無(wú)極燈的溫度特性研究

等組成，是把能量從高頻發(fā)生器耦合到燈泡內的器件。磁芯和高溫線(xiàn)的作用是產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)。通過(guò)中間的導熱棒，線(xiàn)圈產(chǎn)生的多余熱能和放電通過(guò)金屬底座傳導到外面。耦合器通常采用雙層繞制:一層輸送電流，另一層用來(lái)降低公共模式終端電壓的干擾。

　　燈泡是無(wú)極燈的發(fā)光器件，主要由泡殼、內管、汞齊、熒光粉等組成。工作時(shí)，泡體內除惰性緩沖氣體外，還有主、輔汞齊釋放出來(lái)的汞蒸氣。主汞齊位于泡殼底部的短管中，可提供穩定工作時(shí)的汞原子。輔助汞齊放置在內管壁的銦網(wǎng)上，提供啟動(dòng)時(shí)的汞原子，當燈關(guān)掉時(shí)，銦網(wǎng)快速冷卻，收集了燈泡中的大部分汞原子，以準備下次啟動(dòng)。無(wú)極燈采用的汞齊分低溫汞齊、中溫汞齊和高溫汞齊，選擇合適的汞齊能保證無(wú)極燈在一個(gè)較寬的溫度范圍內保持穩定的光輸出。熒光粉目前多采用三基色熒光粉，它能將汞原子激發(fā)躍遷產(chǎn)生的波長(cháng)為253. 7nm 的紫外線(xiàn)轉化為可見(jiàn)光。

　　2 無(wú)極燈的工作原理

　　無(wú)極燈的工作原理如圖2 所示。高頻發(fā)生器產(chǎn)生2. 65MHz 的高頻電壓、電流，當高頻電流通過(guò)耦合器時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)高頻電磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)垂直于磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)( 見(jiàn)圖2 ( a) )。磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)加速燈泡內部放電空間的電子，當電子能量達到一定值時(shí)，電子與燈泡內的惰性氣體和汞原子發(fā)生碰撞，使燈泡內的氣體雪崩電離，形成等離子體。等離子體受激原子返回基態(tài)時(shí)，輻射出253. 7nm 的紫外光子，紫外光子激發(fā)燈泡殼內壁的熒光粉產(chǎn)生可見(jiàn)光( 見(jiàn)圖2( b) )。

圖2 無(wú)極燈的工作原理圖

　　3 無(wú)極燈的溫度特性分析

　　無(wú)極燈泡體的溫度( 包括內部氣體溫度) 通過(guò)影響無(wú)極燈的冷端溫度，即置于冷端的汞齊的溫度影響無(wú)極燈的汞蒸氣壓，從而影響光效。為了分析無(wú)極燈泡體的溫度特性，研究泡體溫度對冷端溫度的影響，我們采用美國FLIR 公司的ThermaCAM PM525E 型紅外熱像儀紅外熱像儀

　　紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學(xué)成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對應。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見(jiàn)紅外能量轉變?yōu)榭梢?jiàn)的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。 [全文]

對150W 涂熒光粉和不涂熒光粉的無(wú)極燈的泡體溫度進(jìn)行了測量( 測量條件:距離2m，環(huán)境溫度21°C) ，結果如圖3 所示。

　　從圖3( a) 可以看出，點(diǎn)燈后，有熒光粉無(wú)極燈的溫度先迅速增加，在1min 達到70℃ 左右，在7min 左右達到第一次峰值( 約112℃) 后溫度稍有下降，隨后又繼續升高。燈點(diǎn)亮20min 左右，達到實(shí)驗范圍內的極大值116℃。同樣，從圖3 ( b) 可知，點(diǎn)燈后，無(wú)熒光粉無(wú)極燈的溫度先迅速增加，在1min 達到70℃ 左右，在7min 左右達到第一次峰值( 約124℃) 后溫度稍有下降，隨后又繼續升高，在20min左右達到實(shí)驗范圍內的極大值135℃。比較有、無(wú)熒光粉的無(wú)極燈溫升特性可知，它們具有相似形狀的溫升曲線(xiàn)，但溫升幅值不同，造成這種現象的原因是:無(wú)極燈點(diǎn)亮后，燈泡內的電子在耦合器產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)作用下運動(dòng)，撞擊燈內的氣體原子產(chǎn)生等離子體，等離子體與玻璃泡體內壁(或熒光粉層等) 相互作用產(chǎn)生大量的熱。此外，鐵氧體磁芯和線(xiàn)圈也會(huì )產(chǎn)生大量的熱。這些熱量造成無(wú)極燈泡體的溫度升高。燈點(diǎn)亮7min 左右，金屬制成的底座開(kāi)始散熱，使溫度下降。當底座獲得的熱量與散出的熱量平衡時(shí)，溫度不再下降。而燈泡內放電及耦合器產(chǎn)生的熱量繼續增加，使得放電產(chǎn)生的熱量大于底座散出的熱量，燈泡溫度繼續升高。

　　對于無(wú)極燈有、無(wú)熒光粉泡體溫升幅值相差較大的這種情況，可根據物質(zhì)的比熱容公式的變換形式Q= cmΔt (Q 是熱量，c 為物質(zhì)的比熱容，m 為物質(zhì)的質(zhì)量，Δt 為溫度的變化量) 來(lái)分析。由上述公式可知，當放電產(chǎn)生相同的熱量時(shí)，由于熒光粉的存在，有熒光粉的系統比無(wú)熒光粉的系統存在更多的物質(zhì)，熒光粉也會(huì )從系統吸收熱量升高自身溫度，所以有熒光粉時(shí)，因熒光粉吸收部分熱量使得系統溫升幅值低于無(wú)熒光粉的系統。對于熄燈后的溫度特性，通過(guò)比較圖3( a) 和圖3( b) 中無(wú)極燈熄滅后的溫度曲線(xiàn)發(fā)現，2 者的溫度曲線(xiàn)非常接近。這表明，這種無(wú)極燈金屬底座的散熱效果基本一致。