Ртутно-кварцевая лампа: принцип работы и применение

Освещение с использованием электричества началось с ламп накаливания. Но сам принцип устройства ограничивает их возможности. Спираль выделяет слишком много тепла в сравнении с видимым светом и ненадёжна, поскольку рано или поздно перегорает и обрывается. Дальнейшее развитие электрического освещения продолжили газоразрядные лампы. Но они не могли обеспечить необходимую цветопередачу.

Спектр излучения газов линейчатый с преобладанием одного из цветов. Поэтому свет ламп с большинством газов цветной и далёк от обычного дневного света. Однако излучение ртутных паров оказалось самым востребованным. Пары ртути излучают много невидимых ультрафиолетовых лучей. А при помощи люминофоров их удалось преобразовать в видимый свет со спектром близким к солнечному спектру.

Такие люминесцентные лампы до сих пор широко распространены. Но у них есть ограничения по силе света. Свет излучает газ. И чем больше концентрация его в колбе лампы, тем ярче она светит. Но при увеличении концентрации газа увеличивается и давление внутри колбы. Это приводит опять же к увеличению, но уже напряжения на электродах лампы. И зажечь ее становится весьма сложно, а то и невозможно.

Что происходит в колбе?

Но ртуть опять-таки оказалась полезным веществом для светотехники. При температурах окружающей среды это жидкость, которая при нагревании легко испаряется. Поэтому если лампа не работала и её температура такая же, как и у окружающей среды, ртуть в колбе находится в основном в виде капель. А давление добавленного газа аргона в колбе получается низким и не требует для пробоя слишком высокого напряжения. Но после того как между электродами появится электрический ток и выделится тепло, ртуть начинает испаряться.

Температура при этом также возрастает. По мере испарения ртути количество газа и давление в колбе будут увеличиваться, его электрическое сопротивление уменьшаться, а яркость свечения становится всё сильнее. В конце концов, давление и температура увеличатся настолько, что при существующем ограничении тока поддержание свечения газа станет невозможным.

Лампа погаснет и загореться заново сможет только после уменьшения температуры и давления в колбе. Но при выше упомянутых процессах достигается главная цель – большая сила излучения. Как видимого, так и ультрафиолета с инфракрасными лучами. Поскольку колба с парами ртути в зависимости от силы тока в них нагревается докрасна и при этом внутри неё будет существенное давление, материал колбы должен быть термостойким, прочным и прозрачным. Таким условиям соответствует кварцевое стекло. А лампа стала называться ртутно-кварцевой.

Назначение и особенности конструкции

Излучение таких ламп для освещения не используется, поскольку содержит слишком много ультрафиолета. Поэтому более точным будет название ртутно-кварцевая горелка. И тогда можно сказать, что они применяются в осветительных лампах, а также для технических, медицинских и хозяйственных целей. Видимого света выделяется тем больше, чем выше давление в колбе.

Давление в ней в зависимости от назначения горелки лежит в пределах от 100 Паскаль до 1мегапаскаль и больше. Поэтому горелки делятся по давлению в колбе на три группы:

  • низкого, до 100 Паскаль;
  • высокого, до 100 килопаскаль;
  • сверхвысокого, 1 мегапаскаль и больше.

Колбы первых двух групп выполнены в виде трубки с электродами на концах:

Колба с электродами

Колбы горелок сверхвысокого давления выполнены в виде сферы для максимальной прочности. В них невелико расстояние между электродами. Поэтому разряд получается особенно ярким и близким к точечному источнику света:

Горелка низкого давления

Для нормальной работы горелок низкого давления достаточно двух электродов. Они нагреваются меньше остальных и после погасания быстрее восстанавливаются. Остальные горелки снабжены одним или двумя дополнительными электродами, которые приближены к основным электродам и обеспечивают зажигание горелки. Эти электроды могут быть подключены через резисторы к источнику питания горелки. Ток, потребляемый горелкой, ограничивается индуктивным балластом.

ДРЛ и ДРИ

Основная ценность ртутно-кварцевых горелок это их ультрафиолетовое излучение. Оно используется в различных технологических процессах, убивает микроорганизмы и поэтому широко используется в медицине и сельском хозяйстве. Ультрафиолет также вызывает загар. Поэтому в медицинских учреждениях и соляриях излучатели ультрафиолета для загара нашли широкое применение. Для освещения применяются лампы типа ДРЛ (дуговая ртутная люминесцентная) и ДРИ (с добавками галогенов) на основе горелок высокого давления.

Лампа имеет колбу со стандартным цоколем. Колба покрыта изнутри люминофором. Внутри неё расположена горелка. Её ультрафиолетовое излучение преобразуется люминофором в видимый свет. Но их применение ограничено по причине плохого качества света. Горелка имеет линейчатый спектр и яркость, намного превосходящую яркость люминофора. Поэтому свет такой лампы тоже имеет линейчатый спектр. Это один из её недостатков.

Другими недостатками являются довольно длительный переход в устойчивый режим свечения и невозможность его восстановления сразу после случайного пропадания напряжения. Но при отсутствии жёстких требований к качеству освещения, например для улиц, складских помещений, некоторых заводских цехов ДРЛ применяется уже длительное время. Такая лампа показана ниже:

 Целая лампа ДРЛ  У лампы удалена колба
Целая лампа ДРЛ У ДРЛ удалена колба

Горелки высокого и сверх высокого давления нагреваются до температуры более 700 градусов по Цельсию. При этом они соприкасаются с воздухом, который не только нагревается от поверхности колбы, но и облучается ультрафиолетом. Появляются условия для протекания фотохимических реакций. Одна из них это превращение кислорода воздуха в озон. Поэтому рабочий режим этих горелок сопровождается резким специфическим запахом.

Озон выделяется в большом количестве и его вдыхание вредно. Поэтому необходима хорошая вентиляция помещения с такой работающей горелкой. Лампы ДРЛ и ДРИ в отношении выделения озона безопасны, так как снабжены колбой, скрывающей горелку. Но в этих лампах горелки нагреваются более всего, поскольку не имеют охлаждения. Поэтому кварц кристаллизуется и темнеет от испарений электродов. Это уменьшает светоотдачу ламп со временем.

Но хоть и при ухудшении характеристик лампа продолжает работать, оставаясь нечувствительной к условиям окружающей среды. Лампа приходит в негодность по причине разрушения электродов от высокой температуры и электрической эрозии. Но при этом её срок службы получается одним из наиболее долгих среди всех типов ламп. Поэтому, несмотря на появление мощных светодиодных излучателей ртутно-кварцевые горелки ещё долго будут занимать некоторые ниши рынка.

Светотехника Октябрь 26, 2016 admin в 11:43
4 163 0
Добавить отзыв

Свежие комментарии