高压气体放电灯（高压气体放电灯）
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更新时间：2022-11-14
高压气体放电灯
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高压气体放电灯是气体放电灯的一类，（高压气体放电灯）它通过灯管中的弧光放电，再结合灯管中填充的惰性气体或金属蒸气产生很强的光线。
基本信息
| 中文名 | 高压气体放电灯 |
| 外文名 | High intensity Discharge |
| 寿命 | 1万小时或2万小时以上 |
种类及特点
高压钠灯
高压钠灯使用时发出金白色光，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。
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，再回到基级无限循环，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元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、电感受器等均带有限流作用。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的闪烁现象。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。其缺点较苯重及价格偏高。另外，电子镇流器已经开始出现，目前其价格昂贵，可靠性还不能与高压钠灯相匹配，除特殊场合使用外，一般情况下很少被采用。所以，高压钠灯必须串联与灯泡规格相应的镇流器后方可使用。高压钠灯的点灯电路是一个非线性电路，功率因数较低，因此在网路上考虑接补偿电容，以提高网路的功率因数。
高压汞灯
高压汞灯是玻壳内表面涂有荧光粉的高压汞蒸气放电灯，柔和的白色灯光，结构简单。低成本，低维修费用，可直接取代普通白炽灯，具有光效长，寿命长，省电经济的特点，适用于工业照明、仓库照明、街道照明、泛光照明安全照明等。高压汞灯发出的光中不含红色，它照射下的物体发青，因此只适于广场、街道的照明。除作普通照明用的高压汞灯外，还有在外壳上加反射膜的反射型灯(HR)，适于300～500nm重氮感光纸的复印灯，广告、显示用的黑光灯，有红斑效应的医疗用太阳灯，作尼龙原料光合化学作用和涂料、墨水聚合干燥的紫外线硬化用的汞灯等。
高压汞灯是由石英电弧管，外泡壳（通常内涂荧光粉），金属支架，电阻件和灯头组成。电弧管为核心元件，内充汞与惰性气体。放电时，内部汞蒸气压为2-15个大气压，因此称为高压汞灯。高压汞灯，应用了先进的制灯工艺，使高压汞灯的光效更高，寿命更长。发白光，色温4100K左右，而且经济实惠，被广泛应用于室内外的工业照明，道路照明灯领域。
自镇流高压汞灯，由于该产品不需要外接镇流器，所以使用非常方便。其光效是白炽灯的2倍，寿命是白炽得灯的10倍，而且经济实惠，被广泛应用于室内外的工业照明，庭院照明，街区照明等领域。
高压汞灯是紫外固化的标准灯，发热大，要用空气或水冷却，但功率高，适用于要求固化速率快的光固化涂料、油墨涂覆流水线。缺点是要求冷启动，就是说关灯后马上在开灯，是开不了的，必须等几分钟灯管冷却下来以后才能重新开启，这是和白炽灯是不同的。
氙气灯
氙灯是一种在椭球形石英泡壳内充有0.019～0.0266MPa高压氙气、极间距离小于10mm的氙灯。20世纪40年代初，联邦德国奥斯兰公司发展研究中心实验室率先研究了稀有气体短弧光源的特性，经多年研制和改进，于1951年正式向市场推出超高压短弧氙灯。1954年，在联邦德国科隆世界照明和电影博览会上，蔡司－依康公司展出了第一只作为电影放映光源的氙灯。随后荷兰、日本、美国、英国、苏联和中国也相继研制和生产各种规格的电影放映用氙灯。此后，超高压短弧氙灯已在世界上大多数影院取代碳弧光源成为新的电影放映光源。
氙灯按其使用特点可分为自然冷却、风冷和水冷3种。小功率灯采用自然冷却，功率在 3000～5000W的灯采用风冷，更大功率的灯采用水冷。
超高压短弧氙灯发光效率约40lm/W。直流燃点时，在离开阴极0.07lc(lc为极距)处，有一个称之为阴极光斑的最亮点，该点的辐射光达灯的总辐射光通量的70%以上，这使超高压短弧氙灯成为近乎理想的点光源，尤其有利于光学系统的设计和使用。功率为 75～5000W的灯，其峰值亮度为 (50～650)×106cd/m2；2500W的大功率灯，峰值亮度可达2×109cd/m2。
超高压短弧氙灯具有几乎瞬态的光学启动特性──一启动即辐射出灯的总光通量的80%,1分钟后达90%，2.5分钟后达到100%。它需配备专用的启动器和直流电源，寿命约为500～1500h。灯可水平或垂直燃点。1000W以上的氙灯，水平燃点时需附加磁场稳弧装置。超高压短弧氙灯因充有高压氙气，贮运、保存均应放在专用盒内，以防爆炸。使用时应采取必要的防爆及防紫外辐射措施。
超高压短弧氙灯亮度高、发光区域小、显色性好，光色接近日光且光色稳定，广泛用于电影放映、太阳模拟器、电弧成像炉、D65模拟光源聚光器、印刷制版、复印机、光学仪器、人工气候模拟等。80年代已在研制阻止臭氧发生和有防爆结构的新品种。长弧氙灯是一种在管状石英泡壳内充有适量高纯度氙气、二端封有极距大于 100mm的钍钨、钡钨或铈钨电极的氙灯。1963年，中国电光源专家蔡祖泉试制成功长弧氙灯。长弧氙灯有自然冷却和水冷两种。自然冷却氙灯一般充 (2.66～26.6)×102Pa的氙气，水冷氙灯充(1.33～5.32)×104Pa的氙气，色温为5500～6000K，功率可从102～2×106kW，发光效率为24～37lm/W。水冷式长弧氙灯的发光效率可达60lm/W,一般寿命达3000h。长弧氙灯的功率可以做得很大，伏安特性具有正阻特性，所以只需安装启动装置，其规格有带镇流器的和不带镇流器的两种。
长弧氙灯的辐射光谱与日光接近，适于大面积照明，也可用作电影摄影、彩色照相制版、复印等方面的光源；同时，在棉织物的颜色检验、药物和塑料老化试验、植物栽培、光化反应等方面，也可作模拟日光和人工老化光源。此外，大功率长弧氙灯还可作为连续激光光源。
80年代由于出现了光色好、光效更高的光源，长弧氙灯作为照明光源已基本上被取代。脉冲氙灯是利用贮存的电能或化学能，在极短时间内发生高强度闪光的氙灯。19世纪中叶，F.塔尔博特首次应用火花隙放电作为高速摄影的曝光光源，这是最早的人造脉冲光源。以后出现了惰性气体脉冲放电光源，才使脉冲光源真正进入实用阶段。1935～1945年，一系列脉冲光源在商业市场出现。50年代，脉冲光源进入工业领域。脉冲氙灯一般由密封在玻璃或石英玻璃体内的两个电极组成，壳体中充以氙等惰性气体。脉冲光源的闪光持续是指1/3峰值光强所对应的时间间隔，称为脉冲宽度。它主要由光源的结构和点灯电路决定。现有脉冲光源的脉冲宽度一般为10-9～10-2s,瞬时亮度可达1010cd/m2，是除激光外亮度最高的人造光源，它的瞬时光通量可达109lm，闪光重复频率为1～106次/分，工作寿命达106次以上，发光效率为40lm/W。脉冲光源有以下5种：①各种管状脉冲氙灯。峰值闪光能量可从用于医学和照明摄影的几个焦到用于弹道空中观察和激光光源的上百万焦。除管状外还有U形、螺旋形和圆盘形等多种形状。②频闪观察仪用脉冲氙灯。频率几千赫，功率几万瓦。③信号脉冲光源。频率1～3Hz，功率10～500W，寿命达106次。④光化学反应和电子仪器用微秒脉冲光源。⑤计算机或其他自动装置用的频闪指示仪。频率102Hz，功率数瓦。
金属卤化物灯
金卤灯是交流电源工作的，在汞和稀有金属的卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光的放电灯，金属卤化物灯是在高压汞灯基础上添加各种金属卤化物制成的第三代光源。照明采用钪钠型金属卤化物灯，金卤灯具有发光效率高、显色性能好、寿命长等特点，是一种接近日光色的节能新光源，广泛应用于体育场馆、展览中心、大型商场、工业厂房、街道广场、车站、码头等场所的室内照明。
金属卤化物灯(简称金卤灯)有两种，一种是石英金卤灯，其电弧管泡壳是用石英做的，另一种是陶瓷金卤灯，其电弧管泡壳是用半透明氧化铝陶瓷做的，金卤灯是目前世界上最优秀的电光源之一，它具有高光效(65～140lm/w)，长寿命(5000～20000h)，显色性好(Ra65～95)结构紧凑、性能稳定等特点。它兼有荧光灯、高压汞灯、高压钠灯的优点、克服了这些灯的缺陷，金卤灯汇集了气体放电光源的主要优点。尤其是光效高、寿命长、光色好三大优点。因此金卤灯发展很快，用途越来越广。市场上的金卤灯同其它气体放电灯一样，灯内的填充物中有汞，汞是有毒物质，制灯注汞时，处理不慎，会造成对生产环境污染，有损工人的身体健康，电弧管排气时，有微量的汞蒸气排出，若处理不当，会直接排入大气，当使用的灯破损，皆会对环境造成污染。
由金属蒸汽（例如汞）和卤化物（如镝、钠、铊、铟等元素的卤化物）的分解物的混合物辐射而发光的气体放电灯。具有添加金属的特征光谱线，因而光色改善，也提高了光效。这类灯的相关色温4000K左右，显色指数70，光效在701m/W以上。
金属卤化物灯产品参数采用国际领先的电弧管独特橄榄状外形设计，能够带来极佳的光色一致性。有效地解决因光色漂移引起的色彩分布不均现象。采用无焊点的支架安装结构，可以防止因高温氧化或振荡引起的支架焊点断裂，更加提高了灯泡的可靠性。电弧管不受燃点位置的限制，可以实现任意位置的燃点。发光效率极高，比普通金卤灯光效高20%。HPl400/ED/UP/4K的平均光效在110lm/w。在合理的点灯线路上使用，对灯的电极有更好的保护作用，可以使灯的使用寿命更持久。最长可达20000小时以上。高光效和长寿命，可以减少工程中使用光源、电器和灯具的数量，减少灯泡更换的次数，从而降低了整体维护成本。适合垂直燃点和水平燃点，垂直燃点效果更好。最适用于对光色一致性要求较高的厂房、大型卖场、购物中心、建筑物、广告、机场等场所的明。
电弧管内充有汞、惰性气体和一种以上的金属卤化物。工作时，汞蒸发，电弧管内汞蒸气压达几个大气压（零点几个兆帕）；卤化物也从管壁上蒸发，扩散进入高温电弧柱内分解，金属原子被电离激发，辐射出特征谱线。当金属离子扩散返回管壁时，在靠近管壁的较冷区域中与卤原子相遇，并且重新结合生成卤化物分子。这种循环过程不断地向电弧提供金属蒸气。电弧轴心处的金属蒸气分压与管壁处卤化物蒸气的分压相近，一般为 1330～13300Pa。通常采用的金属平均激发电位为4eV左右，而汞的激发电位为7.8eV。金属光谱的总辐射功率可以大幅度超过汞的辐射功率。结果，典型的金属卤化物灯输出的谱线主要是金属光谱。充填不同种金属卤化物可改善灯的显色性（平均显色指数Ra为70～95）。汞电弧总辐射中仅有23%在可见光区域内，而金属卤化物电弧的总辐射则有50%以上在可见光区域内，灯的发光效率可高达120lm/W以上。
