高壓汞燈

高壓汞燈初期階段

1906年研制成汞蒸氣壓約為0.1MPa的高壓汞燈。30年代初，高壓汞燈在以下幾個(gè)方面獲得發(fā)展：①引進(jìn)激活電極代替液汞電極；②掌握金屬絲和硬質(zhì)玻璃或金屬箔和石英玻璃的真空封接工藝；③選擇適當(dāng)?shù)墓渴怪跓舫浞秩键c(diǎn)后全部蒸發(fā)，改進(jìn)了燈的啟動(dòng)性能和穩(wěn)定性。40年代高壓汞燈進(jìn)入實(shí)用階段。50年代后采用了適合高壓汞燈所發(fā)射的、以 365nm長(zhǎng)波紫外線為主并補(bǔ)充紅色光譜的熒光粉。1965年采用稀土熒光粉，大幅度提高了顯色性和發(fā)光效率。高壓汞燈的發(fā)展為高強(qiáng)度氣體放電燈奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

高壓汞燈發(fā)展階段

80年代，世界上高壓汞燈的年產(chǎn)量約3000萬支。中國(guó)于60年代試成高壓汞燈,1987年年產(chǎn)量已超過550萬支。自從1879年白熾燈問世以來，人們便與電燈結(jié)下了不解之緣。電光源家族中新燈輩出，大放光彩。高壓汞燈也是一種效率高、壽命長(zhǎng)的電光源。它由熒光泡殼和放電管兩部分組成。放電管又細(xì)又短、只有人的手指大小、內(nèi)裝高壓水銀蒸氣，放電管外面有一棉球形的熒光泡殼。通電后放電管產(chǎn)生很強(qiáng)的可見光和紫外線，紫外線照射在熒光泡殼上，發(fā)出大量可見光。利用汞放電時(shí)產(chǎn)生的高壓 (0.2～1MPa)汞蒸氣獲得可見光的電光源。發(fā)光效率可達(dá)35～50lm/W,廣泛用于環(huán)境溫度為 -20°～40℃的街道、廣場(chǎng)、高大建筑物、交通運(yùn)輸?shù)葓?chǎng)所作為室內(nèi)外照明光源。

照明高壓汞燈的典型結(jié)構(gòu)高壓汞燈的典型結(jié)構(gòu)。燈中心部分是放電管，用石英玻璃制成。管內(nèi)充有一定量的汞和氬。用鎢作主電極并填充堿土金屬氧化物電子發(fā)射物質(zhì)。電極和石英玻璃用鉬箔實(shí)現(xiàn)非匹配氣密封接。啟動(dòng)一般采用輔助電極，它通過一個(gè)40～60κΩ的電阻和不相鄰的電極連接。外殼除起保護(hù)作用外還可防止環(huán)境對(duì)燈的影響。外殼內(nèi)表面涂以熒光粉，成為熒光高壓汞燈。熒光粉的作用是補(bǔ)充高壓汞燈中不足的紅色譜線，同時(shí)提高燈的光效?，F(xiàn)已采用銪激活的釩酸釔(YVO□:Eu)熒光粉。

光電特性和基本參數(shù)　當(dāng)燈加上電源電壓后，主電極和輔助電極間產(chǎn)生輝光放電,瞬時(shí)轉(zhuǎn)移到主電極間,形成弧光放電，幾分鐘后汞蒸氣達(dá)穩(wěn)定態(tài)。燈熄滅后，須自然冷卻，待蒸氣壓下降至一定值后才能再啟動(dòng)，時(shí)間約需5～10分鐘。

當(dāng)電源電壓變動(dòng)時(shí)，燈參數(shù)的變動(dòng)情況高壓汞燈的電源電壓變化與燈特性變化（使用電感鎮(zhèn)流器點(diǎn)燈）。高壓汞燈的發(fā)光效率隨單位電弧長(zhǎng)度功率增大而提高。一般顯色指數(shù)(Ra)為40～45,光譜分布高壓汞燈的光譜分布,壽命為12000小時(shí)。改進(jìn)型的400W熒光燈高壓汞燈光通量為23500lm，色溫2350K，一般顯色指數(shù)為53，壽命達(dá)20000小時(shí)。

普通高壓汞燈有負(fù)阻特性，使用時(shí)必須外接相應(yīng)的鎮(zhèn)流器。為克服這一缺點(diǎn)，可利用裝在高壓汞燈外殼內(nèi)部的、與放電管串聯(lián)的燈絲來代替外接鎮(zhèn)流器，相應(yīng)的光源稱為自鎮(zhèn)流高壓汞燈。這種燈利用混光改進(jìn)了普通高壓汞燈的顯色性，彌補(bǔ)了普通高壓汞燈紅光不足的缺點(diǎn)，同時(shí)減少了升溫啟動(dòng)時(shí)間。但在啟動(dòng)和升溫時(shí)間縮短的同時(shí),燈絲壽命也相應(yīng)縮短,因而自鎮(zhèn)流高壓汞燈的壽命主要取決于燈絲壽命；由于高發(fā)光效率的放電功率與低發(fā)光效率的燈絲功率比不利，自鎮(zhèn)流高壓汞燈總的發(fā)光效率從外鎮(zhèn)式的35～50lm/W下降到18～25lm/W。自鎮(zhèn)流高壓汞燈使用方便。80年代，中國(guó)自鎮(zhèn)流高壓汞燈的產(chǎn)量約占高壓汞燈總產(chǎn)量的50%。

高壓汞燈是由石英電弧管，外泡殼（通常內(nèi)涂熒光粉），金屬支架，電阻件和燈頭組成。電弧管為核心元件，內(nèi)充汞與惰性氣體。放電時(shí)，內(nèi)部汞蒸氣壓為2-15個(gè)大氣壓，因此稱為高壓汞燈。高壓汞燈，應(yīng)用了先進(jìn)的制燈工藝，使高壓汞燈的光效更高，壽命更長(zhǎng)。發(fā)白光，色溫4100K左右，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外的工業(yè)照明，道路照明燈領(lǐng)域。

自鎮(zhèn)流高壓汞燈，由于該產(chǎn)品不需要外接鎮(zhèn)流器，所以使用非常方便。其光效是白熾燈的2倍，壽命是白熾燈的10倍，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外的工業(yè)照明，庭院照明，街區(qū)照明等領(lǐng)域。

高壓汞燈通常采用并聯(lián)補(bǔ)償電容的電感鎮(zhèn)流器。另一種自鎮(zhèn)流高壓汞燈，由于在外泡殼內(nèi)安裝了一根鎢絲作為鎮(zhèn)流器，因此不必再外接鎮(zhèn)流器而方便使用。

高壓汞燈組成結(jié)構(gòu)

高壓汞燈指汞蒸氣壓力為51～507kPa，主要發(fā)射波長(zhǎng)在365.0nm，相當(dāng)能量為327.3kJ/mol的汞蒸氣弧光燈。

高壓汞燈是紫外固化的標(biāo)準(zhǔn)燈，發(fā)熱大，要用空氣或水冷卻，但功率高，適用于要求固化速率快的光固化涂料、油墨涂覆流水線。高壓汞燈是一種效率高、壽命長(zhǎng)的電光源。它由熒光泡殼和放電管兩部分組成。放電管又細(xì)又短、只有人的手指大小、內(nèi)裝高壓水銀蒸氣，放電管外面有一棉球形的熒光泡殼。通電后放電管產(chǎn)生很強(qiáng)的可見光和紫外線，紫外線照射在熒光泡殼上，發(fā)出大量可見光。 高壓汞燈工作時(shí)，電流通過高壓汞蒸氣，使之電離激發(fā)，形成放電，管中電子、原子和離子間的碰撞而發(fā)光。放電時(shí)波長(zhǎng) 253.7nm的共振線(輻外光譜)被吸收,可見譜線強(qiáng)度增加,主要輻射的是404.7nm、435.8nm、546.1nm和577.0～579.0nm的可見譜線,此外還輻射較強(qiáng)的365.0nm的長(zhǎng)波紫外線。燈工作時(shí)，其發(fā)光管內(nèi)汞蒸汽分壓在105Pa以上的汞氣體放電燈。外玻殼有透明的和帶熒光粉涂層的，后者叫熒光高壓汞燈，從燈絲電阻代替工作電路中的鎮(zhèn)流器，與發(fā)光管串聯(lián)，共同裝在外玻殼內(nèi)。這種混光燈(汞燈與白熾燈混合)方便，光色也好，但其光效和壽命大大降低。普通400W的熒光高壓汞燈色溫約為5000K，一般顯色指數(shù)40左右，光效60lm/W，壽命6000小時(shí)。汞燈的汞蒸汽泄漏以及燈管使用報(bào)廢后被打碎而成玻璃屑中含有一定量的汞，后者稱為“汞渣”，不加適當(dāng)處理會(huì)污染土壤、水體危害作物、果蔬或被攝入動(dòng)物、人體而受害。

高壓汞燈點(diǎn)燃時(shí)汞蒸氣壓為2～5個(gè)大氣壓，內(nèi)管用石英玻璃。高壓汞燈輻射的紫外線光譜加寬，且偏藍(lán)綠，可用于光化反應(yīng)、光刻機(jī)、紫外線探傷及熒光分析等。高壓汞燈是紫外固化的標(biāo)準(zhǔn)燈，發(fā)熱大，要用空氣或水冷卻，但功率高，適用于要求固化速率快的光固化涂料、油墨涂覆流水線。

高壓汞燈典型結(jié)構(gòu)

照明高壓汞燈的典型結(jié)構(gòu)高壓汞燈的典型結(jié)構(gòu)。燈中心部分是放電管，用石英玻璃制成。管內(nèi)充有一定量的汞和氬。用鎢作主電極并填充堿土金屬氧化物電子發(fā)射物質(zhì)。電極和石英玻璃用鉬箔實(shí)現(xiàn)非匹配氣密封接。啟動(dòng)一般采用輔助電極，它通過一個(gè)40～60κΩ的電阻和不相鄰的電極連接。外殼除起保護(hù)作用外還可防止環(huán)境對(duì)燈的影響。外殼內(nèi)表面涂以熒光粉，成為熒光高壓汞燈。熒光粉的作用是補(bǔ)充高壓汞燈中不足的紅色譜線，同時(shí)提高燈的光效?，F(xiàn)已采用銪激活的釩酸釔(YVO□:Eu)熒光粉。

光電特性和基本參數(shù)　當(dāng)燈加上電源電壓后，主電極和輔助電極間產(chǎn)生輝光放電,瞬時(shí)轉(zhuǎn)移到主電極間,形成弧光放電，幾分鐘后汞蒸氣達(dá)穩(wěn)定態(tài)。燈熄滅后，須自然冷卻，待蒸氣壓下降至一定值后才能再啟動(dòng)，時(shí)間約需5～10分鐘。

當(dāng)電源電壓變動(dòng)時(shí)，燈參數(shù)的變動(dòng)情況高壓汞燈的電源電壓變化與燈特性變化（使用電感鎮(zhèn)流器點(diǎn)燈）。高壓汞燈的發(fā)光效率隨單位電弧長(zhǎng)度功率增大而提高。一般顯色指數(shù)(Ra)為40～45,光譜分布高壓汞燈的光譜分布,壽命為12000小時(shí)。改進(jìn)型的400W熒光燈高壓汞燈光通量為23500lm，色溫2350K，一般顯色指數(shù)為53，壽命達(dá)20000小時(shí)。

普通高壓汞燈有負(fù)阻特性，使用時(shí)必須外接相應(yīng)的鎮(zhèn)流器。為克服這一缺點(diǎn)，可利用裝在高壓汞燈外殼內(nèi)部的、與放電管串聯(lián)的燈絲來代替外接鎮(zhèn)流器，相應(yīng)的光源稱為自鎮(zhèn)流高壓汞燈。這種燈利用混光改進(jìn)了普通高壓汞燈的顯色性，彌補(bǔ)了普通高壓汞燈紅光不足的缺點(diǎn)，同時(shí)減少了升溫啟動(dòng)時(shí)間。但在啟動(dòng)和升溫時(shí)間縮短的同時(shí),燈絲壽命也相應(yīng)縮短,因而自鎮(zhèn)流高壓汞燈的壽命主要取決于燈絲壽命；由于高發(fā)光效率的放電功率與低發(fā)光效率的燈絲功率比不利，自鎮(zhèn)流高壓汞燈總的發(fā)光效率從外鎮(zhèn)式的35～50lm/W下降到18～25lm/W。自鎮(zhèn)流高壓汞燈使用方便。80年代，中國(guó)自鎮(zhèn)流高壓汞燈的產(chǎn)量約占高壓汞燈總產(chǎn)量的50%。

高壓汞燈工作原理

有玻璃外殼的高壓汞燈，這種汞燈通常用輔助電極幫助啟動(dòng)，輔助電極通過一只40～60千歐的電阻R與不相鄰的電極相連接。當(dāng)燈接入電網(wǎng)后，輔助電極與相鄰的主電極之間加有交流220伏的電壓。這兩電極之間的距離很近，通常只有2～3毫米，所以它們之間有很強(qiáng)的電場(chǎng)。在此強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，兩電極之間的氣體被擊穿，發(fā)生輝光放電，放電電流由電阻R所限制。如R過小會(huì)使電極燒壞。主電極和相鄰輔助電極之間的輝光放電產(chǎn)生了大量的電子和離子，這些帶電粒子向兩主電極間擴(kuò)散，使主電極之間產(chǎn)生放電，并很快過渡到兩主電極之間的弧光放電。在燈點(diǎn)燃的初始階段，是低氣壓的汞蒸氣和氫氣放電，這時(shí)管壓降得很低，約25伏左右；放電電流很大，約為5～6安培，稱為啟動(dòng)電流。低壓放電時(shí)放出的熱量使管壁溫度升高，汞逐漸汽化，汞蒸氣壓和燈管電壓逐漸升高，電弧開始收縮，放電逐步向高氣壓放電過渡。當(dāng)汞全部蒸發(fā)后，管壓開始穩(wěn)定，進(jìn)入穩(wěn)定的高壓汞蒸氣放電。

高壓汞燈從啟動(dòng)到正常工作需要一段時(shí)間，通常為4～10分鐘。高壓汞燈熄滅以后，不能立即啟動(dòng)。因?yàn)闊粝绾?，?nèi)部還保持著較高的汞蒸氣壓，要等燈管冷卻，汞蒸氣凝結(jié)后才能再次點(diǎn)燃。冷卻過程需要5～10分鐘。在高的汞蒸氣壓下，燈不能重新點(diǎn)燃是由于此時(shí)電子的自由程很短，在原來的電壓下，電子不能積累足夠的能量來電離氣體。

高壓汞燈發(fā)光效率比較高，在35～65流/瓦以上，高壓汞燈除了有高的發(fā)光效率外，還能發(fā)出強(qiáng)的紫外線，因而不僅可以照明，還可用于曬圖，保健日光浴，化學(xué)合成，塑料及橡膠的老化試驗(yàn)、熒光分析、探傷等方面。由于高壓汞燈有較高的光效，而且其發(fā)光體小，亮度高，適合于室外照明。但是它的光色偏藍(lán)、綠，缺少紅色成分，所以被照物不能完全顯示原來的顏色。

如果高壓汞燈中汞蒸氣壓大于10大氣壓時(shí)，就成為超高壓汞燈，這時(shí)其發(fā)光效率將隨之增加。

高壓汞燈有較高的發(fā)光效率，但是亮度還不夠高。在許多場(chǎng)合，例如各種光學(xué)儀器、投影系統(tǒng)中，則需要高達(dá)10～10熙提（Cd/cm）的高亮度光源，超高壓汞燈就是這樣一種光源。

紫外線高壓汞燈屬高強(qiáng)度氣體放電燈，該燈光譜范圍在350nm-450nm之間,主峰值為365nm，具有極高的功率密度和有效的紫外線波長(zhǎng)，適用印刷制版，油墨干燥，光固化，軟包裝彩印，家具行業(yè)，扣板，木地板裝飾材料，印制鐵罐等表面涂料，紙張上光，高分子化合物老化，半導(dǎo)體，印制線路板，標(biāo)牌等上面的光敏阻燃劑及光敏字符油墨的理想光源。自鎮(zhèn)流汞燈產(chǎn)品簡(jiǎn)述：EHSY西域品質(zhì)提供的自鎮(zhèn)流汞燈內(nèi)置鎮(zhèn)流燈絲，不需要外接鎮(zhèn)流器；光通量高，光通維持率好；采用新型電子材料，燈泡壽命長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用低；白色燈光，光照環(huán)境良好。35-1000W阻抗式鎮(zhèn)流器，主要用于高壓鈉燈和汞燈的照明。產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異，體積小，損耗小，溫升低，價(jià)格合理適用于工業(yè)照明，公共場(chǎng)所照明。作為眾多知名品牌的合作伙伴，EHSY西域以其優(yōu)良的品質(zhì)和服務(wù)來保證閣下員工的職業(yè)健康，安全環(huán)境和美好未來。

為使高壓汞燈在照明上得到應(yīng)用，常采用以下兩種方式改善它的光色：①在石英內(nèi)管外面，再加一個(gè)玻璃殼，內(nèi)壁涂耐較高溫度的熒光粉，將紫外輻射轉(zhuǎn)換成紅色可見光，使高壓熒光汞燈的輻射光譜接近于暖白色，且有較高的發(fā)光效率。②玻璃外殼內(nèi)壁不涂熒光粉，而在殼內(nèi)與石英燈管之間串聯(lián)一鎢絲，它既作為鎮(zhèn)流器，又可輻射出高壓汞燈所缺少的紅光，以改善光色。這類高壓白熾汞燈使用方便，可直接接到220伏交流電源上，發(fā)光效率低于高壓熒光汞燈，但高于白熾燈。超高壓汞燈點(diǎn)燃時(shí)汞蒸氣壓達(dá)10個(gè)大氣壓以上，具有體積小、亮度高，可見光和紫外線能量輻射很強(qiáng)等特點(diǎn)，可用作熒光顯微鏡、光學(xué)儀器及光刻技術(shù)的強(qiáng)光源。

超高壓汞燈有短弧超高壓汞燈和毛細(xì)管超高壓汞燈兩種。

超高壓汞燈短弧

短弧超高壓汞燈是一種裝有一對(duì)釷鎢(或鈰鎢)－鎢電極(直流型)，或裝有一對(duì)釷鎢(或鈰鎢)電極（交流型）的球形石英玻殼放電燈。玻殼內(nèi)充少量啟動(dòng)氬氣和定量的汞,極間距離0.2～8mm,功率50～4000W,工作時(shí)形成“電極穩(wěn)定型”電弧, 電弧亮度為 (4.4～140)×107cd/m2。一般采用垂直燃點(diǎn),自然冷卻。直流型燈的陽(yáng)極端和交流型燈的一端涂有熱反射層，工作時(shí)，此端應(yīng)置于下方, 以保證燈穩(wěn)定工作。該燈呈負(fù)阻特性, 要接入相應(yīng)的電阻或鎮(zhèn)流器，并且另加一個(gè)專用啟動(dòng)器才能點(diǎn)燃并進(jìn)入正常穩(wěn)定工作。短弧超高壓汞燈的有效壽命為50～1000h, 直流型燈的壽命比同功率交流型燈的長(zhǎng)約1倍。 短弧超高壓汞燈是輻射極強(qiáng)的長(zhǎng)波紫外光和可見光的點(diǎn)光源，廣泛用于熒光顯微鏡、紫外分譜儀、全息照相等光學(xué)儀器，也用于集成電路光刻制版工藝。

超高壓汞燈毛細(xì)管

毛細(xì)管超高壓汞燈 因其石英玻殼是厚壁毛細(xì)管(內(nèi)徑1.8～2mm)而得名。它的電弧充滿毛細(xì)管內(nèi)壁,呈管壁穩(wěn)定型。該燈工作氣壓5～20MPa，弧長(zhǎng)12.5～25mm，電位梯度300V/cm，管壁負(fù)載1000W/cm2，需強(qiáng)制水冷或風(fēng)冷。電弧亮度高達(dá)(0.25～4.8)×109cd/m2。燈的啟動(dòng)電壓為1000V，工作電壓450～750V，使用交流電的燈需用漏磁變壓器限流和升壓。 毛細(xì)管超高壓汞燈主要用于照相制版和彩色顯像管涂熒光屏制版工藝。若將超高壓汞燈的啟動(dòng)氣體改成氙氣，則可改善其啟動(dòng)性能，使之適用于火車頭燈。

超高壓汞燈（UHP）指汞蒸氣壓力為10133～20265KPa(100～200atm)，主要發(fā)射波長(zhǎng)在546.1nm(130atm)，相當(dāng)?shù)哪芰繛?19kJ/mol(52.3kcal/mol)的汞蒸氣弧光燈。

超高壓汞燈的光亮度較大可作為點(diǎn)光源使用，應(yīng)用在探照燈方面。另外超高壓汞燈的壽命一般較高壓汞燈的使用壽命低。

用于產(chǎn)生液晶投影器的光源，原燈管通過電壓后，極間距間產(chǎn)生高電位差的同時(shí)產(chǎn)生高熱，將汞汽化，汞蒸氣在高電位差下，受激發(fā)而放電，內(nèi)部的鹵素元素，就有催化及保護(hù)的功用；其優(yōu)點(diǎn)為發(fā)光亮度強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，所以市面上的液晶投影儀多半是采用超高壓汞燈。

high-pressuremercurylamp

采用汞蒸氣放電發(fā)光的一種氣體放電燈。

種類高壓汞燈有以下幾種

①紫外線高壓汞燈

不但能發(fā)出一定的可見光，而且能發(fā)出強(qiáng)烈的紫外線。可用于曬圖、保健、日光浴理療、化學(xué)合成、老化試驗(yàn)、探傷等方面

②熒光高壓汞燈

采用二層泡殼，在外殼內(nèi)壁涂敷熒光粉,使燈的一部分紫外線轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽?增加了光色中紅色成分，改善了光色，提高了光效，因而適合室外和高大廠房、建筑物等場(chǎng)所的照明。中國(guó)使用的道路照明光源主要是這種燈

③自鎮(zhèn)流高壓汞燈

把鎢絲封入高壓汞燈的玻殼內(nèi)，作為燈的鎮(zhèn)流器，燈一開啟就亮。其壽命長(zhǎng)，使用方便，但光效偏低一些。主要用于室內(nèi)照明

④超高壓汞燈

工作時(shí)的汞蒸氣壓力達(dá)到10～50atm,是一種高亮度光源。用于光學(xué)儀器、光刻照明、制版等方面。原理高壓汞燈放電管內(nèi)充有啟動(dòng)用的氬氣和放電用的汞。照明用高壓汞燈通電后，燈內(nèi)輔助電極和相鄰的主要極之間的氣體被擊穿而產(chǎn)生輝光放電，從而導(dǎo)致兩主電極放電。放電初始階段是由氬氣和低氣壓的汞蒸氣放電，所產(chǎn)生的熱量使得管壁溫度升高，汞蒸發(fā)氣化，逐步過渡到向高氣壓放電，并在數(shù)分鐘內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定放電。在放電過程中，受激的汞原子不斷地從激發(fā)態(tài)向基態(tài)或低能態(tài)躍進(jìn)，將多余的能量以光的形式輻射出來。紫外線高壓汞燈一般不用輔助電極，使用時(shí)采用電容放電進(jìn)行啟動(dòng)。超高壓汞燈，采用觸發(fā)器進(jìn)行啟動(dòng)。

結(jié)構(gòu)高壓汞燈的放電管由耐高溫的透明石英玻璃制成，管內(nèi)充有一定量的汞和少量氬氣，采用鎢制陰極。電極和石英玻璃靠鉬箔實(shí)現(xiàn)氣密封接。為了啟動(dòng)，通常采用輔助電極。外殼除保濕作用外，還可防止周圍環(huán)境對(duì)燈的性能影響。如在外殼內(nèi)壁涂以熒光粉，則構(gòu)成熒光高壓汞燈。