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高壓氣體放電燈
高壓氣體放電燈
高壓氣體放電燈是氣體放電燈的一類，（高壓氣體放電燈）它通過燈管中的弧光放電，再結合燈管中填充的惰性氣體或金屬蒸氣產生很強的光線。
①輻射光譜具有可選擇性。通過選擇適當的發光物質，可使輻射光譜集中於所要求的波長上，也可同時使用幾種發光物質，以求獲得最佳的組合光譜。
②具有高效率，它們可以把25～30%的輸入電能轉換為光輸出。
③壽命長。使用長達。
④光輸出維持特性好，在壽命終止時仍能提供60～80%的初始光輸出。
目前有 高壓鈉燈、（熒光）高壓汞燈、氙氣燈、金屬鹵化物燈 等。
高壓鈉燈使用時發出金白色光，具有發光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等優點。廣泛應用於道路、高速公路、機場、碼頭、船塢、車站、廣場、街道交匯處、工礦企業、公園、庭院照明及植物栽培。高顯色高壓鈉燈主要應用於體育館、展覽廳、娛樂場、百貨商店和賓館等場所照明。
當燈泡啟動后，電弧管兩端電極之間產生電弧，由於電弧的高溫作用使管內的鈉汞齊受熱蒸發成為汞蒸氣和鈉蒸氣，陰極發射的電在向陽極運動過程中，撞擊放電物質有原子，使其獲得能量產生電離激發，然後由激發態回復到穩定態；或由電離態變為激發態，再回到基級無限循環，多餘的能量以光輻射的形式釋放，便產生了光。高壓鈉燈中放電物質蒸氣壓很高，也即鈉原子密度高，電子與鈉原子之間碰撞次數頻繁，使共振輻射譜線加寬，出現其它可見光譜的輻射，因此高壓鈉燈的光色優於低壓鈉燈。高壓鈉燈是一種高強度氣體放電燈泡。由於氣體放電燈泡的負阻特性，如果把燈泡單獨接到電網中去，其工作狀態是不穩定的，隨著放電過程繼續，它必將導致電路中電流無限上升，最後直至燈光或電路中的零、部件被過流燒毀。
高壓鈉燈同其他氣體放電燈泡一樣，工作是弧光放電狀態，伏—安特性曲線為負斜率，即燈泡電流上升，而燈泡電壓卻下降。在恆定電源條件下，為了保證燈泡穩定地工作，電路中必須串聯一具有正阻特性的電路元件來平衡這種負阻特性，穩定工作電流，該元件稱為鎮流器或限流器。電阻器、電容器、電感受器等均帶有限流作用。電阻性鎮流器體積小，價格便宜，與高壓鈉燈配套使用會發生啟動困難，工作時電阻產生很高的熱量，需有較大的散熱空間、消耗功率很大，將會使電路總照明效率下降。它一般在直流電路中使用，百交流電路中使用燈光有明顯的閃爍現象。電容性鎮流器雖然不象電阻性鎮流器自身消耗功率很大，溫升低，在電源頻率較低時，電容器充電時，會產生脈衝峰值電流，對電極造成極大損害，燈光閃爍，影響燈泡使用壽命；在高頻電路中工作，電壓波動能達到理想狀態，成為理想的鎮流器。電感性鎮流器損耗小，阻抗穩定，阻抗菌素性偏差小，使用壽命長，燈泡的穩定度比電阻性鎮流器好，目前與高壓鈉燈配套使用的鎮流器均為電感性鎮流器。其缺點較苯重及價格偏高。另外，電子鎮流器已經開始出現，目前其價格昂貴，可靠性還不能與高壓鈉燈相匹配，除特殊場合使用外，一般情況下很少被採用。所以，高壓鈉燈必須串聯與燈泡規格相應的鎮流器後方可使用。高壓鈉燈的點燈電路是一個非線性電路，功率因數較低，因此在網路上考慮接補償電容，以提高網路的功率因數。
高壓汞燈是玻殼內表面塗有熒光粉的高壓汞蒸氣放電燈，柔和的白色燈光，結構簡單。低成本，低維修費用，可直接取代普通白熾燈，具有光效長，壽命長，省電經濟的特點，適用於工業照明、倉庫照明、街道照明、泛光照明安全照明等。高壓汞燈發出的光中不含紅色，它照射下的物體發青，因此只適於廣場、街道的照明。除作普通照明用的高壓汞燈外，還有在外殼上加反射膜的反射型燈(HR)，適於300～500nm重氮感光紙的複印燈，廣告、顯示用的黑光燈，有紅斑效應的醫療用太陽燈，作尼龍原料光合化學作用和塗料、墨水聚合乾燥的紫外線硬化用的汞燈等。
高壓汞燈是由石英電弧管，外泡殼（通常內塗熒光粉），金屬支架，電阻件和燈頭組成。電弧管為核心元件，內充汞與惰性氣體。放電時，內部汞蒸氣壓為2-15個大氣壓，因此稱為高壓汞燈。高壓汞燈，應用了先進的制燈工藝，使高壓汞燈的光效更高，壽命更長。發白光，色溫4100K左右，而且經濟實惠，被廣泛應用於室內外的工業照明，道路照明燈領域。
自鎮流高壓汞燈，由於該產品不需要外接鎮流器，所以使用非常方便。其光效是白熾燈的2倍，壽命是白熾得燈的10倍，而且經濟實惠，被廣泛應用於室內外的工業照明，庭院照明，街區照明等領域。
高壓汞燈通常採用並聯補償電容的電感鎮流器。另一種自鎮流高壓汞燈，由於在外泡殼內安裝了一根鎢絲作為鎮流器，因此不必再外接鎮流器而方便使用。
高壓汞燈是紫外固化的標準燈，發熱大，要用空氣或水冷卻，但功率高，適用於要求固化速率快的光固化塗料、油墨塗覆流水線。缺點是要求冷啟動，就是說關燈后馬上在開燈，是開不了的，必須等幾分鐘燈管冷卻下來以後才能重新開啟，這是和白熾燈是不同的。
該燈光譜有效範圍在350-450nm之間，主波峰為365nm，有700多個品種，功率在100w-25kw。UV固化廣泛用於竹木地板、傢俱、裝飾材料、印刷上光、印鐵制罐、塑膠塗裝等行業；也是半導體、標牌、電路板、電子元件的光敏油墨固化；更有理想點光源，攜帶型光源及實驗室專用光源可供選擇。
利用氙氣放電而發光的電光源。由於燈內放電物質是惰性氣體氙氣，其激發電位和電離電位相差較小。
氙燈是一種在橢球形石英泡殼內充有0.019～0.0266MPa高壓氙氣、極間距離小於10mm的氙燈。20世紀40年代初，聯邦德國奧斯蘭公司發展研究中心實驗室率先研究了稀有氣體短弧光源的特性，經多年研製和改進，於1951年正式向市場推出超高壓短弧氙燈。1954年，在聯邦德國科隆世界照明和電影博覽會上，蔡司－依康公司展出了第一隻作為電影放映光源的氙燈。隨後荷蘭、日本、美國、英國、蘇聯和中國也相繼研製和生產各種規格的電影放映用氙燈。此後，超高壓短弧氙燈已在世界上大多數影院取代碳弧光源成為新的電影放映光源。
氙燈按其使用特點可分為自然冷卻、風冷和水冷3種。小功率燈採用自然冷卻，功率在 3000～5000W的燈採用風冷，更大功率的燈採用水冷。
超高壓短弧氙燈發光效率約40lm/W。直流燃點時，在離開陰極0.07lc(lc為極距)處，有一個稱之為陰極光斑的最亮點，該點的輻射光達燈的總輻射光通量的70%以上，這使超高壓短弧氙燈成為近乎理想的點光源，尤其有利於光學系統的設計和使用。功率為 75～5000W的燈，其峰值亮度為 (50～650)×106cd/m2；2500W的大功率燈，峰值亮度可達2×109cd/m2。
超高壓短弧氙燈具有幾乎瞬態的光學啟動特性──一啟動即輻射出燈的總光通量的80%,1分鐘后達90%，2.5分鐘后達到100%。它需配備專用的啟動器和直流電源，壽命約為500～1500h。燈可水平或垂直燃點。1000W以上的氙燈，水平燃點時需附加磁場穩弧裝置。超高壓短弧氙燈因充有高壓氙氣，貯運、保存均應放在專用盒內，以防爆炸。使用時應採取必要的防爆及防紫外輻射措施。
超高壓短弧氙燈亮度高、發光區域小、顯色性好，光色接近日光且光色穩定，廣泛用於電影放映、太陽模擬器、電弧成像爐、D65模擬光源聚光器、印刷製版、複印機、光學儀器、人工氣候模擬等。80年代已在研製阻止臭氧發生和有防爆結構的新品種。長弧氙燈是一種在管狀石英泡殼內充有適量高純度氙氣、二端封有極距大於 100mm的釷鎢、鋇鎢或鈰鎢電極的氙燈。1963年，中國電光源專家蔡祖泉試製成功長弧氙燈。長弧氙燈有自然冷卻和水冷兩種。自然冷卻氙燈一般充 (2.66～26.6)×102Pa的氙氣，水冷氙燈充(1.33～5.32)×104Pa的氙氣，色溫為5500～6000K，功率可從102～2×106kW，發光效率為24～37lm/W。水冷式長弧氙燈的發光效率可達60lm/W,一般壽命達3000h。長弧氙燈的功率可以做得很大，伏安特性具有正阻特性，所以只需安裝啟動裝置，其規格有帶鎮流器的和不帶鎮流器的兩種。
長弧氙燈的輻射光譜與日光接近，適於大面積照明，也可用作電影攝影、彩色照相製版、複印等方面的光源；同時，在棉織物的顏色檢驗、藥物和塑料老化試驗、植物栽培、光化反應等方面，也可作模擬日光和人工老化光源。此外，大功率長弧氙燈還可作為連續激光光源。
80年代由於出現了光色好、光效更高的光源，長弧氙燈作為照明光源已基本上被取代。脈衝氙燈是利用貯存的電能或化學能，在極短時間內發生高強度閃光的氙燈。19世紀中葉，F.塔爾博特首次應用火花隙放電作為高速攝影的曝光光源，這是最早的人造脈衝光源。以後出現了惰性氣體脈衝放電光源，才使脈衝光源真正進入實用階段。1935～1945年，一系列脈衝光源在商業市場出現。50年代，脈衝光源進入工業領域。脈衝氙燈一般由密封在玻璃或石英玻璃體內的兩個電極組成，殼體中充以氙等惰性氣體。脈衝光源的閃光持續是指1/3峰值光強所對應的時間間隔，稱為脈衝寬度。它主要由光源的結構和點燈電路決定。現有脈衝光源的脈衝寬度一般為10-9～10-2s,瞬時亮度可達1010cd/m2，是除激光外亮度最高的人造光源，它的瞬時光通量可達109lm，閃光重複頻率為1～106次/分，工作壽命達106次以上，發光效率為40lm/W。脈衝光源有以下5種：①各種管狀脈衝氙燈。峰值閃光能量可從用於醫學和照明攝影的幾個焦到用於彈道空中觀察和激光光源的上百萬焦。除管狀外還有U形、螺旋形和圓盤形等多種形狀。②頻閃觀察儀用脈衝氙燈。頻率幾千赫，功率幾萬瓦。③信號脈衝光源。頻率1～3Hz，功率10～500W，壽命達106次。④光化學反應和電子儀器用微秒脈衝光源。⑤計算機或其他自動裝置用的頻閃指示儀。頻率102Hz，功率數瓦。
金鹵燈是交流電源工作的，在汞和稀有金屬的鹵化物混合蒸氣中產生電弧放電發光的放電燈，金屬鹵化物燈是在高壓汞燈基礎上添加各種金屬鹵化物製成的第三代光源。照明採用鈧鈉型金屬鹵化物燈，金鹵燈具有發光效率高、顯色性能好、壽命長等特點，是一種接近日光色的節能新光源，廣泛應用於體育場館、展覽中心、大型商場、工業廠房、街道廣場、車站、碼頭等場所的室內照明。
金屬鹵化物燈(簡稱金鹵燈)有兩種，一種是石英金鹵燈，其電弧管泡殼是用石英做的，另一種是陶瓷金鹵燈，其電弧管泡殼是用半透明氧化鋁陶瓷做的，金鹵燈是目前世界上最優秀的電光源之一，它具有高光效(65～140lm/w)，長壽命(5000～20000h)，顯色性好(Ra65～95)結構緊湊、性能穩定等特點。它兼有熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈的優點、克服了這些燈的缺陷，金鹵燈彙集了氣體放電光源的主要優點。尤其是光效高、壽命長、光色好三大優點。因此金鹵燈發展很快，用途越來越廣。市場上的金鹵燈同其它氣體放電燈一樣，燈內的填充物中有汞，汞是有毒物質，制燈注汞時，處理不慎，會造成對生產環境污染，有損工人的身體健康，電弧管排氣時，有微量的汞蒸氣排出，若處理不當，會直接排入大氣，當使用的燈破損，皆會對環境造成污染。
由金屬蒸汽（例如汞）和鹵化物（如鏑、鈉、鉈、銦等元素的鹵化物）的分解物的混合物輻射而發光的氣體放電燈。具有添加金屬的特徵光譜線，因而光色改善，也提高了光效。這類燈的相關色溫4000K左右，顯色指數70，光效在701m/W以上。
金屬鹵化物燈產品參數採用國際領先的電弧管獨特橄欖狀外形設計，能夠帶來極佳的光色一致性。有效地解決因光色漂移引起的色彩分佈不均現象。採用無焊點的支架安裝結構，可以防止因高溫氧化或振蕩引起的支架焊點斷裂，更加提高了燈泡的可靠性。電弧管不受燃點位置的限制，可以實現任意位置的燃點。發光效率極高，比普通金鹵燈光效高20%。HPl400/ED/UP/4K的平均光效在110lm/w。在合理的點燈線路上使用，對燈的電極有更好的保護作用，可以使燈的使用壽命更持久。最長可達20000小時以上。高光效和長壽命，可以減少工程中使用光源、電器和燈具的數量，減少燈泡更換的次數，從而降低了整體維護成本。適合垂直燃點和水平燃點，垂直燃點效果更好。最適用於對光色一致性要求較高的廠房、大型賣場、購物中心、建築物、廣告、機場等場所的明。
電弧管內充有汞、惰性氣體和一種以上的金屬鹵化物。工作時，汞蒸發，電弧管內汞蒸氣壓達幾個大氣壓（零點幾個兆帕）；鹵化物也從管壁上蒸發，擴散進入高溫電弧柱內分解，金屬原子被電離激發，輻射出特徵譜線。當金屬離子擴散返回管壁時，在靠近管壁的較冷區域中與鹵原子相遇，並且重新結合生成鹵化物分子。這種循環過程不斷地向電弧提供金屬蒸氣。電弧軸心處的金屬蒸氣分壓與管壁處鹵化物蒸氣的分壓相近，一般為 1330～13300Pa。通常採用的金屬平均激發電位為4eV左右，而汞的激發電位為7.8eV。金屬光譜的總輻射功率可以大幅度超過汞的輻射功率。結果，典型的金屬鹵化物燈輸出的譜線主要是金屬光譜。充填不同種金屬鹵化物可改善燈的顯色性（平均顯色指數Ra為70～95）。汞電弧總輻射中僅有23%在可見光區域內，而金屬鹵化物電弧的總輻射則有50%以上在可見光區域內，燈的發光效率可高達120lm/W以上。