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金属卤化物灯 编辑

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金属卤化物灯

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金属卤化物灯是由产生光的电电弧通过汽化的气态混合物汞和金属卤化物的(具有金属的化合物的溴或碘)。它是一种高强度放电(HID)气体放电灯。于1960年代开发,它们类似于汞蒸气灯,但在石英弧光管中含有额外的金属卤化物化合物,可提高效率和显色性的光。最常用的金属卤化物是碘化钠。一旦弧光管达到其运行温度,钠就会从碘中解离出来,随着金属离子化,钠D线的灯光谱中会增加橙色和红色。因此,金属卤化物灯具有每瓦约75-100流明的高光效,大约是水银蒸汽灯的两倍和白炽灯的3到5倍,并产生强烈的白色光。灯泡寿命为6,000至15,000小时。作为最有效的高CRI白光光源之一,截至2005年,金属卤化物是照明行业增长最快的部分。它们用于商业、工业和公共场所的广域顶灯,如停车场、体育场馆、工厂和零售店,以及住宅安全照明和汽车前照灯(氙气大灯)。

这些灯由一个包含气体和电弧的小型熔融石英陶瓷弧光管组成,封装在一个较大的玻璃灯泡内,该灯泡具有过滤掉产生的紫外线的涂层。它们在4到20个大气压之间的压力下运行,并且需要特殊的固定装置和电子镇流器才能安全运行。金属原子产生大部分光输出。它们需要几分钟的预热时间才能达到全光输出。

金属卤化物灯的用途

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金卤灯用于室内和室外的一般照明用途,例如商业、工业和公共场所、停车场、体育场馆、工厂和零售店,以及住宅安全照明;汽车和专业应用是进一步的使用领域。

金属卤化物灯用于汽车头灯,由于在灯泡中使用氙气而不是其他卤化物灯中通常使用的氩气,因此它们通常被称为“氙气头灯”。

此类灯的另一个广泛用途是在摄影照明和舞台照明灯具中,它们通常被称为MSD灯,通常用于150、250、400、575和1,200瓦额定值,尤其是智能照明。

由于其光谱广且效率高,它们被用于室内种植应用,并且非常受珊瑚礁爱好者的欢迎,他们需要为珊瑚提供高强度光源。

金属卤化物灯

金属卤化物灯的操作

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与其他气体放电灯(例如非常相似的汞蒸气灯)一样,金属卤化物灯通过在电弧中电离气体混合物来发光。在金属卤化物灯中,紧凑型弧光管包含氩气或氙气、汞和各种金属卤化物(如碘化钠和碘化钪)的混合物。金属卤化物的特定混合物会影响相关色温和强度(例如,使光更蓝或更红)。启动时,灯中的氩气首先被电离,这有助于通过施加的启动电压保持两个电极之间的电弧。电弧和电极产生的热量然后将汞和金属卤化物电离成等离子体,随着温度和压力增加到工作条件,等离子体产生越来越亮的刺眼白光。

电弧管可在5-50atm或更高(70-700psi或500-5000kPa)和1000-3000°C的任何温度下工作。与所有其他气体放电灯一样,金属卤化物灯具有负电阻(带有灯丝的自镇流灯除外),因此需要镇流器来提供适当的启动和工作电压,同时调节电流通过灯。大约24%的金属卤化物灯使用的能量产生光(效率为65–115lm/W),使它们比白炽灯泡更有效,其效率通常在2-4%之间。

金属卤化物灯组件

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灯具中的150瓦金属卤化物灯泡,预热中途

金属卤化物灯由带电极的弧光管、外灯泡和灯座组成。

弧光管

除了汞蒸气,灯还含有不同金属的碘化物或溴化物。碘和溴属于元素周期表的卤素基团,因此在电离时称为“卤化物”。钪和钠也用于某些类型,在欧洲三盐模型中使用铊、铟和钠。最近的类型使用镝用于高色温,锡用于较低色温。钬和铥用于非常高功率的电影照明模型。镓或铅用于特殊的高UV-A模型以用于印刷目的。所用金属的混合物决定了灯的颜色。有些类型,为了节日或戏剧效果,使用几乎纯的铊碘化物作为绿灯,使用铟作为蓝灯。的碱金属(钠或钾),几乎总是加到减少电弧阻抗,从而允许足够长以进行电弧管和简单的电镇流器使用。一种惰性气体,通常是氩气,在大约2kPa的压力下冷填充到电弧管中,以促进放电的启动。充氩灯通常启动很慢,需要几分钟才能达到全光强度;汽车前照灯中使用的氙气填充物启动速度相对较快。

弧光管的末端通常在外部涂有白色的红外反射硅酸锆或氧化锆,以将热量反射回电极上,以保持它们的热度和热离子发射。有些灯泡在外灯泡的内侧涂有磷光体涂层,以改善光谱并漫射光。

在80年代中期,一种新型的金属卤化物灯被开发,其中代替一个石英(熔凝二氧化硅)电弧管中汞蒸气灯和以前的金属卤化物灯设计中使用的,使用烧结氧化铝类似于电弧管用于高压钠灯的那些。这一发展减少了困扰熔融石英弧光管的离子蠕变的影响。在其使用寿命期间,钠和其他元素往往会迁移到石英管中,并且由于高紫外线辐射和气体电离,会导致电极腐蚀,从而导致灯循环。烧结氧化铝弧光管不允许离子渗入,从而在灯的使用寿命内保持更稳定的颜色。这些通常被称为陶瓷金属卤化物灯或CMH灯。

添加金属碘化物进行光谱修改的概念(特别是:钠-黄色、锂-红色、铟-蓝色、钾和铷-深红色和铊-绿色)以制造xxx个金属卤化物灯可以可追溯到1912年由“通用电气奇才”CharlesProteusSteinmetz发明的专利US1025932。

经过多年的进步,汞的使用量有所减少。

外灯泡

大多数类型都装有外部玻璃灯泡,以保护内部组件并防止热量损失。外灯泡也可以用来阻挡汞蒸气放电产生的部分或全部紫外线,并且可以由特殊掺杂的“紫外线阻隔”熔融石英组成。紫外线防护通常用于为附近的人类使用提供照明的单端(单底座)型号和双端型号。一些大功率型号,特别是铅镓UV打印型号和用于某些类型体育场馆照明的型号没有外灯泡。使用裸弧管可以传输紫外线或在灯具的光学系统内进行精确定位.灯具的盖板玻璃可用于阻挡紫外线,如果灯泡因爆炸而失效,也可以保护人员或设备。

基地

某些类型具有Edison螺丝金属底座,适用于10到18,000瓦之间的各种额定功率。其他类型是双端的,如上所示,R7s-24底座由陶瓷组成,弧光管内部和外部之间有金属连接。它们由热膨胀系数与弧光管相匹配的各种合金(如铁钴镍)制成。

镇流器

金属卤化物灯中的电弧和所有气体放电灯一样具有负电阻特性;这意味着随着通过灯泡的电流增加,其两端的电压会降低。如果灯泡由恒压电源供电,例如直接从交流电线供电,电流会增加,直到灯泡自行损坏;因此,卤化物灯泡需要电子镇流器来限制电弧电流。有两种类型:

  1. 电感镇流器-许多灯具使用电感镇流器,也称为磁镇流器,类似于荧光灯使用的镇流器。这包括一个铁芯电感器。电感器对交流电流呈现阻抗。如果通过灯的电流增加,电感会降低电压以保持电流受限。
  2. 电子镇流器-它们更轻、更紧凑。它们由一个电子振荡器组成,该振荡器产生高频电流来驱动灯。由于它们的电阻损耗低于电感镇流器,因此它们的能效更高。然而,高频工作不会像荧光灯那样提高灯效率。

脉冲启动金属卤化物灯泡不包含触发电弧的启动电极,并且需要一个点火器来产生高压(冷启动时1-5kV,热重启动时超过30kV)脉冲以开始电弧。电子镇流器在一个封装中包含点火器电路。美国国家标准协会(ANSI)灯镇流器系统标准为所有金属卤化物组件(一些较新的产品除外)建立了参数。

色温

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典型金属卤化物灯的输出光谱在385nm、422nm、497nm、540nm、564nm、583nm(最高)、630nm和674nm处显示峰值。

由于产生更白更自然的光,金属卤化物灯最初比蓝色汞蒸气灯更受欢迎。随着专门的金属卤化物混合物的引入,现在可以使用相关色温从3,000K到超过20,000K的金属卤化物灯。不同灯的色温可能略有不同,这种效果在灯多的地方很明显被使用。由于灯泡的颜色特性在灯泡的使用寿命期间往往会发生变化,因此根据ANSI标准,在灯泡燃烧100小时(老化)后测量颜色。较新的金属卤化物技术,称为“脉冲启动”,改善了显色性和更可控的开尔文方差(±100至200开尔文)。

金属卤化物灯的色温也会受到为灯泡供电的电气系统的电气特性以及灯泡本身的制造差异的影响。如果金属卤化物灯泡功率不足,由于工作温度较低,它的光输出会因为汞的蒸发而呈蓝色。这种现象可以在预热期间看到,此时电弧管尚未达到完全工作温度且卤化物尚未完全蒸发。调光镇流器也很明显。对于功率过大的灯泡,情况正好相反,但这种情况可能是危险的,可能会由于过热和过压而导致电弧管爆炸。

启动和热身

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“冷”(低于工作温度)金属卤化物灯不能立即开始产生其全部光容量,因为内部电弧室的温度和压力需要时间才能达到完全工作水平。启动初始氩弧(或汽车中的氙气)有时需要几秒钟,而预热期可能长达五分钟(取决于灯的类型)。在此期间,随着电弧室中各种金属卤化物的蒸发,灯会呈现不同的颜色。

如果电源中断,即使是短暂中断,灯的电弧也会熄灭,热电弧管中存在的高压会阻止电弧重新引燃;使用普通点火器需要5-10分钟的冷却时间才能重新启动灯,但使用特殊点火器和特殊设计的灯,可以立即重新建立电弧。在没有即时再触发能力的灯具上,瞬间断电可能意味着几分钟内没有光。出于安全原因,许多金属卤化物灯具都有一个备用卤钨白炽灯,可在冷却和重新启动期间工作。一旦金属卤化物重新触发并升温,白炽安全灯就会关闭。与完全冷启动的灯相比,温暖的灯也往往需要更多的时间才能达到其xxx亮度。

大多数悬挂式吸顶灯往往采用被动冷却方式,结合镇流器和灯具;由于试图重新点亮灯泡的被动冷却灯泡镇流器的功耗和发热,在灯泡重新点亮之前立即为其恢复供电可能会使重新点亮的时间更长。


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词条目录
  1. 金属卤化物灯
  2. 金属卤化物灯的用途
  3. 金属卤化物灯的操作
  4. 金属卤化物灯组件
  5. 弧光管
  6. 外灯泡
  7. 基地
  8. 镇流器
  9. 色温
  10. 启动和热身

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