Галогенная лампа - Halogen lamp

Галогенная лампа, работающая в своей арматуре со снятым защитным стеклом.
Галогенная лампа за круглым УФ-фильтром. К некоторым галогенным светильникам прилагается отдельный фильтр для удаления ультрафиолетового излучения.
Ксеноновая галогенная лампа (105 Вт) для замены на Винтовая основа E27
Крупный план галогенной лампы

А галогенная лампа, также известный как галоген вольфрама, кварц-галоген или кварцевая йодная лампа, является лампа накаливания состоящий из вольфрамовая нить запечатаны в компактный прозрачный конверт, заполненный смесью инертный газ и небольшое количество галоген такие как йод или бром. Комбинация газообразного галогена и вольфрам нить производит галогенный цикл химическая реакция, при которой испаренный вольфрам снова осаждается на нити, увеличивая срок ее службы и сохраняя прозрачность оболочки. Это позволяет нити накаливания работать при более высокой температуре, чем стандартная лампа накаливания с аналогичной мощностью и сроком службы; это также дает свет с более высокой световая отдача и цветовая температура. Небольшие размеры галогенных ламп позволяют использовать их в компактных оптических системах для проекторов и освещения. Маленькая стеклянная оболочка может быть заключена в гораздо большую внешнюю стеклянную колбу для более крупной упаковки; внешняя оболочка будет иметь гораздо более низкую и более безопасную температуру, а также защищает горячую лампу от вредного загрязнения и делает лампу механически более похожей на обычную лампу, которую она может заменить.[1]

Стандартные и галогенные лампы накаливания намного менее эффективны, чем СВЕТОДИОД и компактные люминесцентные лампы, и были подлежат поэтапному отказу во многих юрисдикциях из-за этого.

История

Углеродная лампа накаливания с использованием хлор для предотвращения потемнения конверта был запатентован[2] в 1882 г., а лампы «Новак» с хлором поступили в продажу в 1892 г.[3] Использование йода было предложено в патенте 1933 г.[4] в котором также описывается циклическое повторное осаждение вольфрама обратно на нить. В 1959 году General Electric запатентовала[4] практичная лампа с использованием йода.[5]

Постепенно прекращать

В 2009 году ЕС и другие европейские страны начали отказ от неэффективных ламп. Производство и импорт галогенных ламп с направленным питанием от сети было запрещено 1 сентября 2016 года, а с 1 сентября 2018 года последовали ненаправленные галогенные лампы.[6] С сентября 2020 года в Австралии запретят галогенные лампы.[7]

Галогенный цикл

В обычных лампах накаливания испаренный вольфрам в основном осаждается на внутренней поверхности колбы, в результате чего колба чернеет, а нить накаливания становится все слабее, пока в конце концов не сломается. Однако присутствие галогена устанавливает обратимый цикл химической реакции с этим испаренным вольфрамом. Галогенный цикл сохраняет лампу чистой и обеспечивает почти постоянную светоотдачу на протяжении всего срока службы лампы. При умеренных температурах галоген вступает в реакцию с испаряющимся вольфрамом, галогенид формируется, перемещаясь в наполнении инертным газом. Однако в какой-то момент он достигнет более высоких температур внутри колбы, где затем диссоциирует, высвобождая вольфрам обратно на нить и высвобождая галоген для повторения процесса. Однако общая температура колбы лампы должна быть значительно выше, чем у обычных ламп накаливания, чтобы эта реакция прошла успешно: это только при температурах выше 250 ° C (482 ° F).[8] на внутренней стороне стеклянной оболочки пары галогена могут соединяться с вольфрамом и возвращать его в нить накала, а не осаждение вольфрама на стекле.[9] Трубчатая галогенная лампа мощностью 300 Вт, работающая на полной мощности, быстро достигает температуры около 540 ° C (1004 ° F), в то время как обычная лампа накаливания на 500 Вт работает только при 180 ° C (356 ° F), а обычная лампа накаливания на 75 Вт при всего 130 ° C (266 ° F).[10]

Колба должна быть изготовлена ​​из плавленый кварц (кварц) или стекло с высокой температурой плавления (например, алюмосиликатное стекло ). Поскольку кварц очень прочен, давление газа может быть выше,[11] что снижает скорость испарения нити, позволяя ей работать при более высокой температуре (и, следовательно, световая отдача ) за такую ​​же среднюю жизнь. Вольфрам, выделяющийся в более горячих регионах, обычно не осаждается там, где он появился, поэтому более горячие части нити со временем истончаются и выходят из строя.

Кварцевые йодные лампы, в которых использовался элементарный йод, были первыми коммерческими галогенными лампами, выпущенными GE в 1959 году.[12][13] Довольно скоро было обнаружено, что бром имеет преимущества, но не использовался в элементарной форме. Некоторые углеводородные соединения брома дали хорошие результаты.[14][15] Регенерация нити накала также возможна с помощью фтора, но его химическая реактивность настолько велика, что разрушаются другие части лампы.[14][16] Галоген обычно смешивают с благородный газ, довольно часто криптон или ксенон.[17] Первые лампы использовали только вольфрам для держателей нити, но в некоторых конструкциях используются молибден - примером является молибденовый экран в двойной нити накала H4. фара для европейского асимметричного проходящего луча.

Для фиксированной силы и жизни световая отдача всех ламп накаливания имеет наибольшее значение при определенном расчетном напряжении. Галогенные лампы, рассчитанные на работу от 12 до 24 В, имеют хорошую светоотдачу, а очень компактные нити накала особенно полезны для оптического контроля (см. Рисунок). Диапазон многогранный отражатель Лампы «MR» мощностью 20–50 Вт изначально задумывались для проекции Пленка 8 мм, но сейчас широко используются для освещения дисплеев и в домашних условиях. Совсем недавно стали доступны версии с более широким лучом, предназначенные для непосредственного использования при напряжении питания 120 или 230 В.

Влияние напряжения на производительность

Смотрите также: Изменение характеристик лампы

При работе от другого напряжения вольфрамовые галогенные лампы ведут себя так же, как и другие лампы накаливания. Однако световой поток пропорционален , а световая отдача пропорционально .[18] Нормальное соотношение в отношении срока службы таково, что оно пропорционально . Например, лампа, работающая при напряжении на 5% выше расчетного, будет давать примерно на 15% больше света, а световая отдача будет примерно на 6,5% выше, но, как ожидается, будет иметь только половину номинального срока службы.

Галогенные лампы производятся с достаточным количеством галогена, чтобы соответствовать скорости испарения вольфрама при их расчетном напряжении. Увеличение приложенного напряжения увеличивает скорость испарения, поэтому в какой-то момент может быть недостаточно галогена, и лампа погаснет. Работа при перенапряжении обычно не рекомендуется. При пониженном напряжении испарение меньше и может быть слишком много галогена, что может привести к ненормальному отказу. При гораздо более низких напряжениях температура колбы может быть слишком низкой, чтобы поддерживать галогенный цикл, но к этому времени скорость испарения слишком мала, чтобы колба значительно почернела. Если лампы все-таки почернеют, рекомендуется запустить лампы при номинальном напряжении, чтобы перезапустить цикл.[19] Есть много ситуаций, когда галогенные лампы удачно затемняются. Однако срок службы лампы не может быть увеличен настолько, как прогнозируется. Срок службы при затемнении зависит от конструкции лампы, используемой галогенной добавки и от того, обычно ли ожидается регулирование яркости для этого типа.

Спектр

Мощность галогенного света как функция длины волны. Цветная полоса указывает на спектр видимого света.

Как все лампы накаливания галогенная лампа излучает непрерывный спектр света, от ближнего ультрафиолета до глубокого инфракрасного.[20] Поскольку нить накала лампы может работать при более высокой температуре, чем негалогенная лампа, спектр смещен в сторону синего цвета, что дает свет с более высокой эффективностью. цветовая температура и более высокая энергоэффективность. Это делает галогенные лампы единственным вариантом для потребительских источников света с излучение черного тела спектр аналогичен спектру солнце и наиболее подходит для глаз.[нужна цитата ] В качестве альтернативы можно использовать многокомпонентные очки, которые имеют естественный УФ-блок. Эти очки принадлежат к семейству алюмосиликатные стекла.

Высокотемпературные нити излучают некоторую энергию в УФ область, край. В кварц можно подмешать небольшое количество других элементов, так что допированный кварц (или селективное оптическое покрытие) блокирует вредное УФ-излучение. Жесткое стекло блокирует УФ-излучение и широко используется в лампах автомобильных фар.[21] В качестве альтернативы галогенная лампа может быть установлена ​​внутри внешней колбы, как и обычная лампа накаливания, что также снижает риски, связанные с высокой температурой колбы. Нелегированные кварцевые галогенные лампы используются в некоторых научных, медицинских и стоматологических инструментах в качестве источника УФ-B.

Безопасность

Перегоревшая галогенная лампа форм-фактора R7S

Галогенные лампы должны работать при гораздо более высоких температурах, чем обычные лампы накаливания для правильной работы. Их небольшой размер помогает сконцентрировать тепло на меньшей поверхности оболочки, ближе к нити накаливания, чем у негалогенных ламп накаливания. Из-за очень высоких температур галогенные лампы могут стать причиной пожара и ожогов. В Австралии каждый год причиной многочисленных пожаров в домах являются потолочные галогенные светильники.[22][23] Департамент пожарных и аварийных служб Западной Австралии рекомендует домовладельцам вместо этого рассмотреть возможность использования холодильника. компактные люминесцентные лампы или светодиодные лампы.[24] Некоторые правила техники безопасности требуют, чтобы галогенные лампы были защищены сеткой или решеткой, особенно для мощных (1-2 кВт) ламп, используемых в театр или стеклянным и металлическим корпусом светильника, чтобы предотвратить возгорание драпировки или легковоспламеняющихся предметов при контакте с лампой. ультрафиолетовый (УФ), а также для защиты от осколков горячей лампы в случае взрыва лампы, лампы общего назначения обычно имеют УФ-поглощающий стеклянный фильтр над или вокруг лампы. В качестве альтернативы лампы могут быть легированы или покрыты фильтр из УФ-излучения. При соответствующей фильтрации галогенная лампа подвергает пользователей меньшему воздействию ультрафиолета, чем стандартная лампа накаливания, обеспечивая такой же эффективный уровень освещения без фильтрации.[нужна цитата ]

Любое поверхностное загрязнение, особенно масло с кончиков пальцев человека, может повредить кварцевую оболочку при ее нагревании. Загрязняющие вещества, поскольку они поглощают больше света и тепла, чем стекло, создают горячие точки на поверхности колбы при включении лампы. Это экстремальное локализованное тепло заставляет кварц перестать стекловидное тело превращаться в более слабую, кристаллический форма утечки газа. Это ослабление также может привести к образованию пузыря в лампе, что ослабит ее и приведет к ее взрыву.[25]

Маленькая стеклянная колба может быть заключена в большую внешнюю стеклянную колбу, что дает несколько преимуществ, если малый размер не требуется:[1]

  • внешняя оболочка будет иметь гораздо более низкую, более безопасную температуру, защищая предметы или людей, которые могут ее коснуться
  • горячая внутренняя оболочка защищена от загрязнения, и с лампой можно обращаться, не повреждая ее
  • окружающая среда защищена от возможного разрушения внутренней капсулы
  • куртка может фильтровать УФ-излучение
  • когда галогенная лампа используется для замены обычной лампы накаливания в светильнике, больший кожух делает ее механически похожей на замененную лампу

Форм-факторы

Смотрите также: Лампа накаливания § Формы ламп

Галогенные лампы доступны в различных формах и размерах и обозначены в соответствии с системой кодирования, которая определяет диаметр колбы, а также наличие в колбе встроенного дихроичного отражателя. Многие такие лампы имеют обозначения, начинающиеся с буквы «Т», чтобы указать, что они «трубчатые», за которыми следует число, обозначающее диаметр трубки в восьмых долях дюйма: лампа Т3, затем трубчатая галогенная лампа размером 3 дюйма. 1/8 дюйма в диаметре[Примечание 1] Обозначение Г-Н означает «многогранный отражатель», при этом число, следующее за ним, по-прежнему соответствует восьмым долям дюйма в диаметре всей колбы.[Заметка 2] Если лампа имеет код "G",[Заметка 3] это будет означать, что лампа имеет форму двухштырька, а число после буквы G будет указывать расстояние в миллиметрах между штырями, обычно 4,6,35 или 10; если за G следует буква «Y», то штыри лампы толще, чем обычно - таким образом, у G6.35 штифты имеют диаметр 1 мм, а у GY6.35 штыри диаметром 1,3 мм. Если есть код «C», это означает количество витков в нити накала.[26] Длину любой двусторонней цилиндрической колбы необходимо указывать отдельно от ее кода форм-фактора, обычно в миллиметрах, как и напряжение и мощность лампы. Следовательно, T3 120 В 150 Вт 118 мм означает двустороннюю лампу в форме трубки с диаметром 3/8 дюйма, который работает при напряжении 120 В, имеет мощность 150 Вт и длину 118 мм.

R7S - это линейная галогенная лампа с двумя цоколями, утопленными одиночными контактами (RSC) и размером 118 мм или 78 мм. Некоторые менее распространенные длины - 189 мм, 254 мм и 331 мм. Эти лампы имеют форму Т3 на цоколе RSC / R7S. Они также могут быть известны как лампы типа J и T.

Приложения

Медицинский галогенный фонарик для наблюдения зрачковый световой рефлекс

Галоген фары используются во многих автомобилях. Галоген прожекторы для систем наружного освещения, а также для гидроцикл также производятся для коммерческого и развлекательного использования. Теперь они также используются в настольных лампах.

Вольфрамово-галогенные лампы часто используются в качестве источника света ближнего инфракрасного диапазона. Инфракрасная спектроскопия.

Галогенные лампы использовались на Бал Таймс-сквер с 1999 по 2006 год. Однако с 2007 года галогенные лампы были заменены на Светодиоды из-за гораздо более длительного срока службы, примерно в десять раз дольше светодиодов по сравнению с лампами накаливания.[27] Цифры «Новый год», которые загораются, когда мяч на Таймс-сквер достигает основания, в последний раз использовали галогенное освещение во время падения шара в 2009 году.[28]

Обогрев

Галогенные лампы являются нагревательными элементами в галогенные печи и керамика варочные панели. Массивы галогенных ламп малой мощности широко используются хранителями варанов. Две или три небольшие галогенные лампы могут производить все тепло, необходимое в вольере, и распознаются животными как источники тепла, не позволяющие любопытным людям прикоснуться к ним. Толстые стеклянные линзы галогенных ламп безопасны для использования внутри вольеров для рептилий с высокой влажностью. Блоки мощных трубчатых галогенных ламп использовались для имитации тепла возвращение космических аппаратов.[29]

Общее освещение

Фиксированные лампы используются во внутреннем и внешнем прожекторном освещении, хотя улучшения в светодиодных системах заменяют галогенные лампы. Круглые лампы со встроенными многогранные отражатели широко используются в жилом и коммерческом освещении. Трубчатые галогенные лампы излучают большое количество света от небольшого источника и поэтому могут использоваться для создания мощных прожекторов для архитектурных световых эффектов или для освещения больших площадей на открытом воздухе.

Лампы низкого напряжения используют ГУ5.3 и аналогичные двухштырьковые основания, в то время как для ламп с сетевым напряжением используются те же цоколи, что и для обычных сетевых ламп с вольфрамовой нитью, или со специальным цоколем GU10 / GZ10. Основания GU10 / GZ10 имеют такую ​​форму, чтобы дихроичный рефлекторные лампы, используемые в светильники предназначен для алюминизированных рефлекторных ламп, которые могут вызвать перегрев светильника. Теперь доступны более эффективные светодиодные версии всех этих ламп.

Трубчатые лампы с электрическими контактами на каждом конце теперь используются в автономных лампах и бытовых светильниках. Они бывают разной длины и различной мощности (50–300 Вт). В качестве переносных рабочих фонарей используются более мощные лампы мощностью 250 или 500 Вт.

Сценическое освещение

Вольфрамовые галогенные лампы используются в большинстве театральных и студийных (кино- и телевизионных) светильников, в том числе Точечные светильники с эллипсоидальным рефлектором, Четвертый источник и Френельс. Банки PAR также преимущественно вольфрамовый галоген.

Специализированный

Проекционные лампы используются в кино- и слайд-проекторах для дома, небольшого офиса или школы. Компактный размер галогенной лампы позволяет использовать ее в портативных проекторах, хотя между лампой и пленкой необходимо размещать теплопоглощающие фильтры для предотвращения плавления. Галогенные лампы иногда используются для инспекционных ламп и осветителей предметных столиков микроскопа. Галогенные лампы использовались для ранней подсветки ЖК-дисплея с плоским экраном, но сейчас используются и другие типы ламп.

Утилизация

Галогенные лампы не содержат ртути. General Electric говорит, что их кварцевые галогенные лампы не будут классифицироваться как опасные отходы.[30]

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Однако Т-3, Т дефис 3, представляет собой галогеновую лампу диаметром 3/8 дюйма с одинарным двухштырьковым цоколем, а не T3. цилиндрический трубка диаметром 3/8 дюйма с электродами на противоположные концы.
  2. ^ Таким образом, MR11 представляет собой многогранную лампу с отражателем диаметром 11/8 или 1 3/8 дюйма.
  3. ^ "G" означает "стекло"

использованная литература

  1. ^ а б «Галоген вольфрама - двойная оболочка». Lamptech.co.uk. 14 сентября 2014 г.. Получено 23 января 2019. Источник имеет иллюстрации различных галогенных ламп с двойной оболочкой.
  2. ^ США 254780 
  3. ^ Гарольд Уоллес Другой вид химии: история вольфрамовых галогенных ламп, Журнал отраслевых приложений IEEE Ноябрь / декабрь 2001 г., стр. 11
  4. ^ а б США 2883571 
  5. ^ Раймонд Кейн, Heinz Sell Революция в лампах: хроника прогресса 50 лет (2-е изд.), Fairmont Press, Inc. 2001 г. ISBN  0-88173-378-4 стр.75
  6. ^ «График прекращения использования лампочек / Совет по освещению - Lyco». www.lyco.co.uk. Архивировано из оригинал 27 октября 2017 г.. Получено 30 апреля 2018.
  7. ^ «Галогенные лампы будут запрещены на рынке ЕС с сентября - LEDinside». www.ledinside.com. Получено 26 августа 2018.
  8. ^ Секстон, Дж. Эндрю (1 февраля 1991 г.). «Сервер технических отчетов НАСА (NTRS) - Результаты квалификационных испытаний на вибрацию и термовакуум для низковольтной вольфрамово-галогенной лампы». HTTPS. Получено 19 января 2019.
  9. ^ Роберт Вольке (29 июля 2009 г.). Что Эйнштейн сказал своему парикмахеру: научные ответы на повседневные вопросы. Случайный дом. п. 52. ISBN  978-0-307-56847-2.
  10. ^ Группа пожарной и жизненной безопасности. "Галогенные лампы и пластиковые плафоны Torchiere - правила и процедуры". Университет Колорадо в Боулдере.[постоянная мертвая ссылка ]
  11. ^ Некоторые лампы в холодном состоянии имеют атмосферное давление в 15 раз больше, а некоторые лампы повышают давление в пять раз при Рабочая Температура. Кейн и Селл 2001, стр. 76–77
  12. ^ Цублер и Мосби Светотехника 1959 54,734
  13. ^ Ковингтон, Эдвард Дж. «Вольфрамово-галогенная лампа». Архивировано из оригинал 5 марта 2016 г.. Получено 4 марта 2016.
  14. ^ а б Бургин и Эдвардс Исследования и технологии освещения 1970 2.2. 95–108
  15. ^ Т'Джампенс и ван дер Вейер Технический обзор Philips, 1966 г. 27,173
  16. ^ Технический обзор Schroder Philips, 1965 г. 26.116
  17. ^ Häussinger, Питер; Глаттаар, Рейнхард; Род, Вильгельм; Кик, Гельмут; Бенкманн, Кристиан; Вебер, Йозеф; Вуншель, Ханс-Йорг; Стенке Виктор; Лейхт, Эдит; Стенгер, Герман (2002). "Благородные газы". Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайли. Дои:10.1002 / 14356007.a17_485. ISBN  3527306730.
  18. ^ Neumann Lichtechnik 1969 21 6 63A
  19. ^ "Руководство Lutron по затемнению низковольтного освещения | Lighting Services Inc". Lighting Services Inc. (Также доступно как PDF с lutron.com)
  20. ^ Информация о вольфрамово-галогенных лампах В архиве 2011-03-03 на Wayback Machine на сайте Karl Zeiss Online Campus (по состоянию на 2 ноября 2010 г.)
  21. ^ Burgin Lighting Research and Technology 1984 16. 2 71
  22. ^ Тысячи людей рискуют попасть в смертельные ловушки с галогеновыми лампами В архиве 2012-12-18 в Wayback Machine на сайте Sunday Age (по состоянию на 22 декабря 2012 г.)
  23. ^ Галогенный светильник вниз пожаробезопасный В архиве 2013-04-09 в Wayback Machine at Fire and Rescue NSW (по состоянию на 22 декабря 2012 г.)
  24. ^ Светильники В архиве 2013-02-08 в Wayback Machine на сайте Департамента пожарных и аварийных служб Западной Австралии (по состоянию на 22 декабря 2012 г.)
  25. ^ Кремер, Джонатан З.«Типы лампочек и их применение» В архиве 2011-06-29 на Wayback Machine Мегавольт, раздел «Галоген», просмотрено 26 мая 2011 г.
  26. ^ Владимир Протопопов (17 марта 2014 г.). Практическая оптоэлектроника: иллюстрированное руководство для лаборатории. Springer. п. 37. ISBN  978-3-319-04513-9.
  27. ^ «Освещение новогодней ночи». www.usa.philips.com. Philips. В архиве из оригинала 16 мая 2016 г.. Получено 21 сентября 2017.
  28. ^ "Times Square Alliance - канун Нового года - виджеты 2010". Архивировано из оригинал 30 декабря 2009 г.
  29. ^ Раймонд Кейн, Хайнц Селл, Революция в лампах: хроника 50 лет прогресса, второе издание, 2001 The Fairmount Press, ISBN  0-88173-351-2 стр.72-74
  30. ^ «MSDS - Информационный лист материала лампы - Кварцевые галогенные лампы с двухсторонней или штыревой головкой» (PDF). Текущий GE. 2017.

внешние ссылки