Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботи

Серед існуючих джерел світла штучного походження велику нішу займають газорозрядні лампи, робота яких заснована на дії розряду електрики в газовому середовищі, а також у парах металу. Спочатку їх застосовували, коли необхідно було отримати випромінювання певного спектру. Є широка номенклатура виробів цього виду.

Зміст статті:

  • Позитивні і негативні сторони ГРЛ
  • Пристрій і характеристики розрядних ламп
  • Сфери застосування ГРЛ
  • Види газорозрядних ламп
    • Лампи високого тиску
    • Лампи низького тиску
  • Відео про газорозрядних лампах

Позитивні і негативні сторони ГРЛ

Зустрічаються ГРЛ як у професійній апаратурі, так і в приладах, призначених для наукових досліджень. Як головні переваги освітлювальних приладів цього виду зазвичай називають такі їх характеристики:

  • Рівень світловіддачі високий. Цей показник не дуже знижує навіть товсте скло.
  • Практичність, що виражається в довговічності, що дозволяє застосовувати їх для вуличного освітлення.
  • Стійкість у складних кліматичних умовах. До першого пониження температури їх використовують із застосуванням звичайних плафонів, а взимку — зі спеціальними ліхтарями і фарами.
  • Доступна вартість.

Мінусів у цих ламп не дуже багато. Неприємною особливістю є досить високий рівень пульсування світлового потоку. Другим вагомим недоліком є складність включення. Для стійкого горіння і нормальної роботи їм просто потрібен баласт, що обмежує напругу для необхідних приладів меж.

Третій мінус полягає в залежності параметрів горіння досягається від температури, яка опосередковано впливає на тиск робочого пара в колбі. Тому більшість газорозрядних приладів набирає стандартні характеристики горіння через певний часовий період після включення.

Випромінюючий спектр у них обмежений, тому передача кольору як у ламп високої напруги, так і низького неідеальна.

Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиУ таблиці представлені основні відомості про найбільш популярних лампах ДРЛ (дугових ртутних люмінесцентних) і освітлювальному приладі натриевом. ДРЛ з чотирма електродами має більшу світловіддачу, ніж з двома

Робота приладів можлива тільки в умовах змінного струму. Активують їх за допомогою баластного дроселя. Для розігріву необхідно якийсь час. З-за утримання ртутних парів, що вони не зовсім безпечні.

Пристрій і характеристики розрядних ламп

Всі основні деталі лампи укладені в скляну колбу. Тут відбувається розряд електричних частинок. Всередині можуть перебувати як пари натрію або ртуті, так і якої-небудь з інертних газів. В якості газового наповнення застосовують такі варіанти, як аргон, ксенон, неон, криптон. Більш популярні вироби, наповнені пароподібної ртуттю.

Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиОсновні вузли газорозрядної лампи це: конденсатор (1), стабілізатор струму (2), перемикаючі транзистори (3), пристрій придушення перешкод (4), транзистор (5)

Конденсатор відповідає за роботу без миготіння. Транзистор володіє позитивним температурним коефіцієнтом, який забезпечує миттєвий запуск ГРЛ без мерехтіння. Робота внутрішньої конструкції починається після того, як в газорозрядної трубки пройде генерація електричного поля.

В процесі в газі з’являються вільні електрони. Соударяясь з атомами металу, вони його іонізують. При переході окремих з них, з’являється надлишкова енергія, що породжує джерела світла — фотони.

Електрод, який є джерелом світла, знаходиться в центрі ГРЛ. Всю систему об’єднує цоколь. Лампа може випромінювати різні світлові відтінки, які може бачити людина — від ультрафіолетових до інфрачервоних. Щоб це стало можливим, внутрішню частину колби покривають люмінесцентним розчином.

Сфери застосування ГРЛ

Газорозрядні лампи затребувані в самих різних областях. Найбільш часто їх можна зустріти на міських вулицях, у виробничих цехах, магазинах, офісах, вокзалах, великих торгових центрах. Застосовують їх і для підсвічування щитів з рекламою, фасадів будівель.

ГРЛ використовують і в фарах автомобілів. Найбільш часто це лампи, що відрізняються високою світловіддачею — неонові. Деякі автомобільні фари наповнюють металлогалоидными солями, ксеноном.

Перші газорозрядні освітлювальні прилади для транспортних засобів мали позначення D1R, D1S. Наступні — D2R і D2S, де S вказує на прожекторную оптичну схему, а R — рефлекторну. Застосовують лампочки ГР і при фотозйомках.

Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиНа фото імпульсні ГРЛ, що застосовуються при фотозйомках: ИФК120 (а), ИКС10 (б), ИФК2000 (в), ИФК500 (м), ИСШ15 (д), ИФП4000 (р)

В процесі фотографування ці лампи дозволяють тримати під контролем світловий потік. Вони компактні, яскраві й економічні. Негативним моментом є невміння візуально управляти світлотінями, які утворює сам джерело світла.

В сільськогосподарській сфері ГРЛ використовують для опромінення тварин, рослин, для стерилізації та знезараження продуктів. Для цієї мети лампи повинні мати довжину хвиль відповідного діапазону. Концентрація потужності випромінювання в цьому випадку також має велике значення. З цієї причини найбільш придатними є вироби потужні.

Види газорозрядних ламп

Ділять ГРЛ на види за типом світіння, такому параметру, як тиск, стосовно до мети використання. Всі вони утворюють конкретний світловий потік. Виходячи з цієї ознаки, вони бувають: газосвітними, люмінесцентними, электродосветными.

У перших з них джерелом світла є атоми, молекули або їх комбінації, виникаючи розрядом в газовому середовищі. По друге — люмінофори, газовий розряд активізує покриває колбу фотолюминесцентный шар, в результаті освітлювальний прилад починає випромінювати світло. Лампи третього виду функціонують за рахунок світіння електродів, розпечені від газового розряду.

Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиКсенонові лампи, призначені для автомобільних фар, за світловіддачі і яскравості перевищують галогенні аналоги більш ніж у два рази

В залежності від наповнення дугоразрядные прилади ділять на ртутні, натрієві, металогалогенні, ксенонові, інші. Виходячи з тиску всередині колби відбувається їх подальший поділ. Починаючи від значення тиску від 3х104 і до 106 Па їх відносять до ламп високого тиску. У категорії низького прилади потрапляють при величині параметра від 0,15 до 104 Па. Більше ніж 106 Па — надвисокої.

Лампи високого тиску

Відрізняються РЛВД тим, що вміст колби схильне високого тиску. Для них характерно наявність значної світлового потоку в поєднанні з невеликими енерговитратами. Зазвичай це ртутні зразки, тому їх найчастіше застосовують для вуличного освітлення.

Такі розрядні лампи володіють солідною світловіддачею і ефективною роботою в умовах поганої погоди, але низькі температури вони переносять погано. Є кілька базових категорій ламп високого тиску: ДРТ і ДРЛ (дугові ртутні дугові), ДРІ — такі ж, як і ДРЛ, але з йодидами і ряд модифікацій, створених на їх основі. У цей же ряд входять також дугові натрієві (ДНаТ) і ДКсТ — ксенонові дугові.

Перша розробка — модель ДРТ. У маркуванні Д позначає дугова, символ Р — ртутна, на те, що ця модель трубчаста, вказує літера Т у маркуванні. Візуально це пряма трубка, виготовлені з кварцового скла. З двох її сторін — вольфрамові електроди. Використовують її в опромінювальних установках. Всередині — трохи ртуті й аргону.

Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиПо краях лампи ДРТ є хомутики з власниками. Об’єднує їх металева смужка, призначена для більш легкого запалювання лампи

Приєднання лампи до мережі виконують послідовно з дроселем з використанням резонансної схеми. Світловий потік лампи ДРТ складається на 18% ультрафіолетового випромінювання і на 15% — з інфрачервоного. Такий же відсоток становить видиме світло. Інше — втрати (52%). Основне застосування — як надійне джерело ультрафіолетового випромінювання.

Для освітлення місць, де якість цветоотдачи не дуже важливо, застосовують освітлювальні пристрої ДРЛ (дугові ртутні). Тут практично немає ультрафіолетового випромінювання. Інфрачервоне становить 14%, видиме — 17%. На теплові втрати припадає 69%.

Особливості конструкції ламп ДРЛ дозволяють запалювати їх від 220 В без застосування високовольтного імпульсного підпалювача пристрою. З-за того, що в схемі є дросель і конденсатор, коливання світлового потоку зменшуються, коефіцієнт потужності зростає. Коли лампа з’єднана послідовно з дроселем, відбувається тліючий розряд між додатковими електродами і основними сусідніми.

Розрядний проміжок іонізується в результаті з’являється розряд між головними вольфрамовими електродами. Робота підпалюють електродів припиняється.

Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиДо складу лампи ДРЛ входить: колба (1), електроди головні (2), допоміжні електроди (3), резистори (4), пальник (5), цоколь (6)

Пальники ДРЛ в основному мають чотири електрода — два робочих, два підпалюють. Внутрішність їх наповнена інертними газами з добавкою в їх суміш певної кількості ртуті.

Металогалогенні лампи ДРІ також відносяться до розряду приладів високого тиску. Їх колірної ККД і якість перенесення кольорів вище, ніж у попередніх. На вигляд спектра випромінювання впливає склад добавок. Форма колби, відсутність додаткових електродів і люмінофорного покриття — головні відмінності ламп ДРИ від ДРЛ.

Схема, за якою включають ДРЛ в мережу, містить ІЗУ — імпульсний запалюючий пристрій. В трубках ламп присутні складові, що входять в галогенну групу. Вони підвищують якість видимого спектру випромінювання.

Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиІнертний газ в колбі МГЛ служить буфером. З цієї причини електричний струм проходить через пальник навіть тоді, коли вона має невелику температуру

У міру прогрівання як ртуть, так і добавки випаровуються, змінюючи тим самим опір лампи, світловий потік, який випромінює спектр. На основі приладів цього типу створені ДРИЗ і ДРИШ. Першу з ламп використовують у запилених вологих приміщеннях, а також у сухих. Другий — висвітлюють кольорові телевізійні зйомки.

Найбільш ефективними є лампи ДНаТ— натрієві . Пов’язано це з довжиною випромінюваних хвиль — 589 – 589,5 нм. Прилади натрієві високого тиску функціонують за величиною цього параметра близько 10 кПа.

Для розрядних трубок таких ламп застосовується спеціальний матеріал — світлопроникна кераміка. Силікатне скло для цієї мети непридатна, оскільки пари натрію дуже небезпечні для нього.

Робочі пари натрію, що вводиться в колбу, мають тиском від 4 до 14 кПа. Для них характерні невеликі потенціали іонізації і збудження.

Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиЕлектричні характеристики натрієвих ламп залежні від напруги мережі, тривалості експлуатації. Для довгого горіння необхідна пускорегулююча апаратура

Щоб відшкодувати втрати натрію, що неминуче виникають в процесі горіння, необхідний деякий його надлишок. Це породжує пропорційну залежність показників тиску ртуті, натрію і температури холодної точки. В останній відбувається конденсація надлишку амальгами.

Коли лампа горить, на її торцях осідають продукти випаровування, що призводить до потемніння решт колби. Процес супроводжується зміною в бік зростання температури катода, підвищенням тиску натрію і ртуті. В результаті збільшується потенціал і напруга лампи. При монтажі натрієвих ламп баласти від ДРЛ і ДРІ непридатні.

Лампи низького тиску

У внутрішній порожнині таких приладів знаходиться газ під тиском більш низьким, ніж зовнішнє. Поділяють їх на ЛЛ і КЛЛ і застосовують не тільки для освітлення торговельних точок, але і для домашнього облаштування. Люмінесцентні лампи в цьому ряду — найбільш популярні.

Перетворення енергії електрики в світлову відбувається в два етапи. Струм між електродами провокує випромінювання ртутних парах. Основним складовим променистої енергії, що з’являється при цьому, є короткохвильове УФ випромінювання. Видиме світло становить близько 2%. Далі, випромінювання дуги в люминофоре трансформується в світлове.

Маркування люмінесцентних ламп містить як букви, так і цифри. Перший символ — це характеристика спектру випромінювання і конструктивні ознаки, другий — потужність у ватах. Розшифровка букв:

  • ЛД — люмінесцентна денного світла;
  • ЛБ — білого світла;
  • ЛХБ — так само білого, але холодного;
  • ЛТБС — теплого білого.

У деяких приладів освітлення спектральний склад випромінювання покращено з метою отримання більш досконалої світлопередачі. В їх маркуванні присутній символ «Ц». Люмінесцентні лампи забезпечують приміщення рівномірним, м’яким світлом.

Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиПеревага ЛЛ ламп полягає в тому, що вони для створення однакового з ЛН світлового потоку вимагають потужності в кілька разів меншою. Більший у них і термін експлуатації, а спектр випромінювання набагато сприятливіші

Поверхня випромінювання ЛЛ досить велика, тому складно управляти просторовим розосередженням світла. У нестандартних умовах, зокрема, при великій запиленості, застосовують лампи рефлекторні. У цьому випадку внутрішню площу колби не повністю закриває дифузний відображає шар, а тільки на дві третини її.

Люмінофором покривають 100% внутрішньої поверхні. Частина колби, не має рефлекторного покриття, пропускає світловий потік набагато більший, ніж така ж за обсягом трубка звичайної лампи — близько 75%. Розпізнати такі лампи можна по маркуванню — в неї включена буква «Р».

В окремих випадках основною характеристикою ЛЛ виступає колірна температура Тц. Прирівнюють її до температури чорного тіла, що видає ту ж кольоровість.

За обрисами ЛЛ бувають лінійними, U-подібні, у формі символу W, кільцевими. У позначення таких ламп входить відповідна буква. Найбільш популярні прилади, що мають потужність 15 — 80 Вт. При світловіддачі 45 – 80 лм/Вт горіння ЛЛ триває мінімум 10 000 годин.

На якість роботи ЛЛ дуже впливає навколишнє середовище. Робочої для них вважається зовнішня температура від 18 до 25?. При відхиленнях зменшується як світловий потік, так і ефективність світловіддачі, і напруга запалювання. При низькій температурі шанс на запалювання наближається до нулю.

Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиПускорегулювальний апарат КЛЛ набагато компактніші, ніж у люмінесцентної лампи. З допомогою ЕПРА світіння стало рівнішим, а гудіння зникло (+)

До ламп низького тиску належать і люмінесцентні компактні — КЛЛ. Пристрій їх аналогічно звичайним ЛЛ:

  • Проходить висока напруга між електродами.
  • Займисті пари ртуті.
  • Виникає ультрафіолетове світіння.
  • Люмінофор всередині трубки робить ультрафіолетові промені невидимі для людського зору. Доступним стає тільки видиме світіння. Компактне виконання приладу стало можливим після зміни складу люмінофора. КЛЛ, як і звичайні ЛН, мають різну потужність, але показники перших значно нижчий.

    Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботиДані про потужності КЛЛ закладені в маркування світлового приладу. Там же є відомості про вид цоколя, колірній температурі, вигляді ЕПРА (вбудований чи зовнішній), індекс передачі кольору

    Вимірювання колірної температури відбувається в кельвінах. Значення 2700 – 3300 До вказує на колір теплий жовтого відтінку. 4200 – 5400 — білий звичайний, 6000 – 6500 — білий холодний з синявою, 25000 — бузковий. Регулювання колірності здійснюють шляхом зміни складових люмінофора.

    Індекс передачі кольору дає характеристику такому параметру, як ідентичність природності кольору зі стандартом, наближеним по максимуму до сонячного. Абсолютно чорний — 0 Rа, найбільша величина — 100 Rа. Освітлювальні прилади КЛЛ входять в діапазон від 60 до 98 Rа.

    Лампи натрієві, що відносяться до групи низького тиску, володіють високою температурою максимально холодної точки — 470 К. Більш низька не зможе сприяти збереженню необхідного рівня концентрації парів натрію.

    До свого піку резонансне випромінювання натрію підходить при температурі 540 – 560 К. Ця величина порівнянна з тиском випарів натрію 0,5 – 1,2 Па. Світловіддача ламп цієї категорії найвища порівняно з іншими освітлювальними приладами загального застосування.

    Відео про газорозрядних лампах

    Відомості про ГЛ. Що це таке, принцип роботи, плюси і мінуси:

    Популярно про люмінесцентних лампах:

    Незважаючи на появу все більш досконалих освітлювальних приладів, газорозрядні лампи не втрачають своєї актуальності. У деяких сферах вони просто незамінні. З часом ГРЛ обов’язково знайдуть нові області застосування.

    Газорозрядні лампи: різновиди та принцип дії + особливості роботи

    Поділитися з друзями
    Ремонт та вироби своїми руками