Необходимые условия для успешного применения добавок галогенида
Первым условием, которое должно быть удовлетворено любой добавкой, вводимой в лампу, является упругость паров. На рис.3.2 приведен перечень металлов, давление паров которые выше 130 Па при 1000 К, приемлемой рабочей температуре холодной зоны кварцевой дуговой лампы с накальными катодами.
Рис.3.2
Стронций, магний и цинк активно взаимодействуют с кварцем при температуре, необходимой для их испарения. Поэтому в чистом виде могут быть использованы только цинк, кадмий и теллур. Галогенные соединения имеют два существенных свойства: они почти все имеют упругость паров выше 1 мм.рт.ст. при 1000К, за исключением фторидов. Следовательно, применение в качестве добавок галогенных соединений металлов позволяет использовать почти любой из металлов периодической системы , вместо трех или четырех допустимых.
Кроме требований, предъявляемых в отношении упругости паров и неактивности к кварцу при рабочий температурах, соединение добавки должно удовлетворять еще двум требованиям: оно не должно разлагаться при температуре колбы и должно разлагаться при температуре, соответствующей излучающей свет части дугового столба.
Вообще, иодиды разных металлов наилучшим образом удовлетворяют всем условиям. Хотя хлориды и бромиды устойчивы при температуре колбы, они чрезмерно устойчивы и при более высоких температурах.
Присутствие небольших количеств галогенидов в парообразной фазе во время зажигания лампы значительно повышает напряжение зажигания.
Разнообразие добавок
Ограничения, наложенные на применение различных соединений в качестве добавок, могут быть у спехом удовлетворены использованием иодидов почти всех металлов периодической системы. Исключены только бериллий, мышьяк и селен вследствие высокой токсичности их паров. Медь, серебро и золото неудовлетворительно работают с иодидами из-за неустойчивости этих соединений при необходимой температуре колбы. Кальций, стронций и барий также неэффективны вследствие низкой упругости паров всех галогенидов. Бром и алюминий также недостаточно эффективны, т.к. все их галогениды имеют высокую упругость паров при комнатной температуре, и лампы с этими добавками требуют высокого напряжения зажигания.
Очевидно, сто каждой области применения лампы соответствует определенный оптимальный спектр излучения. Например, лампы, предназначенные для общего освещения, должны обычно излучать белый свет. Для каждой области применения можно подобрать в качестве добавки те металлы, линии излучения которых строго соответствуют требуемой части спектра.
Достоинства металлогалогенных ламп
- Высокая энергоэффективность и светоотдача, обычно составляющая у качественных ламп около 80 люмен/ватт. У самых современных ламп достигнута светоотдача 100 люмен/ватт, а в опытных образцах фантастический показатель 170 люмен/ватт.
- Огромный диапазон мощности одной лампы, от 20 ватт до 3 500 ватт.
- Независимость характеристик МГЛ от температуры окружающего воздуха.
- Высокая цветопередача. МГЛ создают нейтральный белый цвет, приближенный к естественному солнечному. Индекс цветопередачи у качественных ламп - 1А (Ra = 90).
- Малые габариты, что позволяет легко управлять световым потоком лампы, в том числе и при необходимости направленного света.
Недостатки металлогалогенных ламп
У металлогалогенных ламп, естественно, есть и свои недостатки:
- Качественные металлогалогенные лампы дороги.
- Даже небольшое изменение напряжения в пределах 5% приводит к существенному изменению цветности излучения лампы. Изменения эти непредсказуемы и индивидуальны для каждой лампы (так называемое «разбегание цветов»).
- При применении сложного регулирования яркости в пределах 15%, лампы теряют до половины своего ресурса.
- В процессе эксплуатации может изменяться световая температура с отклонением в 500 К, то есть белый свет может стать существенно теплее или холоднее.
- Высокая пульсация света, достигающая у некоторых устаревших ламп 100%.
- Длительное время до полного запуска (до 10 минут в устаревших конструкциях и до 2 - в современных)
- Невозможность быстрого запуска лампы даже после кратковременного ее отключения (в течение примерно 10 минут необходимых для ее охлаждения). Существуют дополнительные устройства быстрого перезапуска, но их применение снижает срок службы ламп.
- Цветовые характеристики новых МГЛ в течение первых 100 часов эксплуатации могут не соответствовать паспортным, лампе необходима так называемая «выдержка».
- Для зажигания разряда необходимо иметь высокое напряжение в несколько киловольт, соответственно требуется дополнительное зажигательное устройство.
- Металлогалогенные лампы могут взрываться, например из-за чрезмерно высокого напряжения и перегрева колбы или при «расстекловании» стекла колбы, когда на ней образуется матовый налет. Следовательно, лампы в светильнике должны быть надежно закрыты.
- В обычных металлогалогенных лампах содержится около 25 мг ртути.