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灯饰的物理特性和类型
AUTH: DATE:2019-06-04
  灯饰的物理特性和类型
    大多数的灯饰都是有着标准直径、长度和额定功率的灯管。灯管直径是以1/8英寸递增的,标准的长度是2、34、8英尺。各电源适配器厂商大多采用同样的四个字母编码FPTD标注型号,F表示灯饰,P表示输入功率(用瓦特表示),T表示管形,D则是以1/8英寸的倍数来表示的直径。因此,F32T8表示的是功率为32瓦,直径为1英寸的灯管;F40T12则表示功率为40瓦,直径为1.5英寸的灯管。灯饰也有环形和U形的。采用旧式电磁镇流器的各种类型的灯饰都可以找到匹配的以相同线电压工作的电子镇流器。
    不同的灯饰都由具有以上标准直径、长度和形状的玻璃管构成,管中充满了低压氨气或氪气,以及少量的液态汞。这些汞当灯启动时就被低能的电弧加热蒸发面形成汞蒸气。
    灯管上可以涂各种磷光质,这些磷光质会被大电流的汞弧产生的紫外线激发,从面产生需要的可见光。当高压施加于灯管两端的电极时,就会在灯管里流过较大的电流。
    这些电极在瞬时启动的灯管里是非热致发射的无源灯丝线圈,而在快速启动的灯管里则是表面氧化的灯丝线圈。
    在电极施加电压之前,灯管里几乎没有载流子存在,因为没有任何气体原子被电离。当在电极两端施加电压后,少量的自由电子从电极中被激发出来,并被电场加速到一定速度时,就会产生大量的载流子。因为加速的电子碰撞一个中性的气体原子后,会将它电离,从而产生一个新的自由电子和一个质量较大的正离子。电子被加速朝着阳极运动,正离子则被加速朝着阴极运动,这样会产生更多的碰撞电离。每次碰撞就会产生更多的载流子,而更多的载流子会进一步导致更多的碰撞电离。这就产生了电流的雪崩效应,形成了电弧。
 
    瞬时启动的灯管本身并不具有大量初始的自由电子来启动以上的过程,它们依赖于由宇宙射线产生的少量的自由电子和电极上巨大的电压梯度来产生足够多的自由电子去启动碰撞电离的过程。因此,它们需要一个高压去启动或点燃电弧,而启动的瞬时性则由应用场合的电压大小决定。
    快速启动型灯管 具有载流氧化灯丝,它将提供大量的储备电子去点燃电弧。它仅需要一个较低的加速电压来点亮灯管,虽然其点亮的速度没有瞬时启动的灯快,但已经可以接受了。快速启动的灯在点亮后仍然保持灯丝上的加热电流。旧式的预热灯管使用启辉器,只在启动时加热灯丝,灯点亮后就自动切断灯丝上的电源适配器来节省能量。
    瞬时启动和快速启动的灯都具有各自的优缺点。快速启动的灯虽然在启动时相对慢点,但速度仍然可以接受,并且它需要的启动电压相对较低。但是它的灯丝对于厂商来说成本较高,并且它需要一个灯丝电源适配器,这就需要一个独立的灯丝变压器,或者在功率变压器上增加个独立的绕组。瞬时启动的灯会在每次启动时因较高的冲击电压而使阴极上的物质剩离。经过数次启动后,灯管的末端就会变黑并且寿命缩短。如果考虑到灯在正常使用时并不会频繁的启动,则它低廉的价格仍然使它具有竞争力。这两种类型的灯管市场上都可以找到,不过它们都需要相应的镇流器才能正常工作。
    灯管里充有低压的氢气或氪气是为了让灯管更快地启动。起初的碰撞电离或电弧就在这些气体中产生。而正是因为氩气或氪气中的电弧,使得灯管内温度上升,汞蒸发成为气体,从而使得汞原子参与碰撞电离而产生更多的电子和正离子。更重要的是,由汞原子产生的紫外线激发了灯管壁上的荧光物质才发出了可见光。
    现在电子向阳极运动,带正电荷的汞离子朝阴极运动,同时它们和其他汞原子相碰撞将其在原子轨道上运行的电子激发到一些更高能级的轨道。当这些电子跃迁回基态能级时,就会发出一定频率的光,该频率对应于电子所处的两个能级之差。那些跨越低能级差的跃迁将会产生波长较长的可见光,而那些跨越高能级差的跃迁将会产生能量较高波长较短的紫外线。
    如一次特定的跃迁将会产生高能量的紫外线,它的波长是2537埃(1埃=10厘米)。这低于约4000到7000埃的可见光光谱。但如此短波长高能量的紫外线对激发灯管上的磷光质产生可见光却非常有效。
     显示了40瓦白光荧光灯的光谱能量分布,单位为毫瓦/纳米(1纳米=10埃)。光滑的曲线代表磷光粉被紫外线激发辐射产生了连续的光谱。10m宽的离散区域,代表汞原子在低能级之间跃迁产生的光谱。虽然这些跃迁也产生了可见光,但其激发荧光质产生可见光的效果远不如波长为2573埃的紫外线能级的跃迁。而大多数的可见光正是由紫外线激发磷光质产生的。   

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