第六章高压汞灯
高压汞灯结构及工作原理
高压汞灯结构及工作原理高压汞灯是玻壳内表面涂有荧光粉的高压汞蒸汽放电灯，柔和的白色灯光，结构简单。
低成本，低维修费用，可直接取代普通白炽灯，具有光效长，寿命长，省电经济的特点，适用于工业照明、仓库照明、街道照明、泛光照明安全照明等。
高压汞灯发出的光中不含红色，它照射下的物体发青，因此只适于广场、街道的照明。
除作普通照明用的高压汞灯外，还有在外壳上加反射膜的反射型灯(HR)，适于300～500nm重氮感光纸的复印灯，广告、显示用的黑光灯，有红斑效应的医疗用太阳灯，作尼龙原料光合化学作用和涂料、墨水聚合干燥的紫外线硬化用的汞灯等。
高压汞灯工作时，电流通过高压汞蒸气，使之电离激发，形成放电管中电子、原子和离子间的碰撞而发光。
灯工作时，其发光管内汞蒸汽分压在105Pa以上的汞气体放电灯。
汞灯的汞蒸汽泄漏以及灯管使用报废后被打碎而成玻璃屑中含有一定量的汞，称为“汞渣”，不加适当处理会污染土壤、水体危害作物、果蔬或被摄入动物、人体而受害。
高压汞灯 - 典型结构及工作原理照明高压汞灯的典型结构高压汞灯的典型结构。
灯中心部分是放电管，用石英玻璃制成。
管内充有一定量的汞和氩。
用钨作主电极并填充碱土金属氧化物电子发射物质。
电极和石英玻璃用钼箔实现非匹配气密封接。
启动一般采用辅助电极，它通过一个40～60κΩ的电阻和不相邻的电极连接。
外壳除起保护作用外还可防止环境对灯的影响。
外壳内表面涂以荧光粉，成为荧光高压汞灯。
荧光粉的作用是补充高压汞灯中不足的红色谱线，同时提高灯的光效。
光电特性和基本参数当灯加上电源电压后，主电极和辅助电极间产生辉光放电,瞬时转移到主电极间,形成弧光放电，几分钟后汞蒸气达稳定态。
灯熄灭后，须自然冷却，待蒸气压下降至一定值后才能再启动，时间约需5～10分钟。
当电源电压变动时，灯参数的变动情况高压汞灯的电源电压变化与灯特性变化（使用电感镇流器点灯）。
高压汞灯的发光效率随单位电弧长度功率增大而提高。
一般显色指数(Ra)为4 0～45,光谱分布高压汞灯的光谱分布,寿命为12000小时。
高压汞灯和超高压汞灯
Teff =f（ri ,Pc1） rarc=c3ri Elenbass 根据二阶温度轮廓模型
光源原理与设计—高压汞灯
诸定昌
Pl11/2 m7/12 E= 6 (Pl1-Pc1)1/3d3/2 代入Pl1 =30w/cm
Pc1=10 m7/12 Vl-VAk = ---------③ E≈12 larc d3/2
光效(lm/w)
寿命(h) 功率(w)
功率密度(Pl1) 1000~1500/cm
光源原理与设计—高压汞灯
诸定昌
要求：①高亮度
②长的寿命
③寿命期间保持光色的稳定性
④安全和方便使用
Projection Set
①very big images Advantages ②excellent image quality
加荧光粉——荧光高压汞灯
即可提高光效，又可提高显色指数
光源原理与设计—高压汞灯
诸定昌
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
3 3.36 × 10 lgPHg=+7.752 Tw(k)
光源原理与设计—高压汞灯
PL=Pr+Pc+PT
1 λ= λV 3
PHg↑→λ↓ PHg↑→Tg↑→V↑
λ与PHg无关（与T也无关）
光源原理与设计—高压汞灯
诸定昌
实验表明，dT/dr为抛物线分布
T
T0 Tw
T(r)=T0-(T0-Tw)( r )2 ri Pc1=- λ[-(T0-Tw) 2r2] 2πri ri r i
Pc1=4πλ(T0-Tw) ri
高压汞灯工作原理
高压汞灯工作原理
高压汞灯工作原理主要涉及汞原子的激发和发光过程。
具体工作原理如下：
1. 真空排气：高压汞灯内部首先要排除氧气等杂质，以免影响灯管内部的高温工作环境。
因此，在制造过程中，先进行真空排气的处理。
2. 灯管结构：高压汞灯一般由外接电源装置和灯管两部分组成。
灯管内部有两个主要部件，即电极和鳞片。
电极负责提供电流，鳞片负责将电流引导到汞原子。
3. 电极与汞原子的作用：高压汞灯通电后，电极上的电流产生电子流，将电流引入汞原子所在的区域。
汞原子受到激发，并从基态跃迁至激发态。
4. 汞原子的退激发：激发态的汞原子在短暂的时间内会发生退激发，从而返回到基态。
在此过程中，汞原子会释放出大量的能量。
根据激发态的不同能级，释放的能量会在可见光和紫外线范围内。
5. 光的发射：高压汞灯主要以紫外线为主要辐射，通过使用辐射合适的荧光体，将紫外线转化为可见光，并通过灯管壁的透光玻璃或者白色涂层散射到外部环境。
6. 预热和启动：由于高压汞灯的工作需要高温环境，因此在正式点亮之前，需要先进行预热。
在预热过程中，电极会产生电
子流，放电管道会逐渐预热至所需温度。
预热完成后，启动器会提供高电压脉冲，使得灯具正式启动，开始正常工作。
综上所述，高压汞灯的工作原理主要包括电极和汞原子之间的相互作用，以及光的发射过程。
通过激发汞原子，使之退激发并释放能量，进而产生紫外线和可见光。
高压汞灯结构及工作原理
高压汞灯结构及工作原理高压汞灯是玻壳内表面涂有荧光粉的高压汞蒸汽放电灯，柔和的白色灯光，结构简单。
低成本，低维修费用，可直接取代普通白炽灯，具有光效长，寿命长，省电经济的特点，适用于工业照明、仓库照明、街道照明、泛光照明安全照明等。
高压汞灯发出的光中不含红色，它照射下的物体发青，因此只适于广场、街道的照明。
除作普通照明用的高压汞灯外，还有在外壳上加反射膜的反射型灯(HR)，适于300～500nm重氮感光纸的复印灯，广告、显示用的黑光灯，有红斑效应的医疗用太阳灯，作尼龙原料光合化学作用和涂料、墨水聚合干燥的紫外线硬化用的汞灯等。
高压汞灯工作时，电流通过高压汞蒸气，使之电离激发，形成放电管中电子、原子和离子间的碰撞而发光。
灯工作时，其发光管内汞蒸汽分压在105Pa以上的汞气体放电灯。
汞灯的汞蒸汽泄漏以及灯管使用报废后被打碎而成玻璃屑中含有一定量的汞，称为“汞渣”，不加适当处理会污染土壤、水体危害作物、果蔬或被摄入动物、人体而受害。
高压汞灯 - 典型结构及工作原理照明高压汞灯的典型结构高压汞灯的典型结构。
灯中心部分是放电管，用石英玻璃制成。
管内充有一定量的汞和氩。
用钨作主电极并填充碱土金属氧化物电子发射物质。
电极和石英玻璃用钼箔实现非匹配气密封接。
启动一般采用辅助电极，它通过一个40～60κΩ的电阻和不相邻的电极连接。
外壳除起保护作用外还可防止环境对灯的影响。
外壳内表面涂以荧光粉，成为荧光高压汞灯。
荧光粉的作用是补充高压汞灯中不足的红色谱线，同时提高灯的光效。
光电特性和基本参数当灯加上电源电压后，主电极和辅助电极间产生辉光放电,瞬时转移到主电极间,形成弧光放电，几分钟后汞蒸气达稳定态。
灯熄灭后，须自然冷却，待蒸气压下降至一定值后才能再启动，时间约需5～10分钟。
当电源电压变动时，灯参数的变动情况高压汞灯的电源电压变化与灯特性变化（使用电感镇流器点灯）。
高压汞灯的发光效率随单位电弧长度功率增大而提高。
一般显色指数(Ra)为4 0～45,光谱分布高压汞灯的光谱分布,寿命为12000小时。
高压汞灯工作原理
高压汞灯工作原理
高压汞灯是一种利用汞蒸汽放电产生光的光源。
它主要由灯泡、电极、玻璃外壳、汞蒸汽和稀有气体组成。
当高压汞灯工作时，电极产生高压电场，使得汞蒸汽在电场的作用下产生放电现象，从而产生强烈的紫外线和可见光。
下面我们将详细介绍高压汞灯的工作原理。
首先，高压汞灯的工作原理基于汞蒸汽放电。
当灯泡通电后，电极产生高压电场，使得汞蒸汽被激发并产生放电现象。
在放电过程中，汞蒸汽中的原子和分子受到激发，产生了紫外线和可见光。
这些光线通过灯泡的玻璃外壳透射出来，形成了高亮度的光源。
其次，高压汞灯的光谱主要包括紫外线、可见光和红外线。
其中，紫外线是由汞蒸汽放电产生的，而可见光和红外线则是由汞蒸汽放电后产生的热辐射。
这种光谱特性使得高压汞灯在照明、显微镜、投影和医疗设备等领域有着广泛的应用。
另外，高压汞灯需要辅助的稀有气体来维持其稳定的放电过程。
稀有气体的主要作用是在放电过程中提供电子，从而维持汞蒸汽的放电。
常用的稀有气体包括氩气、氖气和氪气等。
这些稀有气体的添加可以改善高压汞灯的稳定性和寿命。
综上所述，高压汞灯是一种利用汞蒸汽放电产生光的光源。
它的工作原理基于汞蒸汽放电产生紫外线和可见光，具有光谱广、亮度高的特点。
同时，稀有气体的添加可以提高高压汞灯的稳定性和寿命。
因此，高压汞灯在照明、显微镜、投影和医疗设备等领域有着广泛的应用前景。
电光源原理-超高压汞灯 ppt课件
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6-4 超高压汞灯
球形超高压汞灯
a) 球形超高压汞灯结构
Hg+Ar
极距
larc>8mm, 对流稳定型 larc<8mm, 电极稳定型
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6-4
一.球形超高压汞灯的结构 1.球形超高压汞灯：高亮度对应高热量 泡壳远离电弧 i石英玻璃 钼箔封接 ii为了防止泡壳发黑 不采用电子粉 用特殊设计的钨杆 Iii工作气体：汞+氩、汞+氖氩+氙（启动快、寿命高） 有辅助电极的少，用触发器的多
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6-4
使用特点
用前“摇一摇” 使电极稍稍露出汞液面 对冷却要求高
石英析晶炸裂 电极溅射发黑 寿命30-100小时
低寿命
紫外曝光用
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6-t课件
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第六章 高压、超高压汞灯
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第六章 高压、超高压汞灯 主要内容:
➢ 高压汞蒸气放电特性 ➢ 普通高压汞灯 ➢ 荧光和自镇流高压汞灯 ➢ 超高压汞灯
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6-1
放电特点和现象
1. 电子与汞原子碰撞频 繁，电子温度=气体温 度
2. 电离以热电离为主
电子温度随气压变化
3. 电弧绳化(气压越高，收缩越厉害)
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3
6-1
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。 由于原子间互相碰撞，高能级原子数目增加（1+1=0+2）
2. 谱线放宽
压力放宽+高温下的多普勒放宽
光源原理与设计高压汞灯资料
b) 启动电流的大小 Is----启动电流 Io ---工作电流 Is=1.5Io
c) 电源的频率
2.正常燃点时的蒸发
光源原理与设计—高压汞灯
诸定昌
3.惰性气体的影响(Pd关系)
4.管壁负载Ws的影响
Tw不能太高（析晶），Ws=9~10W/cm2
5.工艺的影响
水汽 H2o 电极处理
∫ PHg=
P’’Hgm 200.6
=
22.4m 273×200.6
0
ri2 2πr T(r)
dr2
∫ PHg= m 7680
ri
0
dr2 T(r)
光源原理与设计—高压汞灯
诸定昌
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
c) Glow-to-Arc transition during which the electrodes are heated to a value where thermal emission delivers most of the current.
d) Comes to slow transition from a low pressure to a high pressure.
b) Vl
Vl↑→η↑ Vl↑↑→不稳定
Vl=(1/2～2/3)Vn=(110~140)V
光源原理与设计—高压汞灯
诸定昌
3. 选定管壁负载 Ws=Pl/πd larc---------------------- 2
照明灯 9～10w/cm2 Ws 紫外灯 5.5～6.5w/cm2
第六章 高压汞灯
投影系统中亮度是光源的第一重要指标. 一. 投影系统中亮度是光源的第一重要指标 提高功率输入密度 增加J 增加 增加E(正比于 增加 正比于PHg) 正比于 二.超高压汞灯的结构 超高压汞灯的结构
超高压HPM与一般 与一般HPM灯结构与特性不同 超高压 与一般 灯结构与特性不同 的原因
光源原理与设计—高压汞灯 光源原理与设计 高压汞灯
d 杆 (钍)钨 l 电子粉
圈
<2.07
光源原理与设计—高压汞灯 光源原理与设计 高压汞灯
②电极的几何尺寸 电极的几何尺寸 芯杆：直径、 芯杆：直径、伸出钨圈长度 钨圈（热辐射体，贮电子粉）：直径、 钨圈（热辐射体，贮电子粉）：直径、圈数 ）：直径 辐射体保证足够高的温度 使 2BaWO6+W 3BaWO4 +3Ba
光源原理与设计—高压汞灯 光源原理与设计 高压汞灯
自镇流荧光HPM 二. 自镇流荧光 热辐射+GD 热辐射 优点：光色改善，使用方便， 优点：光色改善，使用方便，成本低 缺点：光效低， 短 缺点：光效低，H短
光源原理与设计—高压汞灯 光源原理与设计 高压汞灯
6.4 超高压汞灯
光源原理与设计—高压汞灯 光源原理与设计 高压汞灯
6.3
荧光高压汞灯 与 自镇流高压汞灯
光源原理与设计—高压汞灯 光源原理与设计 高压汞灯
荧光HPM 一. 荧光 a) 提高η粉：卤粉 提高η 253.7 489nm
b) 提高 粉：氟锗酸镁粉： 提高Ra粉 氟锗酸镁粉： 625.0~675.0nm 618nm c) 提高η和Ra粉：钒酸钇粉 提高η 粉 YAG Ce铝酸钇 (蓝)435.8 铝酸钇 蓝 560(黄) 黄
f
F Pl Tw PHg PHg(max)
第六章高压汞灯
诸定昌
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
光源原理与设计—高压汞灯
诸定昌
3. 选定管壁负载 Ws=Pl/πd larc---------------------- 2
ijknjajkhjkphgtgnnn0expevktajk1in谱线放宽压力放宽高温下的多普勒放宽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光源原理与设计高压汞灯in内径27mmi4aphg不同时变化6020101021011010l14050wcmprl1pc考虑nhg与石英对辐射的吸收pr072pl1pc072pl1pcl1pcl1光源原理与设计高压汞灯l1vephg放电管石英泡壳hgar填充物自热式电极辅助电极光源原理与设计高压汞灯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
b) A self-sustaining discharge by secondary emission from the cathode（ governed by Townsend Law).
c) Glow-to-Arc transition during which the electrodes are heated to a value where thermal emission delivers most of the current.
光源原理与设计—高压汞灯
高压汞灯
汞灯汞灯mercury lamp利用汞放电时产生汞蒸气获得可见光的电光源。
汞灯可分为低压汞灯、高压汞灯和超高压汞灯三种。
低压汞灯点燃时汞蒸气压小于一个大气压，此时汞原子主要辐射波长为253.7n m的紫外线。
常用的“日光灯”灯管内壁涂以卤磷酸钙荧光粉，再将紫外线转变为可见光。
节能型荧光灯内壁涂有稀土荧光粉，发光效率更高。
高压汞灯点燃时汞蒸气压为2～5个大气压，内管用石英玻璃。
高压汞灯辐射的紫外线光谱加宽，且偏蓝绿，可用于光化反应、光刻机、紫外线探伤及荧光分析等。
为使高压汞灯在照明上得到应用，常采用以下两种方式改善它的光色：①在石英内管外面，再加一个玻璃壳，内壁涂耐较高温度的荧光粉，将紫外辐射转换成红色可见光，使高压荧光汞灯的辐射光谱接近于暖白色，且有较高的发光效率。
②玻璃外壳内壁不涂荧光粉，而在壳内与石英灯管之间串联一钨丝，它既作为镇流器，又可辐射出高压汞灯所缺少的红光，以改善光色。
这类高压白炽汞灯使用方便，可直接接到220伏交流电源上，发光效率低于高压荧光汞灯，但高于白炽灯。
超高压汞灯点燃时汞蒸气压达10个大气压以上，具有体积小、亮度高，可见光和紫外线能量辐射很强等特点，可用作荧光显微镜、光学仪器及光刻技术的强光源。
汞灯的光谱汞灯光谱图横坐标是波长，纵坐标是光幅（强度）。
关于X光，汞灯光谱中包含有X光，但强度已经很小了，达不到应用水平。
其实可以看到，KrF,ArF的强度也不大，所以在早期i线的光刻机上用的是汞灯，而DUV的光刻机用的是准分子激光。
高压汞灯工作原理高压汞灯工作时，电流通过高压汞蒸气，使之电离激发，形成放电管中电子、原子和离子间的碰撞而发光。
放电时波长253.7nm的共振线(辐外光谱)被吸收,可见谱线强度增加,主要辐射的是404.7nm、435.8nm、546.1nm和577.0～579.0nm的可见谱线,此外还辐射较强的365.0nm的长波紫外线。
高压汞灯high pressure mercury lamp【简介】高压汞灯是由石英电弧管，外泡壳（通常内涂荧光粉），金属支架，电阻件和灯头组成。
灯具设计-高压汞蒸气放电特性
灯具设计-高压汞蒸气放电特性第六章高压汞灯光源原理与设计—高压汞灯光源原理与设计—高压汞灯6.1高压汞蒸气放电特性光源原理与设计—高压汞灯一.电弧温度和电离机构 1.Tg≈T ePHg↑→γ↑→Tg↑LTE满足:Ve→MaxwellDistributionn→BoltzmannDistributionn+(n-)→SahaEquation光源原理与设计—高压汞灯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”光源原理与设计—高压汞灯二.光谱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=njAjkhγjkPHg↑→Tg↑→n↑n=n0exp(-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)光源原理与设计—高压汞灯2.谱线放宽压力放宽+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光源原理与设计—高压汞灯三.光效Φin(内径)=27mmI=4APHg不同时η变化ABCDEFPHg(T orr)η60201010-210-1110102103104光源原理与设计—高压汞灯1.η随PHg上升而增加(PHg≥1atm)2.单位波长的热耗PL=Pr+Pc+PTPC1=-λ2πridTdrriλ=λVPHg↑→λ↓PHg↑→Tg↑→V↑λ与PHg无关（与T也无关）31光源原理与设计—高压汞灯实验表明，dT/dr为抛物线分布rTT0TwriT(r)=T0-(T0-Tw)()2rriPc1=-λ[-(T0-Tw)]2πriri2rri2Pc1=4πλ(T0-Tw)T0=6000KTw=1000Kλ=8.35×10- 5T3/4(w/mk)Pc1=10W/cm光源原理与设计—高压汞灯3.光效通常Pl1=40～50W/cmPr1=Pl1-Pc1考虑nHg与石英对辐射的吸收Pr1=0.72(Pl1-Pc1)ηr==0.72(1-)0.72(Pl1-Pc1)Pl1Pc1Pl1光源原理与设计—高压汞灯Pl ↑→ηr↑Pl1↑→Ve↑→PHg↑。
高压水银灯工作原理
高压汞灯
⑴工作原理
高压汞灯（高压水银灯）的外玻壳内壁均涂有荧光粉，它能将汞蒸气放电时辐射的紫外线转变为可见光，以改善光色，提高光效。
⑵工作线路
如图4所示，当灯接入电源后，先在引燃电极E3和主电极E1之间产生辉光放电，然后过渡到主电极E1、E2之间的弧光放电。
灯点燃的初始阶段电流较大，待4—8min 后，放电趋向稳定，灯进入正常工作状态。
R的作用是限制辉光放电电流。
当电源中断，灯熄灭后，灯内汞蒸气压力很高，在灯未冷却前，相应的点燃电压也很高，所以当再接入电源时，灯不能立即启点，通常需要间断5—10min，待灯管冷却，灯内汞蒸气凝结后才能再启动。
高压汞灯
高压汞灯充有汞和惰性气体，工作时灯内汞蒸气处于高压状态的气体放电灯。
高压汞灯是玻壳内表面涂有荧光粉的高压汞蒸汽放电灯，柔和的白色灯光，结构简单。
低成本，低维修费用，可直接取代普通白炽灯，具有光效长，寿命长，省电经济的特点，适用于工业照明、仓库照明、街道照明、泛光照明安全照明等。
高压汞灯发出的光中不含红色，它照射下的物体发青，因此只适于广场、街道的照明。
除作普通照明用的高压汞灯外，还有在外壳上加反射膜的反射型灯(HR)，适于300～500nm重氮感光纸的复印灯，广告、显示用的黑光灯，有红斑效应的医疗用太阳灯，作尼龙原料光合化学作用和涂料、墨水聚合干燥的紫外线硬化用的汞灯等。
也好，但其光效和寿命大大降低。
普通400W的荧光高压汞灯色温约为5000K，一般显色指数40左右，光效60lm/W，寿命6000小时。
汞灯的汞蒸汽泄漏以及灯管使用报废后被打碎而成玻璃屑中含有一定量的汞，后者称为“汞渣”，不加适当处理会污染土壤、水体危害作物、果蔬或被摄入动物、人体而受害。
高压汞灯点燃时汞蒸气压为2～5个大气压，内管用石英玻璃。
高压汞灯辐射的紫外线光谱加宽，且偏蓝绿，可用于光化反应、光刻机、紫外线探伤及荧光分析等。
指汞蒸气压力为51～507kPa，主要发射波长在365.0nm，相当能量为327.3kJ/mol的汞蒸气弧光灯。
高压汞灯是紫外固化的标准灯，发热大，要用空气或水冷却，但功率高，适用于要求固化速率快的光固化涂料、油墨涂覆流水线。
研制简史1906年研制成汞蒸气压约为0.1MPa的高压汞灯。
30年代初，荧光高压汞灯高压汞灯在以下几个方面获得发展：①引进激活电极代替液汞电极；②掌握金属丝和硬质玻璃或金属箔和石英玻璃的真空封接工艺；③选择适当的汞量使之在灯充分燃点后全部蒸发，改进了灯的启动性能和稳定性。
40年代高压汞灯进入实用阶段。
50年代后采用了适合高压汞灯所发射的、以365nm长波紫外线为主并补充红色光谱的荧光粉。
高压汞灯
高压汞灯充有汞和惰性气体，工作时灯内汞蒸气处于高压状态的气体放电灯。
高压汞灯是玻壳内表面涂有荧光粉的高压汞蒸汽放电灯，柔和的白色灯光，结构简单。
低成本，低维修费用，可直接取代普通白炽灯，具有光效长，寿命长，省电经济的特点，适用于工业照明、仓库照明、街道照明、泛光照明安全照明等。
高压汞灯发出的光中不含红色，它照射下的物体发青，因此只适于广场、街道的照明。
除作普通照明用的高压汞灯外，还有在外壳上加反射膜的反射型灯(HR)，适于300～500nm重氮感光纸的复印灯，广告、显示用的黑光灯，有红斑效应的医疗用太阳灯，作尼龙原料光合化学作用和涂料、墨水聚合干燥的紫外线硬化用的汞灯等。
也好，但其光效和寿命大大降低。
普通400W的荧光高压汞灯色温约为5000K，一般显色指数40左右，光效60lm/W，寿命6000小时。
汞灯的汞蒸汽泄漏以及灯管使用报废后被打碎而成玻璃屑中含有一定量的汞，后者称为“汞渣”，不加适当处理会污染土壤、水体危害作物、果蔬或被摄入动物、人体而受害。
高压汞灯点燃时汞蒸气压为2～5个大气压，内管用石英玻璃。
高压汞灯辐射的紫外线光谱加宽，且偏蓝绿，可用于光化反应、光刻机、紫外线探伤及荧光分析等。
指汞蒸气压力为51～507kPa，主要发射波长在365.0nm，相当能量为327.3kJ/mol的汞蒸气弧光灯。
高压汞灯是紫外固化的标准灯，发热大，要用空气或水冷却，但功率高，适用于要求固化速率快的光固化涂料、油墨涂覆流水线。
研制简史1906年研制成汞蒸气压约为0.1MPa的高压汞灯。
30年代初，荧光高压汞灯高压汞灯在以下几个方面获得发展：①引进激活电极代替液汞电极；②掌握金属丝和硬质玻璃或金属箔和石英玻璃的真空封接工艺；③选择适当的汞量使之在灯充分燃点后全部蒸发，改进了灯的启动性能和稳定性。
40年代高压汞灯进入实用阶段。
50年代后采用了适合高压汞灯所发射的、以365nm长波紫外线为主并补充红色光谱的荧光粉。
光源原理课件：第6章 高压汞灯和超高压汞灯1
50~2000 W, 用于工厂、车库、加油站、街道等
• 反射型高压汞灯
125~1000 W, 由于反射涂层在内部, 不易受环境影响, 适用于工业、矿井、采石场等作高杆照明
• 自整流高压汞灯
160 W, 适宜于室内植物照明
2014-10-23
张善端, 光源原理, 第六章
18
高压汞灯的工作特性
400
张善端, 光源原理, 第六章
500
600
Wavelength / nm
700
12
6.1.4 高气压汞蒸气放电的辐射光谱
线光谱
• 描述线光谱的参量
-中心波长: 高气压下红移, 如546.1 nm→550 nm (@300 atm)
-谱线宽度: pHg↑或I↑, Δλ↑ -谱线强度
• 影响谱线强度的因素
由电弧温度分布可以求得:
-电子浓度 ne ←沙哈方程 -放电电流 I ←电流密度积分 -辐射功率 Pr ←发射系数积分
T(r) (K)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 r/ri
高压汞灯的径向温度分布: 抛物线。 T0 = 5500 K, TW = 1000 K
2014-10-23
张善端, 光源原理, 第六章
11
6.1.4 高气压汞蒸气放电的辐射光谱
可见区的谱线强度分布
填充: 电弧管:
CCT:
CRI: 光效:
Hg, Ar 石英 4 000 K 冷白 45
50 lm/W
400
500
课题6.高压汞灯.高压钠灯安装方法
一体化教学教案2．故障现象：灯具忽亮忽熄。
故障分析及检修：造成上述现象，主要是线路中的接点、灯泡与灯座、开关等接触不良。
可依次检查线路中造成这种现象的部位。
四、巡回指导：①要求学生文明操作，保证人身安全和仪表设备的安全。
②指导学生正确检查万用表的完好情况，正确选择万用表的档位和量程，并校表调零。
高压汞灯工作原理具有玻璃外壳的高压汞灯，这种汞灯通常用辅助电极帮助启动，辅助电极通过一只40～60千欧的电阻R与不相邻的电极相连接。
当灯接入电网后，辅助电极与相邻的主电极之间加有交流220伏的电压。
这两电极之间的距离很近，通常只有2～3毫米，所以它们之间有很强的电场。
在此强电场的作用下，两电极之间的气体被击穿，发生辉光放电，放电电流由电阻R所限制。
如R过小会使电极烧坏。
主电极和相邻辅助电极之间的辉光放电产生了大量的电子和离子，这些带电粒子向两主电极间扩散，使主电极之间产生放电，并很快过渡到两主电极之间的弧光放电。
在灯点燃的初始阶段，是低气压的汞蒸气和氢气放电，这时管压降得很低，约25伏左右；放电电流很大，约为5～6安培，称为启动电流。
低压放电时放出的热量使管壁温度升高，汞逐渐汽化，汞蒸气压和灯管电压逐渐升高，电弧开始收缩，放电逐步向高气压放电过渡。
当汞全部蒸发后，管压开始稳定，进入稳定的高压汞蒸气放电。
高压汞灯从启动到正常工作需要一段时间，通常为4～10分钟。
高压钠灯的工作原理当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。
高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。
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诸定昌
第六章 高压汞灯
6.1 高压汞蒸气放电特性
光源原理与设计—高压汞灯
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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
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).
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-
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)
+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
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。
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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
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
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
∫ 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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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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5.几何尺寸与总充汞量的计算
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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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
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)
b) A self-sustaining discharge by secondary emission from the cathode（ governed by Townsend Law).