы и совместимые диммирующие балласты.Эти системы поддерживают полностью нагретые катоды люминесцентной лампы даже при уменьшении тока дуги, способствуя легкой термоэлектронной эмиссии электронов в поток дуги. Доступны КЛЛ, которые работают по схеме диммера.

[править] Утилизация и переработка

Утилизация люминофора и особенно токсичной ртути в трубках является экологической проблемой. Правительственные постановления во многих областях требуют специальной утилизации люминесцентных ламп отдельно от общих и бытовых отходов.Для крупных коммерческих или промышленных пользователей люминесцентных ламп услуги по переработке доступны во многих странах и могут потребоваться в соответствии с законодательством. В некоторых регионах переработка также доступна для потребителей. Необходимость в инфраструктуре утилизации является проблемой с введением предложенных запретов на лампы накаливания.

Количество ртути в люминесцентной лампе варьируется от 3 до 46 мг, в зависимости от размера и возраста лампы. ^[24] Новые лампы содержат меньше ртути, а версии 3–4 мг продаются как лампы с низким содержанием ртути.Типичная люминесцентная лампа Т-12 (122 см) эпохи 2006 года (например, F32T12) содержит около 12 миллиграммов ртути. ^[25] В начале 2007 года Национальная ассоциация производителей электрооборудования США объявила, что «в соответствии с добровольным обязательством с 15 апреля 2007 года участвующие производители ограничат общее содержание ртути в КЛЛ мощностью менее 25 Вт до 5 миллиграммов (мг). на единицу. В КЛЛ, потребляющих от 25 до 40 Вт электроэнергии, общее содержание ртути будет ограничено 6 мг на единицу ». ^[26]

Из сломанной люминесцентной лампы выделяется ртуть.Безопасная очистка разбитых люминесцентных ламп отличается от очистки обычного разбитого стекла или ламп накаливания. 99% ртути обычно содержится в люминофоре, особенно в лампах, срок службы которых приближается к концу. ^[27]

По крайней мере, в некоторых из первых (около 1940 г.) люминесцентных ламп использовались токсичные соединения бериллия. ^[28] . Однако вряд ли можно встретить такие лампы. ^[29]

[править] Обозначения труб

Лампы обычно обозначаются кодом, например F ## T ##, где F означает люминесцентные лампы, первое число указывает мощность в ваттах (или если лампы могут работать с разными уровнями мощности, длина в дюймах), T. указывает, что форма колбы трубчатая, а последнее число — это диаметр в восьмых долях дюйма (иногда в миллиметрах, округленных до ближайшего миллиметра).Типичные диаметры: T12 или T38 (1 ¹ / ₂ «Ø или 38,1 мм Ø) для бытовых ламп со старыми магнитными балластами, T8 или T26 (1» Ø или 25,4 мм Ø) для коммерческих энергосберегающих ламп с электронным балласты, а также T5 или T16 ( ⁵ / ₈ дюймов Ø или 15,875 мм Ø) для очень маленьких ламп, которые могут даже работать от устройства с батарейным питанием.

[править] Отражатели

Некоторые лампы имеют внутренний непрозрачный отражатель. Охват рефлектора составляет от 120 до 310 градусов по окружности лампы. Лампы, которые имеют охват более 210 градусов, часто называют «апертурными лампами», поскольку количество открытого участка, на которое может выходить свет, значительно меньше площади, которая действует как внутренний отражатель.Часто лампа маркируется как лампа с отражателем, добавляя букву «R» в код модели, поэтому лампа F ## T ## с отражателем будет иметь код «FR ## T ##». Лампы VHO с отражателями могут иметь кодировку VHOR. Нет такого обозначения для количества градусов отражателя, которое имеет лампа.

Рефлекторные лампы используются, когда свет желательно излучать только в одном направлении или когда приложение требует максимального количества света. Например, эти лампы можно использовать в соляриях или в подсветке электронных дисплеев.Внутренний отражатель более эффективен, чем стандартные внешние отражатели, поскольку снижает вероятность потери света из-за подавления волн. Другой пример — светодиоды с согласованной по цвету диафрагмой (30 градусов открытия, плюс-минус), которые используются в пищевой промышленности для контроля качества, что позволяет роботам проверять готовые продукты.

[править] Лампы Slimline

Slimline работают от пускового балласта с мгновенным запуском и узнаваемы по их однополюсным цоколям.

[править] Лампы высокой / очень высокой мощности

Лампы с высокой выходной мощностью ярче и потребляют больше электрического тока, имеют разные концы на выводах, поэтому их нельзя использовать в неправильном приспособлении, и имеют маркировку F ## T ## HO или F ## T ## VHO для очень высокой мощности. .Примерно с начала и до середины 1950-х годов и по сегодняшний день компания General Electric разработала и улучшила лампу Power Groove с маркировкой F ## PG17. Эти лампы можно узнать по большому диаметру ( ¹⁷ / ₈ дюймов или 2 ¹ / ₈ дюймов), форме трубки с канавками и колпачкам R17d на каждом конце.

[править] Трубы другой формы

U-образные трубы FB ## T ##, где B означает «изогнутые». Чаще всего они имеют то же обозначение, что и линейные трубы.Круглые лампы — это FC ## T #, с диаметром круга (, а не окружности или ватт) — первое число, а второе число обычно равно 9 (29 мм) для стандартных светильников.

[править] Цвета

Цвет обычно обозначается WW для теплого белого, EW для усиленного (нейтрального) белого, CW для холодного белого (наиболее распространенного) и DW для голубоватого дневного белого. BLB используется для сине-голубых ламп, обычно используемых в автоматах для защиты от насекомых. BL используется для ламп черного света, обычно используемых в ночных клубах.Другие нестандартные обозначения применяются для огней для растений или огней для выращивания растений.

Philips и Osram используют числовые цветовые коды для цветов. На трех- и многофосфорных трубках первая цифра указывает индекс цветопередачи лампы. Если первая цифра на лампе означает 8 , тогда CRI этой лампы будет примерно 85. Последние две цифры указывают цветовую температуру лампы в Кельвинах (K). Например, если последние две цифры на лампе говорят « 40 », цветовая температура этой лампы будет равна 4000 К, что соответствует обычной трехфосфорной люминесцентной лампе холодного белого цвета.

[править] Длина

Необычная длина обычно добавляется после цвета. Одним из примеров является F25T12 / CW / 33, что означает 25 Вт, 1 ¹ / ₂ дюймов в диаметре, холодный белый цвет, 33 дюйма или 84 см в длину. Без 33 дюймов можно было бы предположить, что F25T12 имеет более распространенную длину 30 дюймов.

[править] Компактные люминесцентные лампы

Некоторые компактные флуоресцентные лампы теперь маркируются этой системой обозначений.

[править] Лампы люминесцентные прочие

Черные огни

Blacklight — это подмножество люминесцентных ламп, которые используются для излучения коротковолнового ультрафиолетового света (с длиной волны около 360 нм). Они построены так же, как и обычные люминесцентные лампы, но стеклянная трубка покрыта люминофором, который преобразует коротковолновое УФ-излучение внутри трубки в длинноволновое УФ-излучение, а не в видимый свет. Они используются для возбуждения флуоресценции (для создания драматических эффектов с помощью краски для черного света и для обнаружения таких материалов, как моча и некоторые красители, которые были бы невидимы в видимом свете), а также для привлечения насекомых к насекомым.

Так называемые лампы blacklite blue также изготавливаются из более дорогого темно-фиолетового стекла, известного как стекло Вуда, а не из прозрачного стекла. Темно-пурпурное стекло отфильтровывает большинство видимых цветов света, непосредственно испускаемого разрядом паров ртути, производя пропорционально меньше видимого света по сравнению с УФ-светом. Это позволяет легче увидеть УФ-индуцированную флуоресценцию (тем самым позволяя черным плакатам казаться более драматичными). Лампы черного света, используемые в противоугонных устройствах, не требуют такой доработки, поэтому ее обычно не используют в целях экономии; они называются просто blacklite (а не blacklite blue).

Лампы для загара

Лампы, используемые в соляриях, содержат различную смесь люминофоров (обычно от 3 до 5 или более люминофоров), которые излучают как UVA, так и UVB, вызывая реакцию загара у большинства людей. Как правило, выходная мощность оценивается от 3% до 10% UVB (наиболее типично 5%), а оставшееся УФ — как UVA. В основном это лампы F71, F72 или F73 HO (100 Вт), хотя несколько распространены VHO мощностью 160 Вт.

Лампы для выращивания

Лампы для выращивания содержат смеси люминофора, которые стимулируют фотосинтез, рост и / или цветение растений, водорослей, фотосинтезирующих бактерий и других светозависимых организмов.

Бактерицидные лампы

Бактерицидные лампы вообще не содержат люминофор (технически это газоразрядные лампы, а не люминесцентные), а их трубки изготовлены из плавленого кварца, прозрачного для коротковолнового УФ-излучения, непосредственно испускаемого ртутным разрядом. УФ-излучение, излучаемое этими трубками, убивает микробы, ионизирует кислород до озона и вызывает повреждение глаз и кожи. Помимо того, что они используются для уничтожения микробов и создания озона, они иногда используются геологами для идентификации определенных видов минералов по цвету их флуоресценции.При таком использовании они снабжены фильтрами так же, как и черно-голубые лампы; фильтр пропускает коротковолновое УФ-излучение и блокирует видимый свет, создаваемый ртутным разрядом. Они также используются в стиральных машинах EPROM.

Бактерицидные лампы имеют обозначения, начинающиеся с G (что означает «бактерицидные»), а не F, например G30T8 для 30-ваттной бактерицидной лампы диаметром 1 дюйм и длиной 36 дюймов (в отличие от F30T8, которая была бы люминесцентная лампа того же размера и номинала).

Безэлектродные лампы

Безэлектродные индукционные лампы — это люминесцентные лампы без внутренних электродов. Они были коммерчески доступны с 1990 года. В столб газа индуцируется ток с помощью электромагнитной индукции. Поскольку электроды обычно являются элементом, ограничивающим срок службы люминесцентных ламп, такие безэлектродные лампы могут иметь очень долгий срок службы, хотя они также имеют более высокую закупочную цену.

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ)

Также известная как компактная люминесцентная лампа — это тип люминесцентной лампы, предназначенный для замены лампы накаливания.Многие КЛЛ подходят для существующих ламп накаливания.

Люминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL)

Люминесцентные лампы с холодным катодом используются в качестве подсветки ЖК-дисплеев персональных компьютеров и телевизионных мониторов. В последние годы они также популярны среди мододелов.

[править] Научные демонстрации

Люминесцентные лампы можно зажечь другими способами, кроме надлежащего электрического подключения. Однако эти другие методы приводят к очень тусклому или очень непродолжительному освещению, и поэтому они чаще всего используются в научных демонстрациях.За исключением статического электричества (и генераторов Ван де Граафа), эти методы могут быть очень опасными при неправильном применении:

[править] Использование фильмов и видео

Специальные люминесцентные лампы часто используются в кино- и видеопроизводстве. Торговая марка Kino Flo используется для создания более мягкого заполняющего света и менее горяча, чем традиционные галогенные источники света. Эти люминесцентные лампы разработаны со специальными высокочастотными балластами для предотвращения мерцания видео и лампами с высоким индексом цветопередачи для приблизительной цветовой температуры дневного света. Richardbox.com в Интернет-архиве.

[править] Внешние ссылки

К тому времени, как вы это прочтете, ваши компактные люминесцентные лампы выйдут на полную яркость | Лам Партнерс

Вы когда-нибудь заходили в комнату, включали свет и думали: «Это действительно не так ярко, как мне бы хотелось», затем выходили и возвращались позже, чтобы обнаружить, что освещение действительно хорошее? Причина такого отставания в полной яркости одна и та же, будь то коммерческий офисный проект, освещенный компактными люминесцентными (КЛЛ) даунлайтами, или дома, где модифицированные лампы КЛЛ с привинчивающимся цоколем использовались в ранее использовавшихся лампах накаливания и подвесных светильниках.Причина тому — технология амальгамы.

Я знаю, вы думаете, что это не то, что вам нужно знать — если вы не попали в ловушку на действительно скучной вечеринке — но поскольку люминесцентные лампы становятся обязательным условием замены неэффективных ламп накаливания, это действительно полезно знать немного об их внутреннем устройстве.

Все люминесцентные лампы, будь то линейные или компактные люминесцентные лампы, содержат Ртуть. Ртуть при нагревании входящим электрическим током испаряется и преобразует электрическую энергию в ультрафиолетовое излучение.Люминофорное покрытие внутри стеклянной трубки поглощает ультрафиолетовое излучение и преобразует его в видимый свет.

В линейных флуоресцентных лампах ртуть представлена ​​в жидкой или гранулированной форме. Но все изгибы и изгибы КЛЛ вызывают скопление жидкой ртути, когда лампа установлена ​​в разной ориентации. В результате ртуть не испаряется и не распределяется эффективно. Чтобы решить эти проблемы, была создана технология амальгамы, в которой ртуть встроена в металлический сплав, чтобы обеспечить более стабильный световой поток независимо от положения горения.Поскольку ртуть содержится внутри амальгамы, время задержки для нагрева амальгамы и выделения паров ртути создает задержку в светоотдаче; Лампы CFL потребуют до 110 секунд, чтобы произвести 80% общего светового потока.

Меркурий — темная сторона зеленой истории флуоресцентного освещения; это важно, и это яд. В течение срока службы лампы ртуть, которая может быть заряжена, израсходована — связывается со стеклом и люминофором. Этот пониженный уровень ртути на какое-то время позволит лампе излучать свет, но не настолько, чтобы преодолеть присутствие газообразного аргона внутри трубки, что приведет к смертельному жуткому ярко-розовому свечению.

Стеклянная трубка люминесцентной лампы создает герметичную среду, поэтому, хотя лампа больше не излучает полезный свет, ртуть все же присутствует. В случае поломки лампы, линейной или КЛЛ, следует проявлять особую осторожность при утилизации не только осколков битого стекла, но и порошкообразных люминофоров, которые теперь связались с испарившейся ртутью.

Несмотря на то, что некоторые лампы с низким содержанием ртути, обозначенные как соответствующие требованиям TCLP, рекламируются как имеющие более низкий уровень ртути, чем те, которые регулируются как опасные отходы, и позволяют избежать дополнительных затрат на утилизацию, переработка по-прежнему является лучшим способом регенерировать ртуть и не допустить ее использования. полигон окружающей среды.Утилизация компактных люминесцентных ламп с привинчивающимся цоколем также позволяет переработать балластные компоненты в цоколе лампы.

И хотя технология амальгамы позволяет лучше рециркулировать ртуть, это означает, что немного больше ртути попадает в ламповую систему. Программа LEED теперь позволяет присуждать кредиты «Инновации в дизайне» за использование освещения с низким содержанием ртути. При этом признается, что, хотя ртуть — это факт жизни в энергоэффективном освещении, существуют способы минимизировать общее количество ртути в проекте (это также относится к газоразрядным лампам высокой интенсивности).Удовлетворение этого кредита влечет за собой достижение целевого максимума содержания ртути и обеспечение того, чтобы 90% ламп, закупленных для проекта, соответствовали этому целевому уровню — это ставит КЛЛ с амальгамной технологией в невыгодное положение по сравнению с линейными люминесцентными лампами.

Итак, думаете, лампы накаливания — это способ избежать этого грязного ртутного бизнеса? В то время как лампы накаливания не требуют ртути для работы, люминесцентные лампы и сторонники устойчивого развития вычислили теоретическое воздействие ртути в окружающей среде, создаваемое использованием ламп накаливания, работающих от электричества от электростанций, работающих на угле.Это более чем в три раза больше, чем у компактных люминесцентных ламп.

Авторы фотографий : Хория Варлин (1), Майкл Хикс (2), изображение Wikipemedia Commons (3)

_______________________________________________________________________________________________

Цитируемых работ:

«Амальгама для использования в люминесцентных лампах, содержащая свинец, олово, ртуть вместе с другими элементами из группы серебра, магния, меди, никеля, золота и платины.- Патент США 5952780 Описание ». PatentStorm: Патенты США. 14 сентября 1999 г. Web. 15 октября 2010 г.

«Технология амальгамы». Megaman Global: Зеленая комната. Интернет. 15 октября 2010 г.

«Компактная люминесцентная лампа». Википедия, Бесплатная энциклопедия . Интернет. 15 октября 2010 г.

«Люминесцентная лампа, содержащая амальгаму цинка и ртути, и способ изготовления — описание в патенте США 5882237». PatentStorm: Патенты США . 16 марта 1999 г. Web.15 октября 2010 г.

«Люминесцентная лампа». Википедия, Бесплатная энциклопедия. Интернет. 15 октября 2010 г.

Харрис, Том. «HowStuffWorks« Как работают люминесцентные лампы »». Howstuffworks «Дом и сад» Web. 15 октября 2010 г.

Противоречие с люминесцентными лампами Агапито Флореса

Никто не знает, кто изначально выдвинул идею, что Агапито Флорес, филиппинский электрик, который жил и работал в начале 20 века, изобрел первую люминесцентную лампу.Несмотря на доказательства, опровергающие это утверждение, споры бушевали годами. Некоторые сторонники этой истории зашли так далеко, что предположили, что слово «флуоресцентный» произошло от фамилии Флореса, но, учитывая поддающуюся проверке историю флуоресценции и последующее развитие флуоресцентного освещения, становится ясно, что эти утверждения ложны.

Происхождение флуоресценции

Хотя флуоресценцию наблюдали многие ученые еще в 16 веке, в 1852 году это явление окончательно объяснил ирландский физик и математик Джордж Габриэль Стоукс.В своей статье о свойствах длины волны света Стокс описал, как урановое стекло и минеральный плавиковый шпат могут преобразовывать невидимый ультрафиолетовый свет в видимый свет с большей длиной волны. Он назвал это явление «дисперсионным отражением», но написал:

«Признаюсь, мне не нравится этот термин. Я почти склонен придумать слово и назвать это явление «флуоресценцией» от плавиковой шпата, поскольку аналогичный термин опалесценция происходит от названия минерала ».

В 1857 году французский физик Александр Э.Беккерель, который исследовал как флуоресценцию, так и фосфоресценцию, высказал предположение о конструкции люминесцентных трубок, подобных тем, которые используются до сих пор.

Да будет свет

19 мая 1896 года, примерно через 40 лет после того, как Беккерель постулировал свою теорию о лампах, Томас Эдисон подал патент на люминесцентную лампу. В 1906 году он подал вторую заявку и, наконец, 10 сентября 1907 года получил патент. К сожалению, вместо ультрафиолетового света в лампах Эдисона использовалось рентгеновское излучение, что, вероятно, было причиной того, что его компания никогда не производила лампы в коммерческих целях.После того, как один из помощников Эдисона умер от радиационного отравления, дальнейшие исследования и разработки были приостановлены.

Американец Питер Купер Хьюитт запатентовал первую ртутную лампу низкого давления в 1901 году (патент США 889 692), которая считается первым прототипом современных люминесцентных ламп.

Эдмунд Гермер, который изобрел паровую лампу высокого давления, также изобрел улучшенную люминесцентную лампу. В 1927 году он совместно с Фридрихом Мейером и Хансом Шпаннером запатентовал экспериментальную люминесцентную лампу.

Разрушенный миф о Флоресе

Агапито Флорес родился в Гигинто, Булакан, Филиппины, 28 сентября 1897 года. В молодости он работал подмастерьем в механической мастерской. Позже он переехал в Тондо, Манила, где прошел обучение в профессионально-техническом училище, чтобы стать электриком. Согласно мифу, связанному с его предполагаемым изобретением люминесцентной лампы, Флорес якобы получил французский патент на люминесцентную лампу, и компания General Electric впоследствии купила эти патентные права и изготовила версию его люминесцентной лампы.

Это довольно сложная история, однако она игнорирует тот факт, что Флорес родился через 40 лет после того, как Беккерель впервые исследовал феномен флуоресценции, и ему было всего 4 года, когда Хьюитт запатентовал свою ртутную лампу. Точно так же термин «флуоресцентный» не мог быть придуман как дань уважения Флоресу, поскольку он предшествует его рождению на 45 лет (о чем свидетельствует предыдущее существование статьи Джорджа Стоукса).

По словам доктора Бенито Вергара из филиппинского центра научного наследия: «Насколько я знаю, некий Флорес представил идею флуоресцентного света Мануэлю Кесону, когда он стал президентом», однако докторВергара поясняет, что в то время компания General Electric уже представила публике люминесцентные лампы. Последний вывод из сказки состоит в том, что, хотя Агапито Флорес, возможно, исследовал или не исследовал практическое применение флуоресценции, он не дал этому феномену названия и не изобрел лампу, которая использовала ее в качестве освещения.

: компактная люминесцентная лампа, идентификация

Световод

Компактные Люминесцентные лампы (лампы) имеют либо штыревую основу (они вставляются в розетку), либо средние винтовые (они ввинчиваются в ту же розетку, что и обычные лампы накаливания).Ниже описаны компактные люминесцентные лампы со штырьками:

Производители ламп Национальной ассоциации производителей электрооборудования используют общую систему обозначений для компактных люминесцентных ламп. Эта система помогает пользователям определять тип лампы и легко находить перекрестные ссылки между производителями.

Общая система обозначений NEMA для компактных люминесцентных ламп со штыревыми выводами состоит из четырех частей:

CF + форма + мощность / сокращенное базовое обозначение

• Используется префикс «CF» для всех типов компактных люминесцентных ламп, соответствующих требованиям с определением Американского национального института стандартов самонесущего светильника с одинарным цоколем.
• Обозначение «Форма» выбирается из следующих:
  • T — двойной параллельный трубы
  • Q — четыре трубки в квадроцикл
  • TR — тройная трубка (включая три сдвоенные трубы в форме дельты или три трубы в арке) см. сноску ниже
  • S — квадратный в форме
  • M — комбинация трубки (множественные), не покрытые какой-либо из вышеуказанных форм обозначения
• «Мощность» — это номинальная мощность, за которой следует «W».
• Сокращенная база Обозначение «после разделителя» / «- это IEC / ANSI. обозначение, которое включает количество контактов, но исключает любую информацию о шпоночных пазах. Базовое обозначение, который можно определить из каталогов ламп, имеет важное значение различать лампы одинаковой мощности, но которые имеют разную конфигурацию контактов (см. основание ссылку ниже).
• Дополнительная информация, например, цвет, может быть добавлен после «/»разделитель.

Компактные люминесцентные цоколи

Дополнительные световоды

Люминесцентные лампы вики | TheReaderWiki

Люминесцентная лампа или люминесцентная лампа — это газоразрядная лампа низкого давления на основе паров ртути, в которой флуоресценция используется для получения видимого света. Электрический ток в газе возбуждает пары ртути, которые создают коротковолновый ультрафиолетовый свет, который затем вызывает свечение люминофорного покрытия внутри лампы. Люминесцентная лампа преобразует электрическую энергию в полезный свет намного эффективнее, чем лампы накаливания. Типичная световая отдача люминесцентных систем освещения составляет 50–100 люмен на ватт, что в несколько раз превышает эффективность ламп накаливания с сопоставимой светоотдачей.

Светильники люминесцентных ламп дороже, чем лампы накаливания, потому что они требуют балласта для регулирования тока через лампу, но более низкая стоимость энергии обычно компенсирует более высокую начальную стоимость. Компактные люминесцентные лампы теперь доступны в тех же популярных размерах, что и лампы накаливания, и используются в качестве энергосберегающей альтернативы в домах.

Многие люминесцентные лампы классифицируются как опасные отходы, поскольку они содержат ртуть. Агентство по охране окружающей среды США рекомендует отделять люминесцентные лампы от обычных отходов для переработки или безопасной утилизации, а в некоторых юрисдикциях требуется их переработка. ^[3]

История

Физические открытия

Флуоресценция определенных горных пород и других веществ наблюдалась в течение сотен лет до того, как стала понятна ее природа. К середине XIX века экспериментаторы наблюдали лучистое свечение, исходящее от частично вакуумированных стеклянных сосудов, через которые проходил электрический ток. Одним из первых, кто объяснил это, был ирландский ученый сэр Джордж Стоукс из Кембриджского университета в 1852 году, который назвал это явление «флуоресценцией» в честь флюорита, минерала, многие образцы которого сильно светятся из-за примесей.Объяснение основывалось на природе явления электричества и света, разработанном британскими учеными Майклом Фарадеем в 1840-х годах и Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860-х годах. ^[4]

Немногое было сделано с этим явлением до 1856 года, когда немецкий стеклодув Генрих Гайсслер создал ртутный вакуумный насос, который откачивал стеклянную трубку до такой степени, которая ранее была невозможна. Гейсслер изобрел первую газоразрядную лампу, трубку Гейсслера, состоящую из частично вакуумированной стеклянной трубки с металлическими электродами на обоих концах.При приложении высокого напряжения между электродами внутренняя часть трубки загоралась тлеющим разрядом. Помещая внутрь разные химические вещества, можно было сделать трубки разных цветов, а тщательно продуманные трубки Гейслера продавались для развлечения. Однако более важным был его вклад в научные исследования. Одним из первых ученых, экспериментировавших с трубкой Гейсслера, был Юлиус Плюкер, который в 1858 году систематически описал люминесцентные эффекты, происходящие в трубке Гейсслера.Он также сделал важное наблюдение, что свечение в трубке меняет положение, когда она находится вблизи электромагнитного поля. Александр Эдмон Беккерель заметил в 1859 году, что некоторые вещества испускали свет, когда их помещали в трубку Гейсслера. Он продолжил нанесение тонких покрытий из люминесцентных материалов на поверхности этих трубок. Произошла флуоресценция, но трубки были очень неэффективными и имели короткий срок службы.

Запросы, которые начались с трубки Гейсслера, продолжались, так как были созданы еще более совершенные пылесосы.Самой известной была вакуумная трубка, которую использовал Уильям Крукс для научных исследований. Эта трубка откачивалась с помощью высокоэффективного ртутного вакуумного насоса, созданного Германом Шпренгелем. Исследования, проведенные Круксом и другими, в конечном итоге привели к открытию электрона в 1897 году Дж. Дж. Томсоном и рентгеновских лучей в 1895 году Вильгельмом Рентгеном. Но трубка Крукса, как ее стали называть, давала мало света, потому что в ней был слишком хороший вакуум и, следовательно, не хватало следовых количеств газа, необходимых для электрически стимулированной люминесценции.

Лампы газоразрядные ранние

Томас Эдисон ненадолго исследовал флуоресцентное освещение из-за его коммерческого потенциала. Он изобрел люминесцентную лампу в 1896 году, в которой использовалось покрытие из вольфрамата кальция в качестве флуоресцентного вещества, возбуждаемого рентгеновскими лучами, но, хотя в 1907 году на нее был получен патент ^[6] , она не была запущена в производство.Как и в случае с некоторыми другими попытками использовать трубки Гейсслера для освещения, у него был короткий срок службы, и, учитывая успех лампы накаливания, у Эдисона не было особых причин для поиска альтернативных средств электрического освещения. Никола Тесла проводил аналогичные эксперименты в 1890-х годах, изобретая высокочастотные люминесцентные лампы, которые давали яркий зеленоватый свет, но, как и в случае с устройствами Эдисона, коммерческого успеха добиться не удалось.

Один из бывших сотрудников Эдисона создал газоразрядную лампу, добившуюся определенного коммерческого успеха.В 1895 году Дэниел Макфарлан Мур продемонстрировал лампы длиной от 2 до 3 метров (от 6,6 до 9,8 футов), в которых для излучения белого или розового света использовался углекислый газ или азот соответственно. Они были значительно более сложными, чем лампа накаливания, и требовали как источника питания высокого напряжения, так и системы регулирования давления наполняющего газа. ^[7]

Мур изобрел клапан с электромагнитным управлением, который поддерживал постоянное давление газа внутри трубки, чтобы продлить срок службы. ^[8] Хотя лампа Мура была сложной, дорогой и требовала очень высокого напряжения, она была значительно более эффективной, чем лампы накаливания, и давала более близкое приближение к естественному дневному свету, чем современные лампы накаливания. С 1904 года система освещения Мура была установлена ​​во многих магазинах и офисах. Его успех способствовал мотивации General Electric к совершенствованию лампы накаливания, особенно ее нити. Усилия GE увенчались изобретением нити накала на основе вольфрама.Увеличенный срок службы и повышенная эффективность ламп накаливания свели на нет одно из ключевых преимуществ лампы Мура, но GE приобрела соответствующие патенты в 1912 году. Эти патенты и изобретательские усилия, которые поддерживали их, должны были иметь значительную ценность, когда фирма занялась люминесцентным освещением. более двух десятилетий спустя.

Примерно в то же время, когда Мур разрабатывал свою систему освещения, Питер Купер Хьюитт изобрел ртутную лампу, запатентованную в 1901 году (US 682692). Лампа Хьюитта загоралась, когда электрический ток пропускался через пары ртути под низким давлением.В отличие от ламп Мура, лампы Хьюитта производились стандартных размеров и работали при низком напряжении. Лампа на парах ртути превосходила лампы накаливания того времени с точки зрения энергоэффективности, но излучаемый ею сине-зеленый свет ограничивал возможности ее применения. Однако он использовался для фотографии и некоторых промышленных процессов.

Ртутные лампы продолжали развиваться медленными темпами, особенно в Европе, и к началу 1930-х годов они получили ограниченное применение для крупномасштабного освещения.В некоторых из них использовались флуоресцентные покрытия, но они использовались в основном для цветокоррекции, а не для увеличения светоотдачи. Лампы на парах ртути также предвосхитили люминесцентные лампы с их включением балласта для поддержания постоянного тока.

Купер-Хьюитт не был первым, кто использовал пары ртути для освещения, поскольку ранее усилия были предприняты Уэй, Рапифф, Аронс, Бастиан и Солсбери. Особое значение имела ртутная лампа, изобретенная Кюхом и Речински в Германии.В лампе использовалась колба меньшего диаметра и больший ток, работающий при более высоких давлениях. Вследствие тока лампа работала при более высокой температуре, что потребовало использования кварцевой лампы. Хотя ее светоотдача по сравнению с потреблением электроэнергии была лучше, чем у других источников света, излучаемый ею свет был аналогичен свету лампы Купера-Хьюитта в том, что в ней отсутствовала красная часть спектра, что делало ее непригодной для обычного освещения. Из-за трудностей с приваркой электродов к кварцу лампа прослужила очень недолго. ^[10]

Неоновые лампы

Следующий шаг в области газового освещения был основан на люминесцентных свойствах неона, инертного газа, который был открыт в 1898 году путем изоляции от атмосферы. При использовании в лампах Гейслера неон светился ярко-красным светом. ^[11] К 1910 году француз Жорж Клод, разработавший технологию и успешный бизнес по сжижению воздуха, получил достаточно неона в качестве побочного продукта для поддержки индустрии неонового освещения. ^{[12] [13]} Хотя неоновое освещение использовалось примерно в 1930 году во Франции для общего освещения, оно было не более энергоэффективным, чем обычное освещение лампами накаливания.Освещение с неоновой трубкой, которое также включает использование паров аргона и ртути в качестве альтернативных газов, стало использоваться в основном для привлекательных вывесок и рекламы. Однако неоновое освещение имело отношение к развитию люминесцентного освещения, поскольку усовершенствованный электрод Клода (запатентованный в 1915 году) преодолел «разбрызгивание», основной источник деградации электрода. Распыление происходит, когда ионизированные частицы ударяются об электрод и отрывают кусочки металла. Хотя изобретение Клода требовало электродов с большой площадью поверхности, оно показало, что можно преодолеть серьезное препятствие для газового освещения.

Развитие неонового света также имело значение для последнего ключевого элемента люминесцентной лампы — ее люминесцентного покрытия. В 1926 году Жак Рислер получил французский патент на применение флуоресцентных покрытий на неоновых лампах. Эти лампы, которые можно считать первыми коммерчески успешными люминесцентными лампами, использовались в основном для рекламы, а не для общего освещения. Однако это было не первое использование флуоресцентных покрытий; Беккерель ранее использовал эту идею, а Эдисон использовал вольфрамат кальция для своей неудачной лампы. ^{[16] [17] [18]} Были предприняты другие усилия, но все они сопровождались низкой эффективностью и различными техническими проблемами. Особое значение имело изобретение в 1927 году Фридрихом Мейером, Хансом-Иоахимом Шпаннером и Эдмундом Гермером, сотрудниками немецкой фирмы в Берлине, низковольтной «лампы на парах металла». Немецкий патент был выдан, но в серийное производство лампа так и не пошла.

Коммерциализация люминесцентных ламп

Все основные функции люминесцентного освещения были реализованы в конце 1920-х годов.Десятилетия изобретений и разработок обеспечили ключевые компоненты люминесцентных ламп: экономичные стеклянные трубки, инертные газы для заполнения трубок, электрические балласты, долговечные электроды, пары ртути как источник люминесценции, эффективные средства создания надежного электрического разряда. , а также флуоресцентные покрытия, которые можно возбуждать ультрафиолетовым светом. На этом этапе интенсивные разработки были важнее фундаментальных исследований.

В 1934 году Артур Комптон, известный физик и консультант GE, сообщил отделу ламп GE об успешных экспериментах с флуоресцентным освещением в General Electric Co., Ltd. в Великобритании (не имеет отношения к General Electric в США). Вдохновленная этим отчетом и имеющими все ключевые элементы, группа под руководством Джорджа Э. Инмана в 1934 году построила прототип люминесцентной лампы в инженерной лаборатории General Electric в Нела Парк (Огайо). Это было нетривиальным занятием; как отметил Артур А. Брайт, «пришлось провести множество экспериментов с размерами и формой ламп, конструкцией катода, давлением газов аргона и паров ртути, цветами флуоресцентных порошков, методами их прикрепления к внутренней части лампы. трубка и другие детали лампы и ее вспомогательного оборудования до того, как новое устройство было готово для публики.»

Помимо наличия инженеров и техников, а также помещений для НИОКР по люминесцентным лампам, General Electric контролировала то, что она считала ключевыми патентами, касающимися флуоресцентного освещения, включая патенты, первоначально выданные Hewitt, Moore и Küch. Более важно, чем это был патент на электрод, который не разрушался при давлении газа, которое в конечном итоге использовалось в люминесцентных лампах. Альберт У. Халл из исследовательской лаборатории GE в Скенектади подал заявку на патент на это изобретение в 1927 году, которое было выдано в 1931 году. ^[20] General Electric использовала свой контроль над патентами, чтобы предотвратить конкуренцию со своими лампами накаливания, и, вероятно, отложила внедрение люминесцентного освещения на 20 лет. В конце концов, военное производство потребовало круглосуточных фабрик с экономичным освещением и люминесцентными лампами.

Хотя патент Халла дал GE основание для требования юридических прав на люминесцентную лампу, через несколько месяцев после запуска лампы в производство компания узнала о заявке на патент США, которая была подана в 1927 году на вышеупомянутую «лампу с паром металла». изобретен в Германии Мейером, Шпаннером и Гермером.В заявке на патент указывалось, что лампа была создана как превосходное средство для получения ультрафиолетового света, но в заявке также содержалось несколько утверждений, относящихся к флуоресцентному освещению. Попытки получить патент в США натолкнулись на многочисленные задержки, но, если бы он был выдан, патент мог бы вызвать серьезные трудности для GE. Сначала GE попыталась заблокировать выдачу патента, заявив, что приоритет должен принадлежать одному из их сотрудников, Лерою Дж. Баттольфу, который, согласно их заявлению, изобрел люминесцентную лампу в 1919 году и чья патентная заявка все еще находилась на рассмотрении.GE также подала заявку на патент в 1936 году на имя Инмана, чтобы охватить «улучшения», внесенные его группой. В 1939 году GE решила, что претензии Мейера, Спаннера и Гермера имеют определенные основания и что в любом случае длительная процедура вмешательства не в их интересах. Поэтому они отказались от иска Buttolph и заплатили 180 000 долларов за приобретение Meyer et al. заявка, которая на тот момент принадлежала фирме, известной как Electrons, Inc. Патент был должным образом выдан в декабре 1939 года. ^[21] Этот патент, наряду с патентом Халла, поставил GE на то, что казалось твердым юридическим основанием , хотя компания Sylvania Electric Products, Inc. в течение многих лет сталкивалась с судебными исками., который заявил о нарушении патентов.

Несмотря на то, что проблема с патентами не была полностью решена в течение многих лет, сильные стороны General Electric в области производства и маркетинга позволили компании занять лидирующую позицию на развивающемся рынке люминесцентных ламп. Продажа «люминесцентных люмилиновых ламп» началась в 1938 году, когда на рынок были выпущены лампы четырех разных размеров. Они использовались в светильниках, производимых тремя ведущими корпорациями: Lightolier, Artcraft Fluorescent Lighting Corporation и Globe Lighting.Люминесцентный балласт Slimline был представлен публике в 1946 году компаниями Westinghouse и General Electric, а светильники для витрин и витрин были представлены Artcraft Fluorescent Lighting Corporation в 1946 году. ^{[22] [23]} В следующем году GE и Westinghouse опубликовали новый свет через выставки на Всемирной выставке в Нью-Йорке и на международной выставке Golden Gate в Сан-Франциско. Флуоресцентные системы освещения быстро распространились во время Второй мировой войны, поскольку военное производство увеличило спрос на освещение.К 1951 году в Соединенных Штатах люминесцентные лампы производили больше света, чем лампы накаливания. ^[24]

В первые годы в качестве зеленоватого люминофора использовался ортосиликат цинка с различным содержанием бериллия. Небольшие добавки вольфрамата магния улучшили синюю часть спектра, давая приемлемый белый цвет. После того, как было обнаружено, что бериллий токсичен, фосфор на основе галофосфата взял верх.

Принципы работы

Основным механизмом преобразования электрической энергии в свет является испускание фотона, когда электрон в атоме ртути падает из возбужденного состояния на более низкий энергетический уровень.Электроны, протекающие в дуге, сталкиваются с атомами ртути. Если падающий электрон имеет достаточно кинетической энергии, он передает энергию внешнему электрону атома, заставляя этот электрон временно подпрыгивать на более высокий энергетический уровень, который не является стабильным. Атом испускает ультрафиолетовый фотон, когда электрон атома возвращается на более низкий, более стабильный энергетический уровень. Большинство фотонов, испускаемых атомами ртути, имеют длины волн в ультрафиолетовой (УФ) области спектра, преимущественно с длинами волн 253.7 и 185 нанометров (нм). Они не видны человеческому глазу, поэтому ультрафиолетовая энергия преобразуется в видимый свет за счет флуоресценции внутреннего люминофорного покрытия. Разница в энергии между поглощенным ультрафиолетовым фотоном и испускаемым фотоном видимого света идет на нагрев покрытия люминофора.

Электрический ток течет через трубку в дуговом разряде низкого давления. Электроны сталкиваются и ионизируют атомы благородного газа внутри колбы, окружающей нить, образуя плазму в процессе ударной ионизации.В результате лавинной ионизации проводимость ионизированного газа быстро возрастает, позволяя протекать через лампу более высоким токам.

Заполняющий газ помогает определить электрические характеристики лампы, но сам не излучает свет. Заполняющий газ эффективно увеличивает расстояние, которое электроны проходят через трубку, что дает электрону больше шансов на взаимодействие с атомом ртути. Кроме того, атомы аргона, возбужденные до метастабильного состояния ударом электрона, могут передавать энергию атому ртути и ионизировать его, что описывается как эффект Пеннинга.Это снижает пробивное и рабочее напряжение лампы по сравнению с другими возможными наполняющими газами, такими как криптон. ^[26]

Строительство

Трубка люминесцентной лампы заполнена смесью аргона, ксенона, неона или криптона и паров ртути. Давление внутри лампы составляет около 0,3% от атмосферного давления. ^[27] Парциальное давление одних только паров ртути составляет около 0,8 Па (8 миллионных долей атмосферного давления) в 40-ваттной лампе T12. Внутренняя поверхность лампы покрыта флуоресцентным покрытием, состоящим из различных смесей солей фосфора металлов и редкоземельных элементов. Электроды лампы обычно изготавливаются из спирального вольфрама и покрыты смесью оксидов бария, стронция и кальция для улучшения термоэлектронной эмиссии.

Трубки люминесцентных ламп часто бывают прямыми и имеют длину от около 100 миллиметров (3,9 дюйма) для миниатюрных ламп до 2,43 метра (8,0 футов) для ламп высокой мощности. У некоторых ламп трубка изогнута в круг, используется для настольных ламп или других мест, где требуется более компактный источник света. П-образные лампы большего размера используются для обеспечения того же количества света в более компактных помещениях и используются в особых архитектурных целях. Компактные люминесцентные лампы имеют несколько трубок малого диаметра, соединенных в пучок из двух, четырех или шести, или трубку небольшого диаметра, свернутую в спираль, чтобы обеспечить большое количество светового потока в небольшом объеме.

Светоизлучающие люминофоры наносятся на внутреннюю часть трубки в виде лакокрасочного покрытия. Органическим растворителям дают испариться, затем трубку нагревают почти до температуры плавления стекла, чтобы удалить оставшиеся органические соединения и сплавить покрытие с трубкой лампы. Необходим тщательный контроль размера зерна подвешенных люминофоров; крупные зерна приводят к слабому покрытию, а мелкие частицы приводят к плохому уходу за светом и эффективности. Большинство люминофоров лучше всего работают с размером частиц около 10 микрометров.Покрытие должно быть достаточно толстым, чтобы улавливать весь ультрафиолетовый свет, производимый ртутной дугой, но не настолько толстым, чтобы люминофорное покрытие поглощало слишком много видимого света. Первые люминофоры были синтетическими версиями природных флуоресцентных минералов с небольшими количествами металлов, добавленных в качестве активаторов. Позже были обнаружены другие соединения, позволяющие изготавливать лампы разных цветов.

Балласты

Люминесцентные лампы представляют собой устройства с отрицательным дифференциальным сопротивлением, поэтому при прохождении через них большего тока электрическое сопротивление люминесцентной лампы падает, позволяя протекать еще большему току.Подключенная непосредственно к источнику постоянного напряжения, люминесцентная лампа быстро самоуничтожится из-за неконтролируемого протекания тока. Чтобы предотвратить это, люминесцентные лампы должны использовать балласт для регулирования тока, протекающего через лампу.

Напряжение на клеммах рабочей лампы меняется в зависимости от тока дуги, диаметра трубки, температуры и наполняющего газа. 48-дюймовая (1219 мм) лампа T12 ^[30] для обслуживания общего освещения работает при 430 мА при падении напряжения 100 В. Лампы с высокой выходной мощностью работают при 800 мА, а некоторые типы работают до 1.5 А. Уровень мощности варьируется от 33 до 82 Вт на метр длины трубки (от 10 до 25 Вт / фут) для ламп T12. ^[31]

Простейший пускорегулирующий аппарат для переменного тока (AC) — это последовательно соединенный индуктор, состоящий из обмотки на многослойном магнитном сердечнике. Индуктивность этой обмотки ограничивает прохождение переменного тока. Этот тип до сих пор используется, например, в настольных лампах с питанием от 120 вольт, использующих относительно короткие лампы. Балласты рассчитаны на размер лампы и частоту сети. Если переменного напряжения недостаточно для запуска длинных люминесцентных ламп, балласт часто представляет собой повышающий автотрансформатор со значительной индуктивностью рассеяния (чтобы ограничить ток).Любая форма индуктивного балласта может также включать конденсатор для коррекции коэффициента мощности.

Люминесцентные лампы могут работать напрямую от источника постоянного тока с напряжением, достаточным для зажигания дуги. Балласт должен быть резистивным и потреблять примерно столько же энергии, сколько и лампа. При работе от постоянного тока пусковой выключатель часто предназначен для изменения полярности питания лампы каждый раз, когда она запускается; в противном случае ртуть скапливается на одном конце трубки.По этим причинам люминесцентные лампы (почти) никогда не работают напрямую от постоянного тока. Вместо этого инвертор преобразует постоянный ток в переменный и обеспечивает функцию ограничения тока, как описано ниже для электронных балластов.

Влияние температуры

На характеристики люминесцентных ламп в значительной степени влияет температура стенки колбы и ее влияние на парциальное давление паров ртути внутри лампы. Поскольку ртуть конденсируется в самом холодном месте лампы, необходимо тщательно продумать конструкцию, чтобы поддерживать в этом месте оптимальную температуру, около 40 ° C (104 ° F).

Использование амальгамы с другим металлом снижает давление пара и расширяет оптимальный температурный диапазон вверх; тем не менее, температуру «холодного пятна» на стенке колбы все же необходимо контролировать, чтобы предотвратить конденсацию. Люминесцентные лампы высокой мощности имеют такие особенности, как деформированная трубка или внутренние радиаторы для контроля температуры холодного пятна и распределения ртути. Сильно нагруженные маленькие лампы, такие как компактные люминесцентные лампы, также включают в себя зоны теплоотвода в трубке, чтобы поддерживать давление паров ртути на оптимальном уровне.

Убытки

Только часть электроэнергии, потребляемой лампой, преобразуется в полезный свет. Балласт рассеивает тепло; электронные балласты могут иметь КПД около 90%. На электродах возникает фиксированное падение напряжения, которое также выделяет тепло. Часть энергии в столбе паров ртути также рассеивается, но около 85% превращается в видимый и ультрафиолетовый свет.

Не все УФ-излучение, попадающее на люминофорное покрытие, преобразуется в видимый свет; некоторая энергия теряется. Самая большая разовая потеря в современных лампах связана с более низкой энергией каждого фотона видимого света по сравнению с энергией УФ-фотонов, которые их генерируют (явление, называемое стоксовым сдвигом). Падающие фотоны имеют энергию 5,5 электрон-вольт, но производят фотоны видимого света с энергией около 2,5 электрон-вольт, поэтому используется только 45% ультрафиолетовой энергии; остальное рассеивается в виде тепла.

Люминесцентные лампы с холодным катодом

В большинстве люминесцентных ламп используются электроды, которые испускают электроны в лампу за счет тепла, известные как горячие катоды.Однако лампы с холодным катодом имеют катоды, которые испускают электроны только из-за большого напряжения между электродами. Катоды будут нагреваться протекающим через них током, но они недостаточно горячие для значительной термоэлектронной эмиссии. Поскольку лампы с холодным катодом не имеют термоэмиссионного покрытия, которое могло бы изнашиваться, они могут иметь гораздо более длительный срок службы, чем лампы с горячим катодом. Это делает их желательными для приложений с длительным сроком службы (например, для подсветки жидкокристаллических дисплеев). Распыление электрода все еще может происходить, но электроды могут иметь форму (например,грамм. во внутренний цилиндр) для улавливания большей части распыленного материала, чтобы он не терялся с электрода.

Лампы с холодным катодом обычно менее эффективны, чем лампы с термоэлектронной эмиссией, поскольку катодное падение напряжения намного выше. Мощность, рассеиваемая из-за катодного падения напряжения, не влияет на светоотдачу. Однако это менее важно для более длинных трубок. Повышенное рассеивание мощности на концах трубок также обычно означает, что лампы с холодным катодом должны работать при более низкой нагрузке, чем их эквиваленты с термоэлектронной эмиссией.Учитывая, что в любом случае требуется более высокое напряжение на лампе, эти лампы можно легко сделать длинными и даже использовать как последовательные струны. Они лучше подходят для сгибания в специальные формы для надписей и вывесок, а также могут быть мгновенно включены или выключены.

Запуск

Газ, используемый в люминесцентной лампе, должен быть ионизирован, прежде чем дуга сможет «загореться». Для небольших ламп для зажигания дуги не требуется большого напряжения, и запуск лампы не представляет проблемы, но для больших ламп требуется значительное напряжение (в диапазоне от тысячи вольт).Было использовано много разных пусковых схем. Выбор схемы основан на стоимости, напряжении переменного тока, длине трубки, мгновенном или не мгновенном пуске, диапазонах температур и наличии деталей.

В этом методе используется комбинированная нить накала-катод на каждом конце лампы в сочетании с механическим или автоматическим (биметаллическим) переключателем (см. Принципиальную схему справа), который первоначально соединяет нити накала последовательно с балластом для их предварительного нагрева; при зажигании дуги нити отключаются. Эта система описывается как preheat в некоторых странах и switchstart в других. ^[35] Эти системы являются стандартным оборудованием в странах с напряжением 200–240 В (и для ламп 100–120 В до 30 Вт). ^{[ требуется ссылка ]}

До 1960-х годов использовались четырехконтактные термовыключатели и ручные переключатели. ^{[ необходима ссылка ]} Стартер с выключателем накаливания автоматически предварительно нагревает катоды лампы. Он состоит из нормально разомкнутого биметаллического переключателя в небольшой герметичной газоразрядной лампе, содержащей инертный газ (неон или аргон). Переключатель накаливания будет циклически нагревать нити и инициировать импульсное напряжение для зажигания дуги; процесс повторяется, пока лампа не загорится.Как только трубка ударяется, падающий основной разряд сохраняет катоды горячими, позволяя продолжать эмиссию электронов. Выключатель стартера не замыкается снова, потому что напряжение на горящей трубке недостаточно для запуска тлеющего разряда в стартере. ^[35]

У стартеров с выключателем накаливания неисправная трубка будет циклически повторяться. В некоторых пусковых системах использовалось тепловое отключение от сверхтока для обнаружения повторных попыток пуска и отключения цепи до ручного сброса.

Конденсатор коррекции коэффициента мощности (PFC) потребляет опережающий ток из сети для компенсации запаздывающего тока, потребляемого цепью лампы. ^[35]

Мгновенный запуск Люминесцентные лампы просто используют достаточно высокое напряжение, чтобы разрушить столб газа и ртути и тем самым запустить дугу. Эти трубки не имеют волокон и могут быть идентифицированы по одному штырю на каждом конце трубки. Патроны лампы имеют разъём для отключения на низковольтном конце, который отключает балласт при снятии трубки, чтобы предотвратить поражение электрическим током.В Северной Америке недорогие осветительные приборы со встроенным электронным балластом используют мгновенный запуск ламп, изначально предназначенных для предварительного нагрева, хотя это сокращает срок службы ламп. ^{[ необходима ссылка ]} Эта технология балласта не распространена за пределами Северной Америки.

Быстрый запуск балластных конструкций обеспечивает обмотки внутри балласта, которые непрерывно нагревают катодные нити. Обычно работает при более низком напряжении дуги, чем конструкция с мгновенным запуском; при запуске не возникает индуктивных всплесков напряжения, поэтому лампы должны быть установлены рядом с заземленным отражателем, чтобы тлеющий разряд мог распространяться по трубке и вызывать дуговый разряд ^{[ почему? ]} .В некоторых лампах заземленная полоса «вспомогательного зажигания» прикреплена к внешней стороне стекла лампы. Этот тип балласта несовместим с европейскими люминесцентными лампами Energy Saver T8, поскольку для этих ламп требуется более высокое пусковое напряжение, чем напряжение холостого хода балластов для быстрого запуска.

ПРА с быстрым запуском используют небольшой автотрансформатор для нагрева нитей при первом включении питания.Когда возникает дуга, мощность нагрева нити уменьшается, и трубка запускается в течение полсекунды. Автотрансформатор либо совмещен с балластом, либо может быть отдельным блоком. Трубки должны быть установлены рядом с заземленным металлическим отражателем, чтобы они не ударяли. ПРА с быстрым запуском более распространены в коммерческих установках из-за более низких затрат на обслуживание. Балласт быстрого запуска устраняет необходимость в переключателе стартера, который является частым источником отказов ламп. Тем не менее, балласты с быстрым запуском также используются в бытовых (жилых) установках из-за желательной особенности, заключающейся в том, что балласты с быстрым запуском включаются почти сразу после подачи питания (при включении переключателя).ПРА с быстрым запуском используются только в цепях 240 В и предназначены для использования с более старыми, менее эффективными лампами T12.

Полурезонансная схема запуска была изобретена Thorn Lighting для использования с люминесцентными лампами T12. В этом методе используются трансформатор с двойной обмоткой и конденсатор. При отсутствии тока дуги трансформатор и конденсатор резонируют на линейной частоте и генерируют примерно вдвое большее напряжение питания на трубке и небольшой ток нагрева электрода. ^[36] Напряжение на трубке слишком низкое для зажигания дуги холодными электродами, но по мере того, как электроды нагреваются до температуры термоэлектронной эмиссии, напряжение зажигания трубки падает ниже напряжения звонка, и возникает дуга. По мере нагрева электродов лампа медленно, в течение трех-пяти секунд, достигает полной яркости. По мере увеличения тока дуги и падения напряжения на трубке схема обеспечивает ограничение тока.

Полурезонансные пусковые схемы в основном ограничиваются использованием в коммерческих установках из-за более высокой начальной стоимости компонентов схемы.Однако нет переключателей стартера, которые необходимо заменить, а повреждение катода уменьшается во время запуска, что увеличивает срок службы ламп, что снижает затраты на техническое обслуживание. Из-за высокого напряжения на лампе холостого хода этот метод пуска особенно хорош для запуска ламп в холодных местах. Кроме того, коэффициент мощности схемы составляет почти 1,0, и никакой дополнительной коррекции коэффициента мощности в осветительной установке не требуется. Поскольку конструкция требует, чтобы удвоенное напряжение питания было ниже, чем напряжение зажигания холодного катода (в противном случае лампы будут ошибочно мгновенно запускаться), эта конструкция не может использоваться с мощностью 240 В переменного тока, если на лампах не меньше 1.Длина 2 м (3 фута 11 дюймов). Полурезонансные пусковые устройства обычно несовместимы с энергосберегающими модернизированными лампами T8, поскольку такие лампы имеют более высокое пусковое напряжение, чем лампы T12, и могут не запускаться надежно, особенно при низких температурах. Недавние предложения в некоторых странах по поэтапному отказу от трубок T12 уменьшат применение этого метода запуска.

В электронных пускателях используется другой метод предварительного нагрева катодов. ^[37] Они могут быть вставными и взаимозаменяемыми с пускателями накаливания. Они используют полупроводниковый переключатель и «мягкий запуск» лампы путем предварительного нагрева катодов перед подачей пускового импульса, который зажигает лампу в первый раз без мерцания; это удаляет минимальное количество материала с катодов во время запуска, продлевая срок службы лампы. ^[35] Утверждается, что это продлевает срок службы лампы в 3-4 раза для лампы, часто включаемой, например, в быту, ^[38] , и для уменьшения почернения концов лампы, типичного для люминесцентные лампы.Схема обычно сложна, но сложность заложена в ИС. Электронные пускатели могут быть оптимизированы для быстрого пуска (типичное время пуска 0,3 секунды), ^{[38] [39]} или для наиболее надежного пуска даже при низких температурах и с низким напряжением питания, с временем пуска 2–4 секунд. ^[40] Устройства с более быстрым запуском могут издавать слышимый шум во время запуска. ^[41]

Электронные пускатели пытаются запустить лампу только на короткое время при первоначальном подаче питания и не пытаются повторно запустить лампу, которая не работает и не может поддерживать дугу; некоторые автоматически выключают вышедшую из строя лампу. ^[37] Это исключает повторное зажигание лампы и постоянное мерцание неисправной лампы с помощью стартера накаливания. Электронные стартеры не подвержены износу и не нуждаются в периодической замене, хотя они могут выйти из строя, как и любая другая электронная схема. Производители обычно указывают срок службы 20 лет или столько же, сколько и светильник. ^{[39] [40]}

В электронных пускорегулирующих аппаратах используются транзисторы для преобразования частоты питания в высокочастотный переменный ток при одновременном регулировании тока, протекающего в лампе.В этих балластах используется более высокий КПД ламп, который повышается почти на 10% при 10 кГц по сравнению с КПД при нормальной частоте сети. Когда период переменного тока короче, чем время релаксации для деионизации атомов ртути в разрядном столбе, разряд остается ближе к оптимальному рабочему состоянию. Электронные балласты преобразуют мощность переменного тока частоты питания в переменный ток переменной частоты. Преобразование может уменьшить модуляцию яркости лампы при двойной частоте источника питания.

Недорогие балласты содержат только простой генератор и последовательный резонансный LC-контур.Этот принцип называется токовой резонансной схемой инвертора. Через короткое время напряжение на лампе достигает примерно 1 кВ, и лампа мгновенно запускается в режиме с холодным катодом. Катодные нити по-прежнему используются для защиты балласта от перегрева, если лампа не загорается. Некоторые производители используют термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC), чтобы отключить мгновенный запуск и дать некоторое время для предварительного нагрева нитей.

Более сложные электронные балласты используют запрограммированный пуск.Выходная частота начинается выше резонансной частоты выходного контура балласта; и после того, как нити нагреваются, частота быстро уменьшается. Если частота приближается к резонансной частоте балласта, выходное напряжение возрастет настолько, что лампа загорится. Если лампа не загорается, электронная схема прекращает работу балласта.

Многие электронные балласты управляются микроконтроллером, и их иногда называют цифровыми балластами.Цифровые балласты могут применять довольно сложную логику для запуска и работы лампы. Это позволяет выполнять такие функции, как проверка сломанных электродов и отсутствующих трубок перед попыткой запуска, обнаружение замены трубки и определение типа трубки, так что один балласт можно использовать с несколькими разными трубками. Такие функции, как регулировка яркости, могут быть включены во встроенное программное обеспечение микроконтроллера и могут быть найдены в продуктах различных производителей.

С момента появления в 1990-х годах высокочастотные балласты использовались в осветительных приборах общего назначения с лампами быстрого запуска или с лампами предварительного нагрева.Эти балласты преобразуют поступающую мощность в выходную частоту выше 20 кГц. Это увеличивает эффективность лампы. ^[43] Эти балласты работают с напряжениями, которые могут составлять почти 600 вольт, что требует некоторого рассмотрения при проектировании корпуса и может вызвать незначительное ограничение длины проводов, ведущих от балласта к концам лампы.

Окончание срока службы

Ожидаемый срок службы люминесцентной лампы в первую очередь ограничивается сроком службы катодных электродов. Для поддержания необходимого уровня тока электроды покрыты излучающей смесью оксидов металлов.Каждый раз, когда лампа запускается и во время работы, небольшое количество катодного покрытия разбрызгивается с электродов под действием электронов и тяжелых ионов внутри трубки. Распыленный материал собирается на стенках трубки, делая ее темнее. Метод и частота запуска влияют на распыление катода. Нить накала также может сломаться, что приведет к выходу лампы из строя.

Лампы с низким содержанием ртути могут выйти из строя, если ртуть абсорбируется стеклянной трубкой, люминофором и внутренними компонентами и больше не может испаряться в заполняющем газе.Потеря ртути сначала приводит к увеличению времени прогрева до полной светоотдачи и, наконец, заставляет лампу светиться тускло-розовым светом, когда аргон становится основным разрядом. ^[44]

Подвергая трубку асимметричному протеканию тока, она эффективно работает под напряжением постоянного тока и вызывает асимметричное распределение ионов ртути по трубке. Локальное снижение давления паров ртути проявляется в виде розового свечения основного газа вблизи одного из электродов, и срок службы лампы может быть значительно сокращен.Это может быть проблемой для некоторых плохо спроектированных инверторов. ^[45]

Люминофор, покрывающий лампу, также разрушается со временем, пока лампа не перестанет вырабатывать приемлемую часть своей первоначальной светоотдачи.

Отказ встроенного электронного балласта компактной люминесцентной лампы также приведет к окончанию срока ее службы.

Люминофоры и спектр излучаемого света

Спектр света, излучаемого люминесцентной лампой, представляет собой комбинацию света, излучаемого непосредственно парами ртути, и света, излучаемого фосфоресцентным покрытием. Спектральные линии излучения ртути и эффекта фосфоресценции дают комбинированное спектральное распределение света, которое отличается от распределения света от источников накаливания. Относительная интенсивность света, излучаемого в каждой узкой полосе длин волн в видимом спектре, находится в разных пропорциях по сравнению с таковой у источника накаливания.Цветные объекты по-разному воспринимаются под источниками света с разным спектральным распределением. Например, некоторые люди находят цветопередачу некоторых люминесцентных ламп резкой и неприятной. Иногда кажется, что здоровый человек имеет нездоровый оттенок кожи при флуоресцентном освещении. Степень возникновения этого явления связана со спектральным составом света и может быть оценена по его индексу цветопередачи (CRI).

Цветовая температура

Коррелированная цветовая температура (CCT) — это мера «оттенка» белизны источника света по сравнению с черным телом.Типичное освещение лампами накаливания — 2700 К, то есть желтовато-белый цвет. ^[46] Галогенное освещение — 3000 К. ^[47] Люминесцентные лампы изготавливаются в соответствии с выбранной цветовой температурой путем изменения смеси люминофоров внутри трубки. Тёпло-белые люминесцентные лампы с цветовой температурой 2700 К популярны для освещения жилых помещений. Нейтрально-белые флуоресцентные лампы имеют CCT 3000 K или 3500 K. Холодно-белые флуоресцентные лампы имеют CCT 4100 K и популярны для офисного освещения. Флуоресцентные лампы дневного света имеют CCT от 5000 K до 6500 K, что означает голубовато-белый цвет.

Для освещения с высокой цветовой температурой обычно требуется более высокий уровень освещенности. При более тусклом освещении человеческий глаз воспринимает более низкие цветовые температуры как более приятные, что связано с кривой Круитхофа. Таким образом, тусклая лампа накаливания 2700 K выглядит удобной, а яркая лампа 5000 K также выглядит естественной, но тусклая люминесцентная лампа 5000 K кажется слишком бледной. Люминесцентные лампы дневного света выглядят естественно, только если они очень яркие.

Индекс цветопередачи

Индекс цветопередачи (CRI) — это показатель того, насколько хорошо цвета могут быть восприняты при использовании света от источника по сравнению со светом от эталонного источника, такого как дневной свет или черное тело с той же цветовой температурой.По определению, лампа накаливания имеет индекс цветопередачи 100. Реальные люминесцентные лампы достигают значений индекса цветопередачи от 50 до 98. Люминесцентные лампы с низким индексом цветопередачи имеют люминофор, излучающий слишком мало красного света. Кожа выглядит менее розовой и, следовательно, «нездоровой» по сравнению с освещением лампами накаливания. Цветные объекты выглядят приглушенными. Например, галофосфатная трубка с низким CRI 6800 K (крайний пример) сделает красный цвет тускло-красным или даже коричневым. Поскольку глаз относительно менее эффективно обнаруживает красный свет, улучшение индекса цветопередачи с увеличением энергии в красной части спектра может снизить общую светоотдачу.

В осветительных приборах используются люминесцентные лампы различных оттенков белого. Смешивание типов трубок в фитингах может улучшить цветопередачу трубок более низкого качества.

Состав люминофора

Один из наименее приятных источников света исходит от трубок, содержащих более старые люминофоры галогенфосфатного типа (химическая формула Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ (F, Cl): Sb ³⁺ , Mn ²⁺ ). Этот люминофор в основном излучает желтый и синий свет и сравнительно мало зеленого и красного.В отсутствие эталона эта смесь кажется глазам белой, но свет имеет неполный спектр. Индекс цветопередачи (CRI) таких ламп составляет около 60.

С 1990-х годов в более качественных люминесцентных лампах используется либо галофосфатное покрытие с более высоким индексом цветопередачи, либо смесь трифосфоров на основе ионов европия и тербия, которые имеют полосы излучения более равномерно распределены по спектру видимого света. Галофосфатные и трифосфорные трубки с высоким индексом цветопередачи придают человеческому глазу более естественную цветопередачу.CRI таких ламп обычно составляет 82–100.

Приложения

Люминесцентные лампы бывают разных форм и размеров. ^[49] Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) становятся все более популярными. Во многих компактных люминесцентных лампах вспомогательная электроника встроена в цоколь лампы, что позволяет им вставляться в обычный патрон для лампочки.

В жилых домах США люминесцентные лампы в основном используются на кухнях, подвалах или в гаражах, но школы и предприятия считают, что люминесцентные лампы позволяют значительно сэкономить, и редко используют лампы накаливания.Затраты на электроэнергию, налоговые льготы и строительные нормы приводят к более широкому использованию в таких местах, как Калифорния. Использование люминесцентных ламп сокращается, поскольку светодиодное освещение, которое является более энергоэффективным и не содержит ртути, заменяет люминесцентные. {Cn | date = April 2021}}

В других странах использование люминесцентного освещения в жилых помещениях зависит от стоимости энергетические, финансовые и экологические проблемы местного населения, а также приемлемость светоотдачи. В Восточной и Юго-Восточной Азии очень редко можно увидеть лампы накаливания в зданиях где-либо.

Многие страны поощряют отказ от ламп накаливания и замену ламп накаливания люминесцентными лампами или светодиодами и другими типами энергосберегающих ламп.

Помимо общего освещения, специальные люминесцентные лампы часто используются в сценическом освещении для кино- и видеопроизводства. Они холоднее, чем традиционные галогенные источники света, и в них используются высокочастотные балласты для предотвращения мерцания видео и индексные лампы с высокой цветопередачей для приблизительной цветовой температуры дневного света.

Сравнение с лампами накаливания

Световая отдача

Люминесцентные лампы преобразуют больше входной мощности в видимый свет, чем лампы накаливания. Типичная лампа накаливания с вольфрамовой нитью мощностью 100 Вт может преобразовывать только 5% потребляемой мощности в видимый белый свет (длина волны 400–700 нм), тогда как обычные люминесцентные лампы преобразуют около 22% потребляемой мощности в белый видимый свет.

Эффективность люминесцентных ламп колеблется от примерно 16 люмен на ватт для 4-ваттной лампы с обычным балластом до более 100 люмен на ватт ^[51] с современным электронным балластом, обычно в среднем от 50 до 67 лм / Вт в целом. ^[52] Потери балласта могут составлять около 25% мощности лампы с магнитными балластами и около 10% с электронными балластами.

Эффективность люминесцентной лампы зависит от температуры лампы в самой холодной части лампы. В лампах T8 это центр трубки. В лампах T5 это конец трубки с нанесенным на него текстом. Идеальная температура для лампы T8 — 25 ° C (77 ° F), а для лампы T5 — 35 ° C (95 ° F).

Срок службы

Обычно люминесцентная лампа прослужит от 10 до 20 раз дольше, чем эквивалентная лампа накаливания, при работе в течение нескольких часов.В стандартных условиях испытаний люминесцентные лампы служат от 6000 до 80 000 часов (от 2 до 27 лет при 8 часах в день). ^[53]

Более высокая начальная стоимость люминесцентной лампы по сравнению с лампой накаливания обычно компенсируется более низким потреблением энергии в течение срока ее службы. ^{[54] [ требует обновления ]}

Более низкая яркость

По сравнению с лампой накаливания люминесцентная лампа является более рассеянным и физически более крупным источником света.В лампах соответствующей конструкции свет может распределяться более равномерно без точечного источника ослепления, например, от нерассеянной нити накаливания; лампа имеет большие размеры по сравнению с обычным расстоянием между лампой и освещенными поверхностями.

Меньшее тепло

Люминесцентные лампы излучают примерно одну пятую тепла эквивалентных ламп накаливания. Это значительно снижает размер, стоимость и потребление энергии, затрачиваемое на кондиционирование воздуха в офисных зданиях, в которых обычно много света и мало окон.

Недостатки

Частое переключение

Частое переключение (более чем каждые 3 часа) сокращает срок службы ламп. ^[55] Каждый пусковой цикл слегка разрушает эмитирующую электроны поверхность катодов; когда весь эмиссионный материал исчезнет, ​​лампа не сможет запуститься с имеющимся балластным напряжением. В светильниках для проблесковых маячков (например, для рекламы) используется балласт, который поддерживает температуру катода, когда дуга выключена, что продлевает срок службы лампы.

Дополнительная энергия, используемая для запуска люминесцентной лампы, эквивалентна нескольким секундам нормальной работы; энергоэффективнее выключать лампы, если они не нужны в течение нескольких минут. ^{[56] [57]}

Содержание ртути

Если люминесцентная лампа сломана, очень небольшое количество ртути может загрязнить окружающую среду. Около 99% ртути обычно содержится в люминофоре, особенно в лампах, срок службы которых близок. ^[58] При неправильной очистке разбитые лампы могут выделять ртуть. ^{[59] [ неудачная проверка ]}

Из-за содержания ртути утилизированные люминесцентные лампы следует утилизировать как опасные отходы. Для крупных пользователей люминесцентных ламп в некоторых регионах доступны услуги по переработке, и это может потребоваться по закону. ^{[60] [61]} В некоторых регионах переработка также доступна для потребителей. ^[62]

Ультрафиолетовое излучение

Люминесцентные лампы излучают небольшое количество ультрафиолетового (УФ) света.Исследование, проведенное в 1993 году в США, показало, что ультрафиолетовое облучение от сидения под флуоресцентными лампами в течение восьми часов эквивалентно одной минуте пребывания на солнце. ^[63] Ультрафиолетовое излучение компактных люминесцентных ламп может усугубить симптомы у светочувствительных людей. ^{[64] [65] [66]}

Музейным артефактам может потребоваться защита от ультрафиолетового излучения, чтобы предотвратить деградацию пигментов или тканей. ^[67]

Балласт

Для люминесцентных ламп требуется балласт для стабилизации тока через лампу и для обеспечения начального напряжения зажигания, необходимого для начала дугового разряда. Часто один балласт используется двумя или более лампами. Электромагнитные балласты могут издавать слышимый гудение или жужжание. Магнитные балласты обычно заполняются смолой для заливки, чтобы уменьшить излучаемый шум. Гул устранен в лампах с высокочастотным электронным балластом.Согласно литературе GE от 1978 г., потери энергии в магнитных балластах составляют около 10% от входной мощности лампы. ^[31] Электронные балласты уменьшают эти потери.

Качество электроэнергии и радиопомехи

Простые балласты индуктивных люминесцентных ламп имеют коэффициент мощности меньше единицы. Индуктивные балласты включают конденсаторы коррекции коэффициента мощности. Простые электронные балласты также могут иметь низкий коэффициент мощности из-за входного каскада выпрямителя.

Люминесцентные лампы представляют собой нелинейную нагрузку и генерируют гармонические токи в электросети.Дуга внутри лампы может генерировать радиочастотный шум, который может передаваться через силовую проводку. Возможно подавление радиопомех. Возможно очень хорошее подавление, но оно увеличивает стоимость люминесцентных светильников.

Люминесцентные лампы, срок службы которых близок, могут представлять серьезную опасность радиочастотных помех. Колебания генерируются отрицательным дифференциальным сопротивлением дуги, и ток, протекающий через трубку, может образовывать настроенную цепь, частота которой зависит от длины пути. ^[68]

Рабочая температура

Люминесцентные лампы лучше всего работают при комнатной температуре. При более низких или более высоких температурах эффективность снижается. При отрицательных температурах могут не запускаться стандартные лампы. Для надежной работы вне помещений в холодную погоду можно использовать специальные лампы.

Форма лампы

Люминесцентные лампы — это длинные источники с низкой яркостью по сравнению с дуговыми лампами высокого давления, лампами накаливания и светодиодами. Однако малая сила света излучающей поверхности полезна, поскольку она уменьшает блики.Конструкция светильника должна контролировать свет от длинной трубки, а не от компактного шара. Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) заменяет обычные лампы накаливания во многих осветительных приборах там, где позволяет пространство.

Flicker

Люминесцентные лампы с магнитными балластами мерцают с обычно незаметной частотой 100 или 120 Гц, и это мерцание может вызвать проблемы у некоторых людей с светочувствительностью; ^[69] они перечислены как проблемные для некоторых людей с аутизмом, эпилепсией, ^[70] волчанкой, ^[71] синдромом хронической усталости, болезнью Лайма, ^[72] и головокружением. ^[73]

Можно заметить стробоскопический эффект, когда что-то, вращающееся с правильной скоростью, может казаться неподвижным, если его освещает только одна люминесцентная лампа. Этот эффект устраняется парными лампами, работающими на пускорегулирующем балласте. В отличие от настоящей стробоскопической лампы, уровень освещенности падает в течение значительного времени, и становится очевидным существенное «размытие» движущейся части.

Люминесцентные лампы могут производить мерцание с частотой источника питания (50 или 60 Гц), что заметно для большего количества людей. Это происходит, если поврежденный или вышедший из строя катод приводит к небольшому выпрямлению и неравномерному световому выходу в положительных и отрицательных циклах переменного тока. Мерцание промышленной частоты может исходить от концов трубок, если каждый трубчатый электрод дает немного отличающийся рисунок светового потока на каждом полупериоде. Мерцание на промышленной частоте более заметно при периферическом зрении, чем при прямом взгляде.

Ближе к концу срока службы люминесцентные лампы могут начать мигать с частотой ниже, чем частота сети. Это происходит из-за нестабильности отрицательного сопротивления дугового разряда, ^[74] , которое может быть вызвано неисправной лампой или балластом или плохим соединением.

Новые люминесцентные лампы могут отображать спиралевидный световой узор в части лампы. Этот эффект возникает из-за рыхлого материала катода и обычно исчезает через несколько часов работы. ^[31]

Электромагнитные балласты также могут вызывать проблемы при записи видео, поскольку может быть так называемый эффект биений между частотой кадров видео и колебаниями интенсивности люминесцентной лампы.

Люминесцентные лампы с электронными балластами не мерцают, так как выше примерно 5 кГц период полураспада возбужденного электронного состояния превышает полупериод, ^{[требуется цитирование ]} и производство света становится непрерывным. Рабочие частоты электронных балластов выбраны таким образом, чтобы не создавать помех для инфракрасных пультов дистанционного управления. Низкокачественные или неисправные электронные балласты могут иметь значительную модуляцию света 100/120 Гц.

Диммирование

Люминесцентные светильники нельзя подключать к диммерным переключателям, предназначенным для ламп накаливания.За это ответственны два эффекта: форма волны напряжения, излучаемого стандартным диммером с фазовым управлением, плохо взаимодействует со многими балластами, и становится трудно поддерживать дугу в люминесцентной лампе при низких уровнях мощности. Для диммирования требуется совместимый диммирующий балласт. Некоторые модели компактных люминесцентных ламп могут иметь затемнение; в США такие лампы идентифицируются как соответствующие стандарту UL 1993. ^[75]

Размеры и обозначения ламп

Систематическая номенклатура идентифицирует лампы массового рынка по общей форме, номинальной мощности, длине, цвету и т. д. электрические и световые характеристики.

Перегрузка

Перегрузка люминесцентной лампы — это метод получения большего количества света от каждой лампы, чем получается при номинальных условиях. Люминесцентные лампы ODNO (Overdriven Normal Output) обычно используются, когда недостаточно места для установки дополнительных ламп для усиления света. Метод эффективен, но порождает некоторые дополнительные проблемы. Этот метод стал популярным среди водных садоводов как экономичный способ добавить больше света в их аквариумы. Перегрузка достигается путем переустановки светильников для увеличения тока лампы; однако срок службы лампы сокращается. ^[76]

Другие люминесцентные лампы

Черный свет

Черный свет — это подмножество люминесцентных ламп, которые используются для получения ближнего ультрафиолетового света (с длиной волны около 360 нм). Они построены так же, как и обычные люминесцентные лампы, но стеклянная трубка покрыта люминофором, который преобразует коротковолновое УФ-излучение внутри трубки в длинноволновое УФ-излучение, а не в видимый свет. Они используются для возбуждения флуоресценции (для создания драматических эффектов с помощью краски для черного света и для обнаружения таких материалов, как моча и некоторые красители, которые были бы невидимы в видимом свете), а также для привлечения насекомых к насекомым.

Так называемые лампы blacklite blue также изготавливаются из более дорогого темно-фиолетового стекла, известного как стекло Вуда, а не из прозрачного стекла. Темно-пурпурное стекло отфильтровывает большинство видимых цветов света, непосредственно испускаемого разрядом паров ртути, производя пропорционально меньше видимого света по сравнению с УФ-светом. Это позволяет легче увидеть УФ-индуцированную флуоресценцию (тем самым позволяя черным плакатам казаться более драматичными). Лампы черного света, используемые в противоугонных устройствах, не требуют такой доработки, поэтому ее обычно не используют в целях экономии; они называются просто blacklite (а не blacklite blue).

Лампа для загара

Лампы, используемые в соляриях, содержат различные смеси люминофоров (обычно от 3 до 5 или более люминофоров), которые излучают как УФ-А, так и УФ-В диапазоны, вызывая реакцию загара у большинства людей. Как правило, выходная мощность оценивается как 3–10% UVB (наиболее типично 5%), а оставшееся УФ — как UVA. В основном это лампы F71, F72 или F73 HO (100 Вт), хотя несколько распространены VHO мощностью 160 Вт. Одним из распространенных люминофоров, используемых в этих лампах, является дисиликат бария, активированный свинцом, но также используется активированный европием фторборат стронция.В ранних лампах в качестве активатора использовался таллий, но выбросы таллия во время производства были токсичными.

Медицинские лампы UVB

Лампы, используемые в фототерапии, содержат люминофор, излучающий только ультрафиолетовый свет UVB. ^{[ необходима ссылка ]} Есть два типа: широкополосный UVB, который дает 290–320 нанометров с максимальной длиной волны 306 нм, и узкополосный UVB, который дает 311–313 нанометров. Из-за большей длины волны узкополосные лампы UVB не вызывают эритерму на коже, как широкополосные. ^{[ сомнительно — обсудить ]} Для них требуется в 10-20 раз более высокая доза на кожу, и для них требуется больше лампочек и более длительное время воздействия. Узкополосный фильтр хорош при псориазе, экземе (атопическом дерматите), витилиго, красном плоском лишае и некоторых других кожных заболеваниях. ^{[ необходима ссылка ]} Широкополосный доступ лучше для увеличения содержания витамина D3 в организме.

Лампа для выращивания

Лампа для выращивания содержит смеси люминофора, которые стимулируют фотосинтез, рост или цветение растений, водорослей, фотосинтезирующих бактерий и других светозависимых организмов.Они часто излучают свет в основном в красном и синем цветовом диапазоне, который поглощается хлорофиллом и используется для фотосинтеза у растений. ^[78]

Инфракрасные лампы

Лампы могут быть изготовлены с люминофором из металлумината лития, активированным железом. Этот люминофор имеет пиковое излучение от 675 до 875 нанометров, с меньшим излучением в темно-красной части видимого спектра.

Билирубиновые лампы

Глубокий синий свет, генерируемый люминофором, активированным европием, используется при светотерапии желтухи; свет этого цвета проникает в кожу и способствует расщеплению избыточного билирубина.

Бактерицидная лампа

Бактерицидная лампа вообще не содержит люминофора, что делает их газоразрядными лампами на парах ртути, а не люминесцентными. Их трубки сделаны из плавленого кварца, прозрачного для ультрафиолетового излучения ртутного разряда. УФС с длиной волны 254 нм, излучаемый этими трубками, убивает микробы, а УФ-излучение с длиной волны 184,45 нм ионизирует кислород до озона. Лампы с маркировкой OF блокируют УФ-излучение на расстоянии 184,45 нм и не выделяют значительного количества озона. Кроме того, УФС может вызвать повреждение глаз и кожи. Они иногда используются геологами для идентификации определенных видов минералов по цвету их флуоресценции, когда они оснащены фильтрами, пропускающими коротковолновое УФ-излучение и блокирующими видимый свет, производимый ртутным разрядом.Они также используются в некоторых стиральных машинах EPROM. Бактерицидные лампы имеют обозначения, начинающиеся с буквы G, например G30T8 для бактерицидной лампы мощностью 30 Вт, диаметром 1 дюйм (2,5 см) и длиной 36 дюймов (91 см) (в отличие от F30T8, которая была бы люминесцентной лампой того же размера и рейтинга).

Безэлектродная лампа

Безэлектродные индукционные лампы представляют собой люминесцентные лампы без внутренних электродов. Они были коммерчески доступны с 1990 года. В столб газа индуцируется ток с помощью электромагнитной индукции.Поскольку электроды обычно являются элементом, ограничивающим срок службы люминесцентных ламп, такие безэлектродные лампы могут иметь очень долгий срок службы, хотя они также имеют более высокую закупочную цену.

Люминесцентная лампа с холодным катодом

Люминесцентные лампы с холодным катодом использовались в качестве подсветки ЖК-дисплеев компьютерных мониторов и телевизоров до использования ЖК-дисплеев со светодиодной подсветкой. В последние годы они также популярны среди мододелов компьютерных корпусов.

Научные демонстрации

Люминесцентные лампы можно зажечь другими способами, кроме надлежащего электрического подключения.Эти другие методы, однако, приводят к очень тусклому или очень непродолжительному освещению, и поэтому чаще всего используются в научных демонстрациях. Статическое электричество или генератор Ван де Граафа вызовут кратковременное мигание лампы, поскольку она разряжает емкость высокого напряжения. Катушка Тесла будет пропускать высокочастотный ток через трубку, и, поскольку она также имеет высокое напряжение, газы внутри трубки будут ионизироваться и излучать свет. Это также работает с плазменными шарами. Емкостная связь с высоковольтными линиями электропередачи может непрерывно светить лампой с низкой интенсивностью, в зависимости от напряженности электрического поля, как показано на изображении справа. Goins GD, Yorio NC, Sanwo MM, Brown CS (1997). «Фотоморфогенез, фотосинтез и урожай семян растений пшеницы, выращенных под красными светодиодами (СИД) с дополнительным синим освещением и без него». Журнал экспериментальной ботаники . 48 (7): 1407–1413. DOI: 10.