高压钠灯发光原理分解资料讲解.ppt

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1、高压钠灯发光原理分解高压钠灯电弧管铌管封接陶瓷管汞齐钛焊接电极电子粉氙气Xe为什么会发光？高温下气体电离（正离子与电子数量相等），并伴随着激发和发光沙哈定理：1大气压氩等离子体组分浓度（cm-3）温度K40005000600070008000900010000Ar1.835(18)1.468(18)1.223(18)1.048(18)9.146(17)8.949(17)7.040(17)Ar+1.272(10)1.318(12)2.938(13)2.719(14)1.450(15)5.344(15)1.508(

2、16)Ar++─────2.336(6)1.005(8)e1.272(10)1.318(12)2.938(13)2.719(14)1.450(15)5.344(15)1.508(16)等离子体4000~6000K等离子体的电导率等离子体的电导率由电子决定。电子质量远小于离子。等离子体的电导率σ与电子密度ne成正比，与碰撞频率θc成反比。气体压力增加，碰撞频率就增加，因此电导率减小，电阻增大，管压也就升高。电子密度随温度的升高迅速增大。电弧中心温度最高，电子密度最大，电导率也最大。等离子体从电场中吸收的功率为P=

3、IE=σE2。电极电极通过热电子发射，将电场的能量持续地传输给等离子体。电极材料要求有良好的导电性、高的熔点、低的发射函数和好的耐化学腐蚀性。符合上述条件的材料只有钨。为了进一步降低发射函数，在电极上再加上一些发射材料。电极在高温下工作，电极材料会逐渐蒸发，导致电弧管发黑，光通量下降。电极发射函数降低，可降低电极的能量损耗。材料WBaSrCaYThWO2BaOSrOCaOY2O3ThO2功函数V4.52.492.352.83.33.35.01-1.71.3-1.61.6-1.92-3.91.7-3高压钠灯的工作

4、温度陶瓷管的熔点在2400K。高于1500K时，氧化铝陶瓷开始有蒸发发生，并沉积在玻壳上使其发黑，影响光输出。温度更高时，钠会和氧化铝陶瓷发生反应。陶瓷管壁温度：1500K电弧中心温度：4000K冷端温度：1025K电极温度：2000K发光原理EnEmE0hv=En–Emλ=c/v钠的能级图高压钠灯的工作物质钠：辐射物质，第一激发电位2.1V，电离电位2.5V，决定灯的光性能汞：缓冲气体，第一激发电位4.9V，电离电位10.4V，决定电和热性能氙：启动气体，第一激发电位8.4V，电离电位12.1V，要求低的热导

5、率钠汞齐：4mg钠/16mg汞。实际只有0.07mg钠和5.7mg汞蒸发（1025K）。钠蒸汽压：100torr汞蒸汽压：1000torr氙压：160torr汞的作用1）增加电场强度（管压），使灯体积缩小。钠压100torr时光效最高钠压100torr，汞压0torr时，电场强度7.5V/cm钠压100torr，汞压1000torr时，电场强度15V/cm2）减小热导损耗，提高灯的发光效率。汞的热导效率是钠的一半。3）改善灯的颜色。汞在蓝、绿部分有辐射。选择电弧管直径和电极距离使管壁温度在1500K（钠压100

6、torr）氙的作用电弧管内充10~20torr氙气作为启动气体。在所有非放射性气体中，氙有最低的热导率，因此光效最高。氙的热导率与汞相当，充入高压氙气的灯中可不需要用汞来增加光效。室温时充200torr的氙气，灯工作时达2000torr，可使光效提高15%。氙对电场强度几乎没有影响。为了得到所需的管压，还是要加汞。惰性气体氖/氩(0.5%)氩氪氙光效(Lm/W)91110116120人的视觉Km=680Lm/W高压钠灯光谱光谱线宽度自然线宽：根据量子物理，激发能级的高度与能级的寿命成反比。寿命越短，能级高度越不

7、确定。多普勒加宽：原子本身的不规则运动，使光频率变化。多普勒加宽是对称的，高压钠灯中其宽度在0.4nm数量级。压力加宽（密度加宽）：邻近原子的干扰，导致激发原子的能级发生变化。谱线不一定对称。辐射通过等离子体向外传播的途中会部分地被吸收（自吸收）。自吸收对不同波长不相等，在共振辐射（激发态到基态的辐射）处最强。压力越高，吸收越强。可用代表压力高低。自吸收光效和显色性压力增加使增大，谱线范围更宽广，显色指数Ra增大；而光效η受人眼视觉的影响反而下降。一般高压钠灯以光效为目标，如400W灯=10nm

8、。高压钠灯能量分布输入灯功率Wla=400W光通量φ=48000lm光效η=120lm/W色温Tc=2100K显色指数Ra=23平均视觉指数Vs=0.6灯的启动在通常情况下气体不导电。要点亮灯，需用某种方法产生初始电子。气体电离：用高频火花器使气体电离。加热电极：给电极灯丝通电加热从而产生热电子发射（如荧光灯）。缩小极距：采用辅助电极（触发极）缩小启动时电极间的距离以增加电场强度，使电