Особливі властивості ртутних ламп високого і надвисокого тиску
Із особливих властивостей ртутних ламп високого і надвисокого тиску звернемо увагу на такі.
Спектр ртутного розряду в цих лампах в області видимого випромінювання складається в основному з чотирьох ліній, що знаходяться у фіолетовій, зеленій і жовтій зонах цієї області (λ= 404,7; 435,8; 546,1 і 577/579 нм). Через відсутність у спектрі розряду ліній, які знаходяться в зоні червоного випромінювання ( λ=600-780 нм), колір освітлюваних цим розрядом об'єктів, у забарвленні яких присутні оранжево-червоні тони (у тому числі колір шкіри людини), істотно відрізняється від реального. Якраз невисока кольоропередача є одним з найбільш істотних недоліків ртутних розрядів високого і надвисокого тиску.
Значна частина випромінювання ртутного розряду при високому тиску знаходиться в ультрафіолетовій області спектра (в діапазоні довжин хвиль 250-360 нм). Потік ультрафіолетового випромінювання у цих ламп може навіть досягати 40 % від загального потоку випромінювання. З підвищенням температури плазми, яка в дуговому розряді може досягати кількох тисяч градусів, вихід ультрафіолетового випромінювання зростає.
Для збільшення світлової віддачі ртутних РЛВТ і РЛНВТ ультрафіолетове випромінювання їхнього розряду за допомогою люмінофорів перетворюють у видиме, а для поліпшення спектрального складу їхнього випромінювання використовують люмінофори, які перетворюють це ультрафіолетове випромінювання розряду у видиме в червоній області спектра. Без виправлення спектрального складу світлового потоку ртутні РЛВТ і РЛНВТ через викривлення передачі кольору мало придатні для освітлення.
Розрядні лампи, в яких застосовується люмінофор, що компенсує нестачу випромінювання розряду в червоній області спектра, характеризують відносним вмістом червоного випромінювання у повному. Цей показник називають червоним відношенням. Визначають його як відношення світлового потоку, що відповідає червоній області спектра, до повного світлового потоку і позначають звичайно символом Фч.
Вимірюють червоне відношення у відсотках.
Ефективно перетворюють ультрафіолетове випромінювання у видиме і одночасно забезпечують високі значення червоного відношення ламп рідкоземельні люмінофори, зокрема, ванадат-фосфат ітрія, активований або європієм (Л43), або європієм і тербієм (Л50). Лампи з такими люмінофорами мають червоне відношення Фч=10-14%. Проте рідкоземельні люмінофори дуже дорого коштують. Тому частіше використовують суміш люмінофорів, що складається з ортофосфату кальцію-цинку, активованого оловом (Л42-ВД), і люмінофора Л50 або Л43 у процентному співвідношенні відповідно 75 і 25 %. Така суміш коштує значно дешевше. Ртутні лампи при її використанні мають червоне відношення Фч =6 %.
Ртутні РЛВТ і РЛНВТ класифікують переважно за конструкційними ознаками. При цьому їх поділяють на лампи високого тиску з виправленою кольоровістю, трубчасті, кульові лампи надвисокого тиску з природним охолодженням і капілярні лампи надвисокого тиску з примусовим (повітряним або водяним) охолодженням.
Особливості розрядних ламп з дуговим розрядом в інертних газах при високому та надвисокому тиску і великій густині струму
Однією з найважливіших особливостей РЛ з дуговим розрядом в інертних газах (аргоні, криптоні, ксеноні) при високому тиску і великій густині струму є те, що вони мають у широкому діапазоні довжин хвиль неперервний спектр випромінювання. Завдяки цьому такі лампи забезпечують дуже високу якість кольоропередачі. Так, колірна температура випромінювання розряду в ксеноні при високому та надвисокому тиску і великій густині струму складає 6100-6300 К, а його колірний індекс Ra = 95-98, тобто випромінювання цього розряду наближається до сонячного. Відрізняється воно від білого тільки незначним жовтуватим відтінком. Випромінювання розряду в аргоні має голубий відтінок, а в криптоні - рожевий. Поряд з цим яскравість розряду в інертних газах при високій густині струму може бути дуже великою.
На відміну від дугового розряду в парах металів дуговий розряд в інертних газах при високому і надвисокому тиску і високій густині струму має зростаючу ВАХ (рис. 4.10). Це дозволяє стабілізувати такий розряд в лампах за допомогою баласту з відносно малим значенням опору, а іноді й зовсім без використання баласту.
Рис. 4.10. Вигляд ВАХ дугового розряду в ксеноні та криптоні при високому тиску і великій густині струму
Тиск у холодних і працюючих лампах з розрядом в інертному газі розрізняється набагато менше, ніж у лампах з розрядом в парах металів, у яких тиск цих парів у розрядних трубках перед початком роботи взагалі дуже низький. Тому період розгорання розряду в газових РЛВТ і РЛНВТ відсутній, що також є важливою позитивною особливістю таких ламп.
Поряд з цим дуговий розряд високого і надвисокого тиску в інертних газах має в 3-5 разів нижчі значення градієнта потенціалу у своєму стовпі, ніж ртутний розряд при тому ж тиску і аналогічних інших умовах. Тому струм РЛВТ і РЛНВТ з розрядом в інертних газах при однаковій потужності, однаковій довжині розрядного проміжка та інших аналогічних умовах в 3 - 5 разів більший, ніж у РЛВТ і РЛНВТ з розрядом в парі ртуті. Це є значним недоліком таких ламп. Чим більшим є струм лампи, тим масивнішими мають бути у неї як вводи в розрядну трубку, так і електроди.
Значення градієнта потенціалу в стовпі розряду дещо збільшуються при заміні аргону на криптон і криптону на ксенон.
Така велика різниця значень градієнта потенціалу в стовпі розряду, коли він відбувається в інертних газах і парі ртуті при високому і надвисокому тиску, пояснюється значною різницею ефективних поперечних перерізів атомів інертних газів і ртуті. Цей переріз у атомів ртуті набагато більший, ніж у атомів інертних газів. Тому при однаковому тиску довжина середнього вільного пробігу електронів в інертних газах також є набагато більшою, ніж у парі ртуті (через меншу імовірність зіткнень з нейтральними атомами). Проте при досить великих значеннях струму (значній концентрації електронів) градієнт потенціалу в стовпі розряду в інертних газах починає зростати з подальшим збільшенням струму і може досягти у ксеноновому розряді таких же значень, як і у ртутному і навіть більших.
Істотним недоліком ламп з розрядом в інертних газах і з високим і надвисоким тиском є і досить висока напруга запалювання. Вона набагато більша, ніж у РЛВТ і РЛНВТ з парами металів, розряд у яких теж запалюється в інертному газі. Проте, якщо в холодних розрядних трубках РЛВТ і РЛНВТ з парами металів тиск інертного газу досить низький, то для отримання високого і надвисокого тиску газу в гарячій трубці він має бути досить високим і в холодній. При цьому він є далеким від того, який відповідає мінімуму кривої Пашена. Цим і пояснюється зазначений вище недолік РЛ з розрядом в інертних газах при високому і надвисокому тиску.
Лампи з дуговим розрядом в інертних газах при високому і надвисокому тиску мають і набагато менші значення світлової віддачі, ніж більшість інших РЛ. Так, світлова віддача у ксенонового розряду при високому і надвисокому тиску і інших аналогічних умовах приблизно в 1,5 рази менша, ніж у ртутного, у криптонового вона нижча більше ніж у два рази, а у аргонового - ще нижча. Із збільшенням питомої потужності розряду і збільшенням діаметра розрядної трубки світлова віддача ламп цього типу дещо зростає. Це її зростання пояснюється зменшенням частки теплових втрат у повній потужності розряду при збільшенні питомої потужності. Проте при подальшому збільшенні питомої потужності розряду максимум випромінювання починає зміщуватися у бік коротших довжин хвиль, до яких чутливість ока людини менша, і тому світлова віддача цього розряду починає поступово зменшуватися. У ксенонового розряду вона досягає максимального значення (45-49 лм/Вт) при питомій потужності розряду 6-9 кВт/см.
Завдяки більшим значенням світлової віддачі стовпа ксенонового розряду і вищим значенням градієнта потенціалу у ньому в порівнянні з їх значеннями для розряду в аргоні і криптоні, а також і меншому анодно-катодному падінню напруги Ua+ UK , в лампах даного типу використовується переважно дуговий розряд у ксеноні.