第六章高压汞灯.ppt
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1、第六章 高压汞灯,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,6.1 高压汞蒸气放电特性,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,一. 电弧温度和电离机构,1. TgTe,PHgTg,LTE满足:,VeMaxwell Distribution,n*Boltzmann Distribution,n+(n-) Saha Equation,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,2. 电离以热电离为主(PHg1333Pa),3. 电弧收缩,(气压越高,收缩越厉害),PHg很高下由对流带走能量的过程 使电弧“绳化”,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,二. 光谱,uv共振辐射随气压上升越来越受到抑制, 强度很高的可见辐射大量出现。,
2、Ijk=nj*Ajkhjk,PHgTgn*,n*=n0 exp(-eV/kT),Ajk=1/in (in: plasma中平均停留时间 ),A(高能态间)A(与基能态间),光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,2. 谱线放宽,压力放宽+高温下的多普勒放宽,3. 连续光谱出现,体积复合,韧致辐射,连续谱,在连续光谱上叠加了放宽的线光谱,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,三. 光效,in(内径)=27mm,I=4A,PHg不同时变化,A,B,C,D,E,F,PHg(Torr),60,20,10,10-2,10-1,1,10,102,103,104,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,1. 随PHg上升而增加(
3、PHg1atm),2. 单位波长的热耗,PL=Pr+Pc+PT,PC1=- 2ri,dT,dr,ri,= V,PHg,PHgTgV,与PHg无关(与T也无关),3,1,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,实验表明,dT/dr为抛物线分布,r,T,T0,Tw,ri,T(r)=T0-(T0-Tw)( )2,r,ri,Pc1=- -(T0-Tw) 2ri,ri,2r,ri2,Pc1=4(T0-Tw),T0=6000K Tw=1000K =8.3510-5T3/4(w/mk),Pc1=10W/cm,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,3. 光效,通常,Pl1=4050W/cm,Pr1=Pl1-Pc1,考虑nH
4、g与石英对辐射的吸收,Pr1=0.72(Pl1-Pc1),r= =0.72(1- ),0.72(Pl1-Pc1),Pl1,Pc1,Pl1,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,Plr,Pl1VePHg,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,6.2 高压汞灯,一. 结构,1. 放电管,石英泡壳,Hg+Ar填充物,自热式电极+辅助电极,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,3. 外壳 硬玻璃(软玻璃),加荧光粉荧光高压汞灯,即可提高光效,又可提高显色指数,2. 支架 电引线+启动电阻,主电极和辅电极间先被击穿,产生电子, 放电建立。,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,二. 高压汞灯的设计,1. 选定工作气压,a)PH
5、g,照明灯 (24 )atm,紫外辐射灯 (0.50.6)atm,b)PHg与Tw的关系,过量Hg下,lgPHg=- +7.752,Tw(k),3.36103,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,c)高压汞灯中汞量与PHg的关系,非饱和状态,200.6mg液汞,在标准状态下,产生22.4cm3的汞蒸气,在体积为V,温度为T,且均匀分布的 灯中产生PHg,PHg= /,22.4,273,V,T,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,在管半径为ri,且温度为T(r)的单位弧长 体积中产生PHg,PHg=,22.4,273,0ri,2r,T(r),dr,在单位弧长充汞量为m(mg/cm),在ri与 T(r)的
6、条件下产生PHg,PHg=,22.4m,273200.6,0,2r,T(r),dr2,PHgm,200.6,=,PHg=,m,7680,0ri,T(r),dr2,ri2,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,2. 选定电参数(Pl给出,Vl选定,Il可知),Pl=VlIll,(l=0.9),Vl=VAK+ELarc,a) VAK,b) Vl,锆酸钡电子粉电极 1213V,纯钨电极 17V,Vl,Vl不稳定,Vl=(1/22/3)Vn=(110140)V,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,3. 选定管壁负载,Ws=Pl/d larc-,Ws,照明灯 910w/cm2,紫外灯 5.56.5w/cm2,2,
7、光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,4. 充汞量与E的关系,Pl1=EIll=E J Sarcl,=E(e nee) rarc2 l,e=c1/n0 ne =c2n0exp-evi/2kTeff,Teff =f(ri ,Pc1),Elenbass 根据二阶温度轮廓模型,rarc=c3ri,E= 6,Pl11/2 m7/12,(Pl1-Pc1)1/3d3/2,代入Pl1 =30w/cm Pc1=10,E12,m7/12,d3/2,=,Vl-VAk,larc,-,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,l=larc +2T.T.Q+压封区,总充汞量M=m(larc+3/4 d),T.T.Q,插入因子,larc
8、,5.几何尺寸与总充汞量的计算,光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,PHg=0.75(m/d2)Pl10.25/(dm)0.1-(1),E 12,m7/12,d3/2,=,Vl-VAk,larc,Ws=Pl/d larc-(2),6.验证湍流发生的可能性 m2/d250,-(3),三.高压汞灯的启动,f,稳定时间,410分,F,I,t,Pl Tw PHg PHg(max),光源原理与设计高压汞灯,诸定昌,1.HID灯启动的四个阶段,a) Breakdown: ionization to produce enough charges (governed by Pashen Law).,b) A se
9、lf-sustaining discharge by secondary emission from the cathode( governed by Townsend Law).,c) Glow-to-Arc transition during which the electrodes are heated to a value where thermal emission delivers most of the current.,d) Comes to slow transition from a low pressure to a high pressure.,光源原理与设计高压汞灯,
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