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光源原理与设计 — 高压汞灯

光源原理与设计 — 高压汞灯. 诸定昌. 6.2 高压汞灯. 光源原理与设计 — 高压汞灯. 诸定昌. 一 . 结构. 石英泡壳. 1. 放电管. Hg+Ar 填充物. 自热式电极 + 辅助电极. 光源原理与设计 — 高压汞灯. 诸定昌. 2. 支架 电引线 + 启动电阻. 主电极和辅电极间先被击穿，产生电子， 放电建立。. 3. 外壳 硬玻璃（软玻璃）. 加荧光粉 —— 荧光高压汞灯. 即可提高光效，又可提高显色指数. 光源原理与设计 — 高压汞灯. 诸定昌. 二 . 高压汞灯的设计. 1. 选定工作气压.

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光源原理与设计 — 高压汞灯

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  1. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 6.2 高压汞灯

  2. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 一. 结构 石英泡壳 1. 放电管 Hg+Ar填充物 自热式电极+辅助电极

  3. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 2. 支架 电引线+启动电阻 主电极和辅电极间先被击穿，产生电子， 放电建立。 3. 外壳 硬玻璃（软玻璃） 加荧光粉——荧光高压汞灯 即可提高光效，又可提高显色指数

  4. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 二. 高压汞灯的设计 1. 选定工作气压 照明灯 (2～4 )atm a）PHg 紫外辐射灯 (0.5～0.6)atm b）PHg与Tw的关系 过量Hg下 3.36×103 lgPHg=- +7.752 Tw(k)

  5. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 c）高压汞灯中汞量与PHg的关系 非饱和状态，200.6mg液汞 在标准状态下，产生22.4cm3的汞蒸气 在体积为V’，温度为T’，且均匀分布的 灯中产生P’Hg 22.4 V’ P’Hg= / 273 T’

  6. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 在管半径为ri，且温度为T(r)的单位弧长 体积中产生P’’Hg 22.4 ∫0ri 2πr P’’Hg= dr 273 T(r) 在单位弧长充汞量为m(mg/cm)，在ri与 T(r)的条件下产生PHg P’’Hgm ri2 22.4m ∫0 2πr = PHg= dr2 273×200.6 200.6 T(r) m dr2 ∫0ri PHg= T(r) 7680

  7. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 2. 选定电参数（Pl给出，Vl选定，Il可知） (αl=0.9) Pl=VlIlαl Vl=VAK+ELarc 锆酸钡电子粉电极 12～13V a) VAK 纯钨电极 17V Vl↑→η↑ b) Vl Vl↑↑→不稳定 Vl=(1/2～2/3)Vn=(110~140)V

  8. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 3. 选定管壁负载 Ws=Pl/πd larc---------------------- 2 照明灯 9～10w/cm2 Ws 紫外灯 5.5～6.5w/cm2

  9. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 4. 充汞量与E的关系 Pl1=EIlαl=E J Sarcαl =E(e neμe) πrarc2 •αl μe=c1/n0 ne =c2n0exp[-evi/2kTeff] Teff =f（ri ,Pc1） rarc=c3ri Elenbass 根据二阶温度轮廓模型

  10. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 Pl11/2 m7/12 E= 6 (Pl1-Pc1)1/3d3/2 代入Pl1 =30w/cm Pc1=10 m7/12 Vl-VAk = ---------③ E≈12 larc d3/2

  11. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 5.几何尺寸与总充汞量的计算 PHg=0.75(m/d2)Pl10.25/(dm)0.1-----------(1) Ws=Pl/πd larc-----------------(2) larc m7/12 Vl-VAk ---(3) = E≈ 12 larc d3/2 总充汞量M=m(larc+3/4 d) T.T.Q 插入因子 l=larc +2T.T.Q+压封区 6.验证湍流发生的可能性 m2/d≤250

  12. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 三.高压汞灯的启动 f F Pl Tw PHg PHg(max) I 稳定时间 t 4~10分

  13. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 1.HID灯启动的四个阶段 a) Breakdown: ionization to produce enough charges (governed by Pashen Law). b) A self-sustaining discharge by secondary emission from the cathode（ governed by Townsend Law). c) Glow-to-Arc transition during which the electrodes are heated to a value where thermal emission delivers most of the current. d) Comes to slow transition from a low pressure to a high pressure.

  14. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 2.影响Vs的因素 a) Tamb Penning Effect b) 电极发射性能与几何尺寸 c) 杂质气体 H2的危害(H2对石英有渗透效应) H2+Ar* 2H +Ar 破坏Penning 效应 H2+Hg* 2H +Hg 破坏阶梯电离 一般Es=4v/cm • Torr 400w larc=6.5cm PAr=20Torr Vs=520v

  15. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 3.降低Vs的措施 l a)主电极的合理设计 电子粉 ①电子发射材料的选择 圈 d 碱土 逸出功 1.6eV 杆 (钍)钨 BaZrO3(1.63eV) Ba3WO6 Ba2CaWO6+Ba2CaMoO6 常用 <2.07 钡钨类电极 (T电=1500~1900oC)

  16. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 ②电极的几何尺寸 芯杆：直径、伸出钨圈长度 钨圈（热辐射体，贮电子粉）：直径、圈数 辐射体保证足够高的温度 使 2BaWO6+W 3BaWO4 +3Ba 辐射体温度太高，蒸发大

  17. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 芯杆伸出太长，T尖高，Ba损失大；伸出太短，电弧接触钨圈部位，蒸发大 合理的尖端温度和辐射体温度 b) 加辅助电极(可降低50%的Vs值) c) 改善低温启动的措施 充Ne-Ar潘宁气体，降低限流电阻R=10kΩ，双辅助电极，加吸气剂 R 30~40kΩ 辅助电极 (1~2mm)

  18. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 四.影响寿命的因素 1.启动时阴极溅射造成的emitter损耗 a) 电极材料与几何尺寸 b) 启动电流的大小 Is----启动电流 Io ---工作电流 Is=1.5Io c) 电源的频率 2.正常燃点时的蒸发

  19. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 3.惰性气体的影响(Pd关系) 4.管壁负载Ws的影响 Tw不能太高（析晶），Ws=9~10W/cm2 水汽 H2o H +O 5.工艺的影响 电极处理 Quartz 质量

  20. 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 五. 用途 1. 大面积照明 优点：η=50，发光体小，价格便宜 缺点：光色偏蓝紫 Ra=15~20 2.强紫外光源 253.7 365.0 312.1 296.7 nm

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