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电光源知识
发布日期:2016-05-20 13:07:38 浏览量:211

 1、光的概念

    光是以电磁波的形式传播的,光源是能被人们的眼所感到的电磁波,其波长范围380nm~780nm(nm:纳米,长度单位1nm=10-9m),长于780nm的为红外线、无线电等,短于380nm的为紫外线、X射线、宇宙射线等。可见光部分又可分解成红光、黄光、橙光、绿光、青光、蓝光、紫光等七种基本单色光。

光和其它所有的电磁辐射一样,在真空中以每秒30万千米的速度沿直线传播。当光通过某种物质时,如水或空气,其传播速度会减慢。光在真空中的速度和在媒质中的速度比值称为该媒质的折射率。在折射率不同的两种媒质的界面上,入射光线产生折射与发射现象。另外光在传播过程中还会产生散射、漫反射、漫透射现象等等。

2、光的度量单位:

(1)光通量:光源单位时间内发出的光量称为光通量,符号为φ,单位是流明(Lm)。光通量与能量辐射的关系为φ=∫780380Kmφe·λVlλ·dλ式中:Km—最大光谱光效能,是常数(683Lm/w); V(λ)—视觉光谱的光效率函数;φe·λ—波长为λ的能量辐射通量。以上式可以看出,光通量就是人眼对能量辐射通量的评价。(能量,一公升油跑多少公里?)

(2)光强:光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量被定义为光源在该方向的光强度,符号为I,单位为坎德拉(cd),I=dφ/dΩ(Ω为立体角),光强度的单位是光度测定的基本单位。

(3)辉度,也叫亮度:光源在某一方向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量,称为光源在某一方向的光亮度,符号为L,L=dl/ds,单位为cd/m2(坎德拉每平方米)

(4)照度:表示表面被照明的程度的量,称为光照度,它是单位面积上受到光通量数,符合为E,E=dφ/ds,单位为Lx(勒克斯)1Lx=1Lm/m2 

(5)发光效率:指光源所发出的光通量中与该光源所消耗的电力功率P之比即η=φ/p。

二、色

1、色的知识:

人的色器官在色彩刺激作用引起大脑的心理反应,即视觉器官受不同波长光线的物理刺激的同时产生色刺激信号并传给大脑,大脑将其接受的色彩信号不断地译成色彩概念,并与储存在大脑里的视觉经验结合起来,加以解释,形成了颜色知觉。颜色分非彩色和彩色。非彩色是指白色、黑色和各种深浅不同的颜色。彩色是指黑白系列以外的各种颜色。

由于感情效果和对客观事物的联想,色彩对视觉的刺激产生了一系列的色彩知觉心理效应。这种效应随着具体的时间、地点、条件(如外观形状、自然条件、个人爱好、生活习惯、形状大小及环境位置等)的不同而有所不同。一般来讲色彩可以产生温度感、距离感、重量感、空间感、阴暗感等。

2、色温及颜色的应用:

(1)光源的色温:

人们用与光源的色温相等或相近的完全辐射体的绝对温度来描述光源的色表(人眼直接观察光源时所看到的颜色)又称光源的色温。色温是以绝对温度K来表示。

不同的色温的光会引起人们在情绪上不同的反应,我们一般把光源的色温分成三类:

A.暖色光:暖色光的色温在3300K以下,我们的节能灯、插拔管、荧光灯它的暖光色温一般在2700K左右。暖色光与白炽灯光色相近,红光成分较多,能给人以温暖、健康、舒适的感觉,适用于家庭、住宅、宿舍、医院、宾馆等场所,或温度比较低的地方。

B.暖白光:又叫中间色,它的色温在3300K—5300K之间。如我们的插拔管一般是在4300K左右。暖白色光线柔和,使人有愉快、舒适、安详的感觉,适用于商店、医院、办公室、饭店、餐厅、候车室等场所。

C.冷色光:又叫日光色,它的色温在5300K以上,如我们的节能灯、插拔管、荧光灯它的冷光在6400K左右,光源接近自然光,有明亮的感觉,使人精力集中,适用于办公室、会议室、教室、绘图室、设计室、图书馆的阅览室、展览橱窗等场所。

(2)显色性:

光源对物体颜色呈现的程度称为显色性,也就是颜色的逼真的程度,显色性高的光源对颜色的表现较好,我们所看到的颜色也就较接近自然原色,显色性低的光源对颜色的表现较差,我们所看到的颜色偏差也较大。

为何会有显色性高低之分呢?其关键在于该光线之(分光特性),可见光之波长在380nm至780nm之范围内,也就是我们在光谱中见到的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光的范围,如果光源所放射的光之中所含的各色光的比例与自然光相近,则我们眼睛所看到的颜色也就较为逼真。

我们一般以显色指数为表征显色性。标准颜色在标准光源的照射下,显色指数定为100。当色标被试验光源照射时,颜色在视觉上的失真程度,就是这种光源的显色指数。显色指数越大,则失真越少,反之,失真越大,显色指数就越小。

不同的场所对光源的显色指数要求是不一样的。在国际照明协会中一般把显色指数分成五类:

类别          Ra            适用范围

1A         >90          美术馆、博物院及印刷等需颜色搭配的行业场所

1B         80—90       家庭、饭店、高级纺织工业及相近行业

2          60—80       办公室、学校、轻工业

3          40—60       重工业工厂、室外街道照明

4          20—40       室外道路照明及一些要求不高的地方

三、电光源

由于利用天然光受到时间和地点的限制,建筑物内不仅在夜间采用人工照明,白天往往也要采用人工照明。照明光源由于它们的发光条件不同,其光电特性各异。为了正确地选用照明光源,必须对它们的电气特性、光电特性和适用场合有所了解。

1、光源的分类:

照明光源的分类是按照发光的形式不同进行分类的。它可分为按辐射光源和气体放电照明光源两大类。前者是利用电流通过灯丝,将其加热到白炽状态而发出可见光;后者是利用某些元素的原子被电子激发而产生辐射。 

(1)白炽灯:

①    发光原理:电子的热运动导致固体中原子能级跃迁,实验证明,所有的固体、液体、气体达到足够高温度,均会产生可见光,如太阳6400K,钨丝3000K,木炭1500K。

②    效率及寿命见图册附页。

③    石英灯原理:又叫卤素灯,又叫射灯。

A、            原理:石英玻壳内充卤素,惰性气体,通过钨丝通电发光。

B、            卤素作用:氟碘溴+蒸发出来的钨    气态钨化物,不黑化玻壳。

C、            石英:熔溶态SiO2,高压抑制钨丝蒸发。

D、            惰性气体:低热导(石棉)产生高温度钨丝,产生更白光,更高光效3200K(36lm/w)、2800K(22lm/w),避免氧化。

E、            高压石英灯与低压石英灯对比:

·光色更白,显色更好;

·40KHz,光线柔和,安全;

·安全,不爆炸;

·寿命3000小时以上。

白炽灯是电流流过灯丝使灯丝加热至白炽状态而发光的光源。它包括普通白炽灯和卤钨灯。

 白炽灯的基本性能

光效:          < 15 lm/ W

色温:          2800K

显色指数:        100

最大功率:      一般为2000W

平均寿命:     一般为1000小时

亮度:         可调节

安装和更换:   费用低,简便

 白炽灯性能比较

  优点

维护,维修,更换,安装工作简单容易

无需辅助电器配件

初期投资较少

高显色性

产生暖色照明环境,增加豪华感,缩短空间距离

缺点

方便调光 光效较差

平均寿命较短

产生大量的热

灯寿命易受电压波动影响

高空间时提高被照物的照度较困难

热钨丝电阻是冷钨丝电阻的12-16倍

(2) 荧光灯:

①发光原理:瞬间高压使汞蒸汽电离产生紫外光,紫外光激发管壁上的发光物质(矿物或有机染料)发出可见光。

② 寿命及效率见图册。

③ 显色性:普通荧光粉40      三基色粉   75

④ 荧光灯的范畴

    荧光灯是通过紫外线激发荧光粉而发光的低压气体放电灯,它以其发光面较大,光线柔和被广泛应用于各种室内照明。同时,它也是一种线性光源。

荧光灯的基本性能

光效:     70~104 lm/ W

色温:     2700~6500K

显色指数: 51~98

功率范围: 4~8W,15,18,30,36,58W,70W

平均寿命: 8000~12000 小时(普通镇流器)

       12000~16000 小时(电子镇流器)

亮度:     可调节(通过专门的电子镇流器)

⑤ 荧光灯一般用途

家居酒店照明:   客厅,卫生间,走廊

办公区域照明:   写字楼,机关,学校

商业空间照明:   商场,医院

工矿企业照明:   车间,仓库

(3)  气体放电灯:

① 发光原理:一个足够大的电场加在放电管两端,气体被击穿电离产生高温,导致管内物质辐射发光。

② 分类及寿命见图册。

③ 显色性:视乎管内发光物质,特殊金属如锡等能带来更安整光谱。

 六、新 型 光 源 产 品

  QL 电磁感应灯是一种无电极,超长寿命的高频低压气体放电灯。

  QL 电磁感应灯特性

    超长寿命

    高质量白光

    永久舒适

    使用方便

⑤ 寿命对比

白炽灯        传统气体放电灯        感应灯

4,000小时     1,000~20,000小时     60,000小时

⑥ 无极电磁感应灯工作原理

    低压汞蒸气放电与电磁感应相结合  高频(2.65MHz)电流通过感应线圈,在磁芯附近产生交替变化的磁场,同时感应电流在耦合棒周围产生,驱动等离子体运行,产生紫外辐射,激发荧光粉发光充氩,氪气,降低启动电压,启动时,发生器产生脉冲高电压,在耦合棒附近产生辉光放电,辅助汞齐释放汞原子,增加气压和温度,然后主汞齐蒸发波壳有氧化硅涂层,防止汞被吸收。

⑦ QL无极感应灯组成

   三大独立部件:高频发生器、高频耦合棒、荧光球泡。

⑧ QL无极感应灯特性

    无灯丝和电极;

    超长寿命,减少维修和维护;

    三基色荧光粉涂层;

    色温可选择(2700K/3000K/4000K) 高质量光色,根据环境气氛    

    可选择不同的色温;

    采用高频电器高可靠性,无论冷热启动都很迅速采用汞齐应用的环境温度增大紧凑型设计 满足多种照明设计的要求。

⑨ QL无极电磁感应特点   (PHILIPS 首创)

    超长寿命,减小维护和维修

    好的颜色品质,高显色,多色温选择

    表面温度低,适用于多种灯具

    能用在危险的照明场所

提高照明档次

⑩ QL灯特殊用途:无需维修的场所; 高的厅堂难以到达的地方;公共照明;高杆路灯;隧道照明

(4) 高压钠灯

原理:高压钠灯是一种气体放电灯,是一个足够大的电场加在放电管的两端,气体被击穿电离产生高温,导致钠蒸气放电而产生发光。

高压钠灯投入市场已有25年之久,已成为人们青睐的长寿命和高光效的光源。在许多室外照明应用中,对显色性能要求不高的泛光照明和道路照明都已广泛地采用高压钠灯。

特点: 高光效;长寿命;对于拟应用的场合有可接受的色表和显色性能;与其他放电灯相比,高压钠灯也可与电子镇流器一起工作。

2、           常用照明光源的主要光特性指标:

 

照明光源种类

 

光效(Lm/W)

 

显色

指数

Ra

 

色温

(K)

 

色表

 

频闪

效应

 

平均寿命(h)

 

再点燃

时间

 

备注

(功率范围)

 

白炽灯

 

6.5-20

 

95-99

 

2400-2700

 

暖色

 

 

1000

 

瞬时

 

15W-500W

 

卤钨灯

 

15-30

 

95-99

 

2800-3300

 

暖色

 

 

2000

 

瞬时

 

20W-1000W

 

卤磷酸盐荧光灯T10、T12

 

40-60

 

50-60

 

2700

4000

5400

 

暖色

中间

日光色

 

 

6000

 

1-4s

 

20-120W

 

三基色荧光灯T8

 

60-80

 

80

 

2700

4000

5400

 

暖色

中间

日光色

 

 

10000

 

1-4s

 

18-120W

 

紧凑型荧光灯

 

50-60

 

80

 

2700

4000

5400

 

暖色

中间

日光色

 

 

8000

 

<1s

 

3W-120W

 

低压钠灯

 

90-160

 

-

 

2000

 

暖色

 

 

20000

 

8-10min

 

18-180W

 

高压钠灯

 

80-100

 

25

 

2300

 

暖色

 

 

20000

 

8-10min

 

35-1000W

 

高压汞灯

 

40-60

 

30-50

 

5500

 

冷色

 

 

10000

 

8-10min

 

50-1000W

 

金卤灯

 

60-80

 

80-95

 

4000-6500

 

冷色

 

 

8000

 

8-10min

 

150-3500W

 

 

3、照明光源的选择:

电光源的选择应以实施绿色照明工程为基点。绿色照明工程旨在节约能源,保护环境。其具体内容是:采用高光效、低污染的电光源,提高照明质量,保护视力,提高劳动生产率和能源有效利用率,达到节约能源,减少照明费用,减少水电工程建设,减少有害物质的排放和溢出,达到保护人类生存环境的目的。

(1)    限制白炽灯的应用:

白炽灯属第一代光源,光效低,寿命短,应予限制。但不能完全取消,因为白炽灯没有电磁干扰,白炽灯便于调节,适合需要频繁开关场合。对于局部照明、事故照明、投光照明、信号指示以及水电丰富的山区和边远农村是不可缺少的光源。

(2)采用卤钨灯取代普通白炽灯:

    卤钨灯和普通照明的白炽灯是同属白炽灯类产品,均系电流通过灯丝白炽发光,是普通白炽灯的升级换代产品。卤钨灯光效和寿命比普通白炽灯高一倍以上。因此,在许多照明场所,如商业橱窗、展览厅(包括一般商业产品、文化艺术品以及历史文物品的展览展示等)以及摄影照明等,要求显色性高,高档冷光或聚光的场合,可采用各种结构形式不同的钨灯取代普通白炽灯,来达到节约能源,提高照明质量的目的。

与紧凑型荧光灯相比,紧凑型卤钨灯的功效相对较低,寿命也相对较短。但紧凑型荧光灯的缺点是发光体尺寸比同功率的石英卤钨灯要大得多,很难实现输出光线的光学控制,因而,一般在对光束输出有严格要求的情况下,只能采用反射式紧凑型卤钨灯。与紧凑型荧光灯相比,紧凑型卤钨灯还具有颜色好,容易实现调光的优点,在没有特定要求情况下,应尽可能采用紧凑型荧光灯取代白炽灯。

(3)推荐采用紧凑型荧光灯取代白炽灯:

与白炽灯相比,紧凑型荧光灯每瓦产生的光通量是普通照明白炽灯的5倍以上,其额定寿命是白炽灯的10倍。由于荧光粉质量的不断提高和改进,紧凑型荧光灯显色指数可以达到80左右,在一般照明情况下,人们完全可以满意接受。紧凑型荧光灯可以和镇流器联接在一起,组合成一体化整体型灯,采用E27灯头,与普通白炽灯直接替换,十分方便。

(5)推荐采用金属卤化物灯:

金属卤化物灯,属高强度气体放电灯。由于20世纪80和90年代,我国不断从国外引进先进的设备和技术,使这两类灯的技术性能指标几乎达到或接近国外同类产品的水平。各种规格的高压钠灯和金属卤化物灯由于具备高光效和长寿的特点,分别广泛用于各种环境条件室内外照明,如机场、港口、码头、道路、城市街道、体育场馆、大型工业车间、展览厅、地铁等场所。

金属卤化物灯是取代荧光高压汞灯的最佳选择。

卤素灯光源篇

一、           卤钨循环原理

白炽灯的钨丝在高温时蒸发使灯丝变细、泡壳发黑,到灯丝细到一定程度就会熔断。泡内充气只是减慢蒸发的速度,并不能真正抑制钨的蒸发。于是人们设想,既然钨的蒸发是不可避免的,那么是否可以让蒸发出来的钨形成易于挥发的化合物,这种化合物在玻壁处不会沉积,在灯丝附近又会被分解,让钨重新回到灯丝上。如果实现这一点,灯的温度与灯的光效将大大提高,而且玻壳在灯泡的点亮过程中不会发黑。在本世纪初就有理论通过卤素再生循环达到这一设想,但由于加工工艺及材料无法解决,直到1959年才试制出碘钨灯,从此便产生了一种崭新的光源——卤钨白炽灯(又称卤素灯)

卤素(氟、氯、溴、碘、砹)的化学性质活泼,能与钨化合产生卤化钨,而在高温条件下又会分解。当灯泡工作时,灯丝蒸发出来的钨在泡壁区域内与卤素化合,形成一种挥发性的卤钨化合物。化合物在灯中运行,当扩散到较热的灯丝周围区域时,化合物分解成卤素和钨,释放出来的钨又沉积在灯丝上,而卤素再继续扩散到温度较低的泡壁区域与钨化合,这就是卤钨循环。

二、           卤钨白炽灯的特点

卤钨白炽灯较之普通白炽灯,除具有普通白炽灯的高显色性以外,在其他方面有着有明显的优点

1、整个寿命期光通输出稳定,寿终时光通量仍可达到初始值的95%(普通白炽灯寿终时光通量衰退很大,有的仅为初始值的50%);

2、光效与寿命均有增长,光效达到20-30lm/w,寿命3000小时;

3、灯丝亮度较高

4、 玻壳小而坚固,从而能使灯具小型化。所以卤钨灯广泛运用于大面积照明及定向照明上

三、            卤钨白炽灯特性分析

1、高压特性:使用电压高出额定电压时,寿命会大幅度地短缩。

2、卤素循环的作用:基本上不发生因钨的蒸发引起管壁黑化现象。止到寿命末期基本上没有光束减退。

3、平均寿命:卤钨光源寿命不是指到了说明书上所写的“额定寿命”时,就全都不能点亮了,而是根据电压、开关的频率的多少都有不同。卤钨光源寿命采用的是平均寿命,平均寿命是指在连续反复试验中残留率达到50%(在试验中的某一时刻,残留灯数与总试验灯数的比率)时的时间。

四、 卤钨白炽灯的分类

卤钨白炽灯根据其用途可分为以下几类:

1、管形卤钨灯

这是当前较为广泛的一类卤钨灯管。它具有光效高、寿命长、光色好,使用方便等特点,主要用于广场、停车场、高大厂房、运动场、车站、码头、建筑工地等处的照明。

管形卤钨灯的玻壳多数采用石英玻璃,也有采用高硅氧玻璃的。玻壳材料的选择应考虑管壁负载的大小,使用石英玻璃的,管壁负载可取得较高,高色温卤钨灯为25-30W/CM2,普通照明卤钨灯20-25W/CM2,红外卤钨灯为15-20W/CM2;而高硅氧玻璃的管壁负载为15-20W/CM2,硬质玻璃则为10W/CM2左右。

卤钨灯使用钼箔与石英玻璃封接,当封接温度达到350°以上时,随着温度的增加,钼箔氧化急剧增加大,直至封接部分烧坏。所以,灯管的寿命要求越长,封接部分的温度应越低,通常不应超过350°。卤钨灯的引出线采用钼杆。

 2、柱形卤钨灯。

3、放映、幻灯卤钨灯,适用于放映、幻灯等专用灯具上。

4、灯珠(照明用卤钨灯)和石英灯杯(反射定向照明卤钨灯)

灯珠根据灯丝的绕制方式分为横丝和直丝两种,我司主要采用直丝灯珠(如下图所示)。其插脚的材料根据不同的用途也有钼脚和镍脚两种。需焊接加工的,必须采用镍脚。

灯杯的主要照射角度可分为10°、25°、38°、60°四种,也就是窄光、中光、宽光、超宽光四种配光。根据外型尺寸分为MR11(D=35)和MR16(D=50)两种类型,其中MR11有20W、35W两个规格,MR16有20W、35W、50W三种规格。灯杯玻壳内涂有二氧化硅—二氧化钛等硬膜,耐温好,使用寿命长,并有加玻璃盖和不加玻璃盖之分,玻璃盖又有平盖和凸盖之分。

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