光源原理与设计高压汞

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1、光源原理与设计—高压汞灯诸定昌6.2高压汞灯光源原理与设计—高压汞灯诸定昌一.结构1.放电管石英泡壳Hg+Ar填充物自热式电极+辅助电极光源原理与设计—高压汞灯诸定昌3.外壳硬玻璃（软玻璃）加荧光粉——荧光高压汞灯即可提高光效，又可提高显色指数2.支架电引线+启动电阻主电极和辅电极间先被击穿，产生电子，放电建立。光源原理与设计—高压汞灯诸定昌二.高压汞灯的设计1.选定工作气压a）PHg照明灯(2～4)atm紫外辐射灯(0.5～0.6)atmb）PHg与Tw的关系过量Hg下lgPHg=-+7.752Tw(k)3.36×103光源原理与设计—高压汞灯诸定昌c）高压汞

2、灯中汞量与PHg的关系非饱和状态，200.6mg液汞在标准状态下，产生22.4cm3的汞蒸气在体积为V’，温度为T’，且均匀分布的灯中产生P’HgP’Hg=/22.4273V’T’光源原理与设计—高压汞灯诸定昌在管半径为ri，且温度为T(r)的单位弧长体积中产生P’’HgP’’Hg=22.4273∫0ri2πrT(r)dr在单位弧长充汞量为m(mg/cm)，在ri与T(r)的条件下产生PHgPHg=22.4m273×200.6∫02πrT(r)dr2P’’Hgm200.6=PHg=m7680∫0riT(r)dr2ri2光源原理与设计—高压汞灯诸定昌2.选定电参数

3、（Pl给出，Vl选定，Il可知）Pl=VlIlαl(αl=0.9)Vl=VAK+ELarca)VAKb)Vl锆酸钡电子粉电极12～13V纯钨电极17VVl↑→η↑Vl↑↑→不稳定Vl=(1/2～2/3)Vn=(110~140)V光源原理与设计—高压汞灯诸定昌3.选定管壁负载Ws=Pl/πdlarc----------------------Ws照明灯9～10w/cm2紫外灯5.5～6.5w/cm22光源原理与设计—高压汞灯诸定昌4.充汞量与E的关系Pl1=EIlαl=EJSarcαl=E(eneμe)πrarc2•αlμe=c1/n0ne=c2n0exp[-ev

4、i/2kTeff]Teff=f（ri,Pc1）Elenbass根据二阶温度轮廓模型rarc=c3riE=6Pl11/2m7/12(Pl1-Pc1)1/3d3/2代入Pl1=30w/cmPc1=10E≈12m7/12d3/2=Vl-VAklarc---------③光源原理与设计—高压汞灯诸定昌l=larc+2T.T.Q+压封区总充汞量M=m(larc+3/4d)T.T.Q插入因子larc5.几何尺寸与总充汞量的计算光源原理与设计—高压汞灯诸定昌PHg=0.75(m/d2)Pl10.25/(dm)0.1-----------(1)E≈12m7/12d3/2=Vl-

5、VAklarcWs=Pl/πdlarc-----------------(2)6.验证湍流发生的可能性m2/d≤250---(3)三.高压汞灯的启动f稳定时间4~10分FItPlTwPHgPHg(max)光源原理与设计—高压汞灯诸定昌1.HID灯启动的四个阶段a)Breakdown:ionizationtoproduceenoughcharges(governedbyPashenLaw).b)Aself-sustainingdischargebysecondaryemissionfromthecathode（governedbyTownsendLaw).c)Gl

6、ow-to-Arctransitionduringwhichtheelectrodesareheatedtoavaluewherethermalemissiondeliversmostofthecurrent.d)Comestoslowtransitionfromalowpressuretoahighpressure.光源原理与设计—高压汞灯诸定昌2.影响Vs的因素a)TambPenningEffectb)电极发射性能与几何尺寸c)杂质气体H2的危害(H2对石英有渗透效应)H2+Ar*2H+Ar破坏Penning效应H2+Hg*2H+Hg破坏阶梯电离一般Es=4

7、v/cm•Torr400wlarc=6.5cmPAr=20TorrVs=520v光源原理与设计—高压汞灯诸定昌3.降低Vs的措施a)主电极的合理设计①电子发射材料的选择碱土逸出功1.6eVBaZrO3(1.63eV)Ba3WO6Ba2CaWO6+Ba2CaMoO6常用<2.07钡钨类电极(T电=1500~1900oC)电子粉圈杆(钍)钨dl光源原理与设计—高压汞灯诸定昌②电极的几何尺寸芯杆：直径、伸出钨圈长度钨圈（热辐射体，贮电子粉）：直径、圈数辐射体保证足够高的温度使2BaWO6+W3BaWO4+3Ba辐射体温度太高，蒸发大光源原理与设计—高压汞灯诸定昌芯杆伸

8、出太长，T尖高，Ba损失