7.3 Галогенні лампи розжарювання

У вакуумних лампах вольфрам без перешкод випаровується з тіла розжарювання (ТР) і осідає на внутрішніх стінках колби, що призводить до різкого зниження світлового потоку. Одним із шляхів протидії швидкого випаровування вольфраму є наповнення ламп інертним газом. Однак цей шлях не усуває його осідання на колбі, а лише зменшує швидкість.

З метою повного очищення колби лампи від осідаючих часток вольфраму до інертного газу додають галогени (йод, хлор, бром, фтор та їх сполуки). Завдяки цим добавкам у лампі за певних умов виникає ланцюг реакцій, який називається галогенним циклом. Ці реакції приводять до повного очищення колби від осідаючого вольфраму та повертають його назад на ТР.

Галогенні лампи розжарювання (ГЛР) є тепловими джерелами світла, в обсязі яких створені умови для протікання реакцій вольфрамо-галогенного циклу (ВГЦ). ВГЦ – це комплекс реакцій, у результаті яких частки вольфраму, що випарилися  з поверхні нагрітого до високих температур ТР, переміщаються за допомогою галогенів у зворотному напрямку – з області більш низьких в область більш високих температур. Призначення цих циклів – запобігати почорнінню колби частками вольфраму, який випаровується з ТР, зберігати її прозорою на протязі усього терміну служби ламп. Завдяки цьому зростає корисний термін служби лампи.  На жаль, ВГЦ, який повертає вольфрам на ТР, не здатний “регенерувати” його, бо частки вольфраму випаровуються з одних дільниць ТР (більш гарячих), а осідають на інших (більш холодних).

ВГЦ проходить за однаковою схемою:

при низькій температурі

W+nГ                             WГn,                                     (7.1)

при високій температурі

де Г – галоген;

n – кількість атомів.

Спрощене уявлення про ВГЦ відображено на рис.7.1 на прикладі використання йоду.

Рис. 7.1 – Схема проходження ВГЦ: 1 – тіло розжарювання;

2 – оболонка лампи

При низькій температурі (300 оС-1200 оС) галоген з’єднується на стінках колби з частками вольфраму і створює хімічне сполучення галогенід вольфраму. При певних температурах це газоподібне сполучення дифундує від стінок колби (де його концентрація підвищена) в напрямку ТР. Тут галогеніди дисоціюють на вольфрам, що осідає на ТР, і галоген, який у вільному стані рухається до стінки колби для з’єднання  з новою порцією вольфраму.

Протікання ВГЦ підсилюється при переході від йоду до брому, потім до хлору і фтору. При цьому в наведеному порядку підвищується температура дисоціації галогенідів. Причому тільки при фторному циклі галогеніди розпадаються на самому ТР, а при використанні інших (йоду, брому, хлору) цей розпад починається при більш низьких температурах (нижче температури ТР) і вольфрам при цьому осідає не на ТР, а на прилеглі області [3].

Для нормального ВГЦ дуже важлива оптимальна концентрація галогену. А вона повинна бути достатньою, щоб цикл не зупинився, не дуже високою, щоб не привести до руйнування металевих деталей лампи. Так, при використанні йоду необхідне наступне дозування: 0,01...1мкмоль на см3 обсягу лампи.

У сучасних ЛР застосовують, як правило, не чисті галогени, а їх сполуки, наприклад, бромистий метил СН2Вr2 і бромистий метилен СН3Вr.

Для наповнення ГЛР використовуються криптон, ксенон до тиску вище 105 Па у холодному стані. Тобто, в робочому стані при високих температурах ТР тиск інертного газу значно вищий за атмосферний. Цей факт сприяє підвищенню терміну служби ГЛР до 2000 год.

Оскільки для нормального протікання ВГЦ необхідні високі температури,  колба ЛР виготовляється з тугоплавкого кварцового скла з температурою плавлення 1986 К. Цим пояснюється можливість зменшення габаритних розмірів ГЛР.

Застосування кварцевого скла та зниження розпилення вольфрамового ТР дали можливість підвищити його температуру і, як наслідок, сприяють зростанню світлової віддачі лампи, яка складає 20...30 лм/Вт. Вони також мають підвищену яскравість, термін служби, малі габаритні розміри й постійні характеристики у процесі їх роботи.

За областями застосування сучасні ГРЛ можна розділити на такі основні типи:

для інфрачервоного опромінювання;

для прожекторів і світильників зовнішнього освітлення;

для фотознімального і телевізійного освітлення;

для автофар;

для аеродромних вогнів;

для оптичних приладів.

За конструктивними ознаками ГРЛ поділяються на лінійні (або трубчасті) і лампи з компактним тілом розжарювання.

До лінійних ламп відносяться лампи, для яких відношення довжини до діаметра більше 10, з ТР у формі довгої спіралі. Відповідно колби цих ламп мають форму вузьких трубок. Такі лампи звичайно мають токовводи з обох боків колби.

У ламп другого типу співвідношення довжини до її діаметра менше, або дорівнює 8. Відповідно колби мають форму короткого циліндра або близько до нього. Лампи з компактними ТР поділяються на малогабаритні і потужні в колбах з довжиною, яка приблизно дорівнює діаметру. В малогабаритних лампах обидва виводи здебільшого виведені в один бік.

Малі габарити ГЛР дають можливість їх застосування у малогабаритних світлових приладах. Однак треба пам’ятати, що ці лампи роблять в напруженому тепловому режимі і може спостерігатися перегрівання і лампи і приладу. Тому особливу увагу треба приділяти тепловому режиму приладу з ГЛР.

У багатьох опромінювальних і освітлювальних установках ГЛР успішно конкурують з потужними трубчастими ксеноновими лампами типу ДКСТ. Сучасні ГЛР випускаються потужністю Р=5...20000 Вт і напругою 6,3...220 В.

Рисунок 7.2 – Зовнішній вигляд деяких типів галогенних ЛР:

а)  КИО220-2500; б) КИО220-2500; в) КГМ27-27; г) КГМ75-630;

д) КИМ30-300; е) КИМ220-1000; ж) КГМ6,3-15;  з) КГМ9-75

Контрольні запитання

1. Типи ламп розжарювання загального призначення. Їх характеристика.

2. Лампи розжарювання спеціального призначення, їх параметри.

3. Вольфрамо-галогенний цикл. Умови його протікання.

4. Які типи галогенів використовуються в ГЛР і як вони впливають на характеристики ламп?

5. Пояснити причини підвищення терміну служби і світлової віддачі ГЛР.

6. Конструкція галогенної ЛР.

7. Порівняйте характеристики ГЛР і звичайних ЛР.

8. До якого типу джерел світла відносяться ГЛР?

9. Охарактеризуйте якісний і кількісний склад наповнення ГРЛ звичайних ЛР.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я