利用色温变化优化汞齐灯管的设计

利用色温变化优化汞齐灯管的设计
扬州神珠电子器材厂总工程师朱升和
汞齐是典型的节能环保电光源材料，目前汞齐类型已发展到十多种，每种汞齐都有相应的工作温度区域，选用汞齐的关键参数是汞齐在灯管中的位置温度。

在节能灯的设计中，汞齐有两种放置方式，即内置式和外置式。

内置式适用于管壁温度较低的裸体直管型或国内紧凑型灯管，可以采用含汞量较高，粒径较小的汞齐，直接投
入灯管内，制灯工艺比较简便；外置式：适用于高功率、高负载的灯管，戴有密封灯罩的紧凑型灯管，此类灯管的管壁温度很高，一般都选用含汞量较低的中、高温汞齐，置于排气管内。

为了弥补高温汞齐亮得慢的缺点，一般都配用辅汞齐，焊于灯丝附近，帮助灯管起跳，并加速光通建立。

本文重点介绍采用外置式汞齐灯管的设计、如何选用恰当的汞齐，并依据“色温的变化”，来修正光通量的曲线。

一、主辅汞齐灯管的光电参数曲线
测试的样管必须装配在实际“应用的灯具中”（或模拟应用环境），熄灯8小时以上，使辅汞齐吸收足够的汞原子，然后放进测光球，测定光电参数。

对于使用电感镇流器的整灯，很容易地测出光通量、管流、管压对时间（即温度的）的变化曲线，并通过光通量、管流、管压三者之间的趋势走向，来判断主汞齐的类型和位置是否确当，以及如何修正光通量曲线。

对于使用电子镇流器的整灯，所测出的“灯电流”和“灯电压”数据（非管电流和管电压）。

难以用来调整光通量曲线。

但可以通过测定色温来判定主汞齐的设计是否洽当，并可用来修正光通量曲线。

二、色温与灯管内汞气压的关系
节能灯的发光原理是依赖于汞原子释放的253.7nm紫外线，激发荧光粉发光，不同的三基色荧光粉的配比，可以得到不同的色温和不同的发光效率，因此灯管的光参数主要取决于三基色荧光粉的配比。

但是在“汞原子的能级图”中，除了释放出253.7nm、185.0nm紫外线之外，同时还释放出两条可见光，435.8nm兰光和546.1nm绿光。

我们所测定和观察到的色温，实际上是三基色荧光粉发光和435.8nm 兰光与546.1nm 绿光的综合。

三基色荧光粉发光效率取决于253.7nm 紫外线的有效激发强度，当Ph=0.8Pa时，粉发光可以获得最强的253.7nm紫外线激发强度，光效最高；而此时435.8nm兰光和546.1nm绿光强度很低，大约占汞原子辐射总能量的4％。

从图（1）可见：兰绿可见光色强度与灯管内的汞气压是成正比的，不同的汞气压产生的兰绿可见光的强度是不同的，对整灯色温的影响也是不同的。

灯管的标准色温应该是在Ph=0.8Pa条件下测出的，灯管光电参数变化，实际上也反映了灯管内汞气压的变化；因此，可通过灯管色温的变化来判定灯管内汞气压的情况。

三、色温、光通量的理想曲线
采用主辅汞齐的灯管，熄灯存放8小时后，在测光球中连续测试100分钟，测到的“光通量对时间”的曲线正常为“双峰长平”曲线。

如图（2）所示：
曲线的启始亮度取决于灯管在室温下所保持的汞气压，随着辅汞齐大量放汞，汞原子逐步向正柱区扩散转移，使亮度逐步爬升。

当亮度爬升到第一峰时，对应的汞气压为0.8Pa，此时色温亦为标准色温；当辅汞齐释放的汞原子，全部扩散到正柱区后，正柱区的汞气压就“纠往而过正”从欠汞状态变到汞原子过剩的状态，此时亮度降低，色温升高，形成了一个马鞍型的底部；随着主汞齐的控制力加强（吸收多于的汞原子）使得亮度逐步回升，色温逐渐降低到标准值，正柱区可以长时间保持在0.8Pa的汞气压，使灯管稳定在最高的亮度和标准的色温。

四、通过光通量和色温的曲线异常来修正汞齐灯管的设计
理想的光通量（对时间）的曲线，应为“双峰长平”曲线。

若灯管的亮度恢复到第二峰后不能长时间保持，而又逐渐下降即是异常曲线，这表明汞齐灯管的设计是有缺陷的，可考察色温的变化作出判断。

如图（3）所示：
&nbsp1.第二峰后，亮度下降，色温上升。

表明正柱区的汞原子过剩，汞气压超过0.8Pa，可采取如下对策：降低主汞齐的位置温度，增加主汞齐与灯丝的间距（增长支撑玻杆），这可能受到整灯装配的限制；调换温度特性更高的汞齐来适应既定的位置温度。

&nbsp2.第二峰后，亮度下降，色温也下降。

表明正柱区处于欠汞状态，即主汞齐的特性温度太高，吸汞能力太强，既定的汞齐位置温度达不到主汞齐的需求，汞气压低于0.8Pa，可采取如下对策：提高主汞齐的位置温度，缩短主汞齐与灯丝的间距（缩短支撑玻杆）；调换温度特性较低的汞齐，适应既定的位置温度。

荧光灯中的色温，主要取决于三基色荧光粉的配比，同时也受到正柱区内汞气压的影响，色温与汞气压成正比关系；因此，可以通过色温的变化，来反映正柱区汞气压的大小。

在汞齐灯管中，正柱区的汞气压取决于主汞齐的工作温度；因此，可以通过色温的变化，来判断主汞齐的设计是否恰当。

在生产实践中，为了简化测试工作，对主辅汞齐的灯管可以测t1=5分钟和t4=100分钟二个点的光通量和色温进行对比判断。

t1=5分钟取得是最佳光通量和标准色温，t4=100分钟取得是高温平衡后的光通量和色温。