Что такое газоразрядная лампа. Газоразрядные лампы: виды, устройство, как правильно выбрать лучшие

Конструктивные особенности галогенных ламп позволяют зажигать их при напряжении 220 В без использования высоковольтного импульсного запальника. Благодаря дросселю и конденсатору в цепи уменьшаются колебания светового потока и повышается коэффициент мощности.

Обзор газоразрядных лампах, область применения

Освещение всегда и везде является главной особенностью, без которой трудно представить современный мир. И мало кто задумывается о том, какие источники света существуют на сегодняшний день, ведь каждый тип ламп производит разный световой поток. Среди всего разнообразия ламп, которые можно вкрутить в осветительный прибор, особое место занимают газоразрядные лампы.

Газоразрядные лампы очень распространены в наше время, их можно встретить в самых разных областях применения — от автомобильного освещения до домашнего. Поэтому полезно знать, что это за продукт и как с ним обращаться. В сегодняшней статье мы расскажем вам все, что нужно знать о газоразрядных лампах.

Обзор

Газоразрядные лампы — это современный источник света, излучающий световую энергию в диапазоне, видимом человеческим глазом. Сердцем газоразрядной лампы является стеклянная колба, в которую под давлением закачивается газ или пары металла. Кроме того, изделие имеет электроды, расположенные на концах стеклянной колбы.

Принцип работы лампы основан на такой структуре, поскольку вся система активируется электрическим разрядом в лампе. В центральной части колбы находится главный электрод. Под ним находится токоограничивающий резистор. Эта структура заставляет лампу загораться, когда через нее проходит электрический разряд. Помимо колбы и электродов, изделие также имеет цоколь, который можно прикручивать к различным лампам для создания домашнего или уличного освещения. Обратите внимание. HID-лампы чаще всего используются в системах уличного освещения. Их часто вкручивают в уличные фонари, автомобили и т.д. Газоразрядные лампы — это специальные устройства, которые могут производить свет с помощью электрического разряда.

Как работает лампочка

Конструктивные особенности газоразрядных ламп были описаны в предыдущем разделе. Также был рассмотрен принцип работы этого изделия. Теперь давайте подробнее рассмотрим принцип работы, чтобы понять, как этот тип источника света производит освещение.

Как работает лампа

Газоразрядная лампа — это особый тип источника света, который производит свет путем создания электрического разряда внутри своей колбы. Принцип работы основан на ионизации газа внутри стеклянной колбы. Принцип работы газоразрядной лампы заключается в том, что определенный газ закачивается в колбу под давлением. В основном для освещения домов, улиц и автомобилей используются инертные газы:

неон;
криптон;
аргон;
ксенон;
смесь газов в различных пропорциях.

Очень часто для освещения домов, машин и дорог используются источники света, содержащие дополнительные газы. Например, газовая смесь может содержать натрий (натриевые модели) или ртуть (ртутные модели). Обратите внимание. Ртутные лампы сегодня более распространены, чем натриевые. Они часто используются в фонарях для уличного освещения. Они также используются для внутреннего освещения в домах.

Ртутные и натриевые лампы относятся к группе галогенных ламп с металлическим паром. Когда на газоразрядную лампу подается ток, в трубке создается электрическое поле. Это приводит к ионизации газа и высвобождению электронов. В результате электроны, вращающиеся в верхних слоях атомов, начинают сталкиваться с другими электронами в атомах металла (специальные добавки в газовой смеси). В результате столкновения электроны перемещаются на внешние орбитали. В итоге высвобождается энергия и фотоны. Так возникает освещение лампы.

Примечания: Освещение, производимое такой лампой, может варьироваться от ультрафиолетового до инфракрасного видимого излучения.

Разновидности лампы

Чтобы добиться разноцветного свечения, на колбу газоразрядной лампы наносят специальное флуоресцентное покрытие. Таким покрытием покрывается внутренняя часть лампы. Это покрытие преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый свет.

Что представляет собой газоразрядная лампа

Газоразрядные лампы — это лампы, в которых для излучения света используется свечение электрического разряда между электродами. Конструкция этих ламп проста — они состоят из лампы и цоколя. Внутрь лампы закачивается ионизированный газ: аргон, неон, криптон, ксенон или их смесь, или галогениды, ртуть или натрий. В зависимости от наполнителя внутри лампы существуют различные типы газоразрядных ламп

Металлогалогенные лампы – часто используются в уличной подсветке;
Натриевые – также распространены в уличном освещении;
Ртутные, среди которых выделяют ультрафиолетовые;
Другие.

Газоразрядные лампы работают на основе сильного электрического импульса, создаваемого пускорегулирующим устройством. Электрический разряд проходит через газообразную среду между электродами на разных концах лампы, в результате чего происходит излучение.

Характеристики газоразрядных ламп

К особенностям газоразрядных ламп относятся:

Долгий срок службы (в сравнении с лампой накаливания) – в диапазоне 3-20 тысяч часов;
Высокий уровень цветопередачи – от 80 до 90 Ra;
Низкий уровень потребления электроэнергии;
Необходимость подключения пускорегулирующего устройства;
Чувствительность к перепадам напряжения;
Наличие токсичных компонентов, что требует специальной утилизации;
Наличие эффекта мерцания и «гудения» при токе определенной частоты.

Статья по теме: Фотореле для уличного освещения: критерии удачного выбора и тонкости монтажа. Как работает фотореле для уличного освещения.

История газоразрядных ламп

Появление газоразрядной лампы тесно связано с историей изобретения неоновой лампы. Явление люминесценции в вакуумной лампе впервые наблюдал в 1675 году французский астроном Жан-Феликс Пикар во время транспортировки ртутного барометра. Транспортировка вызвала ионизацию паров металла в трубке, а разряд статического электричества привел к явлению люминесценции.

Впоследствии ученые сделали ряд важнейших открытий: Они доказали электрическую природу молнии, изобрели электрохимический источник энергии, получили электрическую цепь и даже открыли линейчатый спектр газовых разрядов. Однако первыми коммерчески успешными газоразрядными лампами стали лампы, изобретенные Гейслером в 1855 году. Позднее газоразрядные лампы были доработаны и превратились в то, что мы знаем сегодня.

Сферы применения ГРЛ

Газоразрядные лампы востребованы в самых разных областях применения. Чаще всего их можно встретить на городских улицах, в мастерских, магазинах, офисах, вокзалах и крупных торговых центрах. Они также используются для подсветки рекламных щитов и фасадов зданий.

ГСЛ также используются в автомобильных фарах. В основном это лампы с высокой светоотдачей — неоновые модели. В некоторых автомобильных фарах используются соли галоидных металлов и ксенон.

Первые газоразрядные лампы для автомобилей назывались D1R и D1S. Следующими были D2R и D2S, где S обозначает оптическую форму фары, а R — отражатель. Лампы ГРЛ также используются в фотографии.

Лампы ГРЛ, используемые в фотографии: IFC120 (a), ICS10 (b), IFC2000 (c), IFC500 (d), ISh15 (e), IFP4000 (d).

С помощью этих ламп вы можете контролировать световой поток во время съемки. Они компактны, ярки и недороги. Недостатком является то, что вы не можете визуально контролировать световой поток, создаваемый самим источником света.

В сельском хозяйстве лампы КРЛ используются для облучения животных и растений, а также для стерилизации и дезинфекции продуктов. Для этих целей лампы должны иметь подходящий диапазон длин волн.

Концентрация излучения также имеет большое значение в этом случае. По этой причине наиболее подходящими являются изделия с высокой мощностью.

Виды газоразрядных ламп

Лампы CRL делятся на типы в зависимости от типа свечения, такого параметра, как давление, и предназначения. Все они формируют определенный световой поток. Исходя из этой характеристики, они делятся на:

люминесцентные приборы;
газосветные разновидности;
индукционные варианты.

В первом случае источником света являются атомы, молекулы или комбинации атомов, возбужденные разрядом в газообразной среде.

Во втором типе, люминесцентных лампах, газовый разряд активирует фотолюминесцентный слой, покрывающий лампу, так что лампа начинает излучать свет. Третий тип ламп работает с помощью электродов накаливания, которые нагреваются газовым разрядом.

Ксеноновые лампы для автомобильных фар имеют более чем в два раза большую светоотдачу и яркость, чем их галогенные аналоги.

В зависимости от содержания газа дуговые лампы делятся на ртутно-паровые, натриевые, ксеноновые, металлогалогенные и другие типы. В зависимости от давления внутри лампы они подразделяются еще больше.

При значении давления от 3х10 4 до 10 6 Па они классифицируются как лампы высокого давления. Лампы низкого давления классифицируются со значением от 0,15 до 10 4 Па. При давлении выше 10 6 Па они классифицируются как лампы сверхвысокого давления.

Вид #1 — лампы высокого давления

Лампы RLVD характеризуются тем, что содержимое лампы подвергается воздействию высокого давления. Они характеризуются высоким световым потоком в сочетании с низким энергопотреблением. Обычно они содержат ртуть, поэтому чаще всего используются для уличного освещения.

Эти газоразрядные лампы имеют стабильный световой поток и хорошо работают в плохих погодных условиях, однако они не переносят низких температур.

Существует несколько основных категорий ламп высокого давления: ДРИ и ДРЛ (лампы с парами ртути), ДРИ — то же, что и ДРЛ, но с йодом и рядом модификаций на его основе. В эту группу также входят паронатриевые лампы (ДНаТ) и ДХТ — ксеноновые дуговые лампы.

Первой разработкой стала модель DRT. В маркировке буква D означает дугу, буква P — ртуть, буква T в маркировке указывает на то, что эта модель трубчатая. Визуально она представляет собой прямую трубку из кварцевого стекла. Она имеет вольфрамовые электроды с обеих сторон. Она используется в системах облучения. Внутри находится ртуть и аргон.

На концах лампы ДРТ имеются клеммы с гнездами. Они соединены с металлической полосой, которая облегчает зажигание лампы.

Лампа подключается к сети последовательно с дроссельной катушкой через резонансный контур. Световой поток лампы ДРИ состоит из 18 % ультрафиолетового излучения и 15 % инфракрасного излучения. Такую же долю составляет видимый свет. Остальное — это потери (52 %). Основное применение — в качестве надежного источника ультрафиолетового излучения.

Статья по теме: Монтаж и ремонт выключателя с подсветкой. Как подключить выключатель с индикатором подсветки.

Светильники ДРЛ (ртутные дуговые светильники) используются для освещения помещений, где качество цветопередачи не так важно. Ультрафиолетовое излучение практически отсутствует. Инфракрасное излучение составляет 14 %, а видимое излучение — 17 %. Тепловые потери составляют 69 %.

Положительные и отрицательные стороны ГРЛ

HFL встречаются как в профессиональном оборудовании, так и в оборудовании для научных исследований.

В качестве основных преимуществ ламп этого типа обычно называют их характеристики:

Уровень светоотдачи высокий . Этот показатель не очень снижает даже толстое стекло.
Практичность , выражающаяся в долговечности, что позволяет применять их для уличного освещения.
Устойчивость в сложных климатических условиях . До первого понижения температуры их используют с применением обычных плафонов, а зимой — со специальными фонарями и фарами.
Доступная стоимость .

Недостатки этих ламп не очень многочисленны. Неприятных особенностей у этих ламп не так много. Вторым важным недостатком является сложность включения. Вам нужен только пускорегулирующий аппарат, чтобы ограничить напряжение до необходимых пределов для непрерывного горения и нормальной работы.

Третий недостаток — зависимость параметров горения от достигнутой температуры, что косвенно влияет на рабочее давление паров в лампе.

Поэтому большинство газоразрядных ламп достигают нормальных характеристик горения только через некоторое время после их активации. Их спектр излучения ограничен, поэтому цветовые характеристики как высоковольтных, так и низковольтных ламп не идеальны.

В таблице ниже приведена основная информация о наиболее распространенных люминесцентных лампах, ДРЛ (ртутные дуговые люминесцентные лампы) и натриевых лампах. Четырехэлектродная ДРЛ имеет более высокую световую отдачу, чем двухэлектродная ДРЛ.

Устройства могут работать только в условиях переменного тока. Они включаются с помощью дроссельной катушки. Им требуется определенное время для нагрева. Из-за содержания паров ртути они не являются полностью безопасными.

Что такое газоразрядные лампы

Газоразрядные источники света широко используются сегодня. Они освещают улицы, используются в качестве автомобильных фар, а неоновые вывески также являются газоразрядными лампами. Они также используются для освещения домов и офисов. Существует множество различных форм и видов этих источников света. Они выглядят очень по-разному, но все они имеют общий физический принцип работы — разряд между электродами в герметичной лампе.

Каждый газоразрядный источник света состоит из герметичной стеклянной колбы с электродами внутри. Между электродами протекает разряд. В зависимости от модификации лампа может иметь различную форму. Материал зависит от назначения лампы. Наполнение также бывает разным.

Разряд протекает между электродами. Напряжение зажигания может быть значительно выше напряжения горения. Поэтому для зажигания необходим стартер. Это может быть устройство зажигания в виде последовательно соединенных стартера и дроссельного индуктора. Однако сегодня все чаще используется электронный стартер — ТОЭ. Его конструкция сложнее, но функция та же.

Использование газоразрядных ламп зависит от формы, мощности, материалов и люминесцентного покрытия. Следует отметить, что они чувствительны к температуре окружающей среды. При более низких температурах зажигание затрудняется. Согласно ГОСТу, максимальное время зажигания не должно превышать десяти секунд.

Область применения ГРЛ.

КРЛ, распространенная аббревиатура, обозначает газоразрядные лампы.

Все они основаны на одних и тех же физических принципах, но их применение очень различно. Это могут быть привычные люминесцентные лампы, неоновые вывески, бактерицидные ультрафиолетовые лампы (иногда их называют кварцевыми), лампы для соляриев и даже мощные прожекторы на кораблях и самолетах. Все эти лампы являются КРЛ. В зависимости от мощности и назначения используются различные пускорегулирующие аппараты. Даже спустя более 50 лет с момента их появления они не потеряли своего места.

Автомобильные ксеноновые лампы также относятся к ЦРЛ.

Их можно встретить даже в мониторах, телевизорах и экранах ноутбуков. Они обеспечивают подсветку для ЖК-экранов. Однако следует признать, что в настоящее время они встречаются реже.

По энергопотреблению они находятся где-то между тепловыми источниками света и светоизлучающими диодами. Они характеризуются длительным сроком службы.

Виды газоразрядных ламп.

Различие проводится на основе давления:

ГРЛ низкого давления
ГРЛ высокого давления

Газоразрядные лампы низкого давления.

Люминесцентные лампы (ЛЛ) предназначены для освещения. Они состоят из трубки, покрытой изнутри слоем люминофора. На электроды подается высоковольтный импульс (обычно шестьсот вольт и более). Электроды нагреваются, и между ними возникает тлеющий разряд. Разряд заставляет люминофор светиться. Мы видим свечение люминофора, а не сам тлеющий разряд. Они работают при низком давлении.

Более подробную информацию о люминесцентных лампах можно найти здесь

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) мало чем отличаются от люминесцентных ламп. Единственное отличие — размер и форма колбы. Печатная плата с электроникой для запуска обычно встроена в цоколь. Все рассчитано на миниатюризацию.

Подробнее о производстве КФЛ можно прочитать здесь.

Статья по теме: Выключатель света с дистанционным управлением: 4 схемы. Как подключить выключатель двухканальный с дистанционным управлением.

В лампах подсветки также нет существенных различий. Они питаются от инвертора.

Индукционные лампы. У этого типа ламп нет электродов в колбе. Лампа традиционно заполняется инертным газом (аргоном) и парами ртути, а стенки покрываются слоем люминофора. Ионизация газа возбуждается высокочастотным переменным магнитным полем (25 кГц и более). Сам генератор и газовый баллон могут составлять единое целое, но имеются и отдельные версии.

Газоразрядные лампы высокого давления.

Существуют также аппараты высокого давления. Давление внутри трубки выше атмосферного.

Раньше для наружного уличного освещения использовались ртутно-паровые лампы (сокращенно ДРЛ). Сегодня они используются все реже и реже. Их заменяют металлогалогенные и галогенные натриевые источники света. Причиной этого является их низкая эффективность.

Внешний вид радиационной лампы

Ртутно-иодидные дуговые лампы (РДЛ) содержат горелку в виде изогнутой кварцевой трубки. Внутри нее находятся электроды. Сама дуговая трубка заполнена аргоном — инертным газом, содержащим ртуть и редкоземельный йодид. Он также может содержать цезий. Сама горелка помещена в колбу из жаропрочного стекла. Из колбы откачивается воздух, и горелка находится практически в вакууме. Более новые горелки оснащены керамической горелкой, которая не темнеет. Они используются для освещения больших помещений. Типичная мощность варьируется от 250 Вт до 3500 Вт.

Натриевые лампы (ДНаТ) обладают вдвое большей светоотдачей, чем ДРЛ, при одинаковом энергопотреблении. Данный тип предназначен для уличного освещения. Горелка содержит инертный газ ксенон, а также пары ртути и натрия. Эту лампу можно сразу узнать по оранжево-желтому или золотистому цвету света. Для них характерно относительно длительное время перехода до погасания (около 10 минут).

Источники света ксеноновых дуговых ламп характеризуются белым, ярким светом, спектрально похожим на дневной свет. Мощность ламп может достигать 18 кВт. Современные версии изготавливаются из кварцевого стекла. Давление может достигать 25 атм. Электроды изготавливаются из вольфрама с примесями тория. Иногда используется также сапфировое стекло. Это обеспечивает преобладание ультрафиолетового излучения в спектре.

Преимущества

Газоразрядные лампы сегодня очень популярны и используются в различных сферах. Это обусловлено следующими преимуществами:

высокий уровень светоотдачи;
компактные габариты;
стойкость к внешним изменениям (потому их часто применяют на улицах);
нормальное функционирование при «минусовых» температурах;
экономичность;
долговечность.

Высокая светоотдача позволяет широко использовать газоразрядные лампы в системах освещения различных массовых мероприятий. Нечувствительность к перепадам температур позволяет использовать их на открытом воздухе в любое время года и при любых климатических условиях.

Принцип функционирования

Наиболее важными компонентами ГРЛ являются электроды. Они расположены внутри прозрачной лампы, которая может иметь различную форму. Этот контейнер заполнен газовой смесью под давлением. Помимо газообразного вещества, внутри колбы находятся элементы из пароупругих сплавов металлов (натрия и ртути). Испарение этих металлов вызывает световой поток в видимом диапазоне.

Между отдельными электродами создается вакуум, поэтому вещество, заполняющее трубку, начинает излучать свет. Яркость напрямую зависит от давления и качества наполняющего вещества. Микроскопический размер также увеличивает интенсивность светового потока. Кроме того, состав газа также определяет, насколько высоким должно быть приложенное напряжение.

Следует отметить, что газоразрядная лампа загорается не сразу. Конструкция нагревается постепенно, и по мере ее нагревания увеличивается и яркость светового потока. Это происходит за счет горения внутри лампы. Световая реакция длится около двух минут, в течение которых вещества внутри лампы полностью испаряются. Сегодня некоторые производители ускоряют процесс зажигания КРЛ, увеличивая количество электродов внутри лампы.