Fémhalogén lámpa

A fémhalogén lámpa (MHL) a nagynyomású gázkisülési lámpák (GRL) egyik fajtája . Abban különbözik a többi GRL-től, hogy a higanygőzben történő ívkisülés spektrális jellemzőinek korrigálására speciális sugárzó adalékokat (ID-ket) adagolnak, amelyek egyes fémek halogenidjei, az MGL égőbe.

Terminológia

Az 1970-es évek közepéig. a háztartási világítástechnikában a "fémhalogén lámpa" kifejezést használták, ami a periódusos rendszer VII. csoportjába tartozó kémiai elemek  - "halogenidek" elnevezéséből adódik. A kémiai nómenklatúrában ennek a kifejezésnek a használatát helytelennek ismerték el, mivel a „halogén” a görög szó szerinti fordításban „sószerű”, a „ halogén ” szó pedig szó szerint „só”, jelezve ezek magas kémiai aktivitását. anyagok és a velük való reakciókban fémsók képződése. Ezért jelenleg az orosz nyelvű "fémhalogén lámpa" kifejezést használják, amely szerepel a CIE Nemzetközi Világítási Szótár orosz kiadásában . Az angol „metal halide lamp” („fémhalogenid”, „fémhalogenid”) szóbeli nyomorékok használata elfogadhatatlan.

Alkalmazás

Az MGL egy kompakt, nagy teljesítményű és hatékony fényforrás (IS), amelyet széles körben használnak világítási és fényjelző eszközökben különféle célokra. Főbb alkalmazások: filmvilágítás, használati, dekoratív és építészeti kültéri világítás, autófényszórók (ún. " xenon "), ipari és középületek világítóberendezései (OU), színpad- és stúdióvilágítás, nagy nyitott terek ( pályaudvarok ) világítása , kőbányák stb.), sportlétesítmények stb.világítása opampokban .

Hogyan működik

Az MGL világítóteste egy nagynyomású íves elektromos kisülésű plazma. Ebben az MGL hasonló más típusú radarokhoz. Az MGL kisülési csövének (DT) töltésének fő eleme inert gáz (általában argon Ar) és higany Hg. Rajtuk kívül még néhány fémhalogenid (sugárzó adalék - ID) van jelen a töltőgáz közegében, általában nátrium- jodid és szkandium-jodid [1] . Hideg állapotban az ID vékony film formájában lecsapódik az RT falaira. Az ívkisülés magas hőmérsékletén a falak felmelegednek, és ezek a vegyületek elpárolognak, a gőzök az ívkisülési oszlop tartományába diffundálnak, és ionokká bomlanak. Ennek eredményeként az ionizált fématomok gerjesztődnek, és optikai sugárzást (OR) hoznak létre.

Az MHL RT-jét kitöltő inert gáz fő funkciója, mint a többi higany RL-ben, a puffer, vagyis a gáz elősegíti az elektromos áram áramlását az RT-n keresztül alacsony hőmérsékletén, azaz olyan időpontban, amikor a higany nagy része, és különösen az ID , még folyékony vagy szilárd fázisban van, és parciális nyomásuk nagyon kicsi, és nem elegendő a kisülés kialakulásához. Mivel az RT árammal felmelegszik, a higany és az ID elpárolgása következik be, ezzel összefüggésben a lámpa elektromos és fényparaméterei is jelentősen megváltoznak - az RT elektromos ellenállása, a fényáram és az emissziós spektrum .

Az azonosítót úgy választják ki, hogy kitöltse a higanykibocsátási spektrum „réseit”, hogy megkapja a szükséges lámpaspektrumot. Így az általános és helyi megvilágításra használt MGL-eknél kompenzálni kell a vörös és sárga fény hiányát a higany spektrumában. A színes MGL-eknél szükség van a sugárzási hozam növelésére egy adott szűk spektrális tartományban. A fotokémiai vagy fotofizikai folyamatokban használt MGL-ek esetében általában növelni kell a sugárzás intenzitását a közeli ultraibolya tartományban (UV-A) és a közvetlenül szomszédos látható RI (ibolya) régióban.

Az MGL működési elvét 1911-ben C. Steinmetz javasolta , bár történelmi analógiákat levonva, hasonló analógiát láthatunk a kerozin- és gázfényforrások fénykibocsátásának növelésére használt "Auer-sapkák" kialakításában is (IS). ).

A többi radartípushoz hasonlóan az MHL is speciális eszközöket igényel a kisülés elindításához. Ezekként vagy segéd (gyújtó) elektródákat használnak, amelyek kialakítása általában hasonló a DRL lámpák elektródáihoz, vagy az egyik elektródát előmelegítik a termikus emisszió hőmérsékletére, vagy külső impulzusos gyújtóberendezéseket (IZU). A tápegység és a lámpa paramétereinek (feszültségjellemzők, I-V karakterisztikák) összehangolása előtét (előtét) segítségével történik , amelyet általában előtétnek neveznek.

Rendszerint fojtótekercset használnak vezérlőberendezésként, néha egy ferromágneses magjának megnövekedett mágneses disszipációjával rendelkező lépcsős transzformátort , amely biztosítja a külső CVC beesési jellegét. Az utóbbi esetben az MGL kisülését a transzformátor nagy nyitott feszültségének hatására más gyújtóberendezés használata nélkül meggyújtják.

Az MGL-ek spektrális és elektromos jellemzőinek széles variációjának lehetősége, a széles teljesítménytartomány és a magas fényhatásfok hozzájárul a különféle világítási rendszerekben való egyre szélesebb körű elterjedéséhez. Az MGL a DRL lámpák egyik legígéretesebb helyettesítője, és az emberi érzékelés szempontjából kedvezőbb sugárzási spektrum miatt nátrium-RLVD (NLVD) is.

Építkezés

Az MGL alapja az RT (égő), általában kvarcüvegből készül . Az utóbbi években egyre inkább elterjedtek a speciális kerámiából készült RT-vel ellátott MGL-ek. A kerámia égők előnye a nagyobb hőállóság.

A legtöbb MGL kivitelben az égőt egy külső lombikba helyezik, ami kettős szerepet tölt be. Először is, a külső lombik biztosítja az RT normál hőkezelését, csökkentve a hőveszteséget. Másodszor, a lombik üvege fényszűrőként működik , amely erősen levágja az égő kemény UV-sugárzását. A külső MGL-lombikok gyártásához boroszilikát üveget használnak , amely mechanikailag és hőstabil, a lineáris tágulási együttható (TCLE) szerint a volfrámüvegek csoportjába tartozik.

A technológiai folyamatokban való felhasználásra szánt MGL-ek általában nem rendelkeznek külső lombikkal, ami az UV-sugárzás hatékony felhasználásának szükségessége miatt következik be. Az ózonképződés csökkentése érdekében esetenként ózonmentes kvarcüveget használnak az ilyen MGL-ekhez, ami jelentősen gyengíti a 185 nm-es higanyrezonancia-vonal kimenetét.

Az MHL egy- és kétvégű (sofit) kivitelben is gyártható (ez utóbbiak csak vízszintes helyzetben történő működésre készültek). A felhasznált talpak választéka rendkívül széles, és folyamatosan bővül az új, speciális alkalmazásokra tervezett lámpamodellek fejlesztésének köszönhetően. Egyes lámpamodellek, amelyeket elsősorban a DRL lámpák helyettesítésére terveztek, a külső izzó belsejében foszforréteg található.

Az MGL begyújtásának megkönnyítése érdekében egyes RT-konstrukciók egy vagy két kiegészítő (gyújtó) elektróda beszerelését teszik lehetővé  - hasonlóan a DRL típusú lámpák kialakításához . Ennek a módszernek az MHL-ben való alkalmazása azonban több okból is nehézkes, az RT töltet kémiai összetételének sajátosságai miatt. A gyújtóelektródával felszerelt MGL-ekben általában az utóbbi tápellátását hőérintkezővel kapcsolják ki a fő kisülési égőben történő gyújtás és felmelegedés után. Az MGL IZU segítségével történő gyújtását szélesebb körben használják.

Az elektromos hálózatba való beépítés sémái

Az MGL-áram éles függése a rajta lévő feszültségtől megköveteli egy áramkorlátozó elem (PRA) beépítését a lámpával sorba. A legtöbb MGL-t úgy tervezték, hogy a megfelelő teljesítményű DRL-lámpák soros előtétjével működjön (ha nincs speciális gyújtó a lámpakörben, akkor az ilyen áramkörökben IZU-beállítás szükséges). Léteznek MGL-ek a DRL és HPS előtétekkel való munkához. Léteznek speciális kialakítású előtétek is, amelyek fokozó autotranszformátorral vagy megnövelt mágneses disszipációval rendelkező transzformátorral vagy beépített IZU-val rendelkeznek, kombinálva az áramkorlátozó és a lámpa gyújtásindítási funkcióit.

Az MGL felmelegedésének és működési módba lépésének folyamatát a lámpaáram és a rajta lévő feszültség jelentős változásai kísérik, és speciális követelmények vonatkoznak az előtét és az IZU kialakítására, amelyek jelentősen eltérnek egymástól. a DRL és a nagynyomású nátriumlámpák vezérlőberendezésére vonatkozó követelményektől. Az MGL melegítése során bekövetkező ID-párolgás valószínűsíti, hogy a lámpa kialszik a nem kellően magas feszültség miatt.

Az MHL-re rendkívül veszélyes az akusztikus rezonancia (AR), amely akkor fordul elő, ha a lámpát egy bizonyos frekvenciájú váltóáram táplálja (az akusztikus tartományban). Az AR előfordulásának oka, hogy az áram áramlási irányának megváltozásakor az ív kialszik, és a feszültség növekedésével újra világít. Ebben az esetben a kisülési területen a nyomás éles változása miatt akusztikus hullám keletkezik, amely visszaverődik az égő falairól. Egy bizonyos frekvenciaértéknél rezonanciajelenség lép fel. Az AR frekvencia a lámpa égőjének geometriai méreteitől és a benne lévő hangsebességtől (vagyis a pillanatnyi nyomástól) függ. Az akusztikus rezonancia következményei a lámpa instabilitása, spontán kialudása és a legrosszabb esetben az égő fizikai tönkretétele. Ez a jelenség megnehezíti az MGL-ekhez való nagyfrekvenciás elektronikus előtétek tervezését. Az AR elleni küzdelem egyik módszereként véletlenszerű jellel történő frekvenciamodulációt alkalmaznak. Kis teljesítményű lámpák esetén az egyenirányított (pulzáló) áramot sikeresen használják.

Az áramellátás rövid távú megszakadása miatt az MGL kialszik. Az erős vibráció ugyanilyen eredményhez vezethet, különösen veszélyes hosszú ívű, vízszintes helyzetben működő lámpák esetén. Az újragyújtáshoz az MGL-nek le kell hűlnie, hogy a benne lévő gőznyomás és ennek megfelelően az RT áttörési feszültsége csökkenjen. A különösen kritikus objektumok megvilágítására, ahol a megszakítások elfogadhatatlanok, gyors újragyújtású előtéteket használnak. Ezekben a forró MHL gyújtását erősebb, akár 30–60 kV amplitúdójú gyújtóimpulzusok biztosításával érik el. Ez az üzemmód jelentősen felgyorsítja a lámpaelektródák tönkremenetelét, ráadásul az áramvezető alkatrészek jobb szigetelését igényli, ezért ritkán használják.

Égő színhőmérséklet

Kezdetben MGL-eket használtak higanylámpák helyett azokon a helyeken, ahol jellemzőiben a természeteshez közeli fényt kellett létrehozni, mivel ezek a lámpák fehér fényt bocsátanak ki (a higanylámpák nagy kék fénykeverékkel bocsátanak ki fényt). ). Jelenleg azonban az ilyen típusú lámpák spektruma közötti különbség nem olyan jelentős. Egyes fémhalogén lámpák nagyon tiszta fehér nappali fényt képesek kibocsátani 90-nél nagyobb színvisszaadási index mellett.

Az MGL-ek 2500 K (sárga fény) és 20 000 K (kék fény) közötti színhőmérsékletű fényt képesek kibocsátani . Bizonyos típusú speciális lámpákat hoztak létre a növények (üvegházakban, üvegházakban stb.) vagy állatok (akváriumok megvilágításában) szükséges spektrum kibocsátására. Figyelembe kell azonban venni, hogy a lámpák gyári gyártásánál előforduló tűrések és szórások miatt a lámpák színjellemzői nem adhatók meg 100%-os pontossággal. Ezenkívül az ANSI szabványok szerint a fémhalogén lámpák színjellemzőit 100 óra égés (ún. expozíció) után mérik. Ezért ezeknek a lámpáknak a színjellemzői nem felelnek meg a megadottnak, amíg a lámpát nem tették ki ennek a hatásnak.

A legerősebb eltérések a megadott specifikációs adatokkal szemben az „előmelegítés” indítási technológiájú (±300 K) lámpáknál jelentkeznek. A legújabb "impulzusindítás" technológiával gyártott lámpák javították a deklarált jellemzőknek való megfelelést, aminek következtében az eltérés 100-200 K. A hálózat elektromos jellemzői, valamint a lámpák eltérései maguk is befolyásolhatják a lámpák színhőmérsékletét. Abban az esetben, ha a lámpa teljesítménye nem elegendő, akkor alacsonyabb lesz a fizikai hőmérséklete, és a fénye "hideg" lesz (több kék fénnyel, ami nagyon hasonlít a higanylámpákhoz). Ez a jelenség annak a ténynek köszönhető, hogy a nem kellően magas hőmérsékletű ív nem képes teljesen elpárologni és ionizálni az ID-t, ami meleg árnyalatot ad a lámpa fényének (sárga és piros színek), aminek következtében a világító spektruma az ionizált higany dominál a lámpa spektrumában. Ugyanez a jelenség figyelhető meg a lámpa felmelegedése során is, amikor a lámpa izzója még nem érte el az üzemi hőmérsékletet, és az ID-k nem ionizálódnak teljesen.

A túl nagy feszültséggel működő lámpák esetében ennek az ellenkezője igaz, de ez a helyzet veszélyesebb, mivel a belső izzó felrobbanhat a túlmelegedés és a benne lévő túlnyomás miatt. Ezenkívül fémhalogén lámpák használatakor színjellemzőik gyakran idővel változnak. A fémhalogén lámpákat használó nagy világítási rendszerekben gyakran az összes lámpa színjellemzői jelentősen eltérnek.

Típusok és megnevezésük

Az MGL teljesítménytartománya több tíz watttól kezdődik és eléri a 10-20 kW-ot. A legnépszerűbbek a kültéri világításban használt lámpák (egyvégű 70, 150, 250, 400, 1000, 2000 W és spotlámpák 70 és 150 W).

Az egyvégű lámpákat az SE (single-ended), a kétoldalas lámpákat a DE (kétvégű) rövidítés jelöli. Az egyoldalas talpú lámpákat általában az aljzatba csavarják az alapon lévő menettel (az úgynevezett Edison alapjuk van). A kétoldalas talpú lámpákat a használt lámpatest mindkét oldalán található aljzatokba kell helyezni.

Az MGL ív plazmájában a fémhalogenidek konvekciós áramlásai a gravitáció irányától függenek, és jelentősen befolyásolják az MGL égőt elhagyó energiaáram eloszlását. [2] [3] Ezért a fémhalogén lámpák érzékenyek a beépítési helyzetre. A lámpákat csak meghatározott irányban történő működésre tervezték. Az "univerzális" jelzéssel ellátott lámpák azonban bármilyen helyzetben üzemeltethetők, bár ha nem függőleges helyzetben üzemeltetik, az élettartam és a fénykibocsátás csökken. A legjobb teljesítmény elérése érdekében lámpa használatakor, ha annak tájolása előre ismert, nem univerzális lámpát kell választani, hanem egy megfelelő lámpát ehhez a pozícióhoz.

Különféle kódok jelzik a lámpa javasolt irányát, amelyben üzemeltetni kell (pl. U = univerzális, BH = vízszintes alap, BUD = alap fel/le stb.). Vízszintes helyzetű lámpák használata esetén a legjobb, ha a belső izzó orrát (ún. mellbimbót) felfelé fordítjuk.

Az ANSI rendszerben az MHL jelölés "M" betűvel kezdődik, amelyet egy numerikus kód követ, amely jelzi a lámpa elektromos jellemzőit, valamint a megfelelő típusú előtétet (a "H" betű a higanykisülési lámpák jelölésére szolgál , és az "S" betű a nátriumlámpák jelölésére szolgál). A numerikus kódolás után két betű következik, amelyek a szín kivételével jelzik a lámpa méretét, formáját, valamint a bevonat típusát stb. E megjelölés után a gyártó tetszőleges numerikus vagy alfabetikus kódot adhat hozzá az ANSI jelölési rendszer által nem megjelenített információk megjelenítéséhez, például a lámpa teljesítményét és színét. Az előtét kiválasztásához csak az "M" betű és a következő numerikus kódolás a fontos. Például az M59-PJ-400 ANSI kódolás olyan lámpát jelöl, amely csak M59 típusú előtétekkel működik. Az európai gyártók lámpáit európai szabványok szerint gyártják, amelyek bizonyos esetekben kissé eltérnek az ANSI szabványoktól.

Az MGL kiválasztásakor gyakran előforduló másik elnevezés a HQI rövidítés. Ez a rövidítés az OSRAM védjegye, és a cég által gyártott speciális lámpatípusra utal. De idővel ezt a rövidítést bármely gyártó MGL-jének nevezték, beleértve a kétoldalas alappal rendelkezőket is. Az európai MGL-ek nem felelnek meg pontosan az ANSI szabványoknak, és eltérő áram- és feszültségértékeken működnek. A legtöbb esetben az ANSI lámpa közvetlen európai analógja nem használható az amerikai előtéttel, ezért az ilyen típusú lámpákkal való munkavégzéshez ki kell választani a megfelelő, HQI jelzésű előtétet. Például az M80 és M81 előtétek szintén HQI jelöléssel rendelkeznek, és 150 W-os, illetve 250 W-os lámpákkal használják.

Lombik

A lombikok jelölése egy betűből/betűkből áll, amelyek az alakjukat jelzik, és egy számkódból, amely nyolcad hüvelykben jelzi a lombik lehetséges legnagyobb átmérőjét. Például az E17 jelölés azt jelzi, hogy a lámpa ellipszoid, maximális átmérője 17/8 vagy 2 1/8 hüvelyk .

Lombik betűjelölései: BT (bulbous Tubular) - bulbous tubular, E vagy ED (ellipsoidal) - ellipszoid, ET (ellipsoid Tubular) - ellipszoid cső alakú, PAR (parabolic) - parabolic, R (reflector) - reflex, T (tubular) is cső alakú.

Jegyzetek

  1. ↑ Flesch, Péter. Fény és fényforrások: nagy intenzitású  kisülőlámpák . - Springer, 2006. - P. 45-46. — ISBN 3-540-32684-7 .
  2. ↑ Borodin V.I., Luizova L.A., Khakhaev A.D., Trukhacheva V.A. Többkomponensű nagynyomású zártívű plazma paramétereinek időbeli és térbeli eloszlásának vizsgálata. - Petrozavodsk: Egyetemközi. Ült. Inhomogén közegek optikája., 1981. - S. 117-141 .
  3. ↑ Borodin V.I. Konvekció higanyívkisülésekben könnyen ionizálható szennyeződésekkel. - Moszkva: Magas hőmérsékletek hőfizikája., 1982. - T. 20 , no. 3 . - S. 443-446 .

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák