第六章高压汞灯

PHg=0.75(m/d2)Pl10.25/(dm)0.1-----------(1)
Ws=Pl/πd larc-----------------(2)
E≈ 12
m7/12 = Vl-VAk ---(3)
d3/2
larc
larc
总充汞量M=m(larc+3/4 d) l=larc +2T.T.Q+压封区
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2. 电离以热电离为主(PHg≥1333Pa) 3. 电弧收缩
(气压越高，收缩越厉害)
PHg很高下由对流带走能量的过程 使电弧“绳化”
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二. 光谱
1. uv共振辐射随气压上升越来越受到抑制， 强度很高的可见辐射大量出现。
Ijk=nj*Ajkhγjk
PHg↑→Tg↑→n*↑ n*=n0 exp(-eV/kT)
Ajk=1/τin (τin: plasma中平均停留时间 )
A(高能态间)>A(与基能态间)
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2. 谱线放宽
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压力放宽+高温下的多普勒放宽
3. 连续光谱出现
体积复合 韧致辐射
连续谱
在连续光谱上叠加了放宽的线光谱
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第六章 高压汞灯
6.1 高压汞蒸气放电特性
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一. 电弧温度和电离机构
1. Tg≈Te PHg↑→γ↑→Tg↑
LTE满足: Ve→Maxwell Distribution
n*→Boltzmann Distribution
n+(n-) →Saha Equation
3. 外壳 硬玻璃（软玻璃） 加荧光粉——荧光高压汞灯 即可提高光效，又可提高显色指数
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二. 高压汞灯的设计
1. 选定工作气压
a）PHg
照明灯 (2～4 )atm 紫外辐射灯 (0.5～0.6)atm
b）PHg与Tw的关系
过量Hg下
lgPHg=-
3.36×103 Tw(k)
PC1=-λ
dT dr
2πri ri
λ= λ31V
PHg↑→λ↓ PHg↑→Tg↑→V↑
λ与PHg无关（与T也无关）
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实验表明，dT/dr为抛物线分布
T
T(r)=T0-(T0-Tw)(
r ri
)2
T0
Pc1=- λ[-(T0-Tw) 2rri2]r2i πri
Tw
Pc1=4πλ(T0-Tw)
插入因子
T.T.Q
6.验证湍流发生的可能性 m2/d≤250
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三.高压汞灯的启动
f
稳定 时间
4~10分
F
I
Pl
Tw PHg
t
PHg(max)
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1.HID灯启动的四个阶段
a) Breakdown: ionization to produce enough charges (governed by Pashen Law).
Elenbass 根据二阶温度轮廓模型
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E= 6 Pl11/2 m7/12 (Pl1-Pc1)1/3d3/2
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代入Pl1 =30w/cm Pc1=10
E≈12
m7/12 = Vl-VAk
d3/2
larc
---------③
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Hale Waihona Puke Baidu
5.几何尺寸与总充汞量的计算
照明灯 9～10w/cm2 Ws 紫外灯 5.5～6.5w/cm2
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4. 充汞量与E的关系
Pl1=EIlαl=E J Sarcαl
=E(e neμe) πrarc2 • αl
μe=c1/n0
ne =c2n0exp[-evi/2kTeff]
Teff =f（ri ,Pc1） rarc=c3ri
Pc1) Pl1
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Pl↑→ηr↑ Pl1↑→Ve↑→PHg↑
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6.2 高压汞灯
一. 结构
石英泡壳 1. 放电管 Hg+Ar填充物
自热式电极+辅助电极
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2. 支架 电引线+启动电阻
主电极和辅电极间先被击穿，产生电子， 放电建立。
ri
r
T0=6000K Tw=1000K λ=8.35×10-5T3/4(w/mk)
Pc1=10W/cm
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3. 光效
通常 Pl1=40～50W/cm
Pr1=Pl1-Pc1
考虑nHg与石英对辐射的吸收
Pr1=0.72(Pl1-Pc1)
ηr=
0.72P(lP1 l1-Pc1)=0.72(1-
+7.752
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c）高压汞灯中汞量与PHg的关系 非饱和状态，200.6mg液汞
在标准状态下，产生22.4cm3的汞蒸气
在体积为V’，温度为T’，且均匀分布的 灯中产生P’Hg
P’Hg=
22.4 273
/
V’ T’
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在管半径为ri，且温度为T(r)的单位弧长 体积中产生P’’Hg
∫ P’’Hg=
22.4 273
ri
0
2πr T(r)
dr
在单位弧长充汞量为m(mg/cm)，在ri与 T(r)的条件下产生PHg
∫ PHg=
P’’Hgm 200.6
=
22.4m 273×200.6
0
ri2 2πr T(r)
dr2
∫ PHg= m 7680
ri
0
dr2 T(r)
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b) A self-sustaining discharge by secondary emission from the cathode（ governed by Townsend Law).
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三. 光效
η
Φin(内径)=27mm I=4A PHg不同时η变化
60 E
20 B
D
C 10 A
10-2 10-1 1 10 102 103 104
F PHg(Torr)
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1. η随PHg上升而增加(PHg≥1atm)
2. 单位波长的热耗 PL=Pr+Pc+PT
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2. 选定电参数（Pl给出，Vl选定，Il可知）
Pl=VlIlαl
(αl=0.9)
Vl=VAK+ELarc
a) VAK 锆酸钡电子粉电极 12～13V 纯钨电极 17V
b) Vl
Vl↑→η↑ Vl↑↑→不稳定
Vl=(1/2～2/3)Vn=(110~140)V
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3. 选定管壁负载 Ws=Pl/πd larc---------------------- 2