高压钠灯发光原理
纳智高压钠灯的原理
纳智高压钠灯的原理
纳智高压钠灯的原理主要包括以下几点：
1.灯丝预热
纳智高压钠灯的起始是通过灯丝的预热来实现的。
灯丝材料一般是钨，通过通电将灯丝加热到较高的温度，使其发射电子，从而产生电子流。
2.电离
在灯丝预热后，高压钠灯中的钠蒸汽开始电离。
高压钠灯内部放置了两个电极，一个是阳极（灯壳），一个是阴极（灯丝）。
当电流通过灯丝时，会产生强大的热量，将灯丝上的钠蒸汽加热到高温，使其电离。
电离后的钠离子带正电，被加速并射向透明气体（如氩气）中。
3.激发态
当钠离子碰撞透明气体中的原子或分子时，会引起它们的电子跃迁，从而激发气体原子或分子的电子进入激发态。
4.释放能量
处于激发态的气体会很快回到基态，释放出所携带的能量。
在高压钠灯中，激发态气体的能量主要以光能的形式释放。
5.发光
高压钠灯释放出的光主要是黄色光。
这是因为钠离子的电子跃迁主要是在黄色光波长范围内进行的。
总的来说，纳智高压钠灯的原理是通过灯丝加热、钠离子电离、气体激发态和能量释放来产生光。
高压钠灯的作用原理
高压钠灯的作用原理
高压钠灯的作用原理是利用高压钠灯管中的钠和气体的化学反应放出光能的原理。
当高压电流通过灯管中的钠蒸汽和惰性气体（氩气）时，钠原子会与气体分子碰撞，从而激发钠原子，使其处于一个高能级，此时钠原子会吸收光子并将其转化为电能。
当钠原子返回到基态时，会放出带有光谱特征的黄色光，也就是我们常见的高压钠灯光。
因为钠原子的光谱特征是非常明显且稳定的，所以高压钠灯可以产生非常稳定的、高亮度的黄色光。
高压钠灯在广泛应用于路灯、工业照明、植物生长照明、太阳能热处理和光伏发电等领域。
高压钠灯发光原理
并联。通电对双金属片加热，使其变形而突然断开线路， 由此借助镇流器产生一个高压反向电动势将灯点亮。点亮 后灯的热量保持双金属片为断开状态。灯熄灭后双金属片 冷却返回初始状态。
高压钠灯的种类（2）
高光效高压钠灯 • 提高氙气充入压力，可减小热导提高光效。并且氙在绿区
Ar++ e
4000 1.835(18) 1.272(10)
─ 1.272(10)
5000 1.468(18) 1.318(12)
─ 1.318(12)
6000 1.223(18) 2.938(13)
─ 2.938(13)
7000 1.048(18) 2.719(14)
─ 2.719(14)
8000 9.146(17) 1.450(15)
再见
• 室温时充200torr的氙气，灯工作时达2000torr，可使光效 提高15%。
• 氙对电场强度几乎没有影响。为了得到所需的管压，还是 要加汞。
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
380
人的视觉
V(λ)明视觉曲线 Km = 680 Lm/W
430
0.00006 0.00004 0.00003 0.00002 0.00002
680
730
780
高压钠灯光谱
光谱线宽度
• 自然线宽：根据量子物理，激发能级的高度与能级的寿命 成反比。寿命越短，能级高度越不确定。
• 多普勒加宽：原子本身的不规则运动，使光频率变化。多 普勒加宽是对称的，高压钠灯中其宽度在0.4nm数量级。
积在玻壳上使其发黑，影响光输出。 • 温度更高时，钠会和氧化铝陶瓷发生反应。
高压钠灯
目录一、高压钠灯的工作原理二、高压钠灯的构造高压钠灯的工作原理低压钠灯、标准高压钠灯和高显色性高压钠灯的光谱能量分布曲线不同，对应的钠蒸气压强分别为1Pa，15kPa和65kPa。
随着钠蒸气压强升高，那光谱线逐渐展宽，连续光谱成分逐渐丰富，同时出现钠D线的自吸现象。
增加钠D线自吸引宽度可以改进高压钠灯的光色，提高其显色性。
为此可以增加放电管内钠蒸气压强和放电管的直径，或者增加管内氙气压强。
当采取以上措施将自吸收宽度扩大到45nm时高压钠灯的色温从2000k-2100k提高到2400k，显色指数Ra从15-30提高到80.这种灯泡称为高显色性高压钠灯，但是此时灯泡发光效率下降一半左右，仅60lm/w。
高显色高压钠灯是以牺牲效率为代价，使用范围有限。
高压钠灯的放电管内除钠外还必须冲入适量汞，汞基本上不参与发光，但是具有以下重要作用：1）、提高电位梯度钠蒸气放点的电位梯度很低，一只400W高压钠灯的如果不充汞，管压降只有40-44v，工作电流约10A。
充入汞后，由于汞蒸气压强比钠蒸气压强高的多，减少了电子迁移率，电位梯度提高至10V/cm，这样400W高压钠灯的管压降上升到110V，工作电流下降到3.7A。
管压降提高后不仅改进了放电管发光效率，而且可以提高功率因数，缩小镇流器的体积和重量。
2）、减小热导率，降低电弧热损耗，提高发光效率。
3）、汞原子影响钠原子的共振能级，使展宽了的钠谱线像长波方向移动，一定程度上改善了灯的显色性。
此外高压钠灯放电管中充入帮助启动的惰性气体，一般充入10-30氩或氙，氙气热导率低，灯泡发光效率比较高，但启动电压比较高。
高压钠灯的构造1）放电管高压钠灯的放电管用耐高温、抗钠蒸气侵蚀的多晶氧化铝陶瓷管制成。
多晶氧化铝陶瓷管用氧化铝粉经模具成型后再以2100k高温烧结而成，严格控制氧化铝粉的纯度和粒度，管子的透明度可以达90%-97%。
加入氧化镁可进一步提高透明度。
为了减少钠谱线的自吸收，放电管直径仅7-8mm。
高压钠灯规格型号
高压钠灯规格型号一、高压钠灯概述高压钠灯是一种高强度气体放电灯，其发光原理主要基于高压状态下钠蒸气的电离与激发。
这种灯具有发光效率高、耗电少、透雾力强、寿命长等显著特点，被广泛应用于道路照明、商业照明、广场照明等场所。
二、规格参数高压钠灯的主要规格参数包括电压、功率、色温、发光效率和使用寿命等。
这些参数共同决定了高压钠灯的性能和应用范围。
1.电压：高压钠灯需要较高的启动电压，通常为220V或240V。
2.功率：常见的功率范围从150W到400W，也有更高功率的高压钠灯可供选择。
3.色温：高压钠灯的色温范围通常为2100K至4800K，其中暖色调(2100K-3000K)给人温馨舒适的感觉，适用于居住区、公园等场合；而冷色调(3000K-4800K)则显得清爽明亮，适用于道路、广场等场合。
4.发光效率：高压钠灯的发光效率高，光效可达150lm/W以上。
5.使用寿命：高压钠灯的使用寿命长达8000小时以上，大大降低了维护成本。
三、型号种类高压钠灯按不同的分类方式有多种型号。
1.按功率分类：可分为150W、250W、400W等不同型号，其中250W和400W为最常见的型号。
2.按透镜分类：可分为有色透镜和透明透镜两种，透镜材料多为石英或玻璃。
其中，透明透镜发出的光线较柔和，适用于对光线要求较高的场所；有色透镜则可以过滤部分光线，使光线更加柔和舒适。
3.按灯头分类：可分为G12灯头和GX53灯头两种型号。
G12灯头的高压钠灯通常用于道路照明和商业照明；而GX53灯头的高压钠灯则更多被用于广场和公共区域照明。
四、产品优势与应用范围高压钠灯具有多个优点和应用范围。
1.照度高：能够提供足够的照明强度，确保视见度良好。
2.光效高，节能效果好：高压钠灯的发光效率高，因此在提供同等亮度的情况下，相较于其他类型的灯具可以节省大量电能。
3.使用寿命长，维护成本低：由于其特殊的电弧管结构和密封工艺，高压钠灯的使用寿命长，且维护成本相对较低。
高压钠灯工作原理
高压钠灯工作原理
高压钠灯的工作原理是非常有趣的，它的充当的是一个气体灯泡，可以用来发光。
它实际上是一个由金属内置的真空玻璃灯泡。
瓶颈中装有放电室，放电室留有一个小孔，放电室内有空气，在内部瓶状放电室中添加氩气，这种气体可形成高熔点汞汽，密封玻璃灯泡上内部，用弯折的金属片将气体封闭起来。
之后，这个空气放电室就可以被用来发出明亮的柔和的日光。
高压钠灯的原理基于电子的发生。
首先，它会有一个压电变压器，把60伏交
流电变为1-15千伏的高压直流；其次，放电室的一端会连接到高压的蓄电池网络；最后，当高压电池释放能量时，引发放电灯放电，产生放电空气，产生高压空气，将汞汽熔点提高，放电室中便产生亮光。
综上所述，高压钠灯工作原理很有趣，它利用放电室中的汞汽发出柔和的日光，是市面上非常有效的照明解决方案之一。
它不但可以高效照明，还可以节省能源，减少污染。
高压钠灯工作原理
高压钠灯工作原理当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。
高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。
高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。
由于气体放电灯泡的负阻特性，如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。
高压钠灯同其他气体放电灯泡一样，工作是弧光放电状态，伏—安特性曲线为负斜率，即灯泡电流上升，而灯泡电压却下降。
在恒定电源条件下，为了保证灯泡稳定地工作，电路中必须串联一具有正阻特性的电路无件来平衡这种负阻特性，稳定工作电流，该元件称为镇流器或限流器。
电阻器、电容器、电感受器等均肯有限流作用。
电阻性镇流器体积小，价格便宜，与高压钠灯配套使用会发生启动困难，工作时电阻产生很高的热量，需有较大的散热空间、消耗功率很大，将会使电路总照明效率下降。
它一般在直流电路中使用，百交流电路中使用灯光有明显所闪烁现象。
电容性镇流器虽然不象电阻性镇流器自身消耗功率很大，温升低，在电源频率较低时，电容器充电时，会产生脉冲峰值电流，对电极造成极大损害，灯光闪烁，影响灯泡使用寿命；在高频电路中工作，电压波动能达到理想状态，成为理想的镇流器。
电感性镇流器损耗小，阻抗稳定，阻抗菌素性偏差小，使用寿命长，灯泡的稳定度比电阻性镇流器好，目前与高压钠灯配套使用的镇流器均为电感性镇流器。
高压钠灯使用手册
高压钠灯使用手册1高压钠灯的基本知识高压钠灯使用时发出金白色光，它具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。
广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。
高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。
1.1工作原理当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。
高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。
高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。
由于气体放电灯泡的负阻特性，如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。
1.1.1伏—安特性高压钠灯同其他气体放电灯泡一样，工作是弧光放电状态，伏—安特性曲线为负斜率，即灯泡电流上升，而灯泡电压却下降。
在恒定电源条件下，为了保证灯泡稳定地工作，电路中必须串联一具有正阻特性的电路无件来平衡这种负阻特性，稳定工作电流，该元件称为镇流器或限流器。
电阻器、电容器、电感受器等均肯有限流作用。
电阻性镇流器体积小，价格便宜，与高压钠灯配套使用会发生启动困难，工作时电阻产生很高的热量，需有较大的散热空间、消耗功率很大，将会使电路总照明效率下降。
它一般在直流电路中使用，百交流电路中使用灯光有明显所闪烁现象。
电容性镇流器虽然不象电阻性镇流器自身消耗功率很大，温升低，在电源频率较低时，电容器充电时，会产生脉冲峰值电流，对电极造成极大损害，灯光闪烁，影响灯泡使用寿命；在高频电路中工作，电压波动能达到理想状态，成为理想的镇流器。
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雪崩过程
电子的自由程
着火条件：
γ（eαL – 1）= 1
α……电离系数 γ……每个正离子平均在电极上 打出的电子数
电子的雪崩
气体放电的伏安特性
A V
电子温度和气体温度
电子温度Te与气体温度Tg在 汞放电中随压力的变化
A 低气压放电灯温度分布 B 高气压放电灯温度分布
高压钠灯的基本电路
镇流器
电源
480
530
580
630
λ (nm)
λ(nm)
380 385 390 395 400
545 550 555 560 565
760 765 770 775 780
V(λ)
0.0000 0.0001 0.0001 0.0002 0.0004
0.9803 0.9950 1.0000 0.9950 0.9786
高压钠灯的管压（1）
• 钠汞齐中汞的比例越高，管压就越高。 • 考虑到钠的损耗，灯中钠汞齐是过量的。灯寿命后期，由
于钠的损考虑到钠灯寿命期间的管压升高，故将初始管压设计得较 低。400W钠灯100V，同功率汞灯和金卤灯135V。 • 电极与电弧管端的距离越近，冷端温度就越高，气压也越 高，管压就高。 • 电极发射性能差也造成管压高。 • 外玻壳中抽成真空是为了减小热导，保持冷端温度。外壳 真空度不高，会使管压降低。
高压钠灯的管压（2）
• 与汞灯不同，外界因素对高压钠灯管压的影响较大。如电 源电压，镇流器阻抗，灯具的散热与反光等。
反光器
反光器
灯
灯
高压钠灯的种类（1）
高显色高压钠灯
• 提高压力使增大，从而谱线范围增宽，提高了显色性
和色温。但光效有较大下降。 • 方法是缩短电弧管并在其两端加保温层以提高冷端温度。
• 符合上述条件的材料只有钨。为了进一步降低发射函数， 在电极上再加上一些发射材料。
材料
W Ba Sr
Ca Y Th WO2 BaO SrO
CaO Y2O3 ThO2
功函数V 4.5 2.49 2.35 2.8 3.3 3.3 5.0 1-1.7 1.3-1.6 1.6-1.9 2-3.9 1.7-3
有较多辐射。但高压氙对启动带来困难。
高光效高压钠灯点灯线路
镇流器
电弧管
电子触发器
电容器
绝缘部件
高压钠灯的种类（3）
快启动高压钠灯 • 用氖氩混合气作启动气体，并附装触发丝来帮助启动，从
而不用触发器就能将灯点亮。 • 这种灯光效较低，只有普通钠灯的75%。
镇流器
电弧管
触发线圈+双金属片
The End
再见
成反比。
• 气体压力增加，碰撞频率就增加，因此电导率减小，电阻 增大，管压也就升高。
• 电子密度随温度的升高迅速增大。电弧中心温度最高，电 子密度最大，电导率也最大。
• 等离子体从电场中吸收的功率为 P = I E = σE2。
电极
• 电极通过热电子发射，将电场的能量持续地传输给等离子 体。
• 电极材料要求有良好的导电性、高的熔点、低的发射函数 和好的耐化学腐蚀性。
• 电极在高温下工作，电极材料会逐渐蒸发，导致电弧管发 黑，光通量下降。
• 电极发射函数降低，可降低电极的能量损耗。
高压钠灯的工作温度
电极温度：2000K 冷端温度：1025K
电弧中心温度：4000K 陶瓷管壁温度：1500K
• 陶瓷管的熔点在2400K。 • 高于1500K时，氧化铝陶瓷开始有蒸发发生，并沉
0.00006 0.00004 0.00003 0.00002 0.00002
680
730
780
高压钠灯光谱
光谱线宽度
• 自然线宽：根据量子物理，激发能级的高度与能级的寿命 成反比。寿命越短，能级高度越不确定。
• 多普勒加宽：原子本身的不规则运动，使光频率变化。多 普勒加宽是对称的，高压钠灯中其宽度在0.4nm数量级。
C
220V
触发器 CD 灯 LP
管 压
• 通电后触发器开始工作，产生高压脉冲将灯点亮。此时灯的管压很 低，电流很大，触发器停止工作。大的电流加热电极和陶瓷管，也
使钠汞齐蒸发。气压和气温逐渐上升，电流减小，管压增加。当输
入的功率（由电源和镇流器决定）与变为等离子体的气体损耗平衡 时，灯稳定在相应的工作点。
积在玻壳上使其发黑，影响光输出。 • 温度更高时，钠会和氧化铝陶瓷发生反应。
发光原理
En Em
hv = En – Em λ=c/v
E0
钠的能级图
高压钠灯的工作物质
钠蒸汽压：100torr 汞蒸汽压：1000torr 氙压： 160torr
• 钠：辐射物质，第一激发电位2.1V，电离电位2.5V， 决定灯的光性能 • 汞：缓冲气体，第一激发电位4.9V，电离电位10.4V，决定电和热性能 • 氙：启动气体，第一激发电位8.4V，电离电位12.1V，要求低的热导率 • 钠汞齐：4mg钠/16mg汞。 • 实际只有0.07mg钠和5.7mg汞蒸发（1025K）。
• 压力加宽（密度加宽）： 邻近原子的干扰，导致激发 原子的能级发生变化。谱线 不一定对称。
自吸收
• 辐射通过等离子体向外传播的途中会部分地被吸收（自吸 收）。
• 自吸收对不同波长不相等，在共振辐射（激发态到基态的 辐射）处最强。
• 压力越高，吸收越强。可用代表压力高低。
光效和显色性
• 压力增加使增大，谱线范围更宽广，显色指数Ra增大； 而光效η受人眼视觉的影响反而下降。
高压钠灯
─ 2006.01.01
高 压 钠 灯 泡
支架兼导线 外玻壳
电弧管
柔性导线 消气剂
灯头
高压钠灯电弧管
氙气 Xe
电子粉
电极
钛焊接 汞齐 陶瓷管
封接 铌管
为什么会发光？
4000~6000K
等离子体
• 高温下气体电离（正离子与电子数量相等），并伴随着激发和发光 • 沙哈定理：
1大气压氩等离子体组分浓度（cm-3）
内触发高压钠灯 • 在灯内加一个起跳装置，一般用双金属片做成，与电弧管
并联。通电对双金属片加热，使其变形而突然断开线路， 由此借助镇流器产生一个高压反向电动势将灯点亮。点亮 后灯的热量保持双金属片为断开状态。灯熄灭后双金属片 冷却返回初始状态。
高压钠灯的种类（2）
高光效高压钠灯 • 提高氙气充入压力，可减小热导提高光效。并且氙在绿区
• 室温时充200torr的氙气，灯工作时达2000torr，可使光效 提高15%。
• 氙对电场强度几乎没有影响。为了得到所需的管压，还是 要加汞。
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
380
人的视觉
V(λ)明视觉曲线 Km = 680 Lm/W
430
汞的作用
• 1）增加电场强度（管压），使灯体积缩小。 钠压100torr时光效最高 钠压100torr，汞压 0 torr时，电场强度7.5V/cm 钠压100torr，汞压1000torr时，电场强度15V/cm
• 2）减小热导损耗，提高灯的发光效率。 汞的热导效率是钠的一半。
• 3）改善灯的颜色。汞在蓝、绿部分有辐射。
• 气体电离：用高频火花器使气体电离。 • 加热电极：给电极灯丝通电加热从而产生热电子发射（如
荧光灯）。 • 缩小极距：采用辅助电极（触发极）缩小启动时电极间的
距离以增加电场强度，使电极中电子发射（场致发射）， 如高压汞灯等。 • 提供高压：在点灯初期提供一个比正常工作电压高得多的 电压，增加电场强度，如触发器等。
温度 K Ar Ar+
Ar++ e
4000 1.835(18) 1.272(10)
─ 1.272(10)
5000 1.468(18) 1.318(12)
─ 1.318(12)
6000 1.223(18) 2.938(13)
─ 2.938(13)
7000 1.048(18) 2.719(14)
─ 2.719(14)
• 选择电弧管直径和电极距离使管壁温度在1500K（钠压 100torr）
氙的作用
• 电弧管内充10~20torr氙气作为启动气体。在所有非放射 性气体中，氙有最低的热导率，因此光效最高。
惰性气体 氖/氩(0.5%)
氩
氪
氙
光效(Lm/W)
91
110
116
120
• 氙的热导率与汞相当，充入高压氙气的灯中可不需要用汞 来增加光效。
8000 9.146(17) 1.450(15)
─ 1.450(15)
9000 8.949(17) 5.344(15) 2.336(6) 5.344(15)
10000 7.040(17) 1.508(16) 1.005(8) 1.508(16)
等离子体的电导率
• 等离子体的电导率由电子决定。电子质量远小于离子。 • 等离子体的电导率σ与电子密度ne成正比，与碰撞频率θc
• 一般高压钠灯以光效为目标，如400W灯=10nm。
高压钠灯能量分布
输入灯功率 Wla =400 W 光通量φ=48000 lm 光效η=120 lm/W 色温 Tc =2100K 显色指数 Ra =23 平均视觉指数 Vs =0.6
灯的启动
• 在通常情况下气体不导电。要点亮灯，需用某种方法产生 初始电子。