Жоғары қарқынды газ разрядты лампалар

Кіріспе

Электр шамдарының түрі/лампалар

Жоғары интенсивті газ разрядты шамдар (HID шамдары) – электр дуғасы арқылы жарық шығаратын электрлік газ разрядты шамдар. Олар шашыраңқы немесе мөлдір кварц немесе алюминий түтігі ішінде орналасқан вольфрам электродтары арасындағы электр дуғасы арқылы жарық шығарады. Бұл түтік асыл газбен толтырылады және көбінесе металл немесе металл тұздарын қамтиды. Асыл газ дуаға бастапқы соққы беруге мүмкіндік береді. Дуа іске қосылғаннан кейін, металл қоспасы қызып, буланады. Оның дуа плазмасында болуы, металдардың спектрдің көрінетін бөлігінде көптеген эмиссиялық спектрлік сызықтары болғандықтан, берілген қуатқа шаққандағы жарықтың интенсивтілігін арттырады. Жоғары интенсивті газ разрядты шамдар – дуа шамдарының бір түрі. Жаңа HID шамдары, флуоресцентті және шам шамдарға қарағанда электр қуатының бірлігіне көбірек көрінетін жарық береді, себебі олардың сәулеленуінің үлкен бөлігі инфрақызылға қарағанда көрінетін жарықтан тұрады. Дегенмен, HID жарықтандырудың люмендік шығысы 10,000 сағаттан астам пайдалану кезінде 70%-ға дейін төмендеуі мүмкін. Көптеген қазіргі көліктерде негізгі жарықтандыру жүйелері үшін HID шамдары қолданылады, бірақ кейбір қолданыстар қазір HID шамдарынан LED және лазерлік технологияларға көшуде.

Радиоактивті заттар

Кейбір HID шамдары криптон-85 және торий сияқты радиоактивті заттарды қолданады. Бұл изотоптар шамдарды қосуға және шамның жұмыс сипаттамаларын жақсартуға көмектеседі. Олар сыртқы іс-шаралар аймақтарында, жолдарда, тұрақтарда және жолдарда қолданылады. Соңғы уақытта, шамдардың люмені төмендетілгендіктен, HID шамдары шағын сауда орындарында және тіпті тұрғын үйлерде де қолданыла бастады. Ultra high performance (UHP) HID шамдары LCD немесе DLP проекциялық теледидарларда немесе проекциялық дисплейлерде де қолданылады. HID шамдары жабық бағдарламаны жүзеге асыруды мүмкін етті, әсіресе табиғи ортасында көп мөлшерде тікелей күн сәулесі қажет болатын өсімдіктер үшін; HID шамдары, атап айтқанда металл-галогенді және жоғары қысымды натрий шамдары, жабық бағдарламалар үшін кең таралған жарық көзі болып табылады. Олар жабық аквариумдар үшін тропикалық интенсивті күн сәулесін қайта жасау үшін де қолданылады. Көптеген HID шамдары айтарлықтай ультракүлгін сәуле шығарады және шамның құрауыштарының ультракүлгін сәуледен зақымдануын және шаммен жарықтандырылған боялған заттардың түсін өшіруін болдырмау үшін ультракүлгін сәуледен қорғайтын сүзгілерді қажет етеді. Бұзылған немесе жоқ ультракүлгін сүзгілерімен жұмыс істейтін HID шамдарына ұшырау адамдар мен жануарларға зиян келтіруі мүмкін, мысалы, күн күйігі және көздің ауруы. Көптеген HID шамдары сыртқы ультракүлгін сәуледен қорғайтын шыны қабығы сынған жағдайда жылдам өшірілуі үшін жасалған. 1990 жылдардың басында HID шамдары автомобиль фараларында қолданыла бастады. Ксенон немесе жоғары интенсивті разряд (HID) жарықтандыру жарқыраған фараларды қамтамасыз етеді және стандартты галогенді жарықтандырумен көлеңкеде қалған көптеген шеткі нысандардың (мысалы, көше таңбалары және жаяу жүргіншілер) көрінуін арттырады. HID шамдары жоғары өнімді велосипед фараларында, сондай-ақ фонарьларда және басқа да портативті шамдарда қолданылады, өйткені олар бірлік қуатына көп мөлшерде жарық шығарады. HID шамдары эквивалентті вольфрам-галогенді шамның жартысынан да аз қуатты пайдаланатындықтан, айтарлықтай кішірек және жеңіл қуат көзі қолданылуы мүмкін. HID шамдары сонымен қатар көптеген ұшақтарда дәстүрлі қону және рулинг шамдарының орнына кеңінен қолданылады. HID шамдары су астындағы суға түсу шамдарында да қолданылады. Галогенді шамдармен салыстырғанда HID шамдарының жоғары тиімділігі берілген батарея көлемі үшін ұзақ жану уақытын және жарық шығысын білдіреді.

Some HID lamps make use of radioactive substances such as krypton 85 and thorium. These isotopes help start the lamps and improve lamp operating characteristics. outdoor activity areas, roadways, parking lots, and pathways. More recently, HID lamps have been used in small retail and even residential environments because of advances in reduced lumen bulbs. Ultra high performance (UHP) HID lamps are used in LCD or DLP projection TV sets or projection displays as well. HID lamps have made indoor gardening practical, particularly for plants that require high levels of direct sunlight in their natural habitat; HID lamps, specifically metal halide and high pressure sodium, are a common light source for indoor gardens. They are also used to reproduce tropical intensity sunlight for indoor aquaria. Most HID lamps produce significant UV radiation and require UV blocking filters to prevent UV induced degradation of lamp fixture components and fading of dyed items illuminated by the lamp. Exposure to HID lamps operating with faulty or absent UV blocking filters causes injury to humans and animals, such as sunburn and arc eye. Many HID lamps are designed to quickly extinguish if their outer UV shielding glass envelope is broken. Beginning in the early 1990s, HID lamps have seen applications in automotive headlamps. Xenon, or high intensity discharge (HID), lighting provides brighter headlights and increases visibility of many peripheral objects (e. g. street signs and pedestrians) left in the shadows by standard halogen lighting. HID lamps are used in high performance bicycle headlamps, as well as flashlights and other portable lights, because they produce a great amount of light per unit of power. As the HID lights use less than half the power of an equivalent tungsten halogen light, a significantly smaller and lighter weight power supply can be used. HID lamps have also become common on many aircraft as replacements for traditional landing and taxi lights. HID lamps are also used in lamps for underwater diving. The higher efficacy of HID lamps compared to halogen units means longer burn times for a given battery size and light output.

Түс температурасы

HID шамдары әр түрлі түстерде (көбінесе түс температурасы деп аталады) қол жетімді және Кельвин (K) бірліктерімен өлшенеді. Кельвин бойынша түс температурасының шкаласы 1000K (қызыл) -тан 3000K (сары) -қа дейін, 5500K (ақ) -тан 8000K (көк) -ке дейін және 12000K (күлгін) -ге дейін өзгереді. HID шамдары жарықтың әр түрлі түстерін негізінен шамның разрядтық түтігіндегі әртүрлі металл қоспаларын пайдалану және газ разрядталу процесінің физикасы арқылы шығарады. Металл қоспалары: HID шамдары газ қоспасымен толтырылған разрядтық түтік қамтиды, оның ішінде инертті газ (мысалы, ксенон). Бұл металл қоспалары жарықтың әртүрлі түстерін шығару үшін маңызды. Әртүрлі металдар энергия алғанда белгілі бір толқын ұзындығында жарық шығарады, және осы қасиет шамның түсін анықтайды. Газ разрядталу процесі: Лампаның жұмыс істеуі разрядтық түтік ішіндегі электродтар арасында электр доғасын жасауды қамтиды. Бұл доға жоғары температура тудырады және түтік ішіндегі газдар мен металл қоспаларын қоздырады. Қозған атомдар бастапқы күйіне оралғанда, олар энергияны жарық түрінде бөліп шығарады. Спектрлік эмиссия: Шығарылатын жарықтың нақты спектрі қозған атомдардың энергия деңгейіне және металл қоспаларының қасиеттеріне байланысты. Әрбір металл белгілі бір толқын ұзындығында жарық шығарады, нәтижесінде нақты түстер пайда болады. Фосфорлы қаптама: Кейбір HID шамдары, мысалы, сынапты бу шамдары, сонымен қатар разрядтық түтіктің ішкі бетінде фосфорлы қаптамаларды қолданады. Бұл фосфорлар ультракүлгін сәулені сіңіріп, содан кейін көзге көрінетін жарық шығарады. Ультракүлгін сәуле мен шығарылған көзге көрінетін жарықтың үйлесімі кең түсті спектрді құрайды. Түс беру индексі (CRI): HID шамдары әрқашан жақсы түс беру қасиеттерімен ерекшелене бермейді. Түс беру – жарық көзінің заттардың нақты түстерін табиғи күн сәулесімен салыстырғанда қаншалықты дәл көрсететінін білдіреді. Әртүрлі HID шамдарының CRI мәндері әртүрлі болады, кейбіреулері басқаларына қарағанда жақсы түс беруді қамтамасыз етеді. Металл қоспаларын және олардың концентрациясын таңдау шам өндірушілеріне әртүрлі жарықтандыру қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін әртүрлі түс температурасы мен спектрлік сипаттамалары бар HID шамдарын жасауға мүмкіндік береді. Көптеген HID шамдары 5000K-тан 6000K-ға дейінгі түс температурасы диапазонында шығарылады, бұл табиғи күн сәулесіне ұқсас. Бұл жоғары жарықтылықты қажет ететін қолданыстар үшін пайдалы, мысалы, спорт стадиондары, қоймалар, проекциялық теледидарлар және бақша жарықтары. Дегенмен, автомобиль фаралары сияқты кейбір қолданыстар үшін HID шамдары сары және ақтан көк және күлгінге дейінгі барлық түстерде шығарылады.

HID lamps are available in a variety of colors (commonly referred to as color temperatures) and measured in Kelvins (K). The Kelvin color temperature scale ranges from 1000K (amber) to 3000K (yellow) to 5500K (white) to 8000K (blue) to 12000K (purple). HID lamps produce different colors of light primarily through the use of various metal additives in the lamp's arc tube and the physics of the gas discharge process. Metal Additives: HID lamps contain an arc tube filled with a mixture of gases, including a noble gas (like xenon). These metal additives are crucial for producing different colors of light. Different metals emit light at specific wavelengths when energized, and this characteristic determines the lamp's color output. Gas Discharge Process: The lamp's operation involves creating an electric arc across the electrodes within the arc tube. This arc generates intense heat and excites the gases and metal additives within the tube. As the excited atoms return to their ground state, they release energy in the form of light. Spectrum Emission: The specific spectrum of light emitted depends on the energy levels of the excited atoms and the properties of the metal additives. Each metal emits light at certain wavelengths, resulting in specific colors
Phosphor Coating: Some HID lamps, like Mercury Vapor lamps, also utilize phosphor coatings on the inner surface of the arc tube. These phosphors absorb the ultraviolet (UV) light emitted by the excited gas atoms and then re emit visible light. The combination of UV light and the emitted visible light creates a broader spectrum of colors. Color Rendering Index (CRI): HID lamps are not always known for their excellent color rendering properties. Color rendering refers to how accurately the light source displays the true colors of objects compared to natural sunlight. Different HID lamps have varying CRI values, with some providing better color rendering than others. The choice of metal additives and their concentrations enables lamp manufacturers to create HID lamps with distinct color temperatures and spectral characteristics to meet different lighting needs. The majority of HID lamps are produced in the color temperature range of 5000K to 6000K, which is similar to natural daylight. This is useful for applications requiring high levels of luminosity such as sport stadiums, warehouses, projection TVs, and gardening lights. However, for certain applications such as automotive headlamps, HID lamps are produced in nearly every color from yellow and white to blue and purple.

Өмірінің соңы

Тозу факторлары көбінесе жалпы қосылу уақытына қарағанда, қосылып-өшірілу циклдарынан туындайды. Ең көп тозу HID шам әлі ыстық болғанда және металл тұздары қайтадан кристалдануға үлкермегенде пайда болады. Өмірінің соңына таяғанда, көптеген жоғары қарқынды разряд шамдары циклдік құбылыс көрсетеді. Бұл шамдарды салыстырмалы түрде төмен кернеуде іске қосуға болады. Бірақ, жұмыс ілеген кезде қызған сайын, доға түтігінің ішіндегі газ қысымы артады және доғаны сақтау үшін жоғары кернеу қажет болады. Шам ескірген сайын, доғаны ұстап тұруға қажетті кернеу электр балластың беретін кернеуінен асып түседі. Шам осы деңгейге дейін қызғанда, доға үзіліп, шам сөнеді. Соңында, доға сөнгеннен кейін шам суынады, доға түтігіндегі газ қысымы төмендейді және балласт қайтадан доғаны тудыруға мүмкіндік алады. Бұл салдарынан шам қысқа уақытқа жанады да, қайта-қайта сөнеді. Күрделі балласт конструкциялары циклдік құбылысты анықтап, бірнеше циклдан кейін шамды іске қосуға тырысуды тоқтатады. Егер қуатты ажыратып, қайта қосса, балласт жаңа іске қосу әрекеттерін бастайды. HID шамдардың тозуы мен қартаюымен байланысты тағы бір құбылыс – шығарылатын жарық сәулесінің түсінің өзгеруі ("солу"). Көбінесе көк және/немесе күлгін түске қарай ығысу байқалады. Бұл ығысу бастапқыда аз болады және шамдардың жақсы жұмыс істеп тұрған кезінде "ішкі қабатқа енуінің" белгісі болып табылады, бірақ өмірінің соңына жақындағанда HID шам көк және күлгін жарық шығарады деп есептеледі. Планк заңына сәйкес, бұл доғаны сақтау үшін қажетті жоғары кернеу мен температураның тікелей салдары. Кейде UHP шамдағы сынапты қамтитын кварц түтік жарылуы мүмкін. Ондай жағдайда атмосфераға 50 мг-ға дейін сынап буы шығады. Бұл мөлшердегі сынаптың уытты болуы мүмкін, бірақ сынған шамдардан туындайтын негізгі қауіп – шыныдан кесулер, ал сынған шамдарға кездейсоқ ұшыраудың зиянды әсері болмайды деп күтілуде. Philips сынған шамдармен жұмыс іскенде сынапты тазартатын шаңсорғыш, желдету немесе тыныс алу аппаратын, көзді қорғайтын құралдар мен қорғаныш киімдерін пайдалануды ұсынады. Сынап шамдарын әрқашан арнайы жою немесе қайта өңдеу қажет, бұл көптеген елдерде заң бойынша міндетті.

Factors of wear come mostly from on/off cycles versus the total on time. The highest wear occurs when the HID burner is ignited while still hot and before the metallic salts have recrystallized. At the end of life, many types of high intensity discharge lamps exhibit a phenomenon known as cycling. These lamps can be started at a relatively low voltage. As they heat up during operation, however, the internal gas pressure within the arc tube rises and a higher voltage is required to maintain the arc discharge. As a lamp gets older, the voltage necessary to maintain the arc eventually rises to exceed the voltage provided by the electrical ballast. As the lamp heats to this point, the arc fails and the lamp goes out. Eventually, with the arc extinguished, the lamp cools down again, the gas pressure in the arc tube is reduced, and the ballast can once again cause the arc to strike. The effect of this is that the lamp glows for a while and then goes out, repeatedly. More sophisticated ballast designs detect cycling and give up attempting to start the lamp after a few cycles. If power is removed and reapplied, the ballast will make a new series of startup attempts. Another phenomenon associated with HID lamp wear and aging is discoloration of the emitted light beam ("fading"). Commonly, a shift towards blue and/or violet can be observed. This shift is slight at first and is more generally a sign of the lamps being "broken in" whilst still being in good overall working order, but towards the end of its life, the HID lamp is often perceived as only producing blue and violet light. Based on Planck's law, this is a direct result of the increased voltage and higher temperature necessary to maintain the arc. Sometimes the quartz tube containing mercury can explode in a UHP lamp. When that happens, up to 50 mg of mercury vapor is released into the atmosphere. This quantity of mercury is potentially toxic, but the main hazard from broken lamps is glass cuts, and occasional exposure to broken lamps is not expected to have adverse effects. Philips recommends the use of a mercury vacuum cleaner, ventilation or respiratory protection, eye protection, and protective clothing when dealing with broken lamps. Mercury lamps always require specialised disposal or recycling, which is legally mandatory in many locations depending on jurisdiction.