Кіріспе

Гидрагиромедиодты (HMI) – Osram компаниясының металл галоидты газды орта доғалы шамдарының саудалық атауы, ол кино және ойын-сауық салалары үшін арнайы жасалған. "Гидраргирум" атауы грек тіліндегі сынап элементінің атауынан алынған. HMI шамдары кварцты шыныдан жасалған колбада металл галоидтарымен қосылған сынап буын пайдаланады және орташа доғалық арақашықтығы бар екі вольфрам электродына ие. Үйлесімді шамдарды қолданатын дәстүрлі жарықтандыру құрылғыларынан өзгеше, HMI шамдарына токты шектеу және қажетті кернеуді беру үшін жеке балласттар қажет, олар шам басынан кабель арқылы бөлінеді. Шам, колба ішіндегі екі электрод арасындағы электр доғасын жасау арқылы жұмыс істейді, бұл доға қысыммен сақталатын сынап буын және металл галоидтарын қоздырады, нәтижесінде қыздырғыш жарықтандыру құрылғыларына қарағанда тиімділігі жоғары, өте жарық шығады. Тиімділік артықшылығы шамамен 85–108 люменге дейін электр қуатының бір ватына төрт есеге жуық. Кәдімгі галогенді шамдарда, жіпті жаңарту және буланған вольфрамның шыныны қараңғылатуын болдырмау үшін галогенді газ қолданылатын болса, HMI шамдарындағы сынап буы мен металл галоидтары жарық шығарушы элементтер болып табылады. Жоғары түс беру индексі (CRI) және түс температурасы шамның химиялық құрамының ерекшелігіне байланысты.

Тарих

1960 жылдардың аяғында неміс теледидар өндірушілері шам жасаушы OSRAM компаниясынан киноиндустриясы қолданатын көміртекті доғалы жарықтандырудың орнына, қауіпсіз және таза баламасын жасауды сұрады. Osram олардың сұранысы бойынша HMI шамдарын жасап, өндіруге кірісті. Philips HMI-нің бір түрін шығарды, ол MSR (орташа қуатты сирек жер элементтері) деп аталатын бір ұшты шам. Ол стандартты екі тісті шам ұясын пайдаланады. Пайдалану барысында түстің өзгеруін болдырмау үшін газ камерасының айналасына екінші қабықша қосылды. GEMI (General Electric металл йодиді), CID (жинақы йодидті күндізгі жарық; Thorn EMI, Ұлыбритания, 1990 жылдан бастап GE), CSI (жинақы иодты көз; Thorn EMI, Ұлыбритания), DAYMAX (ILC жасаған) және BRITE ARC (Sylvania Lighting Inc. (SLI)) сияқты тағы бірнеше шам түрлері бар. Бәрі де бірдей идеяның әртүрлі нұсқалары және әртүрлі атаулары. Vari Lite, Martin, Robe және Highend сияқты қозғалмалы жарық құрылғыларында қолданылатындықтан, HMI шамдарын кішірейту үшін көп зерттеулер жүргізілді. Philips компаниясының осыдан кейінгі маңызды үлесі – шамның жіпшесін молибден фольгасына дәнекерлеген жерге фосфорлық жабын жағу болды, бұл тотығу мен ерте жұмыс істемей қалу мүмкіндігін азайтады, соның салдарынан бұл аймақ жоғары температураға төтеп бере алады. Көп киловаттты HMI шамдары киноиндустриясында және үлкен экранға слайдтарды проекциялауда қолданылады, себебі олардың күндізгі жарыққа ұқсас жарық шығаруы және тиімділігі жоғары.

Жарылдауы және түстің температурасы

Флуоресцентті шамдарға ұқсас, HMI шамдары фильмді немесе бейне түсіруде пайдаланғанда түс температурасымен байланысты мәселелер тудырады. Көрінетін жарық беру құрылғыларынан айырмашылығы, олардың максималды температурасы 3680 K (вольфрамның балқу температурасы) болатын қара дене сәулелендіргіштері болып табылады, ал HMI шамдары, газды разрядтау арқылы жарық беретін барлық шамдар сияқты, құрамындағы элементтердің эмиссиялық спектрлік сызықтарын шығарады. Бұл сызықтар мұқият таңдалады, олардың біріккен нәтижесі 6000 K температуралы қара дененің спектріне ұқсас болуы үшін. Бұл күн сәулесінің түсіне (бірақ аспанның жарығына емес) өте жақын, себебі Күннің беті 6000 K температуралы қара дене сәулелендіргіш болып табылады. HMI шамдарының түс температурасы шамның қызмет ету мерзіміне байланысты айтарлықтай өзгереді. Жаңа шам алғашқы бірнеше сағатта шамамен 15000 K түс температурасын шығарады. Шам тозу келе жатқанда, түс температурасы 5600 K немесе 6000 K шамасындағы номиналды мәнге жетеді. Шамның электродтары тозып, доғаның ұзындығы артады. Доғаны сақтау үшін жоғары кернеу қажет, ал кернеудің артуымен түс температурасы әрбір пайдаланылған сағатқа шамамен 0,5–1 кельвинге пропорционалды түрде төмендейді. Осы және басқа да қауіпсіздік себептеріне байланысты HMI шамдарын олардың қызмет ету мерзімінің жартысынан астам уақытқа пайдалану ұсынылмайды. HMI шамдарына (барлық доғалық шамдар сияқты) жұмыс істеу үшін ток шектегіш құрылғы қажет. Мұны істеудің екі тәсілі төмендегі балласт бөлімінде сипатталған. Жарықпен бірге магниттік балласт қолданғанда ғана жыпылықтау мәселесі туындайды (электрондық балластар жыпылықтаусыз жарық шығарады). HMI шамдары (магниттік балластпен жұмыс істегенде) фильмде немесе бейнеде көрінетін жыпылықтау тудыруы мүмкін. Бұл шамның жарық шығару әдісіне байланысты. HMI шамдары, қыздырғыш шамдар сияқты, желілік қуатпен жұмыс істейді, яғни шам секундына 100 немесе 120 рет (әр желілік кернеу циклі үшін екі рет) қосылып, өшіріледі. Адам көзімен көрінбесе де, фильм немесе бейнекамера осы циклмен синхронды болуы керек, әйтпесе әрбір түсірілген кадрда жарық мөлшері әртүрлі болады. Көрінетін шамдар да желілік қуаттан жұмыс істейді, бірақ олар байқалатын жыпылықтауды көрсетпейді, себебі олардың жіптері циклдер арасында жеткілікті мөлшерде салқындырылмайды, сондықтан олардың жарық шығаруы күрт төмендемейді. HMI шамдары үшін жыпылықтаудан электрондық балластарды қолдану арқылы құтылуға болады, олар желілік жиіліктен мың есе жоғары жиілікте циклденеді.

Баласт операциясы

HMI лампасын қуаттандыру үшін арнайы балластар доғаны іске қосу үшін тұтандырғыш ретінде әрекет етеді, содан кейін оны тұншықтыратын ретінде реттейді. Балластардың екі түрі бар: магниттік және электрондық (квадрат толқын немесе жарқырауы жоқ). Магниттік балластар, әдетте, электрондық балластардан әлдеқайда ауыр және үлкен, өйткені олар негізінен үлкен индукторлардың желісінен тұрады. Олар әдетте электрондық балластардан арзан. Магниттік типтегі балласт төтенше зарядты үздіксіз ұстамайтындықтан, шам желілік толқынның нөлдік қиылысуында өшіріледі; камера желілік толқынға бұғатталмаған жағдайда, шам мен жалюзи арасындағы жиілік айырмашылығы алынған жазбада көрінетін соққы жиілігін тудырады. Сондықтан теледидар стандарттары негізінен электр желісінің жиілігін негізгі кадр жылдамдығы ретінде қолданады. Магниттік балластар электрондық балластармен салыстырғанда қарапайым құрылғылар болып табылады. Магниттік балласт - бұл қарапайым принциппен суық шамның доғасын жасау үшін қажетті жоғары кернеуді өндіруге арналған үлкен, ауыр трансформатор. Кірісті қуат негізгі кіріс пен шамның арасында орналасқан тосқауылға бағытталады. Койлді әр түрлі кіріс кернеулері (120 В немесе 240 В) және жоғары іске қосу кернеуін қамтамасыз ету үшін бірнеше орындардан қоңырау шалуға болады. Сонымен қатар, конденсаторлар орамның индукциясын өтеуге және қуат коэффициентін жақсартуға арналған. Балласт арқылы өтетін токтың көптігінен, балласт темірінің ламинацияларының магнитострикциясына байланысты жиі төмен шуылдау дыбысы естіледі. Кейбір магниттік балластарда үнсіз жұмыс істеу үшін орамның айналасында оқшаулау бар. 1990-шы жылдардың басынан бастап электрондық жарқырауы жоқ (немесе Square Wave) балластар магниттік балластарға балама ретінде HMI жарқырауымен байланысты проблемалардың көпшілігін жою арқылы өте танымал және қол жетімді болды. Олардың жұмысы магниттік балласт сияқты қарапайым емес. Электрондық балластарды үш сатыда жұмыс істейтіндей етіп қарастыруға болады: біржолғы ток конвертері, қуат модулі және ауыспалы ток инвертері. Электр қуаты бастапқыда негізгі үзілістер арқылы RF желілік сүзгіге өтеді, бұл шудың кіріс электр желісіне қайта түсуіне жол бермейді. Содан кейін түзулегіштер мен конденсаторлар АЖ циклінің теріс жартысын кері айналдыру үшін зарядталады және разрядталады және желіге оң ТЖ кернеуін айналдырады. Бұл DC аралық деп аталады. Екінші кезеңде, бук конвертері DC аралықтан алады және электр тогын электронды басқару тақтасы арқылы соңғы қуат электроникасына реттейді. Бұл басқару тақтасы лампаның ескіруіне байланысты оптималдық түс пен жарық шығаруды сақтау үшін транзисторлардың жоғары жиілікті жұмыс циклін мұқият реттейді. Ақырында, реттелетін ток төрт изоляцияланған қақпалы биполярлы транзисторларды (IGBT) пайдаланатын LF конвертерлік тақта арқылы кері айналады. Бұл салада жетекшілердің қатарына Power Gems Corp, B&S және Mytronic кіреді. Сызық циклінің жылдамдығына сілтеме жасалмаған квадрат толқын шығысын пайдалану арқылы жарқыраусыз шығыс шығарылуы мүмкін. IGBT-тер реттелетін циклдік жылдамдықпен қосылып-күйдірілетіндіктен, генератордың жылдамдығы сәл төмен болуы мүмкін және шам әлі де жарқырамайды, бұл стандартты магниттік балластпен байланысты емес. Шығыстың шаршы толқын сипаты шамның тікелей желілік шығыс қуатын береді. Катодтар жеткілікті жоғары энергиялы электрондарды шығара алмайтын уақыт өте қысқа, яғни қауіпсіз (жапырақсыз) түсіру көптеген электрондық балластарда 10,000 кадр/сек-қа дейінгі камералық кадрлар жылдамдығында болуы мүмкін. Бұл квадрат толқынның ерекшеліктері, шамның өте қатты жиіліктегі тербелістерін тудырады. Квадратты толқынды тақ санды гармоникалардың шексіз қосындысы деп қарастыруға болады, онда шамның резонанстық жиілігі бар жиіліктер болады, бұл оны осы жиілікпен қоңырау немесе сыбызғы сияқты тербеліске әкеледі. Шамның корпусы бұған көмектеспейді, ол шуды күшейтеді және кино мен бейне үшін синхронды дыбыс жазуда проблема тудырады. Мұны түзету үшін, көптеген электрондық балластар жоғары жиілікті жоятын үнсіз режиммен жабдықталған, бірақ кернеу ауысуын дөңгелектеп, магниттермен бірдей жарқырайды, бірақ аздап. Бұл режим электронды балласттардың көпшілігінде 24 кадр/сек жылдамдықпен қауіпсіз, жарқырамайтын фильм түсіруді қамтамасыз етеді. Электробалластар, жарқырағаннан кейін пайда болатын проблемаларды шешуден басқа, магниттік балластардан басқа артықшылықтар да береді. Квадрат толқын кернеуімен катодтар электрондарды шығаруға және плазманы қоздыруға көбірек уақыт жұмсайды, бұл люмен шығысында 5–10% пайда тудырады. Қуат ағынының шаршы толқын сипаты шамның қызмет ету мерзімін 20%-ға дейін ұзартуға мүмкіндік береді. Көптеген қазіргі заманғы балластарда сонымен қатар диммер орнатылған, ол шамды 50%-ға дейін немесе тіпті бір толық сатыға дейін азайту үшін импульстық ендік модуляциясын пайдаланады. Түнгі шам сияқты, қуаттың төмендеуімен теріс түс температурасының өзгеруіне қарағанда, шамның қуаты төмендегенде сынап эмиссиялық спектрі басым болады (шамамен 50% шығыста 200 K көкшіл).

Қауіпсіздік

HMI шамдарының түскі күн (6000 К) температурасына жуық және басқа да жоғары интенсивті газразрядты шамдар сияқты, құрамында сынап бар болғандықтан, ультракүлгін сәуле шығарады. Әрбір HMI құрылғысының алдында тұрған адамдарды қорғау үшін ультракүлгіннен қорғайтын шыны қаптамасы болуы керек және оны пайдалану қажет. Қорғалмаған шамға ұзақ уақыт көз салу торша қабығына зақым келтіріп, терінің күйігіне әкелуі мүмкін. HMI шамдары қызған кезде 70 000 В дейін тұтану кернеуіне жетеді және дұрыс қосылмаса, өте қауіпті саналады. Шам басында қысқа тұйықталу болған жағдайда, шамды бастан емес, балласттан қосу дұрыс. Сондай-ақ, шам қосылғанда аймақтағы адамдарды ескерту үшін дауыспен ескерту жасау сияқты дұрыс қосу процедураларын сақтау керек. Сонымен қатар, бас кабель дұрыс және қауіпсіз бекітілуі керек. Көптеген қазіргі бас кабельдер балласт пен шам корпусында қауіпсіз және нақты қосылуды қамтамасыз ету үшін екі жағында да "бұрылып құлыпталатын" (twist lock) құрылғылармен жабдықталған. Газ толтырылған барлық кварц шамдарда газ қоспасымен толтырылған тетік орналасқан, сопақшаға ұқсайтын кішкентай бөлік болады. Егер сопақша дұрыс бағытталмаса, ол оптикалық жолда көлеңке түрінде көрінуі мүмкін. Мүмкіндігінше, газ шығару тетігі тік жоғары немесе тік осінен 45 градусқа дейін бұрылуы керек. Бұл тетікті ең ыстық жерде ұстап, шам салқындағанда йодтар мен сирек кездесетін металдардың жиналуын болдырмайды. Егер тетік төмен қараса, сирек кездесетін металдар уақыт өте келе жиналады және шамның түсі өзгереді, себебі олар енді плазмалық доғаға қосылмайды. Бұдан басқа, HMI шамдары қызмет мерзімінің соңында немесе күшті стресске ұшырағанда жарылуы мүмкін. Бұл жарылыс ксенондық қысқа доғалы шамның жарылысымен салыстырғанда аз күшті болса да, сақтық қажет. Сондықтан HMI шамдарын белгіленген қызмет мерзімінің жартысынан артық пайдалануға болмайды және шамды қосу кезінде (жағу) үлкен шамдармен сақтық таныту керек, себебі шам қосылғаннан кейін алғашқы бес минут ішінде жарылуы мүмкін. Осы себепті әрбір HMI шам әдетте оның қанша рет және қанша сағат пайдаланылғаны туралы толық жазбаны сақтайды. Шамды тасымалдау және шамдарды ауыстыру кезінде сақтық қажет. HMI шамдарындағы газдар өте төмен қысымда болады, бірақ температурамен бірге артады. Кварц галогенді шамдар сияқты, шыныға тікелей тиіспеуге тырысыңыз, себебі конвертте қалған тері майы конверттің жұмыс температурасынан жоғары қызып, көпіршіктердің пайда болуына және/немесе әлсіз нүктеге әкелуі мүмкін. Осы себепті шамды қолданған кезде оны изопропил спиртімен сүртіп тазалау керек. Көптеген шам корпустарының дизайны дәстүрлі вольфрам шамдарына қарағанда мықтырақ және қалыңрақ болып жасалған, сондықтан шам жарылған жағдайда жақын маңдағылар ұшып бара жатқан сынықтардан қорғалады. Шам бастың алдыңғы линза элементі жылулық соққыдан жарылуы мүмкін (бірақ толық жарылып кетпеуі немесе сынылмауы мүмкін). HMI құрылғыларын пайдалану кезінде қауіпсіздік ережелерін сақтаған жөн, себебі оларды дұрыс қолданбағанда қауіпті болуы мүмкін. 2014 жылы журналист Керри Сандерс HMI шамдарының ақаулығынан ультракүлгін сәулесіне шамадан тыс әсер еткеннен 36 сағат бойы соқыр болғанын хабарлады. Егер құрылғыда OSHA талап еткендей УФ-қа қарсы қорғаныс болса, шамның шығысы әсер етпес еді.