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高壓汞燈的簡史
1906年研制成汞蒸氣壓約為0.1MPa的高壓汞燈。30年代初,高壓汞燈在三個方面獲得發展:①引進激活電極代替液汞電極;②掌握了金屬絲和硬質玻璃或金屬箔和石英玻璃的真空封接工藝;③選擇適當的汞量使之在燈充分燃點后全部蒸發,改進了燈的啟動性能和穩定性。到了40年代,高壓汞燈進入實用階段。50年代后采用了適合高壓汞燈所發射的、以 365nm長波紫外線為主并補充紅色光譜的熒光粉。1965年采用稀土熒光粉,大幅度提高了顯色性和發光效率。高壓汞燈的發展為高強度氣體放電燈奠定了技術基礎。中國于60年代試成高壓汞燈,1987年年產量已超過550萬支。
高壓汞燈的類型較多,在外殼上加反射膜的反射型燈(HR),適于300~500nm重氮感光紙的復印燈,廣告、顯示用的黑光燈,有紅斑效應的醫療用太陽燈,作尼龍原料光合化學作用和涂料、墨水聚合干燥的紫外線硬化用的汞燈等。
高壓汞燈結構:
自鎮流熒光高壓汞燈的結構如圖所示。燈中心部分是放電管,用耐高溫的透明石英玻璃制成。管內充有一定量的汞和氬氣。用鎢作電極并涂上鋇、鍶、鈣的金屬氧化物作為電子發射物質。電極和石英玻璃用鉬箔實現非匹配氣密封接。啟動采用輔助電極,它通過一個40~60кΩ的電阻連接。外殼除起保護作用外還可防止環境對燈的影響。外殼內表面涂以熒光粉,成為熒光高壓汞燈。熒光粉的作用是補充高壓汞燈中不足的紅色光譜,同時提高燈的光效。現已采用銪激活的釩酸釔(YVO4:Eu)熒光粉。 在主電極的回路中接入鎮流燈絲(鎢絲),就成為自鎮流高壓汞燈,不需外接鎮流器,可以像白熾燈一樣直接使用。
高壓汞燈工作原理:
高壓汞燈放電管內充有啟動用的氬氣和放電用的汞。通電后,燈內輔助電極和相鄰的主電極之間的氣體被擊穿而產生輝光放電,瞬時引起兩主電極間弧光放電。放電初始階段是由氬氣和低氣壓的汞蒸氣放電,所產生的熱量使得管壁溫度升高,汞蒸發氣化,逐步過渡到向高氣壓放電,并在數分鐘內達到穩定放電。在放電過程中,受激的汞原子不斷地從激發態向基態或低能態躍進,形成放電管中電子、原子和離子間的碰撞而發光。放電時波長 253.7nm的共振線(輻外光譜)被吸收,可見譜線強度增加,主要輻射的是404.7nm、435.8nm、546.1nm和577.0~579.0nm的可見譜線,此外還輻射較強的365.0nm的長波紫外線。
破解高壓汞燈前先觀察其外觀:
燈頭型號E27,家庭常用的旋絲接口:
燈泡的頂部,標識已經沒有了。“<—>”是防撞緩沖擋板:
看見了內部的鎮流燈絲:
從下部看,支架、啟動電阻:
開始破解,破開玻殼:
用鋼銼小心開口
用尖嘴手鉗擴孔:
開了窗口的燈泡:
燈的各部分構成:
這是燈的核心部件,石英玻璃放電管:
去掉大部分外殼:
徹底去掉外殼:
裸體燈芯:
由于長時間使用,放電管內壁蒙上了鎢電極的蒸發物,看不清內部的電極:
金屬鉬箔和石英玻璃的真空封接處:
放電管內部要抽真空并充有汞,工作時溫度相當高。早期電極與放電管石英玻璃之間密封不好,汞燈壽命短。經過摸索,技術人員找到了用鉬箔、實現電極與石英玻璃非匹配氣密封接,效果非常好。這一經典成熟工藝,運用到許多地方。
下面兩張圖片,是另外一只高壓汞燈的放電管,可以清楚地看到內部的主電極、輔助(啟動)電極、亮閃閃汞珠。
主電極的芯桿用金屬鎢制成,鎢芯桿周圍用鎢繞成螺旋。電極表面涂有鋇、鍶、鈣的金屬氧化物,形成正電性金屬的原子薄膜,作為電子發射物質。
起鎮流作用的鎢絲,冷態電阻19.6Ω:
鎢絲與金屬支架的焊接點:
消氣劑片(吸收微量雜質氣體,H2):
啟動電阻(70KΩ),由于燈內高溫,電阻表面附著黑色氧化物:
下面是經過處理后的幾張圖片,展現了高壓汞燈的工業美,共同欣賞: