高压钠灯（光效最高的高强度气体放电灯）

VLoG
VLoG
105次浏览
更新时间：2023-07-10

小编整理：

高压钠灯是一种高强度气体放电灯，被认为是第三代照明光源中最具代表性的灯种。它具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不锈蚀等特点，这些优点使得高压钠灯在许多照明领域得到广泛应用。高压钠灯发出的金白色光非常明亮，能够满足各种场合的照明需求，特别是在需要清晰看到物体的情况下，如体育场、高速公路、飞机场、仓库和公园等。此外，高压钠灯的结构设计使其特别适合用于高湿度或恶劣环境下的照明。总的来说，高压钠灯是一种非常优秀的照明光源，能够为人类生活和工业生产带来明亮和便捷的照明效果。
高压钠灯
光效最高的高强度气体放电灯
被称为第三代照明光源
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、透雾能力强和不锈蚀等优点。
基本信息
中文名
高压钠灯
外文名
HPS
分类
照明用具
应用
大片区域照明
特点
发光效率高、透雾能力强、不锈蚀
寿命
20000小时
区别
低压钠灯， 高压钠灯
结构材料
电弧管、灯芯等
收起
简介
高压钠灯是60年代才问世的，它是光效最高的高强度气体放电灯，被称为第三代照明光源。高压钠灯与低压钠灯不同，它的光谱不再是单色的黄光，而是展布在相当宽的频率范围内。通过谱线的放宽，高压钠灯发出金白色的光，这就可进行颜色的区别。
由于高压钠灯具有光效高、寿命长，可接受的显色性以及不诱虫，不易使被照物褪色等特点，这就使高压钠灯被广泛的应用于普通照明的各个角落，以逐步地取代相对而言耗能大的荧光高压汞灯。最近开发出来的颜色改善型和高显色型高压钠灯可代替白炽灯，获得极大的节能效果。
工作原理
高压钠灯启动后，在初始阶段是汞蒸气和氙气的低气压放电。这时候，灯泡工作电压很低，电流很大；随着放电过程的继续进行，电弧温度渐渐上升，汞、钠蒸气压由放电管最冷端温度所决定，当放电管冷端温度达到稳定，放电便趋向稳定，灯泡的光通量、工作电压、工作电流和功率也处于正常工作状态。在正常工作条件下，整个启动过程约需10分钟左右。
电源电压的波动必将引起灯泡光、电参数的变化；如果电源电压上升将引起灯泡工作电流增大，促使电弧管冷端温度提高，汞、钠蒸气压增高，工作电压、灯泡功率随着增高，造成灯泡寿命大大下降；反之，电源电压降低，灯光不能正常工作，发光效率下降，还可能造成灯泡不能启动或自行熄灭。所以，要求客户在灯泡使用时，电源电压的波动不宜过大，一般要求在额定值+6%～-8%范围之内变化。
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液钠汞气受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电子在向阳极运动过程中，撞击放电物质的原子，使其获得能量产生电离或激发，然后由激发态回复到基态；或由电离态变为激发态，再回到基态无限循环，此时，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，最后直至灯管或电路中的零部件被过流烧毁。
伏—安特性
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。
结构材料
电弧管
电弧管是高压钠灯的关键部件。电弧管工作时，高温高压的钠蒸气腐蚀性极强，一般的抗钠玻璃和石英玻璃均不能胜任；而采用半透明多晶氧化铝和陶瓷管做电弧管管体较为理想。它不仅具有良好的耐高温和抗菌素钠蒸气腐蚀性能，还有良好的可见光穿越能力。另外，单晶氧化铝陶瓷管在耐高温、抗钠蒸气腐蚀和透光率等性能均优于多晶氧化铝陶瓷管；因其价格昂贵，所以很少被采用。电弧管是把电极、多晶氧化铝陶瓷管、帽、焊料环装配在一起，加入钠汞齐进入封接炉封接；同时充入少量氙气，以改善灯泡的启动特性。电极是用高纯钨丝绕成螺旋状，在螺旋孔中插入芯杆，浸渍电子粉，然后将电极芯杆一端和铌管封闭端焊接成一体。多晶氧化铝陶瓷管（帽）是选用多晶氧化铝陶瓷粉经混粉、喷雾干燥、等静压成形、素烧、高温烧结和切割等工序制成。高压钠灯的光、电参数与电弧管的内径和弧长（两电极之间距离）有着密切联系。
灯芯
灯芯是采用金属支架将电弧管、消气剂环等固定在芯柱上，电弧管两端电极分别与芯柱上两根内导丝相连接。芯柱由导丝、排气管和喇叭经高温火焰熔融成一体。金属导丝与玻璃封接部分的膨胀系数应与匹配，可避免因二种封接材料的膨胀系数不相同，造成封接处玻璃产生应力而爆裂或灯泡慢性漏气。
玻壳
玻壳是选用高温的硬料玻璃制造。玻壳与灯芯的喇叭口经高温火焰熔融封口，然后抽真空或充入惰性气体后，再装上灯头整个灯泡基本成型。由于电弧管在高温状态下工作，其外裸的金属极易氧化、变脆，就必须将电弧管置于真空或惰性气体的外壳内。这样还可减少电弧管热量损失，提高冷端温度，提高发光效率。
灯头
灯头的作用是方便灯泡与灯座、电路相连接。长寿命灯泡要求灯头与玻壳连接应牢固，不能有松动和脱落现象。所以，一般采用螺纹机械紧固技术，可防止焊泥自然老化而脱落。制造灯头的材料一般采用黄铜带，它可与灯座保持较小的接触电阻，减轻金属表面氧化层。如灯泡在特殊环境中使用，还可以在黄铜灯头表面涂覆铬层或镍层。其规格型号有：E27、E40二种。
消气剂
玻壳内经抽真空后，仍可使金属零件氧化，影响灯泡稳定地工作；所以在玻壳内放置适量消气剂，可将灯泡内真空度提高到高真空状态。高压钠灯一般采用钡消气剂，它是把钡钛合金置于金属环内，再将其固定在消气剂蒸散后不影响光输出的位置。灯泡经抽真空工序后，采用高频感应加热金属环，使环内钡钛合金受热后蒸散，在蒸散过程中吸收残余有害气体，同时在玻壳颈部形成一层黑色镜面。必须指出，消气剂放置位置非常重要，以黑色镜面不阻碍光线输出为宜；在使用过程中如发现黑色镜面部分或全部变成灰白色，它指示该灯泡已漏气，不能继续使用，必须调换新灯泡。
汞常态时呈液态状，具有银白色镜面光泽。在电弧管中加入汞可提高灯管工作电压，降低工作电流，减小镇流器体积，改善电网的功率因数，增高电弧温度，提高辐射功率。
钠元素呈银白色金属，也称金属钠。它的理化性能有质软而轻，可溶于汞蒸汽。钠光谱特点为共振辐射线宽，偏向红色区，总辐射功率高；高压钠灯的光色和发光效率与钠蒸气压有关。工业化生产的高压钠灯均采用钠汞齐添加入灯泡内，可简化生产工艺，同时使灯泡参数一致性有很大提高。
氙气是一种稀有气体，它在灯泡中的作用是帮助启动和降低启动电压。氙气压的高低还将影响灯泡的发光
镇流器
高压钠灯
在高压钠灯的工作电路中，与灯泡配套使用的镇流器有电感式镇流器和电子式镇流器两种。电感式镇流器由电感线圈和矽钢片回路制成非封闭状，而专门留有很小间隙，使磁场处于非饱和状态，从而起到稳定电流的作用。电子式镇流器顾名思义它是有电子元件组成的阴流器件，也是实施照明节电的产品，它具有功耗低、体积小、重量轻、功率因数高，灯泡瞬时启动等特点；在小功率气体放电灯（紧凑型节能灯）中应用较广泛，而在大功率气体放电灯方面，困难度较大。
高压钠灯
镇流器是高压钠灯的重要配套件，它的性能和质量好坏直接对高压钠灯的寿命、发光效率和自熄产生影响。高压钠灯镇流器一般要求功率损耗小，安装方便、牢固，具有良好的防水、防腐蚀和安全性能，在环境温度-40～+45℃的条件下，能连续工作12小时以上。在额定电压下用镇流器测试灯泡功率与用规定的基准镇流器测试灯泡功率相对比，其偏差应在±7.5%范围内。必须重申：不同规格的高压钠灯必须配用相应规格的镇流器，灯泡与镇流器不能任意配用，尤其小功率灯泡配用大功率镇流器后，导致灯泡工作电流过大，缩短使用寿命，甚至会使灯泡烧毁。在煤泡整个寿命期间，镇流器的电压——功率特性曲线必须在规定的灯泡电压和功率极限范围内变化。
电路系统
高压钠灯
在高压钠灯的工作电路中除了灯泡外，还必须按内触发高压钠灯或外触发高压钠灯分别选用相应的工作电路，如灯泡+镇流器或者灯炮+镇流器+触发器的工作电路，方可达到高压钠灯正常工作的要求。
主要特点
高压钠灯
白炽灯泡工作时发出暖色光，而且显色性极佳（显色指数Ra=100），从它诞生至今的相当长时间时里，仍然被人们广泛使用的照明光源。虽然使用高压钠灯虽然有许多优点，但是显色性差（Ra=30）。为了保持高压钠灯的长寿命、高发光效率和暖色调气氛；在改善显色性方面，人们经过孜孜不倦地努力，已研制出符合上述要求的高显色高压钠灯（又称白光高压钠灯）。高显色高压钠灯是在高压钠灯的基础上，采用提高钠蒸气压和增大电弧管管径，同时在电弧管两端裹上一层铌箔，提高冷端温度等措施来改善显色性；另外，提高充入电弧管内氙气压力，使电弧中心部分温度升高，而其余放电部分温度较低，通过改变电弧温度分布的途径来改善显色性，其显色指数已提高到Ra=70～80，发光效率可达80lm/w以上，可拓宽应用领域，为使用高显色高压钠取代白炽灯泡成为现实。
种类
1）普通型高压钠灯该类灯用氛作为启动气体，放电管钠的蒸气压保证灯最大的发光效率。其特点光效高、寿命长，但光色较差，一般显色指数只有15-30。因此，只能用于道路、厂区等处的照明。
2）直接替代荧光高压汞灯的高压钠灯为便于高压钠灯的推广而生产的，它可直接使用在相近规格的荧光高压汞灯镇流器及灯具装置上。
3）舒适型高压钠灯为扩大高压钠灯在室内、外照明中的应用，对其色温与显色性进行了改进，使高压钠灯适用于居民区、工业区、零售商业区及公众场合的使用。
4）高光效型的高压钠灯在灯管内充入较高气压的氖气，使灯得到了极高的发光效率，面且还提高了显色指数，可作为室内照明的节能光源，特别适合于工厂照明和运动场所的照明。
5）高显色性高压钠灯为了满足显色性较高的需要，人们成功开发了高显色性高压钠灯又称白光高压钠灯。改进后的这种灯，一般显色指数。另一个重要特点是色温提高到以上，十分接近于白炽灯。因而，它具有暖白色的色调，显色性高，对美化城市、美化环境有着很大的作用。这种灯可用于商业照明以及高档商品如黄金首饰、珠宝、珍贵皮货等的照明，而且节能效果十分显著。
区别
低压钠灯1
低压钠灯是一种低压钠蒸气放电管，内管系用特种抗钠玻璃吹制而成，点燃后能辐射出5890A、5896A钠谱线，可作为旋光仪、折射仪、偏振仪等光学仪器中的单色光源。
高压钠灯2
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。