電光源原理 8金鹵燈

1、第八章第八章 金屬鹵化物燈金屬鹵化物燈 Metal Halide Lamp第八章第八章 金鹵燈金鹵燈一、金鹵燈的結(jié)構(gòu)和發(fā)光原理二、金鹵燈特有的問題三、陶瓷金鹵燈四、金鹵燈的特點(diǎn)及應(yīng)用 金鹵燈的基本結(jié)構(gòu)金鹵燈的基本結(jié)構(gòu)1. 外觀外觀 玻璃內(nèi)管與高壓汞基本相似玻璃內(nèi)管與高壓汞基本相似填充物填充物Ar(Ar+Ne)幾十托幾十托 啟動氣體啟動氣體Hg 幾個幾個atm 緩沖氣體緩沖氣體MXn 幾百帕幾百帕 發(fā)光物質(zhì)發(fā)光物質(zhì) 幾千帕幾千帕8-1 8-1 金鹵燈結(jié)構(gòu)和發(fā)光原理金鹵燈結(jié)構(gòu)和發(fā)光原理金鹵燈材料特點(diǎn)金鹵燈材料特點(diǎn)與高壓汞類似與高壓汞類似雙層管結(jié)構(gòu)：保溫。雙層管結(jié)構(gòu)：保溫。 尺寸小。尺寸小。玻璃：玻

2、璃： 石英。石英。 耐高溫耐高溫封接金屬：封接金屬： 鉬箔。鉬箔。工作氣體：工作氣體： 鹵化物鹵化物 、氬氣、氬氣、 汞汞電極電子粉：電極電子粉： 釷鎢電極（鋇和鹵素反應(yīng)）釷鎢電極（鋇和鹵素反應(yīng)）8-18-1金鹵燈發(fā)光原理金鹵燈發(fā)光原理-金鹵循環(huán)金鹵循環(huán)MXn一般都用碘化物，少量用溴化物一般都用碘化物，少量用溴化物MXnM+nXT0Tw電弧處分解、放電電弧處分解、放電原子在管壁復(fù)合回鹵化物原子在管壁復(fù)合回鹵化物鹵化物管壁蒸發(fā)鹵化物管壁蒸發(fā)8-18-12. ) 管壁溫度較低，有利于鹵化物化合管壁溫度較低，有利于鹵化物化合T2500K下（下（Kp1) ，金屬與鹵化物化合，金屬與鹵化物化合3.) 管

3、壁溫度不能太低管壁溫度不能太低,能使金屬鹵化物蒸發(fā)能使金屬鹵化物蒸發(fā)1. ) 電弧溫度高，有利于鹵化物分解電弧溫度高，有利于鹵化物分解4.) 常溫時常溫時, 金屬鹵化物的蒸汽壓要低，有利啟金屬鹵化物的蒸汽壓要低，有利啟動動8-18-1金鹵循環(huán)對溫度的要求金鹵循環(huán)對溫度的要求放電管幾何形狀的要求放電管幾何形狀的要求1. 高的冷端溫度（高的冷端溫度（725750oC）措施措施管端呈錐形管端呈錐形涂保溫層（涂保溫層（ZiO2,Al2O3（紅反）、石墨）加外殼加外殼雙端雙端抽真空抽真空單端單端充充1/2atmN22.為防止氣體分層，放電管一般較小為防止氣體分層，放電管一般較小8-18-1彩色金鹵燈的工

4、作物質(zhì)彩色金鹵燈的工作物質(zhì)a) In 蘭光蘭光 410.1和和451.1nmb) Tl 綠光綠光 535nmc) Na 黃光黃光 589.3nmd) Li 紅光紅光 670.7nme) Ga 紫光紫光 403.2/417.2/358.9nmf) Sc Dy Th 大量線光譜在可見區(qū)大量線光譜在可見區(qū)彩色彩色金鹵燈金鹵燈8-18-1白光金鹵燈的工作物質(zhì)白光金鹵燈的工作物質(zhì)a) 發(fā)射特征光譜的若干金屬鹵化物的組合白發(fā)射特征光譜的若干金屬鹵化物的組合白光光 （Na-Tl-In 燈）燈）b) 發(fā)射大量密集線光譜的白光鹵化物發(fā)射大量密集線光譜的白光鹵化物鏑（鏑（ Dy )燈燈Osram 鈧鈧Sc-Na燈

5、燈GEc) 分子輻射發(fā)白光分子輻射發(fā)白光（氯化錫，超高壓銦燈）（氯化錫，超高壓銦燈）d) 彩色金鹵燈彩色金鹵燈 （碘化鉈綠光燈）（碘化鉈綠光燈）8-18-1三三. 汞在金鹵燈的作用汞在金鹵燈的作用1. 緩沖氣體。緩沖氣體。汞阻礙了金屬鹵素原子離子、汞阻礙了金屬鹵素原子離子、電子的擴(kuò)散，導(dǎo)熱性差，減少熱損增加光效。電子的擴(kuò)散，導(dǎo)熱性差，減少熱損增加光效。2. 改善電特性改善電特性汞能減慢電子的擴(kuò)散，增加電場強(qiáng)度和汞能減慢電子的擴(kuò)散，增加電場強(qiáng)度和管壓，減小電流。管壓，減小電流。3. 降低啟動電壓降低啟動電壓汞常溫比氙的蒸汽壓低，啟動容易。汞常溫比氙的蒸汽壓低，啟動容易。汞可以與鹵素原子化合，而鹵

6、素原子吸收汞可以與鹵素原子化合，而鹵素原子吸收電子繁流過程產(chǎn)生的電子，使燈難于啟動。電子繁流過程產(chǎn)生的電子，使燈難于啟動。8-18-1Hg+2I=HgI2I+eI-HgI2+eHgI-例：例：PI2(Tamb)=0.4torr=53Pa PHgI2(Tamb)=210-5torr=2.710-3Pa與碘相比與碘相比 碘化汞蒸汽壓更低，吸收電子少碘化汞蒸汽壓更低，吸收電子少8-18-1電極結(jié)構(gòu)與電極結(jié)構(gòu)與HPM相似，所用材料既要有好相似，所用材料既要有好的發(fā)射性能，又不能與鹵化物有化學(xué)反應(yīng)。的發(fā)射性能，又不能與鹵化物有化學(xué)反應(yīng)。1. HPM的電極不能用于的電極不能用于MH燈，原因：燈，原因：Ba

7、O+I2 BaI2+O 加快電極損耗加快電極損耗W+O WO3 易蒸發(fā)，管壁發(fā)黑易蒸發(fā)，管壁發(fā)黑電極電極8-2 8-2 金鹵燈的特有問題金鹵燈的特有問題2. 金鹵燈常用電極金鹵燈常用電極b）釷鎢電極釷鎢電極（不與（不與MXn有明顯的反應(yīng)）有明顯的反應(yīng)） 逸出功逸出功2.6eV，還補(bǔ)充了釷的光譜，還補(bǔ)充了釷的光譜8-2 8-2 金鹵燈的啟動問題金鹵燈的啟動問題1.室溫下氣相鹵素原子和鹵化物的存在使室溫下氣相鹵素原子和鹵化物的存在使 啟動電壓較啟動電壓較HPM和和HPS要高要高2. 工藝流程中引入的氫使啟動電壓升高工藝流程中引入的氫使啟動電壓升高氫的危害：氫的危害：H2+Hg*2H+Hg 破壞破壞

8、e+Hg*2e+Hg+ H2+Ar*2H+Hg 破壞破壞Penning effect HIH+I, I+eI- 啟動電壓上升啟動電壓上升8-2 8-2 3. 解決的途徑解決的途徑a）碘化物在）碘化物在Tamb下下P最小，盡量用最小，盡量用MIxb）盡量控制）盡量控制HgI2的形成的形成 方法：充過量的金屬方法：充過量的金屬 充單碘化物充單碘化物8-2 8-2 有輔助電極（美標(biāo)）下的電解現(xiàn)象有輔助電極（美標(biāo)）下的電解現(xiàn)象當(dāng)輔助電極處于正電位，吸收電子流當(dāng)輔助電極處于正電位，吸收電子流當(dāng)輔助電極處于負(fù)電位，吸收離子流當(dāng)輔助電極處于負(fù)電位，吸收離子流+-由于輔助電極在上下半周期收集由于輔助電極在上下

9、半周期收集電子流和離子流的明顯不同，造電子流和離子流的明顯不同，造成輔助電極相對相鄰主電極有平成輔助電極相對相鄰主電極有平均為均為 60V的負(fù)電位，堿金屬離子的負(fù)電位，堿金屬離子遷向輔助電極的鉬箔上，引起膨遷向輔助電極的鉬箔上，引起膨脹系數(shù)升高，導(dǎo)致爆斑開裂。脹系數(shù)升高，導(dǎo)致爆斑開裂。8-2 8-2 解決方法：解決方法：a）加雙金屬片，冷時彈開，加熱時）加雙金屬片，冷時彈開，加熱時 將兩電極導(dǎo)通將兩電極導(dǎo)通c）輔助電極位于燃點(diǎn)位置上方）輔助電極位于燃點(diǎn)位置上方8-2 8-2 金屬的損失金屬的損失1. 單端燈的鈉損失過程單端燈的鈉損失過程產(chǎn)生原因：發(fā)自支架的光電子在管壁形成產(chǎn)生原因：發(fā)自支架的光

10、電子在管壁形成的負(fù)電場拉出的負(fù)電場拉出Na+造成電弧管內(nèi)造成電弧管內(nèi)I的過量。的過量。解決方法：解決方法： 采用無支撐架結(jié)構(gòu)，或支架遠(yuǎn)離采用無支撐架結(jié)構(gòu)，或支架遠(yuǎn)離 放電管。放電管。 8-2 8-2 陶瓷金屬鹵化物燈與傳統(tǒng)的石英金鹵燈陶瓷金屬鹵化物燈與傳統(tǒng)的石英金鹵燈相比，具有以下特點(diǎn)：相比，具有以下特點(diǎn)： 鈉金屬不會通過陶瓷管遷移到放電管外； 陶瓷管在高溫下化學(xué)穩(wěn)定性好，即使出現(xiàn)鋁金屬元素也不會影響鎢電極的性能（因?yàn)殇X很難溶解于鎢），使燈具有更長的壽命； 陶瓷管的幾何尺寸精度高，因而使燈的性能一致性好； 電弧管可工作在更高的溫度下，電弧內(nèi)有更多的金屬原子受激發(fā)，導(dǎo)致更好的顯色性，更高的發(fā)光效率； 放電管體積小，發(fā)光體亮度高； 色溫的一致性好，無論電源電壓的變化，電燈位置的變化，以及燈壽命過程，燈的色溫變化很?。?8-3金鹵燈的特點(diǎn)金鹵燈的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)n光效高，70-110lm/