История создания люминесцентной лампы. Люминесцентная лампа состоит из чего

Люминесцентная лампа – энциклопедия VashTehnik.ru

Люминесцентная лампа – источник света низкого давления, где ультрафиолетовое излучение, как правило, ртутного разряда преобразуется слоем люминофора, нанесённого на стенки колбы прибора, в видимое. Рассмотрим, в чем отличие устройств от галогенных и прочих схожих.

Люминесцентный источник света

История развития люминесцентных ламп

Явления флюоресценции начали изучать в 19 веке. Среди учёных мужей выделим Майкла Фарадея, Джеймса Максвелла и Джорджа Стокса. Самым примечательным изобретением называют колбу Гисслера. Этот учёный попытался откачать воздух при помощи ртутного насоса. Разряжение в колбе достигло высокого уровня – прежде не удавалось создать подобные условия. Одновременно освобождённый объем заполнился парами ртути. Гисслер обнаружил, что, располагая электроды по двум концам длинной колбы и прикладывая к ним напряжение, он лицезреет зелёное свечение.

Это тлеющий разряд, положенный сегодня в основу приборов. При низком давлении внутри образуется электронный луч между катодом и анодом. Местами элементарные частицы сталкиваются с малочисленными ионами газа, отдавая энергию. За счёт переходов электронов на новые уровни образуется свечение, цвет зависит от применяемого химического элемента и прочих условий. Трубки Гисслера с 80-х годов 19 века поставлены в массовое производство. Преимущественно для развлекательных и прочих сопутствующих целей. К примеру, известные неоновые вывески.

Причины флюоресценции различались. Часто эффект провоцировался электромагнитным излучением. Известный предприниматель Томас Эдисон экспериментировал с нитями из кальция, возбуждая их рентгеновскими лучами. Аналогичными работами занимался Никола Тесла.

Разновидности люминесценции

Согласно причинам, порождающим явление, люминесценция делится на классы:

Катодолюминесценция, происходит в трубках Гисслера.
Фотолюминесценция: свечение веществ под действием волн близких к видимому диапазону.

Радиолюминесценция идентична предыдущей, возбуждающие волны сильно пониженной частоты.
Термолюминесценция: свечение образуется за счёт нагрева тела.
Электролюминесценция заметна на примере светодиодов.
Биолюминесценция. Ярким примером класса служит население дна океана.

Биолюминесцентная лампа

Люминесцентная лампа

Люминесцентные лампы относятся к разрядным, обсуждение начнём с процесса ионизации. Иначе окажется неинтересно из-за незнания базиса. До появления светодиодов разрядные лампы обнаруживали высокую светоотдачу. Они до 80% экономнее, нежели приборы с нитями накала. В среде газа, пара или смеси образуется тлеющий разряд. Когда среда уже ионизирована, сложностей нет, но на старте приходится использовать крайне высокие напряжения, достигающие единиц кВ.

Разрядная лампа за малым исключением – в отвёртках-индикаторах – работает в паре со стартером. Иногда эту часть неправильно называют балластом. Это разные вещи:

Стартером (пускорегулирующим аппаратом) называется часть схемы, где формируется высокое напряжение для розжига дуги. В результате резкого скачка толща газа или пара пробивается, ионизируется и проводит ток. Потом необходимость в поддержании на электродах высокого напряжения пропадает. Пускорегулирующий аппарат работает исключительно на старте.

Балластом именуется совокупность приспособлений, призванных скомпенсировать отрицательное сопротивление люминесцентной лампы. Когда ток растёт, проводимость между электродами увеличивается. Этот процесс не принимает лавинообразный характер, исключает выход оборудования из строя благодаря балласту, включённому последовательно в цепь. Он ограничивает рост тока до конкретного уровня.

Балласт и пускорегулирующее устройство сложно разделимы. К примеру, дроссель создаёт резкий скачок напряжения в нужный момент, его импеданс одновременно ограничивает и величину тока.

Устройство лампы

Принцип розжига дуги и конструкция разрядной лампы

Люминесцентная лампа состоит из длинной стеклянной колбы, на концах которой контактные площадки с электродами. Особенность конструкции такова, что параллельно с лампой приходится включать часть балласта. Электрод имеет два выхода наружу, напоминая вольфрамовую подкову. Отличие люминесцентных ламп: на стенки стеклянной колбы нанесено специальное вещество, светящееся под действием ультрафиолетового излучения. Напомним, внутри находятся пары ртути или вещество, способное при относительно низком напряжении старта поддерживать в объёме тлеющий разряд с нужной частотой волны.

Разберёмся, как работает зажигание. Параллельно люминесцентной лампе включается биметаллическое реле. Через него питается напряжением сети небольшой разрядник. Он представляет сильно уменьшенную копию главной лампы и для ионизации хватает 220 В. Тлеющий разрядник постепенно подогревает биметаллическое реле, производящее питание. По мере повышения температуры контакты размыкаются. В результате разрядник гаснет, а биметаллическое реле, спустя некий период, снова замыкается. Циклический процесс по времени занимает 1-2 сек.

Посмотрим, как при помощи описанного приспособления разжечь люминесцентную лампу. Действующего значения напряжения 220 В не хватает, чтобы ионизировать газ в колбе. Конструкторы пошли на оригинальный ход – использовали дроссель. Это катушка индуктивности с двумя обмотками на общем сердечнике. Намотаны так, чтобы при резком пропадании формировать скачок напряжения большой амплитуды. Описание работы в комплексе:

Люминесцентная лампа питается через дроссель, они включены последовательно. Стартер включён параллельно колбе через подковообразные электроды.
В результате при наличии напряжения в начальный момент времени зажигается разрядник и греет реле. Сопротивление контактов мало, 220 В прикладываются к дросселю. Там начинается процесс запасания реактивной мощности.
Когда разрядник сильно нагревает контакты биметаллического реле, оно разрывает цепь. Как следствие, питание на дросселе пропадает, в результате образуется резкий скачок напряжения. Это вызывает ответную реакцию, амплитуда импульса многократно возрастает (до единиц кВ).
Разница потенциалов на электродах люминесцентной лампы становится настолько большой, что ионизирует газ в колбе. Стартует процесс тлеющего разряда.
В результате напряжение на стартере падает, разрядник более не зажигается.

Так происходит розжиг дуги люминесцентной лампы в стандартном режиме.

Схема люминесцентной лампы

Систему называют предварительным подогревом электродов. Ток по мере нагревания биметаллического реле проходит через вольфрамовые подковы, повышая температуру и облегчая процесс розжига. Если в помещении слишком холодно, с первого раза процесс терпит неудачу. Тогда цикл повторяется, температура вольфрамовых электродов становится чуть выше. Выглядит, как быстрое моргание света при замыкании выключателя.

Как зажечь сгоревшую люминесцентную лампу

Чаще у люминесцентной лампы сгорает вольфрамовый электродов в форме подковы. Тогда через него уже нельзя подать питание на стартер, включённый параллельно колбе. Используется схема, приведённая на рисунке ниже. На электродах лампы постоянно поддерживается высокое напряжение (выше 600 В). Этим обеспечивается тлеющий разряд. Режим работы люминесцентной лампы становится напряжённым, и долго устройство функционировать не сможет.

Схема сгоревшей лампы

Обратите внимание, снаружи оба выхода каждого электрода замыкаются накоротко. Этим обеспечивается работа оставшихся внутри огрызков вольфрамового электрода. Диоды служат для правильной коммутации каждой полуволны питающего напряжения, конденсаторы доводят уровень разницы потенциалов до заданного.

Отличие люминесцентной лампы от разрядной

Главной особенностью рассматриваемых устройств становится наличие люминофора на стенках колбы. Явление люминесценции наблюдалось с древних времён. Наиболее известно указанное свойство у фосфора.

Многие кристаллы под действием ультрафиолета начинают лучиться, но температура не меняется. Напомним закон Вина для абсолютно чёрного тела. Он гласит, что максимум излучения зависит от температуры и увеличивается с её повышением. Чтобы тело стало красным, его поверхность становится горячей, 500 градусов и выше. Прочие цвета по спектру идут выше, значит, и температура поднимается больше.

Но явления люминесценции проявляется при нормальных условиях, даже мороз не помеха. Известно, что при температуре абсолютного нуля непрерывный спектр излучения некоторых тел становится просто дискретным. Вместо хаотичного потока квантов намечается упорядоченность. Явление люминесценции не пропадает. Это объясняется простым образом:

При повышенной температуре электроны переходят между уровнями совершенно хаотичным образом. Каждое тело светится при нагревании в зависимости от конкретной температуры. К примеру, прочные металлы легко доходят до нужной кондиции, а дерево вначале чернеет, активно окисляясь кислородом воздуха.
В основе явления люминесценции лежит принцип поглощения телом волн определённой частоты. Чаще это инфракрасный или ультрафиолетовый диапазоны. Проще всего привести пример с шариковой «ручкой для шпионов». Её чернила характерно светятся при облучении волнами ультрафиолетового диапазона. Хотя прежде бумага выглядит белой.

Аналогичным образом каждое тело демонстрирует спектр поглощения, а излучение происходит на пониженной волне. Это объясняется тем, что часть падающей на материал энергии рассеивается в виде тепла. Говорят, что тело излучает в стоксовой (от имени учёного) области спектра. Встречаются вещества, у которых волна люминесценции выше возбуждающей. Тогда говорят, что тело светится в антистоксовой области спектра. Наконец, встречаются материалы, проявляющие оба вида свойств.

В случае люминесцентных ламп волна возбуждения образуется тлеющим разрядом паров ртути и лежит в ультрафиолетовом диапазоне. Свет, излучаемый люминофором, видимый. И здесь приходим к важной характеристике – цветовой температуре. Если люминофор даёт яркий белый свет, говорят, оттенок холодный. Это хорошо для создания рабочего ритма мозга. А лампы носят название дневного света. Чаще и встречаются на практике.

vashtehnik.ru

История создания люминесцентной лампы

История люминесцентной лампы

История люминесцентной лампы достаточно объемна как по времени, так и по количеству сопутствующих изобретений. До того момента, как в частных домах и офисах появились первые лампы дневного света в том виде, который мы наблюдаем и по сей день, ученым и инженерам пришлось изобрести вакуумную трубку, поэкспериментировать с различными инертными газами, создать долговечные электроды и разработать состав флуоресцентного покрытия.

Первой в 1856 году на свет появилась вакуумная стеклянная трубка. Этому изобретению мы обязаны немецкому стеклодуву и изобретателю Генриху Гейслеру. Именно он создал вакуумный насос, позволявший откачивать из закрытой колбы воздух. Стеклянная вакуумная колба в последствие получила имя изобретателя – трубка Гейслера. Когда ученый, а затем и его последователи пропускали через трубку электрический ток,наблюдалсядостаточно интересный эффект – яркое свечение зеленоватого оттенка.

Первая люминесцентная лампа

Основательные эксперименты с явлением электролюминесценции различных веществ проводил Александр Эдмон Беккерель. Именно он в 1859 году предложил покрыть трубку Гейслера тонким слоем люминесцирующих веществ. И хотя трубки ученого излучали недостаточно сильный свет и были недолговечны, именно он впервые заставил люминофор светиться под воздействием электрического тока. Хотя по большому счету Беккерель и не собирался практически использовать свои достижения – у него был чисто научный интерес в этой и других областях науки.

Первое практическое применение трубки Гейслера попытался осуществить Томас Эдисон. Именно он в 1896 году изобрел, а 1907 году запатентовал колбу с покрытием из вольфрамата кальция и рентгеновским излучением как люминесцентную лампу. Но и этому изобретению не удалось стать искусственным источником света в наших домах. Лампа имела малый срок службы, а Эдисон, добившись успеха с лампой накаливания, отказался от дальнейших изысканий по совершенствованию люминесцентной лампы.

Схема включения первой люминесцентной лампы

Впервые практически использовать аналог сегодняшней лампы дневного света и изыскать из этого коммерческий интерес удалось Даниэлю Фарлану Муру. Первую модель своей лампы оно показал общественности в 1895 году (на год раньше Эдисона). В качестве инертного газа в колбе он использовал двуокись углерода (для белого свечения) или азот (для розового). Его лампа была невероятно сложна в конструкции, но уже тогда инженеры заметили ее большую эффективность по сравнению с разрабатываемой лампой накаливания. Почти 9 лет усовершенствований и испытаний привели к тому, что начиная с 1904 года, система освещения Мура стала устанавливаться в магазинах и офисных помещениях.

Использовать в люминесцентной лампе пары ртути впервые предложил Питер Купер Хьюитт в 1901 году. Его лампы были намного эффективнее, как ламп Мура, так и ламп накаливания. Однако сине-зеленый свет свечения ограничил их применение в то время. Хотя в последствие, много лет спустя, именно ртутные лампы стали основой уличного освещения, именно ими оснащались фонарные столбы.

Люминесцентные лампы Жермера

Лишь в 1927 году свет увидела люминесцентная лампа – аналог той, что мы используем сейчас. И хотя ее изобретатель Эдмунд Джермер изначально ставил перед собой цель создать управляемый источник ультрафиолетового света – получилось так, что вместе с коллегами Фридрихом Мейером и Гансом Шпаннером он создал второй по популярности источник искусственного света, причем более близкий к естественному, чем популярная в то время лампа накаливания. Исследователи просто покрыли ультрафиолетовую лампу слоем люминофора, и оказалось, что она способна излучать естественный белый и достаточно яркий свет.

В 1934 году патент на изобретения выкупила General Electric (британская, а не американская), за достаточно кругленькую по тем временам сумму в 180 тыс. $. Первые продажи люминесцентных ламп начались лишь в 1938 году, так как на протяжении 4 лет до этого исследовательские бюро компании усиленно изобретали неразрушающийся под действием электрического тока электрод, а сама фирма выкупала патенты, на изобретения, хоть как-то относящиеся к этому виду лампы.

< Предыдущая Следующая >

scsiexplorer.com.ua

Как работает лампа дневного света схема. Из чего состоит люминесцентная лампа

Люминесцентные светильники давно удерживают первенство в освещении нашего быта, чему способствуют долговечность и экономичность данных устройств. Схем подключения люминесцентного светильника существует много, и у каждой из них есть свои особенности.Сначала разберемся в принципе работы самой лампы . Длинная стеклянная трубка от нескольких сантиметров до… Если учитывать всевозможные современные спирали и изгибы, я не знаю, какова их может быть конечная длина? Мы все же займемся прямыми трубками, которые ограничивались в недавнем прошлом 80 ваттами, и тех, наверное, уже не существует.Труба заполнена инертным газом с присутствием капельки ртути. Кстати, из-за ртути и утилизируют использованные люминесцентные лампочки в установленном законом порядке, иначе бы случилась экологическая катастрофа.Суть работы лампы такова: между двумя электродами, представляющими собой нити накала на концах колбы, надо сделать устойчивый электрический пробой , испаряющий и ионизирующий ртуть. Ионизированные пары ртути создают ультрафиолетовое излучение , воздействующее на люминофор , которым изнутри покрыта колба. В зависимости от состава люминофора свечение может принимать все оттенки радуги.Наверное, слышали о бактерицидных лампах или о кварцевании ? Так вот в этих светильниках люминофор отсутствует, стекло кварцевое, без препятствий пропускающее ультрафиолетовые лучи, более того, в салонах для загара именно такие светильники и применяются, а ультрафиолет может и раковую опухоль нажить — возьмите на заметку!Как же создается электрический пробой? Рассмотрим некоторые варианты схем подключения люминесцентного светильника.

схема подключения однолампового люминесцентного светильника

Для начала надо разогреть нити накала, чтоб они могли излучать электроны — это называется электронной эмиссией . Данную функцию выполняет стартер . Его контакты настолько близки друг от друга, что при подаче 220В возникает между ними дуга, разогревающая биметаллическую пластину устройства. Пластина соединяется с рядом стоящим контактом, замыкая цепь накала люминесцентной лампы. Цепочка соединений всех элементов схемы представлена на Рис.1, по-моему, комментировать здесь нечего. О роли конденсаторов читайте ниже.Чтобы не было короткого замыкания, в цепь подключается пускорегулирующий аппарат — ПРА , ограничивающий пусковой ток. Это катушка индуктивности, намотанная на сердечник из электротехнической стали, отсюда и название «дроссель».Как только разогретые электроды начинают излучать электроны, напряжение на контактах стартера падает, они разрываются, на дросселе возникает высокое напряжение самоиндукции , способное между электродами создать устойчивый электрический пробой. Люминесцентный светильник зажигается, напряжение на лампочке падает наполовину засчет ПРА, и стартер, выполнив свою функцию, уходит на отдых до следующего этапа зажигания. Его в это время можно даже удалить, все равно светильник будет работать.

схема подключения двухлампового люминесцентного светильника

Смотря какие лампочки подключаете. Если лампы-сороковки, то это простое параллельное подключение: к схеме, указанной чуть выше, добавить еще такую, получим двухламповый люминесцентный светильник. Здесь присутствуют два конденсатора (раньше были, теперь их может и не быть). Маленький конденсатор (С1) уничтожает радиопомехи, большой (С2) — дросселя. Резистор R предназначен для разрядки С2 после выключения. Уберем это усложнение — все равно будет успешное зажигание, что, в общем-то, в современных светильниках и делается.

Другое дело, двадцатки — лампочки мощностью 18Вт (Рис.2 и 3). Их рабочее напряжение всего 60В, тогда как сороковки (36Вт) работают на 108 вольтах, поэтому 18-ваттные часто подключаются к сети 220В парой. Соединяются они последовательно, и у каждой — свой стартер, но балласт общий. Четырехламповые светильники 18Вт — просто два двухламповых в одном. Техника зажигания все та же.Санитарные нормы не рекомендуют длительное пребывание в местах, освещенных стартерными люминесцентными светильниками, ввиду негативного воздействия мерцающего эффекта на зрение. В качестве альтернативы предлагается

схема подключения люминесцентного светильника с ЭПРА.

ЭПРА — это электронный пускорегулирующий аппарат , представляющий собой своеобразный преобразователь частоты и умножитель напряжения. Высокая частота, на которой работает с этим аппаратом люминесцентная лампа, становится не заметна глазу. Такая схема подключения люминесцентного светильника не только безопасна, но еще и экономичнее, в плане потребления электроэнергии, процентов на 15. Значительная потеря в массе из-за отсутствия электротехнической стали делает светильник более удобным при установке.Основной упор ЭПРА делает на схему подключения двухлампового люминесцентного светильника, схема вычерчивается на крышке аппарата, поэтому проблемы с подключением сводятся к минимуму.

На моем рисунке фаза сети подается на клемму L, рядом — клемма N, на которую подключается «ноль», а на третий контакт. Все остальное видно на чертеже. Конечно, модификаций ЭПРА много, но не стоит бояться замены одного другим, чертеж на крышке все расставит по своим местам, только если монтаж проводов светильника изменить придется.

Люминесцентные лампы - 2-ой в мире по распространенности источник света, а в Стране восходящего солнца они занимают даже 1-ое место, обогнав лампы накаливания. Раз в год в мире делается более 1-го млрд люминесцентных ламп.

1-ые образцы люминесцентных ламп современного типа были показаны американскойкомпанией General Electric на Глобальной выставке в Нью-Йорке в 1938 году. За 70 лет существования они крепко вошли в нашу жизнь, и на данный момент уже тяжело представить какой-либо большой магазин либо кабинет, в каком не было бы ни 1-го осветительного прибора с люминесцентными лампами.

Люминесцентная лампа - это обычный разрядный источник света низкого давления , в каком разряд происходит в консистенции паров ртути и инертного газа , в большинстве случаев - аргона. Устройство лампы показано на рис. 1.

Пробирка лампы - это всегда цилиндр 1 из стекла с внешним поперечником 38, 26, 16 либо 12 мм. Цилиндр может быть прямым либо изогнутым в виде кольца, буковкы U либо более сложной фигуры. В торцевые концы цилиндра герметично впаяны стеклянные ножки 2, на которых с внутренней стороны смонтированы электроды 3. Электроды по конструкции подобны биспиральному телу накала ламп накаливания и также делаются из вольфрамовой проволоки. В неких типах ламп электроды изготовлены в виде триспирали, другими словами спирали из биспирали. С внешней стороны электроды подпаяны к штырькам 4 цоколя 5. В прямых и U-образных лампах употребляется только два типа цоколей - G5 и G13 (числа 5 и 13 указывают расстояние меж штырьками в мм).

Как и в лампах накаливания, из пробирок люминесцентных ламп воздух кропотливо откачивается через штенгель 6, впаянный в одну из ножек. После откачки объем пробирки заполняется инертным газом 7 и в него вводится ртуть в виде маленький капли 8 (масса ртути в одной лампе обычно около 30 мг ) либо в виде так именуемой амальгамы, другими словами сплава ртути с висмутом, индием и другими металлами.

На биспиральные либо триспиральные электроды ламп всегда наносится слой активирующего вещества - это обычно смесь окислов бария, стронция, кальция, время от времени с маленький добавкой тория.

Если к лампе приложено напряжение большее, чем напряжение зажигания, то в ней меж электродами появляется электронный разряд, ток которого непременно ограничивается какими-либо наружными элементами. Хотя пробирка заполнена инертным газом, в ней всегда находятся пары ртути, количество которых определяется температурой самой прохладной точки пробирки. Атомы ртути возбуждаются и ионизируются в разряде еще легче, чем атомы инертного газа, потому и ток через лампу, и ее свечение определяются конкретно ртутью.

В ртутных разрядах низкого давления толика видимого излучения не превосходит 2 % от мощности разряда, а световая отдача ртутного разряда - всего 5-7 лм/Вт. Но больше половины мощности, выделяемой в разряде, преобразуется в невидимое уф-излучение с длинами волн 254 и 185 нм. Из физики понятно: чем короче длина волны излучения, тем большей энергией это излучение обладает. При помощи особых веществ, именуемых люминофорами, можно перевоплотить одно излучение в другое, при этом, по закону сохранения энергии, «новое» излучение может быть только «менее энергичным», чем первичное. Потому уф-излучение можно перевоплотить в видимое при помощи люминофоров, а видимое в ультрафиолетовое - нельзя.

Вся цилиндрическая часть пробирки с внутренней стороны покрыта узким слоем кон

dpanorama.ru