金鹵燈結(jié)構(gòu)和工作原理

金屬鹵化物燈(以下簡(jiǎn)稱金鹵燈）是一種氣體放電燈，通過(guò)一個(gè)產(chǎn)生光電弧通過(guò)氣化的氣體混合物的汞和金屬鹵化物 (具有金屬的化合物的溴或碘)。它是一種類型的高強(qiáng)度放電(HID)氣體放電燈。在20世紀(jì)60年代開(kāi)發(fā)的，它們類似于汞蒸氣燈，但包含在附加的金屬鹵化物石英弧光管，其提高了效率和色彩還原的光。最常用的金屬鹵化物是碘化鈉。一旦電弧管到達(dá)其運(yùn)行溫度時(shí)，鈉從碘離解，添加橙色和紅色從鈉D線的燈的光譜作為金屬電離。其結(jié)果是，金鹵燈具有較高的發(fā)光效率每瓦左右75-100流明，是汞的兩倍左右蒸氣燈和3至5倍的白熾燈，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的白色光。燈泡壽命為6000至15000小時(shí)。由于采用的最有效的來(lái)源之一CRI白光，金屬鹵化物在2005年進(jìn)行了照明行業(yè)中增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。它們用于廣區(qū)頂部照明商業(yè)，工業(yè)和公共場(chǎng)所，如停車場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，工廠和零售商店，以及住宅的安全照明和汽車前大燈(氙氣大燈)。

該燈由一小的熔融石英或陶瓷 電弧管，其中包含的氣體和電弧，封閉其具有一涂層，以篩選出一個(gè)較大的玻璃燈泡內(nèi)的紫外光產(chǎn)生的。它們?cè)谥g的壓力下操作圖4和20個(gè)大氣壓，以及需要特殊的夾具安全地操作，以及電鎮(zhèn)流器。金屬原子產(chǎn)生大部分的光輸出。他們需要幾分鐘的預(yù)熱期達(dá)到全光輸出。

由于高CRI白光的最有效的來(lái)源之一，金屬鹵化物在2005年是照明行業(yè)中增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。它們用于廣域頂燈商業(yè)，工業(yè)和公共場(chǎng)所，如停車場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，工廠和零售商店，以及小區(qū)保安照明和汽車前大燈(氙氣大燈) 。

圖示出在385nm，422nm，497nm，540nm處，564nm，583nm(最高)，630nm的，和674nm峰值的典型的金鹵燈的輸出光譜。

金鹵燈路燈

金鹵燈被用于一般照明目的在室內(nèi)和室外使用這兩種，汽車和特種應(yīng)用。由于其廣泛的頻譜，它們用于室內(nèi)應(yīng)用的不斷增加，在體育設(shè)施，并與珊瑚礁很受歡迎友們，誰(shuí)需要為他們的珊瑚高強(qiáng)度光源。

金鹵燈用于汽車頭燈，在那里它們被俗稱為“氙大燈”由于使用的氙在燈泡代替氣體氬典型地在其它鹵化物燈使用。他們產(chǎn)生更強(qiáng)烈的光比白熾燈頭燈。

為這種燈的另一個(gè)普遍的應(yīng)用是在攝影照明和舞臺(tái)燈光裝置，其中，它們通常被稱為MSD燈和在150，250，400，575和1200通常使用瓦特額定值，尤其智能照明。

像其他的氣體放電燈，如非常相似汞汽燈，金鹵燈通過(guò)使產(chǎn)生光電弧中氣體的混合物。在金屬鹵化物燈，緊湊的弧光管中包含的高壓混合物氬或氙，汞，以及各種金屬鹵化物，如碘化鈉和碘化鈧,. 鹵化的特定混合物影響相關(guān)色溫和強(qiáng)度(使光更藍(lán)，或更紅，例如)。在燈的氬氣容易離子化，這有利于撞擊在兩個(gè)電極上的電弧電壓時(shí)首先施加于燈。由電弧產(chǎn)生的熱，然后汽化的水銀和金屬鹵化物，其產(chǎn)生光作為溫度和壓力的增加而增加。

電弧管內(nèi)常見(jiàn)的工作條件是5-50大氣壓以上 (70-700 磅或500-5000 千帕)和1000-3000℃。如同所有其他氣體放電燈，金鹵燈有負(fù)電阻，并與自鎮(zhèn)流燈的罕見(jiàn)的例外與燈絲，需要一個(gè)鎮(zhèn)流器以提供適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)和操作電壓和調(diào)節(jié)燈的電流流動(dòng)。約24%通過(guò)金鹵燈中使用的能量的產(chǎn)生光(65-115LM/W)，使它們基本上比更有效的白熾燈泡，其典型地具有范圍2-4%的效率。

金鹵燈由具有電極的發(fā)光管，外燈泡和燈頭。

電弧管內(nèi)側(cè)熔融石英 弧光管的鎢摻雜有電極釷，被密封到每個(gè)端和電流通過(guò)傳遞給它們鉬在熔融二氧化硅箔密封。這是光在實(shí)際建立電弧管內(nèi)。

除了汞蒸氣，燈管中含有碘化物或有時(shí)溴化物不同的金屬。的鈧和鈉在某些類型的，使用鉈，銦和鈉歐洲三鹽使用的模型，以及更近的類型鏑的高色溫，錫為色溫較低，鈥和銩在一些非常高的功率影視燈光機(jī)型。鎵或鉛在特殊的高UV-A模型用于打印的目的。所使用的金屬的混合物限定了燈的顏色。某些類型的節(jié)日或戲劇效果使用鉈幾乎是純碘化物，綠色燈，銦，藍(lán)色燈。一個(gè)堿金屬(鈉或鉀)，幾乎總是加到減少電弧阻抗，允許電弧管可以做得足夠長(zhǎng)，簡(jiǎn)單的電鎮(zhèn)流器使用。一個(gè)惰性氣體，通常為氬氣，冷填充到電弧管在約2千帕的壓力，以促進(jìn)放電的開(kāi)始。充滿氬氣燈啟動(dòng)通常很慢，需要幾分鐘才能達(dá)到全光的強(qiáng)度; 氙填充在汽車前照燈使用具有更好的啟動(dòng)時(shí)間。

金鹵燈路燈

金鹵燈球場(chǎng)燈

電弧管的端部經(jīng)常被外部涂覆有白色紅外線 -reflective 硅酸鋯或氧化鋯，以反映熱回到電極以保持熱和熱離子發(fā)射。一些燈泡對(duì)外部燈泡的內(nèi)側(cè)的熒光體涂層，以提高頻譜和擴(kuò)散的光。

在80年代中期，一種新型的金鹵燈被開(kāi)發(fā)，其中代替作為汞蒸氣燈和以前的金屬鹵化物燈的設(shè)計(jì)中使用的石英(熔凝石英)弧光管，用一個(gè)燒結(jié)的 礬土類似于電弧管那些在使用高壓鈉燈。這一發(fā)展降低困擾熔融二氧化硅弧光管離子蠕變的影響。在其生命，鈉和其他元素趨向于遷移到石英管中，因?yàn)楦咦贤饩€輻射和氣體電離，從而產(chǎn)生了導(dǎo)致循環(huán)發(fā)光材料的消耗。燒結(jié)的氧化鋁電弧管不允許離子蠕變通過(guò)，保持更恒定的顏色在燈的壽命。這些通常被稱為陶瓷金鹵燈或CMH燈。

添加金屬碘化物的頻譜修改的概念(特別是： -黃色，鋰-紅，銦-藍(lán)色，鉀和銣-鈉深紅色，和鉈-綠色)汞弧放電創(chuàng)造了第一個(gè)金鹵燈可通過(guò)追蹤到專利US1025932在1912年查爾斯·斯坦梅茨變形的“通用電氣的精靈”。

水銀的使用量已經(jīng)減弱多年來(lái)的進(jìn)步。

金鹵燈球場(chǎng)燈

金鹵燈應(yīng)用在棒球場(chǎng)外燈泡

大多數(shù)類型都配有一個(gè)外玻殼，以保護(hù)內(nèi)部部件和防止熱量散失。外泡也可以用于阻斷一些或所有的紫外線通過(guò)水銀蒸氣放電產(chǎn)生的光，并可以由專門(mén)摻雜“紫外線停車”熔融二氧化硅。紫外線防護(hù)是單端(單堿基)模型和雙端模式，為人類附近的照明使用常用的。一些高動(dòng)力的車型，特別是鉛，鎵UV印刷模型和用于某些類型的體育場(chǎng)館照明的模式不具有外部燈泡。使用裸電弧管的可允許的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的UV或精確定位的傳輸燈具。照明設(shè)備的護(hù)罩玻璃可以用來(lái)阻擋紫外線，并且也可以保護(hù)人們或設(shè)備如果燈應(yīng)該由爆炸失敗。

燈頭

有些類型有愛(ài)迪生螺旋金屬基礎(chǔ)上，為10和18000瓦特之間的各種額定功率。其它類型的雙端，如上面所描述的，與陶瓷構(gòu)成，具有發(fā)光管和外部的內(nèi)部之間的金屬連接沿R7S-24堿基。這些是由具有的熱膨脹系數(shù)相匹配，該弧光管的各種合金(如鐵-鈷-鎳)組成。

金鹵燈鎮(zhèn)流器

電子鎮(zhèn)流器35W金鹵燈泡電弧中的金鹵燈，在所有氣體放電燈具有負(fù)電阻特性; 也就是說(shuō)，只要通過(guò)燈泡的電流增加時(shí)，電壓兩端減小。如果燈泡是從一個(gè)恒壓源供電，如直接從交流布線，電流將增加，直到燈泡破壞本身; 因此，鹵化物燈泡需要電鎮(zhèn)流器限制電弧的電流。

有兩種類型：

電感鎮(zhèn)流器 -許多裝置使用一個(gè)電感鎮(zhèn)流器，也被稱為磁鎮(zhèn)流器，類似于那些與所用的熒光燈。這包括一個(gè)鐵芯的電感器。電感器提供了一個(gè)阻抗AC電流。如果通過(guò)燈的電流增加，電感減少，以保持電流受限的電壓。

電子鎮(zhèn)流器 -這些更輕，更緊湊。它們由一個(gè)的電子振蕩器，其產(chǎn)生高頻電流以驅(qū)動(dòng)燈。因?yàn)樗麄冇斜入姼墟?zhèn)流器低電阻損失，他們是更節(jié)能。然而，高頻率操作不增加燈效率作為熒光燈。

脈沖啟動(dòng)的金鹵燈泡不包含起始電極，它撞擊弧，并且需要的點(diǎn)火器，以產(chǎn)生一個(gè)高電壓(1-5千伏冷擊，用在熱重燃30千伏)脈沖來(lái)啟動(dòng)弧。電子鎮(zhèn)流器包括在一個(gè)包中的點(diǎn)火器電路。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)的燈鎮(zhèn)流器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)建立的所有的金屬鹵化物組分的參數(shù)(與一些較新的產(chǎn)品除外)。

自鎮(zhèn)流燈截至2012年，有幾家公司已經(jīng)開(kāi)始提供自鎮(zhèn)流金鹵燈直接取代白熾燈和自鎮(zhèn)流水銀燈。這些燈包括具有起動(dòng)電極的電弧管，以及一個(gè)管狀的鹵素?zé)簦溥B接在串聯(lián)和用于調(diào)節(jié)在弧光管的電流。電阻提供限制的起始電極的電流。像自鎮(zhèn)流汞汽燈，自鎮(zhèn)流金鹵燈直接連接到主電源，并且不需要外部鎮(zhèn)流器。與此相反的前，這些燈通常具有明確的外部燈泡沒(méi)有涂層，使得在電弧管和鹵素?zé)艄茱@然從外部可見(jiàn)的。

色溫

由于所產(chǎn)生的更白，更自然光，金鹵燈最初首選的藍(lán)色水銀燈。隨著引進(jìn)專業(yè)化金屬鹵化物混合物，金鹵燈，現(xiàn)已與相關(guān)色溫從3000 K至20000 K.色溫可以從燈稍有變化，以燈，并且這種作用是明顯的地方有許多的燈被使用。因?yàn)闊舻纳侍匦在呄驘舻膲勖陂g改變，根據(jù)燈泡已被燒毀，100小時(shí)(調(diào)味)之后的顏色被測(cè)量的ANSI標(biāo)準(zhǔn)。較新的金屬鹵化物的技術(shù)，被稱為“脈沖啟動(dòng)”，具有改善的顯色性和更可控的開(kāi)爾文方差(±100至200開(kāi)爾文)。

金鹵燈的色溫也可以通過(guò)電氣系統(tǒng)的供電在燈泡本身的燈泡和制造差異的電特性的影響。如果一個(gè)金鹵燈泡是因?yàn)檩^低的動(dòng)力不足，操作溫度，其光輸出將是因?yàn)楣膯为?dú)的蒸發(fā)的藍(lán)色。這種現(xiàn)象可以升溫期間中可以看出，當(dāng)弧光管尚未達(dá)到整個(gè)工作溫度和鹵化物還沒(méi)有完全蒸發(fā)。它也與調(diào)光鎮(zhèn)流器非常明顯的。逆是真實(shí)的一個(gè)燈泡過(guò)于強(qiáng)大，但是，這個(gè)條件可能是危險(xiǎn)的，可能導(dǎo)致電弧管爆炸，因?yàn)檫^(guò)熱和過(guò)壓。

啟動(dòng)和預(yù)熱

通電后，400瓦金鹵燈不久“冷”(下操作溫度)的金鹵燈不能立即開(kāi)始產(chǎn)生其充分的光量，因?yàn)樵趦?nèi)側(cè)弧室中的溫度和壓力所需要的時(shí)間來(lái)達(dá)到完全的操作水平。啟動(dòng)初始?xì)寤『?或氙汽車)有時(shí)需要幾秒鐘，(取決于燈泡類型)的預(yù)熱期可長(zhǎng)達(dá)五分鐘。在此期間，該燈顯示出不同顏色的各種金屬鹵化物在電弧室汽化。

如果電源中斷，甚至簡(jiǎn)單地說(shuō)，在燈的電弧熄滅，而存在于熱發(fā)光管的高壓力將防止再起弧的弧;與正常的點(diǎn)火器的5-10分鐘冷卻期將要求可重新啟動(dòng)燈之前，但具有特殊點(diǎn)火器而特別設(shè)計(jì)的燈，電弧可以立即重新建立。在沒(méi)有瞬間重燃能力燈具，電源的瞬間損失可能意味著沒(méi)有光線幾分鐘。為安全起見(jiàn)，許多金鹵燈具有冷卻和再起弧期間工作備份鹵鎢燈的白熾燈。一旦金屬鹵化物restrikes和升溫，白熾燈光安全關(guān)閉。溫暖的燈也往往需要更多的時(shí)間比開(kāi)始徹底的涼了一盞燈充分發(fā)揮其亮度。

所有的HID電弧管強(qiáng)度降低了他們的一生，因?yàn)楦鞣N因素，如化學(xué)腐蝕，熱應(yīng)力和機(jī)械振動(dòng)。隨著燈的老化電弧管變色，吸收光線和越來(lái)越熱。管將繼續(xù)成為弱直到它最終失敗，從而導(dǎo)致管的破裂。

盡管這樣的失敗與壽命的結(jié)束相關(guān)聯(lián)，電弧管可以在任何時(shí)候會(huì)失敗，因?yàn)榭床灰?jiàn)制造缺陷如顯微裂紋的甚至是新的時(shí)候，。然而，這是相當(dāng)少見(jiàn)的。制造商通常“旺季”的新燈檢查這些缺陷燈離開(kāi)制造商的房舍之前。

由于金鹵燈含有一顯著高壓氣體(最多至50psi)，電弧管的失敗是不可避免暴力事件。電弧管的片段被發(fā)射，以極高的速度，在所有方向上，引人注目的有足夠的力在燈的外燈泡以使其斷裂。如果燈具沒(méi)有二級(jí)防護(hù)(如鏡頭，碗或屏蔽)，那么碎片極熱片會(huì)掉下來(lái)砸到人員和財(cái)產(chǎn)的光線之下，有可能造成嚴(yán)重傷害，損壞，并可能造成重大建筑火災(zāi)如果易燃物質(zhì)存在。

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