Ртутно-кварцова лампа: принцип роботи і застосування

Освітлення з використанням електрики почалося з ламп розжарювання. Але сам принцип пристрою обмежує їх можливості. Спіраль виділяє надто багато тепла в порівнянні з видимим світлом і ненадійна, оскільки рано чи пізно перегорає і обривається. Подальший розвиток електричного освітлення продовжили газорозрядні лампи. Але вони не могли забезпечити необхідну передачу кольору.

Спектр випромінювання газів лінійчатий з переважанням одного з квітів. Тому світло ламп з більшістю газів кольорової металургії та далекий від звичайного денного світла. Однак випромінювання ртутної пари виявилося найбільш затребуваним. Пари ртуті випромінюють багато невидимих ультрафіолетових променів. А за допомогою люмінофорів їх вдалося перетворити в видиме світло зі спектром близьким до сонячного спектру.

такі люмінісцентні лампи до сих пір широко поширені. Але у них є обмеження по силі світла. Світло випромінює газ. І чим більше концентрація його в колбі лампи, тим яскравіше вона світить. Але при збільшенні концентрації газу збільшується і тиск усередині колби. Це призводить знову ж до збільшення, але вже напруги на електродах лампи. І запалити її стає вельми складно, а то й неможливо.

Що відбувається в колбі?

Але ртуть знову-таки виявилася корисною речовиною для світлотехніки. При температурах навколишнього середовища це рідина, яка при нагріванні легко випаровується. Тому якщо лампа не працювала і її температура така ж, як і у довкілля, ртуть в колбі знаходиться в основному у вигляді крапель. А тиск доданого газу аргону в колбі виходить низьким і не вимагає для пробою дуже високої напруги. Але після того як між електродами з`явиться електричний струм і виділиться тепло, ртуть починає випаровуватися.

Температура при цьому також зростає. У міру випаровування ртуті кількість газу і тиск в колбі будуть збільшуватися, його електричний опір зменшуватися, а яскравість світіння стає все сильніше. Зрештою, тиск і температура збільшаться настільки, що при існуючому обмеженні струму підтримку світіння газу стане неможливим.

Лампа згасне і спалахнути заново зможе тільки після зменшення температури і тиску в колбі. Але при вище згаданих процесах досягається головна мета - велика сила випромінювання. Як видимого, так і ультрафіолету з інфрачервоними променями. Оскільки колба з парами ртуті в залежності від сили струму в них нагрівається до червоного і при цьому всередині неї буде істотний тиск, матеріал колби повинен бути термостійким, міцним і прозорим. Таким умовам відповідає кварцове скло. А лампа стала називатися ртутно-кварцовою.

Призначення і особливості конструкції

Випромінювання таких ламп для освітлення не використовується, оскільки містить занадто багато ультрафіолету. Тому більш точним буде назва ртутно-кварцова пальник. І тоді можна сказати, що вони застосовуються в освітлювальних лампах, а також для технічних, медичних та господарських цілей. Видимого світла виділяється тим більше, чим вище тиск в колбі.

Тиск в ній в залежності від призначення пальника лежить в межах від 100 Паскаль до 1мегапаскаль і більше. Тому пальники діляться по тиску в колбі на три групи:

• низького, до 100 Паскаль;
• високого, до 100 кілопаскалях;
• надвисокої роздільної, 1 мегапаскалей і більше.

Колби перших двох груп виконані у вигляді трубки з електродами на кінцях:

Колби пальників надвисокого тиску виконані у вигляді сфери для максимальної міцності. У них невелика відстань між електродами. Тому розряд виходить особливо яскравим і близьким до точкового джерела світла:

Для нормальної роботи пальників низького тиску досить двох електродів. Вони нагріваються менше за інших і після згасання швидше відновлюються. Решта пальника забезпечені одним або двома додатковими електродами, які наближені до основних електродів і забезпечують запалювання пальника. Ці електроди можуть бути підключені через резистори до джерела живлення пальника. Струм, споживаний пальником, обмежується індуктивним баластом.

ДРЛ і ДРІ

Основна цінність ртутно-кварцових пальників це їх ультрафіолетове випромінювання. Воно використовується в різних технологічних процесах, вбиває мікроорганізми і тому широко використовується в медицині і сільському господарстві. Ультрафіолет також викликає засмагу. Тому в медичних установах і соляріях випромінювачі ультрафіолету для засмаги знайшли широке застосування. Для освітлення застосовуються лампи типу ДРЛ (Дугова ртутна люмінесцентна) і ДРИ (з добавками галогенів) на основі пальників високого тиску.

Лампа має колбу зі стандартним цоколем. Колба покрита зсередини люмінофором. Всередині неї розташована пальник. Її ультрафіолетове випромінювання перетвориться люмінофором у видиме світло. Але їх застосування обмежене через погану якість світла. Пальник має лінійчатий спектр і яскравість, набагато перевершує яскравість люмінофора. Тому світло такої лампи теж має лінійчатий спектр. Це один з її недоліків.

Іншими недоліками є досить тривалий перехід в стійкий режим світіння і неможливість його відновлення відразу після випадкового зникнення напруги. Але при відсутності жорстких вимог до якості освітлення, наприклад для вулиць, складських приміщень, деяких заводських цехів ДРЛ застосовується вже тривалий час. Така лампа показана нижче:

Ціла лампа ДРЛ	У ДРЛ видалена колба

Пальники високого і понад високого тиску нагріваються до температури понад 700 градусів за Цельсієм. При цьому вони стикаються з повітрям, який не тільки нагрівається від поверхні колби, але і опромінюється ультрафіолетом. З`являються умови для протікання фотохімічних реакцій. Одна з них це перетворення кисню повітря в озон. Тому робочий режим цих пальників супроводжується різким специфічним запахом.

Озон виділяється у великій кількості і його вдихання шкідливо. Тому необхідна хороша вентиляція приміщення з такою працює пальником. Лампи ДРЛ і ДРІ щодо виділення озону безпечні, так як забезпечені колбою, що приховує пальник. Але в цих лампах пальника нагріваються найбільше, оскільки не мають охолодження. Тому кварц кристалізується і темніє від випарів електродів. Це зменшує світловіддачу ламп з часом.

Але хоч і при погіршенні характеристик лампа продовжує працювати, залишаючись нечутливою до умов навколишнього середовища. Лампа приходить в непридатність унаслідок руйнування електродів від високої температури та електричної ерозії. Але при цьому її термін служби виходить одним з найбільш довгих серед всіх типів ламп. Тому, незважаючи на появу потужних світлодіодних випромінювачів ртутно-кварцові пальники ще довго будуть займати деякі ніші ринку.