Принцип работы ламп
Принцип работы разрядных ламп базируется на электрическом разряде, возникающем между двумя электродами, которые запаиваются внутри прозрачной колбы любой формы, предназначенной дляя оптического излучения. Чтобы облегчить провес зажигания, иногда специально впаивают дополнительные электроды. Затем из колбы удаляют воздух, а из лампы — газы (делается это способом нагревания под откачкой), после чего все внутреннее пространство колбы заполняется обычно инертным газом до того уровня давления, которое было изначально задано. Иногда вместо обычного инертного газа используют инертный газ с некоторым количеством металла (при высокой упругости паров). Например, это могут быть натрий или ртуть ит. д.
К самой распространенной группе разрядных ламп относятся ртутные лампы высокого и сверх высокого давления. Широкое распространение они получили за счет того, что, применяя ртутный разряд, можно создать весьма эффективные источники света в ультрафиолетовой, видимой и близкой к видимому инфракрасной частях спектра. Как правило, эти лампы имеют разную мощность, компактны, срок их службы достигает нескольких десятков тысяч рабочих часов. Кроме этого, они отличаются от остальных источников света большим разнообразием при выборе нужной яркости.
Основной недостаток разрядных ламп заключается в достаточно сложном подключении их к сети. Это связано с особенностями разрядов. Чтобы произвести их зажигание, необходимо более высокое напряжение, чем при поддержании устойчивого горения. Для стабильного поддержания этого горения на должном уровне необходимо подключение балласта в электрическую цепь каждой лампы. Это будет способствовать ограничению тока разряда в заданных пределах. Еще один недостаток разрядных ламп – сильная зависимость их основных характеристик от теплового режима. Это происходит по той причине, что температура определяет величину давления паров рабочего вещества самой лампы. Нормальный режим устанавливается только спустя некоторое время после включения лампы в сеть. Повторное зажигание разрядных ламп без применения каких-либо специальных приемов можно проводить лишь спустя некоторое время после выключения.
Разряды в лампах делятся на:
1)дуговой;
2) импульсный;
3) тлеющий.
В разрядных лампах стационарного назначения применяются дуговой или тлеющий разряды. Какой именно тип разряда будет применяться в том или ином случае, зависит от параметров элементов внешней цепи (это может быть как питающее напряжение. так и балластное сопротивление), а также от типа катода и давления газов или паров, которое наполняют лампу изнутри. Зависимость, возникающая между характеристиками разрядных ламп, наполненных парами и газами, и температурой колбы, объясняется , что давление паров металлов, и иных веществ зависит от температуры лампы. В неактивном состоянии все металлы или вещества находятся либо в жидком, либо в твердом виде, и давление их паров соотносится, прежде всего, с давлением тех паров которые насыщают пространство. Это давление напрямую зависит от разновидности металла или вещества, а также от температуры окружающей среды. Если в окружающей среде постоянно поддерживается комнатная температура, то и давление будет малым, но если только температура увеличится, то и давление тоже резко возрастет. Например, давление в насыщенных парах ртути при температуре в окружающем пространстве 20 С равно величине 0,16 Па, а при 150 ‘С — уже примерно 1,7 Па и т. д. При включении в сеть лампа постепенно начинает нагреваться. Вследствие этого резко повышаются давление и плотность паров во всей лампе. Одновременно с этим процессом начинают меняться все характеристики разряда.
Так продолжается до тех пор, пока в колбе не установятся постоянный тепловой режим. Этим явлением объясняется период разгорания, присущий всем разрядным лампам. Его продолжительность зависит от времени, необходимого на нагревание колбы и установление оптимального теплового режима. Чем выше активная (рабочая) температура колбы, тем значительнее разница между значениями давления паров металла в нагретой и в холодной разрядной лампе, а также между характеристиками лампы в ее рабочем (активном) и неактивном состоянии.
В активном (включенном) состоянии разрядные лампы имеют внутреннее давление паров в сотни тысяч раз выше, чем в отключенном, потому второй раз зажигать, лампы с разрядом в парах металла (или иного вещества) при высоком или сверхвысоком давлении рекомендуется только спустя несколько минут после их полного выключения. За этот временной промежуток разрядная лампа должна остыть, а давление паров внутри нее снизиться настолько, чтобы можно было зажечь ее по стандартной схеме. Чтобы снова зажечь разогретую разрядную лампу, нужно будет подключить довольно высокое напряжение — при обычном она просто не будет работать.
Для того чтобы хоть немного снизить зависимость характеристик разряда в парах от полученного теплового режима колбы, обычно применяются специальные меры. Например, разрядные лампы с высоким и сверхвысоким давлением наполняют четко дозированными порциями ртути. Производится это с тем расчетом, что при нормальных условиях по мере работы лампы ртуть будет полностью испаряться, а разряд появится в ненасыщенных парах. При работе ламп в таком режиме давление изменяется гораздо медленнее, из-за чего заметно снижается зависимость характеристик разряда от температуры внутри колбы, т. е. всего режима работы лампы. Если металла или вещества в колбе слишком много, то ее конструируют так, чтобы в самой холодной зоне (по которой определяется давление паров) температура всегда соответствовала требованиям вне зависимости от того, в каком режиме на настоящий момент находится лампа.
