Nízkotlaké rtuťové výbojky

Zářivky patří do třídy výbojkových světelných zdrojů. Provoz plynových výbojových zdrojů záření je založen na elektrickém výboji v atmosféře inertního plynu (nejčastěji argonu) a par rtuti. K záření dochází v důsledku přechodu elektronů atomů rtuti z dráhy s vysokým obsahem energie na dráhy s nižší energií. Ze všech různých elektrických výbojů (tiché, žhnoucí atd.) se umělé zdroje vyznačují dalším výbojem, který se vyznačuje vysokou proudovou hustotou ve výbojovém kanálu. Zářivky se vyrábějí ve formě rovných nebo obloukových skleněných trubic. Oba konce trubice jsou hermeticky uzavřeny a na jejích dnech jsou nasazeny skleněné nožky s wolframovými oxidovanými elektrodami ve formě vláken. Oba konce trubky mají objímky s kolíky. Trubice naplněné heliem dávají světle žluté nebo světle růžové světlo, neonové – červené světlo, argon – modré, sodné páry – oranžové atd. Trubice plněné rtuťovými parami jsou určeny především pro ultrafialové záření. Toto záření, které se vyskytuje ve rtuťových parách, se využívá ve zářivkách, jejichž skleněné trubice jsou zevnitř potaženy fosforem, který přeměňuje ultrafialové záření na viditelné záření delší vlnové délky.

Podle barvy záření se v závislosti na fosforu rozlišují zářivky denního světla (typ LDC a LD), bílého světla (typ LU), studené bílé (typ LHB) a teplé bílé (typ LTB).

Barva LDC lamp se blíží barvě rozptýleného bílého světla, což poskytuje nejpřesnější rozdíl v barvě předmětů a materiálů. LD lampy mají tuto vlastnost v menší míře, i když jejich barva se také blíží dennímu rozptýlenému světlu. LB lampy jsou blízké barvě slunce, odrážející se od mraků. Mají vyšší světelný výkon, tzn. úspornější než žárovky LD.

Životnost zářivek je od 5 000 do 10 000 hodin.

Výhody zářivek oproti žárovkám jsou v tom, že spotřebují méně elektřiny a jejich životnost je 5 až 10x delší. Nevýhody těchto svítidel zahrnují následující: nutnost zařízení pro zapalování a omezování proudu, velké rozměry a citlivost na okolní teplotu.

Baktericidní a erytémové lampy fungují na stejném principu jako zářivky. Baktericidní lampy (typ BUV a DB) potrubí. V baktericidních lampách (typy BUV a DB) je trubice vyrobena ze speciálního skla uvio a neobsahuje fosfor. Ultrafialové paprsky výboje rtuťových par dobře procházejí sklem trubic a používají se k dezinfekci vzduchu, vody, povrchů různých předmětů a materiálů.

U erytémových lamp (typ EUV, LE) je trubice rovněž vyrobena z uviolového skla. Zevnitř je potažena luminoforem, který přeměňuje krátkovlnné záření výboje na dlouhovlnné ultrafialové paprsky způsobující spálení (erytém). Baktericidní a erativní lampy se vyrábí o výkonu 5, 30, 40, 60 wattů.

V nové erytémové obloukové rtuťově-wolframové difuzní výbojce DRVED, určené pro ozařování se současným osvětlením, je předřadným odporem vlákno zapojené do série s rtuťově-křemennou výbojkou.

Vysokotlaké plynové výbojky. Z vysokotlakých výbojek v zemědělství jsou rozšířeny výbojky PRK (přímé rtuťové křemenné) a DRT (obloukové rtuťové trubicové). DRT lampa je rovná trubice z křemenného skla, na jejíchž koncích jsou vloženy elektrody ve formě kolíků (s jedním vývodem). Trubice je naplněna argonem a malým množstvím rtuti. Křemenné sklo propouští ultrafialové paprsky, takže lampa současně vyzařuje jak ve viditelné, tak v ultrafialové oblasti všech oblastí.

Jako zdroje světla jsou široce používány vysokotlaké výbojky DRL (arrc mercury fluorescent). Barevně korigované DRL výbojky jsou určeny pro osvětlení ulic a průmyslových podniků, které nevyžadují vysokou kvalitu podání barev.

Přímý rtuťový křemenný hořák (trubice) umístěný uvnitř baňky lampy obsahuje dávkovanou kapku rtuti a argonu o tlaku 30 mm Hg. Umění. Hořák generuje intenzivní ultrafialové neviditelné a modrozelené viditelné záření. Ultrafialové záření je pohlcováno fosforem, který je pokrytý vnitřní stěnou žárovky, a mění se ve viditelné světlo. Barva celkového záření je blízká bílé. Podíl červeného záření je 5–8 %.

Konstrukčně jsou výbojky vyrobeny se dvěma elektrodami (jsou zde dvě hlavní elektrody) a čtyřmi elektrodami (kromě dvou hlavních je zde ještě jedna nebo dvě zapalovací elektrody).

V současné době se pro osvětlovací účely vyrábí výbojky s přídavkem jodidů sodíku, thalia a india (DRI výbojky), jejichž světelná účinnost je 1,5-2x větší než u výbojek DRL.

Na bázi DRL výbojek byl vytvořen skleníkový ozařovač OT, který má v horní části baňky reflexní vrstvu. Tento ozařovač vytváří světelný tok příznivý pro rostliny z hlediska spektrálního složení, tzn. má zvýšenou fytonávratnost. Jeho baňka je vyrobena ze zvláště žáruvzdorného skla.

Zvážení procesu zapalování nám umožňuje objasnit účel hlavních prvků obvodu. Startér plní dvě důležité funkce:

– zkratuje obvod za účelem zahřátí elektrod lampy zvýšeným proudem a usnadnění zapálení;

– po zahřátí elektrod lampy přeruší elektrický obvod a tím způsobí zvýšený napěťový impuls, který zajistí proražení plynové mezery.

Plyn plní tři funkce:

– omezuje proud při zkratu startovacích elektrod;

– generuje napěťový impuls pro poruchu lampy v důsledku emf. samoindukce v okamžiku otevření startovacích elektrod;

– stabilizuje hoření obloukového výboje po zapálení.

Do sítě lze připojit zářivku s aktivním předřadníkem. Někdy se jako předřadník používá žárovka. Při vytváření a provozu těchto obvodů je třeba vzít v úvahu, že s aktivním předřadníkem ve srovnání s indukčním se ztráty výkonu v obvodu zvyšují, je obtížné zapálit lampu, protože aktivní předřadník nevytváří emf. samoindukcí a jeho světelný tok klesá.

Existují také schémata bez startéru, ve kterých jsou eliminovány nevýhody způsobené přítomností startéru.

Pro spínací obvody spouštěče a nespouštěče se vyrábějí speciální předřadníky (předřadníky). Startovací převody jsou označeny 1UBI, 1UBE, 1UBK (indukční, kapacitní), kompenzovaný předřadník pro jednu žárovku a 2UBI, 2UBE, 2UBK (pro dvě žárovky).

Bezstartérové ​​předřadníky jsou označeny ABI, ABE, ABA. Značka zařízení 2ABK-80/220-AMP je například dešifrována takto: dvoulampové bezstartérové ​​zařízení, kompenzované, výkon každé lampy je 80 W, síťové napětí je 220 V, antistroboskopické, nezávislé, se sníženou hladinou hluku.

Obloukové nebo rtuťové výbojky – co to je, kde a jak se používají?

Rtuťové výbojky jsou kovové výbojky založené na emisi světla z atomů rtuti (Hg).

Rtuť (Hg) je jediný elementární kov, který má při pokojové teplotě významný tlak par. Skříň lampy proto může obsahovat pouze rtuť, ale často je přítomen i nějaký startovací plyn, jako je argon nebo xenon.

Lampa může být spuštěna při relativně nízkém tlaku par, který se následně (během několika minut) zvyšuje v důsledku zahřívání během provozu, jak se odpařuje více kapalné rtuti.

Místo kapalné rtuti může rtuťová výbojka obsahovat amalgám. Když je taková lampa vypnutá, rtuť je z velké části vázána v amalgámu, což znamená, že toxické riziko spojené se selháním lampy je sníženo: kousky amalgámu lze shromáždit dříve, než se většina rtuti odpaří.

Stejně jako většina ostatních typů kovových výbojek musí být rtuťové výbojky provozovány s vhodným elektrickým předřadníkem pro stabilizaci elektrického proudu.

Nízkotlaké rtuťové výbojky

U nízkotlakých výbojek je nárůst teploty mírný, což má za následek výrazné, ale ne dramatické zvýšení tlaku rtuti během provozu. Hustota výkonu a jas vyzařovaného světla jsou relativně nízké.

Emise nízkotlakých rtuťových výbojek vykazuje charakteristické optické spektrum s výraznými spektrálními čarami, především ve viditelné a ultrafialové oblasti spektra, částečně však i v infračervené oblasti.

Existuje značné množství standardních rtuťových spektrálních čar, které lze získat spektrálními výbojkami na bázi rtuti. Typické vlnové délky, nm: 184,5, 253,7, 365,4, 404,7, 435,8, 546,1, 578,2 a 1014 nm.

Nízkotlaké rtuťové výbojky se také používají jako relativně účinné zdroje UV světla pro aplikace, jako je UV vytvrzování, litografie, UV spektroskopie, solárium, tvorba ozónu, sterilizace vody a další germicidní ozařování.

Pro takové použití není potřeba zvlášť silné vyzařování. Efektivní generování UV záření samozřejmě vyžaduje sklo lampy s vysokou propustností v této spektrální oblasti.

Místa, která využívají pouze světelný výkon lampy (jako je osvětlení), často vyžadují UV absorbující filtr k odstranění UV světla, které by jinak mohlo poškodit například oči a pokožku. Kromě toho lze v kombinaci s fosforem na vnitřním povrchu skleněné trubice generovat bílé světlo pro osvětlení.

Vysokotlaké rtuťové výbojky (DRL výbojky)

Rtuťové vysokotlaké obloukové lampy pracují při tlaku v řádu jedné atmosféry a výrazně zvýšené hustotě výkonu, takže se odpařuje více rtuti. Vysoká hustota par umožňuje vyzařování světla s mnohem větším jasem. V takových lampách je také pozorováno silnější spektrální rozšíření. Emise světla obsahuje nejen rozšířené čáry, ale také významné kontinuum.

Vysokotlaké rtuťové výbojky lze použít jako zdroje bílého světla, například pro osvětlení, ale jejich barevný tón bývá modrozelený (spíše vysoká barevná teplota) s deficitem spektra v červené oblasti.

Světelný výkon je typicky kolem 35 až 65 lm/W, což je výrazně lepší než u žárovek, ale na druhou stranu podstatně horší, než čeho lze dosáhnout s halogenidovými výbojkami. Životnost zařízení může být tisíce hodin (mnohem delší než čtyři klasické žárovky), ale velmi se liší v závislosti na typu žárovky.

Vysokotlaké rtuťové výbojky se používají především pro vysoce výkonná svítidla a projekční displeje. Zejména pro osvětlení jsou stále častěji nahrazovány jinými typy žárovek, které dosahují vyšší světelné účinnosti a/nebo pracují s menším nebo žádným množstvím rtuti.

Například je nyní možné vyrábět halogenidové výbojky, které jsou mnohem lepší než tradiční rtuťové výbojky z hlediska energetické účinnosti a podání barev, přičemž životnost výbojek může být stále velmi vysoká. Některé z těchto lamp neobsahují rtuť.

Metalhalogenidové výbojky (DRI výbojky)

Metalhalogenidové výbojky jsou vysokotlaké obloukové výbojky (nepřetržité výbojky), které kromě plynové náplně obvykle obsahující argon nebo xenon používají některé halogenidy kovů. Lze míchat širokou škálu kovů a jako halogeny se používají brom nebo jod. Lze je považovat za vylepšené typy rtuťových výbojek.

Princip činnosti metalhalogenidových výbojek DRI

Základním principem činnosti halogenidové výbojky je princip činnosti plynové výbojky. Elektrický výboj vytváří plazma, která po excitaci atomů nebo iontů, například ostřelováním elektrony, vyzařuje světlo ve formě spontánní emise. Může také existovat značné množství tepelného záření.

Plazma obsahuje také kovové páry, které vznikají odpařováním a disociaci přidaných halogenidů kovů vlivem vysoké teploty oblouku. K výslednému optickému spektru určitým způsobem přispívají atomy kovů nebo ionty, které mohou také výrazně zvýšit světelnou účinnost a tím i energetickou účinnost výbojky.

Použité kovy navíc ovlivňují impedanci lampy; alkalické kovy, jako je sodík nebo draslík, se běžně používají k udržení dostatečně nízké impedance.

Halogeny se používají k zabránění tomu, aby kovy zůstaly v pevné formě, zejména na krytu lampy.

Atomy halogenu mají malý příspěvek k emisi světla. Jejich funkcí je v podstatě zajistit úplné odpaření kovů a udržovat plášť svítilny (něco jako halogenová žárovka) čistý.

Pokud se přidají pouze kovy, usadí se na baňce lampy a již se nebudou moci odpařovat, protože teplota skla na to nemůže být dostatečně vysoká. Halogeny mohou chemicky reagovat s kovem při nižších teplotách, které sklo vydrží, a tím je přivést zpět k vybití.

Tlak plazmy je obvykle alespoň několik atmosfér a někdy i několik desítek atmosfér. To má za následek vysokou hustotu výkonu a znamená, že oblouk může být relativně krátký.

K získání požadovaného tvaru optického spektra vyzařovaného světla lze použít vhodnou směs kovů. V mnoha případech je žádoucí mít širokopásmové vyzařování bílého světla s definovanou barevnou teplotou a vysokým indexem podání barev.

V ostatních případech je cílem vyzařovat barevné světlo, jako je červené, oranžové, zelené nebo modré světlo. Například lithium, draslík a rubidium přispívají k červenému světlu, sodné oranžové světlo, thaliové zelené světlo a indium modré světlo.

Ušlechtilý plyn, obvykle argon nebo xenon, je zvláště důležitý ve fázi startu, kdy halogenidy kovů ještě významně nepřispívají k tlaku plazmy.

Výhody

• Vysoký světelný tok. Například 100W lampa může produkovat světelný tok řádově 10 000 lumenů.
• Světelný výkon výbojek s bílým světlem může být poměrně vysoký – obvykle kolem 80 až 100 lm/W, někdy i více. Zároveň může být index podání barev velmi vysoký, díky čemuž jsou tyto lampy vhodné pro aplikace, kde je tento aspekt kritický (například pro video produkci).
• Světlo se generuje vmalé množství, což má spolu s vysokým zářivým tokem za následek vysoký jas (ve srovnání např. s lampou s dlouhým obloukem). Dá se tedy docela dobře namířit do určitého směru (například do reflektoru) nebo zaostřit, i když zdaleka ne tak dobře jako u laserového zdroje.

Omezení

• UV záření. Významná část vyzařovaného světla je v ultrafialové oblasti. Nejen, že to může být škodlivé pro člověka, ale také to může vést například k rozkladu blízkých plastových materiálů. Tam, kde je UV záření nežádoucí, lze jej odfiltrovat například použitím dopované skleněné baňky lampy absorbující UV záření nebo přídavným ochranným sklem.
• Obsah rtuti. Metalhalogenidové výbojky často také obsahují značné množství rtuti, což je zdraví a životní prostředí nebezpečné. V ideálním případě by měla být lampa na konci své životnosti řádně zlikvidována. V místnosti, kde je obsažena unikající rtuť, se jeho obal poškodí. Některé z těchto výbojek se však během provozu rozbijí nebo explodují, přičemž se v blízkosti lidí často uvolňují rtuťové výpary, a i když plášť výbojky zůstane neporušený, není bohužel vždy zaručena správná likvidace.
• Chování při spouštění. Po zapnutí potřebuje halogenidová výbojka určitou dobu zahřátí (obvykle několik minut), aby dosáhla plného světelného výkonu a konečné teploty barev. Bezprostředně po začátku výboje plynu většina halogenidů kovů ještě není v plynné (nebo plazmové) fázi; musí se odpařovat a jsou spojeny s vysokou teplotou oblouku, která se zpočátku vyskytuje především ve vzácných plynech (argon nebo xenon).

Nejprve se odpaří rtuť, která má relativně nízký bod varu, a poté další složky. Tlak plazmy během zahřívání výrazně stoupá. V důsledku měnícího se tlaku lampy a chemického složení se může barevný tón během spouštěcí fáze výrazně změnit.