История электротехники

Ртутные лампы низкого давления являются весьма эффективными с точки зрения ультрафиолетового излучения с длинами волн 185 и 254 нм. На эти волны при низких давлениях приходится до 80% излучаемой разрядом мощности. Эти спектральные волны могут быть перемещены либо в эритемную, либо в видимую область излучения с помощью люминофора, наносимого на внутреннюю поверхность колбы лампы. Существуют различные типы люминесцентных ламп (ЛЛ):

с самокалящимися электродами, в которых зажигание разряда происходит при предварительном накале катодов;

высоковольтные мгновенного зажигания с самокалящимися электродами без предварительного накала;

высоковольтные тлеющего разряда с холодными электродами;

компактные (КЛЛ), которые можно прямо вкручивать в патрон вместо ламп накаливания;

высокочастотные КЛЛ (ВЧКЛЛ);

безэлектродные КЛЛ.

На рис 9.1 показаны некоторые типы люминесцентных ламп.

КЛЛ имеют по сравнению с обычными лампами накаливания в 10 раз больший срок службы и потребляют при равных световых потоках в 5 раз меньше электроэнергии [9.4]. В настоящее время они используются с электромагнитными или электронными аппаратами. Большими преимуществами, по сравнению с КЛЛ обладают ВЧКЛЛ. Эти преимущества связаны с увеличением светоотдачи с ростом частоты питания и уменьшением вредного влияния частотных колебаний светового потока на глаз человека.

На срок службы ЛЛ заметное влияние оказывают электроды, во-первых, из-за распыления их материала, которое приводит к потеменению горелки и уменьшению светового потока, и, во-вторых, из-за увеличения при эксплуатации лампы работы выхода электронов, приводящей к увеличению напряжения зажигания и ускорению выхода лампы из строя. Поэтому проводились работы по созданию безэлектродных КЛЛ [9.5, 9.6], в которых поддержание разряда в парах ртути в смеси с инертными газами осуществляется электромагнитным полем, создаваемым генераторами вне горелки. Общий вид безэлектродной КЛЛ с соленоидальным индуктором показан на рис. 9.2. Разработано немало разновидностей конструкций безэлектродных ламп (кольцеобразной формы, с передачей электромагнитной энергии с помощью антенны и др.).

Безэлектродные ИИ бывают низкого и высокого давления. В.каждом диапазоне давления они делятся на ИИ повышенной частоты (с рабочей частотой до 3 МГц), высокой частоты (с рабочими частотами от 3 до 300 МГц) и сверхвысокочастотные (с частотой, превышающей 300 МГц). С увеличением частоты возможности увеличения светоотдачи растут. Если при частотах меньше 3 МГц светоотдача не превышает 52 лм/Вт, то при частотах больше 300 МГц светоотдача уже превышает 100 лм/Вт.

Возможности широкого применения ИИ определяются кроме чисто светотехнических факторов также экономическими (стоимостью ИИ, генератора колебаний) и опасностью воздействия ВЧ-излучения на человека.

При решении многих научно-технических проблем требуется создание световых импульсов большой интенсивности. Это привело к созданию импульсных ИИ. Соотношения между параметрами (мощностью, яркостью, световым потоком) ИИ непрерывного действия и импульсных приведены в табл. 9.1 [9.7].

Кратковременные световые вспышки могут быть получены различными методами: при химической реакции (лампы с металлической фольгой, сгорающей в атмосфере кислорода или фтора), кратковременном возбуждении люминофора электронным пучком, кратковременном электрическом разряде в газе или в парах металла. Наибольшее распространение получили импульсные разрядные источники излучения.

В последние годы появилась информация о новых безэлектродных микроволновых серных лампах [9.8]. Анализ характеристик серной лампы и сравнение ее с другими, серийно выпускаемыми ИИ был сделан Г.Н. Рохлиным [9.9]. Схематически общий вид серной лампы показан на рис. 9.3. Светящее тело в виде шаровой кварцевой колбы имеет малые размеры (диаметр около 3 см). Колба наполнена инертным газом и определенным количеством серы. Исследования показали, что разряд в шаровой колбе практически не взаимодействует со стенками и срок службы лампы определяется постепенным разрушением наружных стенок колбы за счет пылинок в охлаждаемой струе воздуха. В настоящее время срок службы лампы составляет несколько десятков тысяч часов, световая отдача — 130–150 лм/Вт, световая отдача с учетом потерь в генераторе микроволновой энергии — 90–100 лм/Вт. Спектр излучения серной лампы близок к солнечному. На рис. 9.4 показаны спектральное распределение энергии излучения серной лампы, солнечный спектр и кривая относительной спектральной чувствительности глаза. Из сопоставления кривых можно сделать вывод об очень хорошей эффективности серной лампы для человеческого глаза. Изменяя состав наполнения колбы, можно получать хорошие спектры излучения в различных участках оптического диапазона спектра (видимой, ультрафиолетовой, инфракрасной). Серные лампы выпускаются мощностью 6, 5 и 1 кВт. Ведутся разработки серных ламп на меньшие мощности. Очевидно, что серные лампы в будущем найдут широкое применение в технике излучения. В России разработкой серных ламп занимается лаборатория под руководством Э.Д. Шлиффера.