低气压气体放电灯知识1

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气体放电灯泡

种类
气体放电灯可分为：
1、低气压放电灯：荧光灯（低压汞灯）、低压钠灯、无极灯
2、高强度气体放电灯：荧光高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯、陶瓷金属卤化物灯
其中荧光灯是应该最广泛、用量最大的气体放电光源。

它具有结构简单、光效高、发光柔和、寿命长等优点。

荧光灯的发光效率是白炽灯的4-5倍，寿命是白炽灯的3-8倍，是高效节能光源。

高强度气体放电灯：由于管壁温度而建立发光电弧，其发光管表面负载超过3W/cm2 的放电灯。

如高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。

其中，金属卤化物灯是在高压汞灯和卤钨灯工作原理的基础上发展起来的新型高效光源，其基本原理是将多种金属卤化物的方式加入到高压汞灯的电弧管中，使这些金属原子像汞一样电子、发光。

充入不同的金属卤化物，可以制成不同特性的光源。

原理
气体放电灯放电发光的基本过程分3个阶段：
①放电灯接入工作电路后产生稳定的自持放电，由阴极发射的电子被外电场加速，电
能转化为自由电子的动能；
②快速运动的电子与气体原子碰撞,气体原子被激发,自由电子的动能又转化为气体
原子的内能；
③受激气体原子从激发态返回基态，将获得的内能以光辐射的形式释放出来。

上述过
程重复进行，灯就持续发光。

放电灯的光辐射与电流密度的大小、气体的种类及气
压的高低有关。

一定种类的气体原子只能辐射某些特定波长的光谱线。

低气压时，
放电灯的辐射光谱主要就是该原子的特征谱线。

气压升高时，放电灯的辐射光谱展
宽，向长波方向发展。

当气压很高时，放电灯的辐射光谱中才有强的连续光谱
结构。

低压汞灯的工作原理

低压汞灯的工作原理
低压汞灯，一种常见的气体放电灯，其工作原理主要基于低气压弧光放电的原理。

在低压汞灯中，汞蒸气压力较低，通常为1.3～13Pa（0.01～0.1mmHg）。

当灯被点燃时，汞蒸气压小于一个大气压，此时汞原子主要辐射波长为253.7nm 的紫外线。

这种紫外线辐射是低压汞灯的主要发光方式，不需要通过其他物质将紫外线转化为可见光。

在低压汞灯中，汞蒸气在通电后释放出紫外线。

这种紫外线具有杀菌作用，原因在于其独特的波长。

细胞对光波的吸收谱线有一个规律，在250~270nm的紫外线有最大的吸收。

被吸收的紫外线作用于细胞遗传物质即DNA，起到一种光化作用。

紫外光子的能量被DNA中的碱基对吸收，引起遗传物质发生变异，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，达到杀菌的目的。

这一发现使得低压汞灯在医疗、卫生和日常生活等多个领域得到了广泛应用。

此外，低压汞灯的悬挂高度也会影响其工作效果。

悬挂过高或过低都会降低杀菌效果，因此在使用时需要根据实际情况调整悬挂高度，以达到最佳的杀菌效果。

低压汞灯的工作原理是基于低气压弧光放电的原理，通过释放具有杀菌作用的紫外线来实现杀菌效果。

同时，其悬挂高度也是影响杀菌效果的重要因素之一。

随着科技的不断发展，低压汞灯的应用领域将更加广泛，为人类的生产和生活带来更多的便利和安全。

气体放电灯工作原理

气体放电灯工作原理气体放电灯是一类利用气体放电产生光的照明设备。

常见的气体放电灯包括荧光灯、气体放电管和氙气灯等。

下面是这类灯的基本工作原理：1. 概述：-气体放电灯工作的关键是通过电流通入气体，激发气体原子或分子，使其处于激发态，当它们返回基态时释放出光。

这一过程称为气体放电。

2. 电离：-在灯管中充填有一种或多种气体，通常还包含一定量的汞蒸气或其他辅助物质。

当电流通过气体时，产生的电场引起气体分子的电离。

这些电离的分子和自由电子形成等离子体。

3. 激发态产生：-在等离子体中，气体分子的一些原子或分子被激发到高能级状态。

这个过程需要能量，通常是通过电流的能量传递来实现。

4. 激发态的衰减：-激发态的气体分子不稳定，它们会迅速返回到基态。

在这个过程中，释放出能量。

这个能量以光的形式发射，形成我们所看到的灯光。

5. 荧光物质的使用（荧光灯）：-在荧光灯中，灯管内壁涂有荧光物质（如荧光粉），这些物质能够吸收紫外线辐射并重新辐射出可见光。

因此，荧光灯中的光主要来自荧光物质的辐射。

6. 气体选择：-不同的气体和气压条件可以影响灯的颜色和光谱特性。

例如，氙气灯使用氙气来产生强烈的白色光。

7. 启动：-启动气体放电灯时，需要提供足够的电压，以克服气体的阻抗并引发放电。

启动方法可以包括电流冲击、电磁场激励、电子枪引导等。

8. 调光和稳定：-一些气体放电灯可以通过调整电流或电压来实现调光，而电子元件如镇流器可用于稳定电流和延长灯的寿命。

总体而言，气体放电灯通过电离气体、激发原子或分子、发射光辐射的过程实现光的发射。

这种技术在荧光灯、气体放电管、氙气灯等多种灯具中得到了广泛应用。

低气压气体放电灯光伏照明的最佳光源

第二讲光伏照明的最佳光源小功率陶瓷金卤灯•照明是人类文明的重要部分、也是文明的标杆之一；•照明已发展到了非常高的水平；•照明用电占总发电量的12～14%，同时造成了大量环境问题；•绿色照明是更高文明的标志；•光伏发电、光伏照明是绿色照明的组成部分之一。

太阳是取之不尽的能源•太阳是地球的主要能量源泉，而且是洁净的、可以再生的能源。

•太阳正在以170万亿千瓦的巨大功率无休止地加热地球和维持生命，到达地球表面时仍有不下80万亿千瓦的巨大功率用以维持植物的光合作用和加热山川、海洋和地表。

•植物、动物都是直接或间接依赖太阳能而生存和发展的。

•风、雷、雨、电以及长江、大河完全依赖太阳能，年复一年、周而复始地运作。

•煤、石油、天燃气等地下能源则是古代太阳能的储备。

太阳能光谱地球抚育了人类，人类背叛了地球•资源消耗：每年采挖数百亿吨的煤炭、石油和天燃气；每年以十亿M3计的森林被砍伐。

•废物排放：每年以千亿吨计的CO2；以十亿吨计的SO；2以亿吨计的其它各种有害物质。

•生态破坏，物种绝灭：风暴、水旱、雷电死伤以万计，财产损失每年以千百亿元计，每年绝种动植物以万计，而新产生的有害变异种群层出不穷。

•各种灾祸的主要根源在于大量资源主要是能源的无度消耗。

•拯救地球、拯救人类是迫不急待的任务，要节约资源首先节约能源是当务之急。

光伏发电是一种绿色能源•利用阳光照射到某些半导体材料上的光伏效应可产生电能供应照明——可再生无污染能源。

•可产生光伏效应的物质很多，当前用作光伏电池的主要材料是硅——单晶硅、多晶硅和非晶硅，适当掺杂制成光伏电池。

•光电池：φ为电子逸出功V F 为费米能级导(施(杂能受主(杂能级金属能带图绝缘材料能带图n 型半导体能带图p 型半导体能带图金属-n 型半导体组合光照下的金属-n 型半导体组合金属—n 型半导体光电池挡层挡层n 型半导体n 型半导体n 型半导体金属金属金属金属-p 型半导体组合光照下的金属-p 型半导体组合金属—p 型半导体光电池挡层挡层p 型半导体p 型半导体p 型半导体金属金属金属Si（p-n结）光电池e e e e e(p-n结)N PSi光电池当前Si光电池均采用p-n结结构。

气体放电灯

2.白色
Tc=3500K η =80 单一卤粉
3.冷白色 4.日光灯
Tc=4300K η=78 Tc=6700K η =65 白卤粉＋兰粉
光源原理与设计—低压水银荧光灯
b)根据185nm辐射强度选取
诸定昌
P185(26mm) =2 P185(38mm) P185(17,12mm) =6 P185(38mm)
光源原理与设计—低压水银荧光灯
诸定昌
5.6荧光灯的特性和应用
一.光维持性
定义：光输出随点燃时间的变化光维持性
dF/dt=-kt Ft=F0exp(-kt) F0-Ft=F0[1-exp(-kt)] 光通量可能损失的最大量
光源原理与设计—低压水银荧光灯
诸定昌
考虑不同的影响因素 F0－Ft =A[1-exp(-αrt)]+B[1-exp(βrt)]+C[1-exp(-νrt)]
A/B/C 快、中、慢速反应中最大光通量损失
燃点100小时下的光通量称为初始光通量。
光源原理与设计—低压水银荧光灯
诸定昌
解决途径：(Na-Ca玻璃)
1.用Pb玻璃代替Na-Ca玻璃 2.涂保护膜防止钠离子与荧光粉的反应
ａ半透明膜 α-Al2O3 ｂ透明膜稀土氧化铝
3.低铅无钠玻璃
光源原理与设计—低压水银荧光灯
光源原理与设计—低压水银荧光灯
诸定昌
2.电子发射材料
三元碳酸盐：碳酸钡，碳酸锶，碳酸钙
重量百分比： 50%
40% 10%
3.电极的参数
通常PAr=400Pa →Kg=0.2 双螺旋灯丝 Ks1(Ks2)=1.5～2.0 → δ=0.7
光源原理与设计—低压水银荧光灯
诸定昌

9 气体放电照明知识

南京理工大学电气工程系 2-40
r过程使放电出现新的特点，r过程产生的次级电子也能参加繁流。如果同一时间内，由于r过程产生的电子数， r 恰好等于飞抵阳极的电子数，放电就能自行维持而不依赖于外界电离源，这时就转化为自持放电。
南京理工大学电气工程系
2-41
气体的着火电压
巴邢定律
1889年，L.C.帕邢发现，对于平行平板电极系统，在其他条件相同时，着火电压是气体压力p与电极距离d乘积的函数。可知，着火电压有一最低值。在最低值右边，着火电压随pd的增大而提高，在其左边，则随pd的减小而提高。
南京理工大学电气工程系
2-6
5 光效
单位为流明每瓦特（lm/W）光源发出的光通量除以光源功率所得之商
南京理工大学电源对物体色表的影响，该影响是由于观察者有意识或无意识地将它与参比光源下的色表相比较而产生的。
南京理工大学电气工程系
2-8
7 显色指数
符号为R 在具有合理允差的色适应状态下，被测光源照明物体的心理物理色与参比光源照明同一色样的心理物理色符合程度的度量。
南京理工大学电气工程系
2-15
要激发一个原子，使其从能级为E1的状态跃迁到能级为Em的状态,就必须给予(Em-E1) 的能量这个能量所相应的电位差设为eVe，则有 eVe＝Em－E1 电位Ve称为激发电位。
南京理工大学电气工程系
2-16
即使电子能量等于或高于激发能量，碰撞未必都能引起激发，而是仅有一部分能引起激发。引起激发的碰撞数与碰撞总数之比，称为碰撞几率。
南京理工大学电气工程系
2-38
南京理工大学电气工程系
2-39
汤生放电理论表明，电子数目随距离d指数增长。在一些光电器件中，特意充入一些惰性气体，使光电阴极发射的电子在气体中进行繁流，以得到光电流的放大，提高器件的灵敏度。放电中产生的正离子最后都抵达阴极。正离子轰击阴极表面时，使阴极产生电子发射；这种离子轰击产生的次级电子发射，称为r过程。

低气压气体放电灯知识2

荧光灯中的荧光粉
• 卤粉：锑锰激活的卤磷酸钙荧光粉Ca10(PO4)6(F,Cl)2： Sb，Mn
• 晶格中锑离子吸收253.7光子被激发，辐射跃迁发光； • 被激锑离子(晶格点陈)与锰离(晶格)碰撞传递能量，锰离子被激发，辐射跃迁发光。 • 锰含量调节色温及显色性。 • 卤粉的缺点是显色性差，不耐高能量电子、离子轰击，光衰较大。 • 所以卤粉荧光灯较粗（T8，T9，T10，T12）以降低电子轰击力度。
• 金卤灯的辐射光谱主要是充入的各种金属卤化物金属原子的谐振辐射光谱。
→ MX ↑ • 管壁温度下金属卤化物蒸发 MX • 在高温电弧(5000~6000K)附近，金属卤化物分解
1100 K
K MX 5000 →M + X
• 电子激发金属原子产生谐振辐射
M + e 激发 → M '+ e(υ ↓)
石英金卤灯的优点
GE和飞利浦各花费20年时间、数十亿美元研发成功二款金属卤化物灯，当时被认为是完美无缺的最好光源。 • 显色性好（Ra：60~85） • 光效高（60~90lm/W） • 寿命长>6000hr • 功率范围宽（50~4000W/只） • 点光源
石英金卤灯的缺点
• 石英壳温度限制(<900℃)，冷端温度偏低，色温不一，不稳定。 • 钠离子渗漏。边杆光电子发射、管壳外壁负电子积累、电弧管壳内壁正钠离子穿过电弧管壁，与电子中和，并积累在外壁表面。 • 钠渗漏导致色温升高，光衰加大，寿命缩短。
钠原子能级图
Na灯光谱
• 低压钠灯主要辐射能量为589.0、589.6nm两条谱线常称双D线； • 双D线占其总辐射功率的60%以上； • 低压钠灯光效可达250lm/W～300lm/W； • 由于是单光谱辐射，显色指数极低。欧洲等地用作港口、隧道等多雾地段的室外照明，透雨雾力强。

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第九讲几种主要放电
辉光放电
•
负辉区电位最高最亮，正离子浓度最大•
阴极位降区厚度50~100电子自由层•
阴极位降高作，5~10倍电离电位U i
•正柱区n e ≈n i 为等离子体，电位梯度很小，正柱区可短可长。

•正柱区中电子、离子作杂乱运动，密度大、激发效率高。

•正常辉光放电的阴极电流密度及阴极位降不变，阴极参加放电面积与电流成正比；
•全部阴极参加放电后，阴极位降及电流密度均随电流加大而加大——异常辉光放电；
•在异常辉光放电阶段随电流加大阴极温度上升，在产生足够的热电子发射后转化为弧光放电。

1
)1(=−d e αγ
空心阴极放电•适当提高气压负辉区缩向阴极。

•负辉区收缩，到槽形(碗形、圆
筒形)电极中空部分
•负辉区中正离子电荷占优势，相
当于阳极延伸到空心阴极中。

•负辉区的全部离子、光子绝大部
分打上阴极，产生二次电子和光
电子发射，电子发射效率高、密
度大、同时产生大量电离，正离
子密度大、阴极位降低、放电效
率高。

•电极的大密度电子发射在空心阴
极中的电离和激发效率很高。

•放电稳定、阴极溅散小、寿命
长。

弧光放电
•电弧压降低、发射密度大，是一种高效低电压、大电流放电。

•在高气压下转化为高电压降大电流放电。

•电子发射机理与辉光放电不同，通常弧光放电的电极为自热式，其电子发射亦为热阴极电子发射。

•采用液态汞作阴极时则放电由场致发射维持。

•电流上升阴极温度升高、发射密度加大满足全回路平衡。

•阴极热点温度高、发射密度大、虚阴极强。

•负辉区正电荷空间电荷作用大，与阴极之间形成偶电层，其间的电场强。

•阴极位降厚度薄，约一个电子自由层。

•阴极发射密度大（离子的二次电子发射
与负辉区光子的光电发射），阴极位降
）。

低（约1个电离电位U
i
弧光放电呈负特性
•其他条件不变时电流上升灯压降下降；•电流上升，阴极温度上升，发射加大，虚阴极电位下降；
n i上升，•电流上升，空间电荷密度n
e、
电场下降，灯电阻下降；
•综合各种影响灯压降的因素，弧光放电
呈负特性。

•气压上升，电子的碰撞频率增加，电子动能损失增加，阻力加大，电子运动减
缓，同样电流时空间电场加强，灯压降
上升；
•弧光放电需要镇流器补偿其负特性，以保证电流不致无限上升。

高气压弧光放电中的谱线增宽
•低气压下原子的线辐射
光谱，波长十分严格；
•高温下的多普勒效应—
谱线的速度增宽；
•高气压下的碰撞增宽—
压力增宽
•斯托克增宽：电场干扰
•塞曼效应：磁场分裂
•所有高气压放电灯都有
显著的谱线增宽。

•谐振吸收与谐振辐射；
•光性厚与光性薄；
•所有高气压放电灯都产生谱线增宽—形成连续光谱；
•所有高气压放电灯的主要激发区（谐振辐射）均产生强烈的谐振吸收，该气体分压强、高到一定程度时形成凹陷—光性厚。

•高压钠灯的589nm 凹陷1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0350400450波长（nm ）
550600650700800
500相对
值
•电晕放电：放电区域半击穿的高压放电；
•火花放电：高气压、高电压、高电源内阻；
•脉冲放电：高气压脉冲辉光放电、间隙放电、脉冲辉光放电、高气压脉冲弧光放电、脉冲弧光放电。