Сірчана лампа

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Сірчана лампа

Сіра лампа є джерелом світла квазісонячного спектру.

Високоефективна лампа з широким спектром випромінювання , що генерується сіркою , що перебуває у стані плазми .

Принцип дії

Мікрохвильове випромінювання нагріває сірку в атмосфері інертного газу аргону . Плазма сірки випромінює потужне світло зі спектром, близьким до спектру сонячного світла, майже без інфрачервоної та ультрафіолетової складових. Спектр випромінювання сірчаної лампи є поєднанням атомарного і молекулярного спектрів сірки . Пропорція їх залежить від інтенсивності НВЧ поля накачування. Також у спектрі присутні у невеликій кількості лінії атомарного інертного газу.

Використання безелектродного розряду , як джерела оптичного випромінювання в принциповому плані передбачає наявність таких обов'язкових елементів як: власне лампа з колбою тієї чи іншої конфігурації, генератор електромагнітних коливань та електродинамічна система, що транспортує цю НВЧ- енергію до лампи і формує в зоні локал топографію НВЧ-електромагнітного поля, що динамічно змінюється. До цього «набору» обов'язкових елементів слід додати певний формувач діаграми спрямованості отриманого оптичного випромінювання.

Змінювати колірну температуру в деяких межах можна, змінюючи тиск пари сірки в колбі. Так, підвищення тиску з 4.4 до 12.1 Бар підвищує довжину хвилі максимуму випромінювання з 470 до 570 нм, що відповідає зниженню колірної температури з 6100 до 5100 К. Проте частка видимого випромінювання при цьому знижується більш ніж півтора рази: з 68% до приблизно 41 % [1] .

Історія

У 70-ті роки ХХ століття США фірмі Fusion System Corp. (FSC) були створені та використані в технологічному процесі УФ-сушіння випромінювачі на основі безелектродних НВЧ-розрядних ламп, головним чином з аргонно- ртутним наповненням. Випромінювачі працювали з НВЧ-накачуванням на частотах 915 і 2450 МГц .

На початку 90-х років американські інженери , експериментуючи зі складами робочої речовини-наповнювача лампи, виявили, що заміна ртуті в колбі безелектродної сірої лампи дозволяє отримати дуже інтенсивне квазісонячне випромінювання. Це послужило відправним пунктом для створення в 1992 перших світлових НВЧ-приладів на основі сірчаних ламп з НВЧ-накачуванням на частоті 2450 МГц [2]. А у жовтні 1994 року у Вашингтоні вже були продемонстровані дві потужні освітлювальні системи з використанням дуже виграшного поєднання НВЧ-джерела світла на сірчаній лампі та порожнього « призматичного » світловода .

У 2000-2005 роках в Росії було виготовлено кілька експериментальних зразків НВЧ-прожекторів, які практично підтвердили очікувані високі характеристики.

У 2006 році LG Electronics розпочала виробництво освітлювачів на основі сірчаних ламп. Лінійка цих світильників дістала назву плазмові освітлювальні системи Plasma Lighting System (PLS).

Технічні характеристики

Основні технічні характеристики деяких сірчаних ламп:

SOLAR 1000TM PSF1032A PSF1831A
Потужність, Вт 1375 1000 1850
Світловий потік , клм 130 91 186
Світлова віддача , лм/Вт 94,5 91 101
Індекс кольору 79 76 79
кольорова температура 5900 5500
Термін служби > 15 000 годин * 100 000

Термін служби сірчаної безелектродної лампи визначається ресурсом блоку живлення (перетворювача змінного струму на постійний) та електромотора системи охолодження. Для ламп першої хвилі він складав приблизно 10-15 тисяч годин. Ресурс колби набагато вище, т.к. сірка практично не реагує з кварцом, навіть за температури 1000 °C [2] . За деякими оцінками термін служби колби може досягати 60 тисяч годин [3] , LG заявляє термін служби своїх плазмових прожекторів у 100 тис. годин.

Сірчана лампа та фотосинтез

Сірчана лампа, через особливості свого спектру, виявилася прекрасним джерелом світла для фотосинтезу рослин і, відповідно, для використання в оранжерейному освітленні. Компанія Fusion Lighting на замовлення NASA провела дослідження, з метою збільшити випромінювання лампи на довжинах хвиль в районі 625 нм, де квантова ефективність фотосинтезу близька до одиниці. Виявилося, що додавання до колби броміду кальцію створює пік випромінювання поблизу 625 нм. При цьому спостерігається лише невелике зниження інтенсивності випромінювання в області малих довжин хвиль, частка інфрачервоного випромінювання залишається практично незмінною [2] .

Переваги

На практиці основну експансію здійснюють із НВЧ-накачуванням близько 800-1000 Вт, і світловим потоком приблизно до 130 км. Ці системи відносно прості конструктивно, не вимагають примусового обдування пальника, дозволяють використовувати звичайні серійні магнетрони , що застосовуються у побутових НВЧ-печах.

Підсумовуючи дані, можна виділити основні переваги НВЧ-світлових приладів з безелектродними лампами, до яких відносяться

  • Підвищена до 100 лм/Вт світлова віддача [4] (світлова віддача безпосередньо колби становить 150 лм/Вт, але близько третини потужності втрачається у трансформаторі, магнетроні, на роботу вентиляторів тощо) [2]
  • Суцільний квазісонячний спектр оптичного випромінювання з різко зниженим рівнем випромінювань в УФ та ІЧ [5] [6] діапазонах та з максимумом спектру, що збігається з максимумом кривої видимості людського ока . Це природна передача кольору. [5] [4]
  • Відсутність мерехтіння джерела світла.
  • Малогабаритність і рівнояркість тіла, що світить, що полегшує оптимізацію оптичних систем.
  • Висока довговічність лампи (десятки тисяч годин).
  • Екологічна чистота матеріалів наповнення лампи: сірки та аргону.
  • Можливість регулювання сили світла.
  • Можливість модульного ремонту в блокових конструкціях великих ламп.

Недоліки

  • Складність конструкції [4]
  • Висока вартість лампового модуля [4]
  • Висока температура колби пальника, звідси потреба використання високоякісного кварцового скла та захисту від пилу.
  • Великий діаметр тіла, що світиться (25-30 мм), що ускладнює фокусування і використання в оптичних системах.
  • Інертність (лампа досягає 80% номінальної світності через 20-25 с, а після вимкнення може бути включена лише через 5-15 хвилин).
  • Високий рівень акустичного шуму через необхідність інтенсивного обдування колби.
  • Труднощі в придушенні мікрохвильового випромінювання, що просочується в навколишнє середовище.

Примітки

  1. Сірчана лампа. Перспективний початок і ... не прогнозоване майбутнє? Частина ІІ. Трохи про фізику сірчаного розряду
  2. 1 2 3 Сірчана лампа. Перспективний початок і ... не прогнозоване майбутнє? Частина ІІІ. Технічні характеристики ламп та системи світлорозподілу
  3. Еволюція лампи
  4. 1 2 3 4 http://www.belsut.gomel.by/ellibrary/1/29.pdf (недоступне посилання) «У режимі НВЧ-розряд високого тиску в парах сірки має суцільний спектр оптичного випромінювання, близький до сонячного. … високі енергоефективні властивості (світлова віддача до 100 лм/Вт); 2) практично природна кольоропередача, обумовлена ​​суцільним квазісонячним спектром з різко зниженим рівнем випромінювань в УФ та ІЧ діапазонах та з максимумом у діапазоні видимого випромінювання;
  5. 1 2 http://www.mephi.ru/upload/main/news/Shchukin.pdf Архівна копія від 19 липня 2014 на Wayback Machine «… переваги НВЧ-джерел світла на основі сірки: підвищена світлова віддача (~100 лм/ Вт), що забезпечує можливість енергозбереження; суцільний квазісонячний спектр, максимум спектральної щільності потужності якого практично збігається з максимумом кривої чутливості людського ока, тобто природне перенесення кольорів; генерація в інфрачервоній ділянці низька (<1%)»
  6. Оскільки випромінювання не теплове, а зумовлене взаємодією молекул сірки з електронами аргонової плазми.