Η συσκευή μιας λάμπας φθορισμού. Από τι αποτελείται ένας λαμπτήρας φθορισμού;

Λαμπτήρες φθορισμού - Η δεύτερη πιο κοινή πηγή φωτός στον κόσμο, και στη Χώρα του Ανατέλλοντος Ήλιου καταλαμβάνουν ακόμη και την 1η θέση, προσπερνώντας τους λαμπτήρες πυρακτώσεως. Μία φορά το χρόνο κατασκευάζονται στον κόσμο πάνω από 1 δισεκατομμύριο λαμπτήρες φθορισμού.

1ο δείγματα λαμπτήρες φθορισμού μοντέρνου τύπου έδειξε ο Αμερικανός
από την General Electric στην Παγκόσμια Έκθεση στη Νέα Υόρκη το 1938. Στα 70 χρόνια της ύπαρξής τους, έχουν μπει σταθερά στη ζωή μας και αυτή τη στιγμή είναι ήδη δύσκολο να φανταστεί κανείς κανένα μεγάλο κατάστημα ή γραφείο στο οποίο δεν θα υπήρχε φωτιστικόμε λαμπτήρες φθορισμού.

Λάμπα φθορισμού - αυτό είναι ένα συνηθισμένο κομμάτι πηγή φωτός χαμηλής πίεσης , σε ποια κατηγορία εμφανίζεται σε σύσταση ατμών υδραργύρου και αδρανούς αερίου , στις περισσότερες περιπτώσεις - αργό. Η δομή του λαμπτήρα φαίνεται στο Σχ. 1.

Λάμπα δοκιμαστικού σωλήνα - αυτός είναι πάντα ένας κύλινδρος 1 κατασκευασμένος από γυαλί με εξωτερική διάμετρο 38, 26, 16 ή 12 mm. Ο κύλινδρος μπορεί να είναι ίσιος ή καμπύλος με τη μορφή δακτυλίου, σχήματος U ή πιο σύνθετου σχήματος. Τα γυάλινα πόδια 2 είναι ερμητικά σφραγισμένα στα άκρα του κυλίνδρου, στα οποία είναι τοποθετημένα τα ηλεκτρόδια 3 στο εσωτερικό. Σε ορισμένους τύπους λαμπτήρων, τα ηλεκτρόδια κατασκευάζονται με τη μορφή τριπλής σπείρας, με άλλα λόγια, σπείρα από δισπείρα. Εξωτερικά, τα ηλεκτρόδια είναι συγκολλημένα στις ακίδες 4 της βάσης 5. Σε ίσιες λάμπες και λαμπτήρες σχήματος U, χρησιμοποιούνται μόνο δύο τύποι βάσεων - G5 και G13 (οι αριθμοί 5 και 13 υποδεικνύουν την απόσταση μεταξύ των ακίδων σε mm).

Όπως και στους λαμπτήρες πυρακτώσεως, ο αέρας αντλείται επιμελώς από τους σωλήνες των λαμπτήρων φθορισμού μέσω της ράβδου 6, που συγκολλάται σε ένα από τα πόδια. Μετά την άντληση, ο όγκος του δοκιμαστικού σωλήνα γεμίζεται με αδρανές αέριο 7 και εισάγεται υδράργυρος σε αυτόν με τη μορφή μικρής σταγόνας 8 ( η μάζα του υδραργύρου σε έναν λαμπτήρα είναι συνήθως περίπου 30 mg ) ή με τη μορφή ενός λεγόμενου αμαλγάματος, με άλλα λόγια, ενός κράματος υδραργύρου με βισμούθιο, ίνδιο και άλλα μέταλλα.

Ένα στρώμα ενεργοποιητικής ουσίας εφαρμόζεται πάντα σε διπλά σπειροειδή ή τρισπειροειδή ηλεκτρόδια λαμπτήρων - αυτό είναι συνήθως ένα μείγμα οξειδίων βαρίου, στροντίου, ασβεστίου, από καιρό σε καιρό με μια μικρή προσθήκη θορίου.

Εάν εφαρμοστεί τάση μεγαλύτερη από την τάση ανάφλεξης στη λάμπα, τότε εμφανίζεται μια ηλεκτρονική εκφόρτιση μεταξύ των ηλεκτροδίων, το ρεύμα της οποίας περιορίζεται σίγουρα από ορισμένα εξωτερικά στοιχεία. Αν και ο δοκιμαστικός σωλήνας είναι γεμάτος με ένα αδρανές αέριο, περιέχει πάντα ατμούς υδραργύρου, η ποσότητα του οποίου καθορίζεται από τη θερμοκρασία του ψυχρότερου σημείου του δοκιμαστικού σωλήνα. Τα άτομα υδραργύρου διεγείρονται και ιονίζονται στην εκκένωση ακόμη πιο εύκολα από τα άτομα αδρανούς αερίου, επομένως τόσο το ρεύμα που διέρχεται από τη λάμπα όσο και η λάμψη του καθορίζονται ειδικά από τον υδράργυρο.

Σε εκκενώσεις υδραργύρου χαμηλής πίεσης, η ποσότητα της ορατής ακτινοβολίας δεν υπερβαίνει το 2% της ισχύος εκφόρτισης και φωτεινή απόδοσηεκκένωση υδραργύρου - μόνο 5-7 lm/W. Αλλά περισσότερο από το ήμισυ της ισχύος που απελευθερώνεται στην εκκένωση μετατρέπεται σε αόρατη υπεριώδη ακτινοβολία με μήκη κύματος 254 και 185 nm. Είναι σαφές από τη φυσική: όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος της ακτινοβολίας, τόσο περισσότερη ενέργεια έχει αυτή η ακτινοβολία. Με τη βοήθεια ειδικών ουσιών που ονομάζονται φώσφοροι, είναι δυνατός ο μετασχηματισμός μιας ακτινοβολίας σε άλλη και, σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, η «νέα» ακτινοβολία μπορεί να είναι «λιγότερο ενεργητική» από την πρωτογενή. Επομένως, η υπεριώδης ακτινοβολία μπορεί να μετατραπεί σε ορατή ακτινοβολία χρησιμοποιώντας φωσφόρους, αλλά η ορατή ακτινοβολία δεν μπορεί να μετατραπεί σε υπεριώδη ακτινοβολία.

Ολόκληρο το κυλινδρικό τμήμα του δοκιμαστικού σωλήνα είναι επικαλυμμένο στο εσωτερικό με ένα στενό στρώμα συγκεκριμένου φωσφόρου 9, το οποίο μετατρέπει την υπεριώδη ακτινοβολία των ατόμων υδραργύρου σε ορατή ακτινοβολία. Στους περισσότερους σύγχρονους λαμπτήρες φθορισμού, το αλοφωσφορικό ασβέστιο με την προσθήκη αντιμονίου και μαγγανίου χρησιμοποιείται ως φώσφορος (όπως λένε οι ειδικοί, «ενεργοποιείται με αντιμόνιο και μαγγάνιο»). Όταν ένας τέτοιος φώσφορος ακτινοβολείται με υπεριώδη ακτινοβολία, αρχίζει να λάμπει με λευκό σαν το χιόνι φως διαφόρων χρωμάτων. Το εύρος εκπομπής του φωσφόρου είναι συνεχές με 2 μέγιστα - περίπου 480 και 580 nm (Εικ. 2).

Το 1ο μέγιστο καθορίζεται από την παρουσία αντιμονίου, το 2ο - από το μαγγάνιο. Αλλάζοντας την αναλογία αυτών των ουσιών (ενεργοποιητές), μπορείτε να πάρετε το χιόνι-λευκό φως διαφόρων χρωματιστά λουλούδια- από ζεστό έως μέρα. Δεδομένου ότι οι φώσφοροι μετατρέπουν περισσότερο από το ήμισυ της ισχύος εκφόρτισης σε ορατό φως, είναι η λάμψη τους που καθορίζει τα χαρακτηριστικά φωτισμού των λαμπτήρων.

Στη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα, άρχισαν να φτιάχνουν λαμπτήρες όχι μόνο με έναν φώσφορο, αλλά με έναν αναβολέα, με μέγιστες εκπομπές στις μπλε, πρασινωπές και κοκκινωπές περιοχές της περιοχής (450, 540 και 610 nm). Αυτοί οι φώσφοροι κατασκευάστηκαν αρχικά για σωλήνες έγχρωμων τηλεοπτικών εικόνων, όπου με τη βοήθειά τους ήταν δυνατό να επιτευχθεί πλήρως χρησιμοποιήσιμη αναπαραγωγή χρωμάτων. Η σύνθεση 3 φωσφόρων κατέστησε δυνατή την επίτευξη σημαντικά καλύτερης απόδοσης χρώματος στους λαμπτήρες ενώ ταυτόχρονα αυξάνει τη φωτεινή απόδοση σε σχέση με τη χρήση αλοφωσφορικού ασβεστίου. Αλλά οι νέοι φώσφοροι είναι ακόμη πιο ακριβοί από τους παλιούς, επειδή χρησιμοποιούν ενώσεις σπάνιων γαιών - ευρώπιο, δημήτριο και τέρβιο. Επειδή Οι περισσότεροι λαμπτήρες φθορισμού εξακολουθούν να χρησιμοποιούν φωσφόρους με βάση το αλοφωσφορικό ασβέστιο.

Τα ηλεκτρόδια στους λαμπτήρες φθορισμού λειτουργούν ως πηγές και δέκτες ηλεκτρονίων και ιόντων, λόγω των οποίων η ρεύμα ηλεκτρονίωνμέσω του κενού εκκένωσης. Για να αρχίσουν τα ηλεκτρόνια να κινούνται από τα ηλεκτρόδια στο κενό εκφόρτισης (όπως λένε, για την έναρξη της θερμικής εκπομπής ηλεκτρονίων), τα ηλεκτρόδια πρέπει να θερμανθούν σε θερμοκρασία 1100 - 1200 0C.Σε αυτή τη θερμοκρασία, το βολφράμιο λάμπει με πολύ αχνό χρώμα κερασιού, η εξάτμισή του είναι πολύ μικρή. Αλλά για να αυξηθεί ο αριθμός των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων, εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια ένα στρώμα ενεργοποιητικής ουσίας, το οποίο είναι σημαντικά λιγότερο ανθεκτικό στη θερμότητα από το βολφράμιο, και κατά τη λειτουργία αυτό το στρώμα ψεκάζεται ομοιόμορφα από τα ηλεκτρόδια και κατακάθεται στα τοιχώματα της δοκιμής σωλήνας. Τυπικά, είναι η διαδικασία ψεκασμού της ενεργοποιητικής επικάλυψης των ηλεκτροδίων που καθορίζει τη διάρκεια ζωής των λαμπτήρων.

Για να επιτευχθεί μεγαλύτερη απόδοση εκκένωσης, με άλλα λόγια, για μεγαλύτερη απόδοση υπεριώδους ακτινοβολίας από τον υδράργυρο, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί μια συγκεκριμένη θερμοκρασία του δοκιμαστικού σωλήνα.Η διάμετρος του δοκιμαστικού σωλήνα επιλέγεται ειδικά από αυτήν την απαίτηση. Όλοι οι λαμπτήρες παρέχουν περίπου ομοιόμορφη πυκνότητα ρεύματος - το ποσό του ρεύματος διαιρούμενο με την περιοχή διατομής του δοκιμαστικού σωλήνα. Επομένως, οι λαμπτήρες διαφορετικής ισχύος σε φιάλες ίδιας διαμέτρου λειτουργούν συνήθως ίσα ονομαστικά ρεύματα.Η πτώση τάσης στη λάμπα είναι ευθέως ανάλογη με το μήκος της. Και δεδομένου ότι η ισχύς είναι ίση με το γινόμενο του ρεύματος και της τάσης τους, τότε με παρόμοια διάμετρο των δοκιμαστικών σωλήνων, η ισχύς των λαμπτήρων είναι ευθέως ανάλογη με τη γραμμή. Οι πιο δημοφιλείς λαμπτήρες ισχύος 36 (40) W έχουν μήκος 1210 mm, ενώ οι λαμπτήρες με ισχύ 18 (20) W έχουν μήκος 604 mm.

Το μεγάλο μήκος των λαμπτήρων μας ανάγκαζε συνεχώς να βρίσκουμε τρόπους να το μειώσουμε. Η συνήθης μείωση του μήκους και η επίτευξη κατάλληλων δυνάμεων αυξάνοντας το ρεύμα εκφόρτισης είναι παράλογη, γιατί με όλα αυτά αυξάνεται η θερμοκρασία του δοκιμαστικού σωλήνα, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της πίεσης ατμών υδραργύρου και μείωση της φωτεινής απόδοσης των λαμπτήρων. Ως εκ τούτου, οι δημιουργοί των λαμπτήρων προσπάθησαν να μειώσουν τις διαστάσεις τους λόγω της διαμόρφωσης του σχήματος - ένας μακρύς κυλινδρικός δοκιμαστικός σωλήνας λυγίστηκε στη μέση (σχήματος U διάφορες λάμπες) ή σε δακτύλιο (δαχτυλιδιωτοί λαμπτήρες). Στην ΕΣΣΔ ήδη στη δεκαετία του '50 το έκαναν Λαμπτήρες σε σχήμα Uμε ισχύ 30 W σε δοκιμαστικό σωλήνα διαμέτρου 26 mm και ισχύ 8 W σε δοκιμαστικό σωλήνα διαμέτρου 14 mm.

Αλλά ήταν δυνατό να λυθεί ριζικά το πρόβλημα της μείωσης των διαστάσεων των λαμπτήρων μόνο στη δεκαετία του '80, όταν άρχισαν να χρησιμοποιούν φωσφόρους που επέτρεπαν τεράστια ηλεκτρονικά φορτία, γεγονός που επέτρεψε τη σημαντική μείωση της διαμέτρου των δοκιμαστικών σωλήνων. Οι δοκιμαστικοί σωλήνες άρχισαν να κατασκευάζονται από γυάλινους σωλήνες με εξωτερική διάμετρο 12 mm και κάμπτονταν επανειλημμένα, μειώνοντας έτσι το συνολικό μήκος των λαμπτήρων. Εμφανίστηκαν οι λεγόμενοι συμπαγείς λαμπτήρες φθορισμού. Όσον αφορά τον μηχανισμό λειτουργίας και την εσωτερική δομή τους, οι μικρού μεγέθους λαμπτήρες δεν διαφέρουν από τους συνηθισμένους γραμμικούς λαμπτήρες.

Στα μέσα της δεκαετίας του '90, μια νέα γενιά λαμπτήρων φθορισμού εμφανίστηκε στην παγκόσμια αγορά, που ονομάζεται "σειρά T5" στο μάρκετινγκ και την τεχνική βιβλιογραφία (στη Γερμανία - T16). Για αυτούς τους λαμπτήρες, η εξωτερική διάμετρος του δοκιμαστικού σωλήνα μειώνεται στα 16 mm (ή 5/8 ίντσας, εξ ου και η ονομασία T5). Ως προς τον μηχανισμό λειτουργίας τους, επίσης δεν διαφέρουν από τους συνηθισμένους γραμμικούς λαμπτήρες. Μια πολύ θεμελιώδης αλλαγή έχει γίνει στον σχεδιασμό των λαμπτήρων - ο φώσφορος καλύπτεται στο εσωτερικό με ένα στενό προστατευτικό φιλμ, διαφανές τόσο στην υπεριώδη όσο και στην ορατή ακτινοβολία. Το φιλμ προστατεύει τον φώσφορο από την είσοδο σωματιδίων υδραργύρου, ενεργοποιώντας την επικάλυψη και το βολφράμιο από τα ηλεκτρόδια, εξαλείφοντας έτσι τη «δηλητηρίαση» του φωσφόρου και εξασφαλίζοντας την υψηλότερη σταθερότητα φωτεινή ροήκατά τη διάρκεια ζωής. Η σύνθεση του αερίου πλήρωσης και ο σχεδιασμός των ηλεκτροδίων άλλαξαν επίσης, γεγονός που καθιστούσε αδύνατη τη λειτουργία τέτοιων λαμπτήρων σε παλιά κυκλώματα μεταγωγής. Επιπλέον, για πρώτη φορά από το 1938, τα μήκη των λαμπτήρων έχουν αλλάξει έτσι ώστε οι διαστάσεις των φωτιστικών σωμάτων μαζί τους να αντιστοιχούν στις διαστάσεις των τυποποιημένων μονάδων των επί του παρόντος πολύ υψηλών ψευδοροφών.

Οι λαμπτήρες φθορισμού, ειδικά η τελευταία γενιά λαμπτήρων με διάμετρο 16 mm, υπερέχουν σημαντικά από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως όσον αφορά τη φωτεινή απόδοση και τη διάρκεια ζωής. Οι επί του παρόντος επιτυγχανόμενες τιμές αυτών των χαρακτηριστικών είναι 104 lm/W και 40.000 ώρες.
Αλλά και λαμπτήρες φθορισμού έχουν τεράστιο ποσόμειονεκτήματα που πρέπει να γνωρίζετε και να λαμβάνετε υπόψη όταν επιλέγετε πηγές φωτός:

1. Οι τεράστιες διαστάσεις των λαμπτήρων συχνά δεν επιτρέπουν την ανακατανομή της φωτεινής ροής όπως απαιτείται.
2. Σε αντίθεση με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως, η φωτεινή ροή των λαμπτήρων φθορισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος (Εικ. 3).

3. Οι λαμπτήρες περιέχουν υδράργυρο, ένα πολύ δηλητηριώδες μέταλλο, που τους καθιστά περιβαλλοντικά επικίνδυνους.
4. Η φωτεινή ροή των λαμπτήρων δεν καθορίζεται αμέσως μετά την ενεργοποίηση, αλλά μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, ανάλογα με το σχεδιασμό της συσκευής φωτισμού, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και τους ίδιους τους λαμπτήρες. Για ορισμένους τύπους λαμπτήρων στους οποίους εισάγεται υδράργυρος με τη μορφή αμαλγάματος, αυτός ο χρόνος μπορεί να φτάσει τα 10-15 λεπτά.
5. Το βάθος παλμού της φωτεινής ροής είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό των λαμπτήρων πυρακτώσεως, ειδικά σε λαμπτήρες με φωσφόρους σπανίων γαιών. Αυτό καθιστά δύσκολη την εισαγωγή λαμπτήρων σχεδόν σε όλους εγκαταστάσεις παραγωγήςκαι, επιπλέον, επηρεάζει αρνητικά την ευημερία των ανθρώπων που εργάζονται κάτω από τέτοιο φωτισμό.
6. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι λαμπτήρες φθορισμού, όπως όλες οι συσκευές εκκένωσης αερίου, απαιτούν τη χρήση πρόσθετων συσκευών για τη σύνδεση στο δίκτυο.