V plynových výbojkách se elektrická energie přeměňuje na světlo průchodem elektrického proudu plynem nebo párou kovu. Barva světelného záření závisí na druhu plynu, jeho tlaku a druhu fosforu naneseného na vnitřní stěny skleněné baňky výbojky. Plynové výbojky jsou plněny inertními plyny (neon, argon, krypton nebo xenon), stejně jako rtuťovými nebo sodíkovými parami. 12

2.3.1 Nízkotlaké výbojky

Nízkotlaké trubicové zářivky (obr. 4), které jsou široce používány v osvětlovacích instalacích, se od žárovek výrazně liší ve všech svých vlastnostech. Působení luminiscenčních světelných zdrojů je založeno na různých metodách přeměny různých druhů energie na optické záření. Moderní světelné zdroje využívají elektroluminiscenci (optické záření atomů, iontů, molekul kapalných a pevných těles pod vlivem dopadů elektronů, iontů, urychlených v elektrických polích na energie dostatečné k vybuzení) a fotoluminiscenci (optické záření vznikající pohlcováním optické záření z jiného zdroje).

Rýže. 4 Celkový pohled na nízkotlakou rtuťovou zářivku

Zářivka je na obou koncích utěsněná skleněná trubice, jejíž vnitřní povrch je potažen fosforem (luminofory jsou pevné nebo kapalné látky schopné vyzařovat světlo vlivem různých druhů buzení). Z trubice je odsáván vzduch a je naplněna argonem o tlaku 400 Pa s přídavkem kapky rtuti (60 – 120 mg), která se zahřátím mění na rtuťové páry.

Uvnitř trubice na jejích koncích jsou do skleněných nožiček připájeny elektrody s wolframovým dvouspirálovým vláknem potaženým vrstvou oxidů kovů alkalických zemin (baryum, vápník, stroncium), což usnadňuje intenzivnější emisi elektronů. Elektrody jsou připojeny ke kontaktním kolíkům upevněným v základně.

Při přivedení napětí o určité velikosti na protilehlé elektrody dochází v plynném prostředí výbojky k elektrickému výboji, při kterém se uvolňuje teplo, pod jehož vlivem se rtuť odpařuje. Takový výboj je doprovázen silným ultrafialovým zářením, jehož část se fosfor přemění na viditelné záření. Výběr a kvalita luminoforu určuje barvu vyzařovaného světla a účinnost lampy.

Obloukové zářivky se dělí na svítidla pro všeobecné a speciální účely. Jejich symbol se skládá z několika písmen a číslic. První písmeno (L) charakterizuje, zda žárovka patří do tohoto typu, následující písmena označují buď barvu záření nebo vlastnosti spektra záření: B – bílá; D – denní; E – přírodní; TB – teplá bílá; ХБ – studená bílá; F – fotosyntetický; UV – ultrafialové; K, F, R, Z, G – červená, žlutá, růžová, zelená, modrá; C – s vylepšeným podáním barev. Následují písmena označující konstrukční vlastnosti žárovek: A – amalgám; B – rychlý start; K – kroužek; R – reflex; U – tvar; Ш – drážkované. Číslo za písmeny označuje jmenovitý výkon ve wattech a další číslo je charakteristickým znakem lampy ve srovnání se základním modelem.

READ
Jak správně rozmrazit loupané krevety?

Technické údaje zářivek v obvodech startéru jsou uvedeny v tabulce. 4

Kompaktní zářivky (CFL) fungují na stejném principu jako klasické zářivky, ale mají jiný design. Kompaktní zářivky jsou navrženy tak, aby přímo nahradily nízkoúčinné žárovky, což umožňuje úsporu až 75 % spotřeby energie. Mají zabudovaný předřadník (předřadník) a jsou vybaveny standardní závitovou základnou. CFL se vyrábí s výkonem od 5 do 57 W a životností od 6 do 12 tisíc hodin.

Pro zapálení a spálení výbojek musí být k nim sériově zapojen předřadník. Existují startovací a nestartovací předřadníky a v prvním je počáteční zahřátí elektrod zajištěno krátkodobým sepnutím kontaktů startéru připojeného paralelně k lampě a ve druhém napájením napětí elektrody ze speciálních zařízení postavených na bázi obvodů násobení napětí (obr. 5), žhavící transformátory atd. .P.

Rýže. 5. Startovací obvod pro rozsvícení zářivky

V tuto chvíli je obvod připojen k síti k elektrodám lampy 1 a startér 2 je použito plné síťové napětí, protože v obvodu není žádný proud a na induktoru dochází ke ztrátě napětí 3 nepřítomný. Dokud se elektrody lampy nezahřejí, napětí v síti nestačí k zapálení lampy, ale stačí k zapálení startéru. Ve startéru dojde k výboji a proud teče v obvodu obvodem: síť – první elektroda lampy – startér – druhá elektroda lampy – induktor – síť.

Aby se odstranila řada nedostatků, které doprovázejí provoz plynových výbojek, jsou do obvodu zavedeny kondenzátory 4-6. Kondenzátor je připojen paralelně ke startovacím elektrodám 4, jehož účelem je snížit amplitudu a prodloužit dobu trvání napěťového impulsu, což podporuje spolehlivé zapálení lampy. Paralelně s lampou je zapojen kondenzátor 5. Je navržen tak, aby zlepšil účiník obvodu. Paralelně jsou také zapojeny kondenzátory 6, jejichž střední bod je připojen k tělesu lampy. Jsou navrženy tak, aby potlačovaly rádiové rušení šířící se sítí.

Doba zapálení lamp při normálním napětí elektrické sítě by neměla být delší než 10 s a doba, kdy lampy dosáhnou svých maximálních charakteristik, by neměla být delší než 15 minut.

2.2.1 Svítidla se sálavým výbojem plynu.Plynové výbojky jsou takové, u kterých dochází k optickému záření v důsledku elektrického výboje v plynech, parách nebo jejich směsích při průchodu elektrického proudu, mají vyšší světelnou účinnost a delší životnost než žárovky. Jsou zvláště účinné pro osvětlení. Ve vyspělých zemích světa tak vytvářejí více než polovinu světelného toku Světelná účinnost moderních zářivek dosahuje více než 100 lm/W.

READ
Jak funguje mechanismus zámku dveří?

Vysokotlaké rtuťové výbojky mají vysoký světelný výkon (45-60 lm/W) a dlouhou životnost (10-15 tisíc hodin). Používají se především pro venkovní osvětlení.

Volbou vhodných podmínek plnění a vybíjení je možné vytvořit vysoce účinné zdroje téměř v jakékoli oblasti spektra, včetně ultrafialového a infračerveného. V tomto případě je možné získat záření jak v jednotlivých spektrálních pásmech, tak záření se spojitým spektrem.

Vysokotlaké sodíkové výbojky a halogenidové výbojky jsou lepší než rtuťové obloukové výbojky.

Jas plynových výbojek převyšuje svítivost žárovek desítky a stovkykrát.

První nevýhodou plynových výbojek je obtížnost jejich rozsvícení, protože jejich zapálení vyžaduje větší napětí než pro stabilní spalování. Pro stabilní spalování je nutný předřadník, který omezuje vybíjecí proud na určitou mez. Druhou nevýhodou je závislost charakteristik plynových výbojek na teplotě, na které závisí tlak par pracovní látky výbojky. To vede k tomu, že nominální režim se nastaví až po nějaké době po zapnutí. Opětovné zapálení výbojek s výbojem v kovových parách při vysokém a ultravysokém tlaku bez speciální techniky je možné až po uplynutí určité doby po vypnutí.

Princip činnosti plynových výbojek je založen na elektrickém výboji mezi elektrodami zatavenými v průhledné baňce. Někdy se pro zapálení zavádějí další elektrody. Po dehydrataci a odplynění se vnitřní prostor baňky naplní inertním plynem nebo inertním plynem s malým množstvím kovu o vysokém tlaku par (rtuť, sodík). Zavádějí se také halogenidy některých kovů.

K výrobě plynových výbojek se používají doutnavé a obloukové výboje v plynu. Typ výboje je určen parametry prvků vnějšího obvodu (napájecí napětí) a odporem předřadníku, typem katody a tlakem plynu a páry naplňující výbojku. Doutnavý výboj hoří při nízkém tlaku plynu v řádu desítek milimetrů rtuti (několik tisíc pascalů). Proudová hustota je 10-5-10-2 A/cm2. Obloukový výboj se od doutnavého výboje liší vysokou proudovou hustotou na katodě (10 2 -10 4) A/cm 2 a malým poklesem potenciálu katody (5-15) V. Tlak plynu je 10 -1 -10 8 Pa. Výbojový proud v obloukovém výboji se může pohybovat od zlomků ampéru až po stovky ampérů. Všechny lampy používají pozitivní sloupcové záře.

READ
K čemu slouží svařovací elektroda?

Klasifikace výbojek je možná podle fyzikálních konstrukčních vlastností, provozních vlastností a rozsahu použití.

1 Podle složení plynunebo páryPlynové výbojky se dělí na výbojky s výbojem v plynech, výbojky s výbojem v parách kovů a výbojky s výbojem v parách kovů a jejich sloučeninách.

2 Podle pracovního tlakurozlišovat: nízkotlaké výbojky (10 -1 -10 4 Pa), vysokotlaké výbojky (3·10 4 -10 6 Pa) a ultravysokotlaké výbojky (více než 10 6 Pa).

3 Podle typu výboje plynuJedná se o: doutnavky, obloukové výbojky a pulzní výbojky.

4 Podle oblasti zářeExistují doutnavky a kladné sloupové lampy.

5 V závislosti na zdroji záření plynové výbojky se dělí na:

plynové nebo parní světlo, ve kterém je záření způsobeno excitací atomů, molekul nebo rekombinací iontů;

fotoluminiscenční(luminiscenční), záření, ve kterém je vytvářeno fosfory vybuzenými výbojovým zářením;

elektrodové světlo, ve kterém záření vzniká elektrodami zahřátými ve výboji na vysokou teplotu.

6 пo tvaru baňkyExistují trubicové, kapilární (v trubicích o malém průměru menším než 4 mm), kulové, ve kterých je baňka kulovitá a vzdálenost mezi elektrodami je menší než vnitřní průměr baňky.

9 Metodou chlazeníUvažují se lampy s přirozeným chlazením a nuceným chlazením.

U mnoha plynových výbojek je výbojka (hořák) umístěna uvnitř jiné žárovky, která plní řadu funkcí:

1) chrání hořák před poškozením;

2) snižuje vliv prostředí na tepelný režim hořáku;

3) chrání vyhřívané vodiče a instalaci před oxidací;

4) slouží k nanášení různých nátěrů.

Zapálení výboje v plynových výbojkách je možné pouze při napětí nad určitou hodnotu, kdy je možný lavinový vznik nábojů v plynové mezielektrodové mezeře. To vede k prudkému nárůstu proudu během 10 -5 -10 -7 s a vzniku záře. Tento proces se nazývá samovybíjecí proces zapalování. Zápalné napětí závisí na druhu plynu, jeho tlaku, vzdálenosti mezi elektrodami, materiálu a vlastnostech katody.

Zavedení malého a někdy nevýznamného množství speciálních přísad má významný vliv na zapalovací napětí samovybíjení.

Snížení zapalovacího napětí je také dosaženo:

zavedení pomocné elektrody, výběr plynu a jeho tlaku;

aktivace katod, která snižuje pracovní funkci elektronů;

předžhavení katod zajišťující tepelnou emisi elektronů;

vytvoření počáteční ionizace v plynu v důsledku vysokofrekvenčního výboje nebo radioaktivních léků;

READ
Jak se jmenuje ta věc, která vyřezává dřevo?

použití vodivých pásků na povrchu lampy, měnících rozložení elektrického pole.

V závislosti na typu výboje se používají studené nebo horké katody. Studené katody se používají ve výbojkách. Mají teplotu přibližně 100-200 0 C. K emisi elektronů v nich dochází v důsledku bombardování povrchu katody kladnými ionty. Takové katody jsou vyrobeny z materiálů s nízkým katodovým naprašováním (ocel, nikl, hliník). Často, aby se snížilo zapalovací napětí, je povrch katody potažen tenkou vrstvou sloučenin kovů alkalických zemin.

2.2.2 Zářivky. Princip činnosti zářivek je založen na využití fotoluminiscence fosforu naneseného na vnitřním povrchu žárovky pod vlivem ultrafialového rezonančního záření rtuťových par o tlaku 5-10 Pa. Využívá se především záření dvou rtuťových čar o vlnových délkách 253,7 a 184,9 nm. Přídavek inertního plynu (argon, směs argonu a sodíku) o tlaku 200-400 Pa usnadňuje zapálení obloukového výboje a zvyšuje emisi rtuťových rezonančních čar. Rezonanční záření tvoří více než 60 % výkonu lampy, z toho 55 % pochází z linky 253,7 nm.

Existují bezrtuťové zářivky s výbojem v inertních plynech. Jsou netoxické a mohou pracovat při nízkých teplotách, ale mají krátkou životnost a nízký světelný výkon.

Barva zářivek je dána složením fosforu. V zásadě se jako fosfor používá halogenfosforečnan vápenatý dopovaný manganem a antimonem. V tomto případě se koncentrace manganu pohybuje od 0,35 do 1,2 % hmotn. a koncentrace antimonu zůstává konstantní a činí 1 %. Tato změna ve složení fosforu umožňuje vyrábět zářivky s různými teplotami barev. Jiné fosfory se používají pro reklamní tubusy. Trubice se vyrábí v 17 barevných odstínech, čehož je dosaženo mícháním luminoforů, dále plněním trubic neonem, argonem nebo jejich směsí se rtutí.

2.2.3 Metalhalogenidové výbojky. Jejich práce je založena na skutečnosti, že halogenidy mnoha kovů se vypařují snadněji než kovy samotné a nezničí baňku. Proto se do baňky zavádějí halogenidové sloučeniny, nejčastěji používanými halogeny jsou jód, brom a chlor. Po zapálení výboje a dosažení provozní teploty přecházejí halogenidy do parního stavu. Jakmile jsou v centrální zóně výboje s teplotou několika tisíc Kelvinů, rozkládají se na halogeny a kov. V tomto případě atomy kovu vyzařují charakteristické spektrum. Difúzí na stěny opět reagují s halogenem a tak dále. To poskytuje dvě základní výhody. Za prvé se ve výboji vytvoří dostatečná koncentrace atomů kovů poskytující požadované emisní spektrum, protože při provozní teplotě křemenné baňky 800-900 0 C je tlak par halogenidů mnoha kovů výrazně vyšší než samotných kovů (thalium, indium, skandium atd.). Za druhé je možné zavádět do výboje alkalické a jiné agresivní (například kadmium, zinek) kovy, které ve své čisté formě způsobují rychlou destrukci křemenného skla při teplotě 300-400 0 C, ale ve formě halogenidy takovou destrukci nezpůsobují.

READ
Jak správně vložit hmoždinku do zdi?

Některé kovy poskytují čárové spektrum (sodík – 589 nm, thalium – 535 nm, indium – 435 a 410 nm). Jiné kovy vytvářejí spektrum hustě rozmístěných spektrálních čar, které vyplňují celou viditelnou oblast (skandium, titan, dysprosium atd.). Halogenidy cínu poskytují spojitá molekulární spektra.

2.2.4 кSenonové lampy. Tyto výbojky jsou skleněné (často křemenné) žárovky naplněné xenonem při vysokém tlaku. Realizují obloukový výboj s proudovou hustotou desítek a stovek ampér na centimetr čtvereční. Emisní spektrum xenonových výbojek je spojité v rozsahu od 200 nm do 2 mikronů s jednotlivými intenzivnějšími pásy. Ve viditelné oblasti je spektrum blízké spektru slunce s barevnou teplotou 6100-6300 K. V blízké infračervené (IR) oblasti v rozsahu 0,8-1 mikronu je několik intenzivních spektrálních čar.

Zvyšující se charakteristika proud-napětí jim umožňuje pracovat s malým předřadníkem nebo bez něj u dlouhých žárovek. Parametry výbojek nezávisí na teplotě (do minus 50 0 C), ale jejich činnost závisí na magnetických polích.

Z celkového výkonu xenonových výbojek tvoří záření 40 %. Asi 9 % je vyzařováno v ultrafialové oblasti, 35 % ve viditelné oblasti a 56 % v blízké infračervené oblasti. Světelný výkon je 30 lm/W. V lampách s malou vzdáleností mezi elektrodami je možné získat jas 10 9 cd/m2. Záření takových lamp je dobře modulováno proudem o frekvencích až desítek kilohertzů.

Obvykle se při jejich ovládání používá vertikální poloha: s anodou směřující nahoru, protože v tomto případě je konvekční tok plynu a tok elektronů nasměrován v různých směrech, díky čemuž je dosaženo stabilnějšího hoření lampy . Tepelné podmínky nemají prakticky žádný vliv na elektrické a světelné vlastnosti lamp.

Preventivní opatření při práci s xenonovými výbojkami jsou způsobena jejich nebezpečím výbuchu i při absenci proudu, protože xenon v jejich baňce je pod vysokým tlakem, minimálně 0,3-0,5 MPa.

Xenonové výbojky se používají jako osvětlovací zařízení ve filmových kamerách a jako čerpací zdroje v pevnolátkových laserech. V poslední době našly široké uplatnění jako automobilové lampy.