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照明基礎知識

發布時間:2018-09-04 10:34:19   來源:重慶亚游AG官网照明器材有限公司,照明,照明器材,亚游AG官网   
第一節 基本概念
 
一、常用術語
 
名稱 符號 單位 說明
 
光線和輻射 光是電磁波輻射到人的眼睛,經視覺神經轉換為光線,即能被肉眼看見的那部分光譜。這類射線的波長範圍在360~830nm之間,僅僅是電磁輻射光譜非常小的一部分。
 
光通量 Ф 流明LM 光源發射並被人的眼睛接受能量的總和即為光通量。
 
光強 I 坎德cd 光的強度,可見光在某一特定方向角內所放射的強度。
 
照度 E 勒克斯Lux 照度是光通量與被照麵積之間的比例係數。1Lux即指1Lm的光通量平均分布在麵積1㎡的平麵上的明亮度。
 
色溫 K 開爾文
 
(k) 當光源所發出的光的顏色與“黑體”在某一溫度下輻射的顏色相同時,“黑體”的溫度就稱為該光源的色溫。“黑體”的溫度越高,光譜中藍色的成分則越多,而紅色的成分則越少。例如:白熾燈的光色是暖色,其色溫表示為2700K,而日光色熒光燈的色溫表示方法則是6000K。色溫以絕對溫度K來表示,色溫值越高,表示冷感越強,色溫越低暖感越強,越柔和,通常大部分光源設計集中在2700K~4300K及5800K~6700K兩個色溫位置。
 
光色 光色實際上就是色溫,大致分為三大類:暖色<3300K、中間色3300K~5000K、日光色>5000K,由於光線中光譜組成有差別,因此即使光色相同,光的顯色性也可能不同。
 
顯色性 原則上,人造光線應與自然光線相同,使人肉眼能正確辨別事物的顏色。當然,這要根據照明的位置和目的而定。光源對於物體顏色呈現的程度稱為顯色性。通常叫做“顯色指數”(Ra)
 
燈具效率 燈具效率(也叫光輸出係數)是衡量燈具利用能量效率的重要標準,它是燈具輸出的光通量與燈具內光源輸出的光通量之間的比例。
 
光源效率
 
光源效率(Lm/W) 也就是每一瓦電力所發出的光量,其數值越高表示光源的效率愈高,所以對於使用時間較長的場所,如辦公室走廊、走道、隧道等,效率通常是一個重要的考慮因素。
 
亮度 光源在某一方向上的單位投影麵在單位立體角中反射光的數量,稱為光源在某一方向的光亮度,符號為L,L=di/ds單位為cd/㎡(坎德拉每平方米)。
 
眩光 視野內有亮度極高的物體或強烈的亮度對比,則可以造成視覺不舒適稱為眩光。眩光可以分為視能眩光和不舒適眩光。眩光是影響照明質量的重要因素。
 
功率因素 電路中有用功率與實際功率之間的比值。功率因數低,則電流中的諧波含量越高,對電網產生汙染,破壞電網的平衡度,無功損耗增加。
 
平均壽命 也就是額定壽命,是指點亮批量燈完好率為50%的小時數。
 
光束角 射燈發射光的空間分布,以中心最強,向四周逐漸減弱到中心光強50%強度的圓錐角為光束角。
 
三基色 紅、綠、藍(稀土元素在紫外線照射下呈現的三種顏色)。
 
頻閃效應 電感式熒光燈隨電壓電流周期性變化,光通量也周期性的產生強弱變化,使人產生不舒適的感覺,稱為頻閃效應。
 
 
 
二、光色的應用
 
名稱 說明
 
暖色光 暖色光的色溫在3300K以下,暖色光與白熾燈相近,紅光成分較多,能給人溫暖、健康、舒適的感覺。適用於家庭、住宅、宿舍、賓館等場所或溫度較低的地方。
 
冷白色光 又叫中性色,它的色溫在3300K~5300K之間,中性色由於光線柔和,使人有愉快、舒適、安詳的感覺。適用於商店、醫院、辦公室、飯店、餐廳、候車室等場所。
 
冷色光 又叫日光色,它的色溫在5300K以上,光源接近自然光,有明亮的感覺,使人精力集中。適用於辦公室、會議室、教室、繪圖室、設計室、圖書館的閱覽室、展覽櫥窗等場所。
 
 
 
三、推薦照度範圍
 
序號 照度範圍(LX) 應用場所
 
1 20-30-50 室外活動場所及工作場所。如走廊、貯藏室、樓梯間、浴室、咖啡廳、站前廣告等等。
 
2 30-100-150 流通場所,短途旅程的方向定位。如電梯前室、客房服務室、酒吧櫃台、室內菜場營業廳、值班室、郵電、遊藝廳、劇場、進站大廳、問詢處、診室、商場領道區等等
 
3 100-150-200 非連續使用的工作場所。辦公室、接待室、客房寫字台、商店貨架、櫃台、小賣部、廚房、售票房、排演廳、檢票處、手術室、放射室、廣播室、總機室、電教室、保齡球、理發室等等。
 
4 200-300-500 簡單視覺要求的作業場所。如閱覽室、設計室、打字室、櫥窗、陳列室、美容、烹調、體育運動的訓練場、玻璃石器金屬品的展覽廳、保齡球、排球、羽毛球、武術等的比賽場所等等。
 
5 300-500-700 中等視覺要求的作業場所。體操網球籃球比賽場、遊泳跳水比賽場、繪圖室、印刷機房、木材機械加工、一般精細作業、粗加工、機床區、電修車間等等。
 
6 500-750-1000 較強視覺要求的作業。乒乓球、圍棋、象棋、等比賽場、金屬加工廠、機電裝配車間的小件裝配、精密電修車間、打字室、拋光車間等等。
 
7 750-1000-1500 較難視覺作業要求的場所。
 
8 1000-1500-2000 特殊視覺要求的作業場所。
 
9 2000以上 進行很精密的視覺作業。
 
四、照明產品分類
 
(1) 電光源產品 包括新型普通照明燈泡、鹵鎢燈泡(包括單端、雙端、反端式等)、熒光燈(包括直管型、環型、緊湊型、異型等)、高強氣體放電燈(包括高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等)、各類輻射光源(紅外紫外等)、高頻無極燈、霓虹燈、各類交通運輸及信號燈。
 
(2) 燈具燈飾 民用燈具、建築燈具、工礦燈具、投光照明燈具、室內外燈具燈飾、嵌入式燈具、船用熒燈照明燈具、船用防暴燈具、道路照明燈具、汽車摩托車飛機照明燈具、特種車輛標誌照明燈具、電影電視舞台照明燈具、防爆燈具、水下照明燈具。
 
(3) 照明電器附件 整流器、電子觸發器、電子變壓器、電子鎮流器、電子調頻器、啟輝器、燈用電器。
 
五、各國電器電子產品認證標致及說明
 
認證是由第三方經授權的獨立的權威機構根據相關的國家或國際法規標準,對生產廠家的產品或生產體係進行檢測與監督,並就通過與否簽發檢測報告與證書的過程。如果取得認證,也就說明產品質量符合了國家或國際標準。
 
長城標誌
 
  長城標誌又稱CCEE安全認證標誌,為電工產品專用認證標誌。中國電工產品認證委員會(CCEE)是國家技術監督局授權,代表中國參加國際電工委員會電工產品安全認證組織(IECEE)的唯一合法機構,代表國家組織對電工產品實施安全認證(長城標誌認證)。
 
 按照《中華人民共和國標準化法》和《中華人民共和國產品質量認證管理條例》,電工產品開展安全認證是以等效轉化國際電工委員會(IEC)安全標準的強製性國家標準和行業標準為依據,按此類標準開展的認證必須進行強製性監督管理,凡未經安全認證的此類產品,不準出廠、銷售、進口和使用。 PRC標誌
 
  PRC標誌為電子元器件專用認證標誌,其顏色及其印製必須遵守國務院標準化行政主管部門,以及中國電子元器件質量認證委員會有關認證標誌管理辦法的規定。
 
UL認證標誌
 
  UL是美國保險商實驗室(Underwrite rs Laboratories Incorporation)的縮寫,它是一個國際認可的安全檢驗及UL標誌的授權機構,對機電包括民用電器類產品頒發安全保證標誌。一百多年來,一直致力於對有關材料、工具、產品、設備、構造、方法和係統等對生命財產的危險性進行評估實驗。美國安全檢測實驗室公司提出了為公眾所接受的科學測試方法和要求,它製訂了七百多種安全標準,其中部分UL安全標準被美國政府采納為國家標準。產品要行銷美國市場,UL認證標誌是不可缺少的條件。  
 
CE標誌
 
  CE標誌是歐洲共同市場安全標誌,是一種宣稱產品符合歐盟相關指令的標識。使用CE標誌是歐盟成員對銷售產品的強製性要求。目前歐盟已頒布12類產品指令,主要有玩具、低壓電器、醫療設備、電訊終端(電話類)、自動衡器、電磁兼容、機械等。
 
GS標誌
 
  GS標誌是德國安全認證標誌,它是德國勞工部授權由特殊的TUV法人機構實施的一種在世界各地進行產品銷售的歐洲認證標誌。GS標誌雖然不是法律強製要求,但是它確實能在產品發生故障而造成意外事故時,使製造商受到嚴格的德國(歐洲)產品安全法的約束,所以GS標誌是強有力的市場工具,能增強顧客的信心及購買欲望,通常GS認證產品銷售單價更高而且更加暢銷。
 
歐共體CE規定,從1997年1月1日起管製“低電壓指令(LVD)”。GS已經包含了“低電壓指令(LVD)”的全部要求。所以獲得GS標誌後,TUV會例外免費頒發該產品LVD的CE證明(COC),TUV Rhein land1997年後的證書則在GS證書中包含了LVD證書。廠商申請GS標誌的同時獲得了LVD證明。瑞士和波蘭產品安全認證標誌產品範圍同GS標誌。
 
TUV標誌
 
  TUV標誌是德國零部件產品型式認證標誌,適用於電氣零部件,如:電源、變壓器、調光器、繼電器、插接件、插頭、導線等機械產品零部件及運動器材零部件。隨著電氣電子技術的發展,家用電器產品日益普及。廣播電視、郵電通訊和計算機網絡的日益發達,電磁環境日益複雜和惡化,使得電氣電子產品的電磁兼容性問題受到各國政府和生產企業的日益重視。歐共體政府規定,從1996年1月1日起,所有電氣電子產品必須通過EM C認證,加貼CE標誌後才能在歐共體市場上銷售。此舉在世界上引起廣泛反響,各國政府紛紛采取措施,對電氣電子產品的EM C性能實行強製性管理。國家標準GM4343《家用和類似用途電動、電熱器具,電動工具以及類似電器無線電幹擾特性測量方法和限值》已於1996年12月1日起強製實施,國內的家用電器生產廠家必須盡早行動起來,重視EM C認證工作,了解和提高產品EM C性能,緊隨EM C認證的新形勢,以取得市場上的主動地位。 JIS標誌
 
  JIS標誌是日本標準化組織(JISC)對經指定部門檢驗合格的電器產品、紡織品頒發的產品標誌。 BEB標誌
 
  BEB標誌是英國家用電器審核局對電器及電器設備經指定的第三方認證機構確認合格後,頒發的安全質量認證標誌。
 
NF標誌
 
  NF標誌是法國認證標誌,這種標誌可單獨用於電器及非電器類產品,也可與其他標誌或字母的圖案共同使用,主要指安全標準要求和效能特征。 CB標誌
 
  CB檢驗為全球性相互認證體係,全世界有34個會員。在共同的IEC標準下,各驗證單位均相互承認彼此核發之CB證書及報告,據此,可以迅速地轉換他國證書。
 
Nordic標誌
 
  Nordic標誌是北歐四國安全認證標誌,產品範圍同CB標誌。
 
 
 
第二節 光源
 
一、 常見光源分類、特征及應用
 
類別 效率(LM) 經濟壽命
 
(小時) 特征 適用範圍
 
白熾燈Incadescent Lamps
 
普通燈泡
 
Normal incandescent lamps 8~18 1000 安裝及使用容易、立即啟動、成本低、反射燈泡可做聚光投射。 住宅的基本照明及裝飾性照明、反射燈泡可用於重點照明。
 
反射燈泡
 
Reflector lamps 8~18 1000  
 
鹵素燈
 
Halogen lamps 12~14 2000~3000 體積小、高亮度、光色較白、安裝容易、壽命較普通燈泡長。 商業空間的重點照明。
 
日光燈Fluorescent Lamps
 
普通型日光燈
 
Tubular Lamp 60~104 5000~12000 有各種不同光色可供選擇、可達到高照度並兼顧經濟性。 辦公室、商場、住宅及一般公共建築。
 
PL燈管 46~87 8000~10000 體積小、壽命長、效率高、省電。 局部照明、安全照明、方向指標照明。
 
SL省電燈管 39~50 6000 高效率、省電、能直接取代普通白熾燈泡。 大部分使用白熾燈泡的場所均可使用。
 
氣體放電燈
 
高壓水銀燈泡
 
High-pressure mercury lamp 40~61 1000~12000 高效率、壽命長、適當的演色性。 住宅區的公用照明、運動場、工廠。
 
免用整流器水銀燈泡
 
Blended-light self-ballasted light 10~26 6000 壽命長、演色性佳、安裝容易、效率較白熾燈泡高。 可直接取代白熾燈泡用於小型工業場所、公共區域用植栽照射。
 
金屬鹵化物燈泡
 
Metal halide light 66~108 4000~10000 效率高、壽命長、演色性佳。 適合彩色電視轉播的運動場投光照明、工業照明、道路照明、植栽照射。
 
高壓鈉氣燈泡
 
High-pressure sodium lamp 68~150 8000~16000 效率極高、壽命較長、光輸出穩定。 道路、隧道等公共場所照明、投光照明、工業照明、植栽照射。
 
低壓鈉氣燈泡
 
Low-pressure sodium lamp 99~203 12000 效率極高、壽命特長、明視度高、顯色性差為單一光色。 要求節約能源及效率而顏色不重要的各種場所。
 
 
 
二、 主要光源介紹
 
實質上,使用效率最高的光源是低壓鈉燈,由於它發射單色的黃色光,因此幾乎沒有顯色性能。與之相對照,白熾燈及鹵鎢燈有極好的顯色性能,但是其發光效率很低。
 
1、 白熾燈
 
有較寬的工作電壓範圍,從電池提供的幾伏電壓到市電電壓,價格低廉,不需要附加電路。其主要應用是家庭照明及需要密集的低工作電壓燈的地方,如手電筒、控製台照明等。僅有10%的輸入能量轉化為可見光能,典型的壽命從幾十小時到幾千小時不等。
 
使用通電的方式加熱玻璃泡殼內的燈絲,導致燈絲產生熱輻射而發光的光源,燈頭是白熾燈電連接和機械連接部分,按形式和用途主要可分為螺口式燈頭,聚焦燈頭及特種燈頭。在普通白熾燈中,最常用的螺口式燈頭為E14、E27;最常用的插口燈頭為B15、B22。常用於住宅基本照明及裝飾照明,具有安裝容易,立即啟動,成本低廉等優點。
 
主要部件:燈絲、支架、泡殼、填充氣體、燈架。
 
2、 鹵鎢燈
 
同額定功率相同的無鹵素白熾燈相比,鹵鎢燈的體積要小得多,並允許充入高氣壓的較重氣體(較昂貴),這些改變可延長壽命或提高光效。同樣,鹵鎢燈也可直接接電源工作而不需控製電路。鹵鎢燈廣泛用於機動車照明、投射係統、特種聚光燈、低價泛光照明、舞台及演播室照明及其他需要在緊湊、方便、性能良好上超過非鹵素白熾燈的場合。
 
3、 熒光燈
 
主導商業和工業照明。通過設計的革新、熒光粉的發展,及電子控製線路的應用,熒光燈的性能不斷提高。帶一體化電路的緊湊型熒光燈的引入拓寬了熒光燈的應用,包括家居的應用,這種燈替代白熾燈,將節能75%,壽命提高8~10倍。一般情況下,所有氣體放電燈都需要某種形式的控製電路才能工作。
 
熒光燈的性能主要取決於燈管的幾何尺寸即長度和直徑,填充氣體的種類和壓器,塗敷熒光燈粉及製造工藝。現在亚游AG官网常用的熒光燈主要分以下三類:
 
⑴直管燈:一般使用的有T5、T8、T12,常用於辦公室,商場、主宅等一般公用建築,具有可選光色多,可達到高照度兼顧經濟性等優點。
 
“T”表示燈管直徑 一個“T”表示1/8英寸
 
T5管直徑15mm T8管直徑25 mm T12管直徑38 mm 熒光燈都可調配出3000K 3500K 4000K 6500K四種標準“白色”。
 
⑵ 高流明單端熒光燈
 
高流明單端熒光燈又稱為是為高級商業照明中代替直管熒光燈設計。這種燈管與直管型燈管相比,主要的優點有:結構緊湊、流明維護係數高,還有它這種單端的設計使得燈具中的布線簡單的多。
 
⑶緊湊型熒光燈(CFLS)
 
緊湊型熒光燈又稱為節能燈,使用直徑9-16 mm細管彎曲或拚接成(U型、H型、螺旋型等),縮短了放電的線型長度。它的光效為白熾燈的五倍,壽命約8000—10000小時,常用於局部照明和緊急照明。一般分為兩類:
 
A、帶鎮流器一體化緊湊型熒光燈 這種燈自帶鎮流器、啟輝器等全套控製電路;並裝有愛迪生螺旋燈頭或插式燈頭。可用於使用普通白熾燈泡的場所,具有體積小,壽命長,效率高,省電節能等優點,可用來取代白熾燈。
 
B、與燈具中電路分離的燈管(PLC) 用於專門設計的燈具之中借助與燈具結合成一體的控製電路工作,燈頭有兩針和四針兩種,兩針燈頭中含有啟輝器和射頻幹擾(RFI)抑製電容,四針無任何電器組件。一般四針PLC光源使用於高頻的電子鎮流器中。常用於局部照明和緊急照明。
 
熒光燈控製電路(鎮流器)可分為:電感式、電子式。電感式鎮流器的特點是
 
功率因素低,有頻閃效應,自身重量大,但壽命長,堅固耐用,成本低;電子式鎮流器的特點是功率因素高,無頻閃,重量輕。隨著技術的發展進步,低成本、長壽命的電子鎮流器將逐步取代傳統的電感鎮流器。
 
4、 低壓鈉燈
 
光效最高,但僅輻射單色黃光,這種燈照明情況下不可能分辨各種顏色的。主要應用是:道路照明,安全照明及類似場合下的室外應用。其光效是熒光燈的2倍,鹵鎢燈的10倍。與熒光燈相比,低壓鈉燈放電管是長管形的,通常彎成“U”型,把放電管放在抽成真空的夾層外玻殼內,其夾層外玻殼上塗有紅外反射層以達到節能和提高最大光效的目的。
 
5、 高強度氣體放電燈(HID)
 
這類燈都是高氣壓放電燈,特點是都有短的高亮度的弧形放電管,通常放電管外麵有某種形狀的玻璃或石英外殼,外殼是透明或磨砂的,或塗一層熒光粉以增加紅色輻射。分為:
 
高壓汞燈(HPMV):最簡單的高強度氣體放電燈,放電發生在石英管內的汞蒸氣中,放電管通常安裝在塗有熒光粉的外玻璃殼內。高壓汞燈僅有中等的光效及顯色性,因此主要應用於室外照明及某些工礦企業的室內照明。
 
高壓鈉燈(HPS):需要用陶瓷弧光管,使它能承受超過1000℃的有腐蝕性的鈉蒸氣的侵蝕。陶瓷管安裝在玻璃或石英泡內,使它與空氣隔離。在所有高強度氣體放電燈中,高壓鈉燈的光效最高,並且有很長的壽命(24000小時),因此它是市中心、停車場、工廠廠房照明的理想光源。在這些場合,中等的顯色性就能滿足需要。顯色性增強型及白光型高壓鈉燈也可用,但這是以降低光效為代價的。
 
金屬鹵化物燈(M-H):是高強度氣體放電燈中最複雜的,這種燈的光輻射是通過激發金屬原子產生的,通常包括幾種金屬元素。金屬元素是以金屬鹵化物的形式引入的,能發出具有很好顯色性的白光。放電管由石英或陶瓷製成,與高壓鈉燈相似,放電管裝在玻璃泡殼或長管形石英外殼內。廣泛應用在需要高發光效率、高品質白光的所有場合。典型應用包括上射照明、下射照明、泛光照明和聚光照明。緊湊型金屬鹵化物燈在需要精確控光的場合尤其適宜。
 
6、 感應燈
 
剛出現不久的無極氣體放電燈。所需要的能量是通過高頻場耦合到放電中的,變壓器的次級線圈就能產生有效的放電。從形式看來,感應燈是緊湊型熒光燈的另一種形式,但高壓部分也許不同。這種燈不局限於長管形(如熒光燈管),同時還能瞬時發光。工作頻率在幾個兆赫之內,並且需要特殊的驅動和控製燈燃點的電子線路裝置。
 
7、 場致發光照明
 
包括多種類型的發光麵板和發光二極管,主要應用於標誌牌及指示器,高亮度發光二極管可用於汽車尾燈及自行車閃爍尾燈,具有低電流消耗的優點。
 
 
 
三、 發光原理
 
1、 白熾燈
 
太陽發光是因為表麵溫度接近6000K,所有固體、液體及氣體如達到足夠高的溫度,都會產生可見光。白熾燈中的固體鎢在大約3000K時的熾熱就是亚游AG官网常見的光源。白熾體的重要特性:輻射的色表隨著輻射體的溫度的升高從暗紅、經過桔黃、發白,最後到熾藍。色溫也隨著輻射體的溫度升高而提高。
 
白熾燈之所以使用鎢做燈絲材料是因為鎢在高溫下的低蒸氣速率以及可以被抽成細絲等其他性質。電流在金屬導線中流過時會有一定的消耗,當輸入功率與輻射功率及其他功率損失的總和精確平衡時,就達到了一個穩定態。影響一些光源壽命的因素,主要原因是由於鎢燈絲的蒸發損失,主要是熱點和填充氣體。
 
2、 鹵鎢燈
 
維恩位移定律表明:溫度越高光效越高。如鎢絲表麵在3200K時的光效(每一瓦電力所發出的光量,其數值越高表示光源的效率愈高)為36 lm.W-1,而在2800K時為22 lm.W-1。如果在高壓下使用一種低熱導氣體,如氪,使蒸發受到抑製,就可以使用較高的燈絲溫度。要安全承受這種高壓,就需要一種小而結實的燈泡。非常小量的鹵素,如各種形式的碘、溴,可以用來與到達燈泡殼壁的鎢起反應,確保泡殼的幹淨。通過這種手段製造出燈絲溫度達到3450K的燈泡,同時也改進了光效。如果沒有充入鹵素,這種燈泡會在幾小時內變黑。
 
改善鎢絲燈的方法是隻允許可見輻射出射。如果紅外輻射被反射回來並被燈絲吸收,則維護燈絲溫度的功率就可以減小。商業化實現方法:發明製造低費用、低損耗、高質量的紅外反射膜,亚游AG官网也可稱之為紅外反射濾光器。
 
3、 氣體放電
 
放電通常比白熾燈更有效,這是由於其輻射來自高於固體燈絲能達到的溫度區域。放電是比鎢更有選擇的發射體(可移向可見區或者紫外區而遠離紅外輻射區),因此在紅外輻射區有更少的能量浪費。
 
放電形成等離子體,它是離子、電子形成的混合體,平均呈電中性。一般必須有與等離子體的電子連接,通常是電極,但無電極連接也是可能的。
 
⑴帶電極的氣體放電
 
 
 
氣體放電示意圖:空心圓表示可被電離和形成等離子體的氣體原子。當帶有正電荷的粒子在電場作用下定向位移時,就形成了放電電流。陰極必須能發射出足夠多的電子,以維持電流的持續,而陽極則接收電流。圖中的電阻是直流放電時起限製電流作用的鎮流器。圓中有*符號的表示是被高能電子激發的原子,他們會產生輻射。
 
當一個足夠大的電場加在氣體上,氣體被擊穿而導電。最熟悉的例子是閃電。產生擊穿是由於自然界中總有數量很小的、由宇宙射線或者自然放射所產生的以電子-離子對形式存在的電離。外加的電場使電子加速(離子相對是靜止的),一部分可能獲得足夠能量從而電離氣體原子。
 
當施加足夠大的電場時,電離的速率可能超過離子與電子複合的損失速率;那麽放電電流就會迅速增長。電荷攜帶者的產生率比電流增長得更迅速。結果是放電電壓將隨著電流的上升而下降。電流限製通過鎮流器來實現,以阻止電流上漲到使保險絲熔斷或者一些別的破壞性結果的產生。
 
為了維持放電電流,在陽極返回外部電路的電子必須被從陰極發射的電子代替。陰極是典型的鎢絲結構(卷狀或者穗狀)。來自放電過程的離子轟擊陰極使之加熱。電子能夠逃離陰極的可能幾率指數地依賴於它的溫度以及表麵的障礙因素。放電通常工作在交流電網頻率條件下。高頻電子鎮流器能提供一些好處,對於熒光燈來說,在20KHZ或者更高頻處的工作實質上減少了電極損失,並且消除了某些用戶需要的光輸出調製。
 
⑵在更高頻率下,製造完全省卻電極的無極燈是可能的。現在有三種電感耦合放電。通常由幾兆赫驅動的一個線圈構成變壓器的初級,次級由環狀的等離子體形成,因此脫離了熒光燈的長而細的幾何形狀,允許與熟悉的燈泡相似的高效燈的產生。沒有了電極,理論上放電中就沒有什麽壽命限製,導致燈出現問題的原因可能是鎮流器中電子元器件損壞或者熒光粉因為時間長而失效,所以其經濟壽命可能短於真實壽命。
 
4、低壓放電
 
用在照明中的低壓放電中的金屬主要是汞和鈉;氖放電用於指示燈和警告燈。低壓放
 
電的大部分長度被一個很均勻的稱為正柱區的等離子體占有。在熒光燈和低壓鈉燈中,這是產生高效輻射的區域。在熒光燈中包含的汞蒸氣氣壓約為6*10-3Torr(0.8Pa),稀有氣體如氬的典型氣壓為2 Torr(266Pa)。
 
熒光燈(低壓鈉燈)工作需要一個最佳汞氣壓(鈉氣壓),而且熒光燈要細且長。為了使熒光燈工作穩定,燈的電壓必須是100V,長度必須約為1M。在緊湊型燈中使用的窄管具有更高的電場,放電長度更短,管子必須折疊起來以獲得必要的燈長度。在無極燈中,加在燈電壓上的約束不再適用。這就是為什麽無極燈可以製成類似於白熾燈的形狀的原因。惰性氣體(氖、氬、氪或是它們的混合氣體)在放電過程中起著非常重要的作用。
 
5、高壓放電
 
低氣壓放電中的氣壓升高,氣體被加熱,最後處在一個大氣壓範圍內,氣體溫度僅比電子溫度(主要在4000K~6000K的範圍)低幾K,要維持如此高的氣體溫度,則必然存在溫度梯度,中心區域變熱。沿著溫度梯度方向流向管壁的熱能損失限製此種電弧的輻射效率約為60%。
 
蒸氣的參數由於選擇性輻射可以調整使輻射主要發生在可見光區域。高的氣體溫度有助於激發和電離,由於大部分的電流通過中心區域,電弧中心區域非常熱,絕大多數的光在中心產生,這就是為什麽高氣壓放電電弧繩化的原因。中心熱區域的氣體密度低於外部冷區域。如果該放電沿水平方向,則熱的中心區域就會朝上彎曲,這就是為什麽把此種放電稱為電弧的原因。這也解釋了為什麽高氣壓放電並非全體都是高熱的,彎曲引起的微小變化也能引起光色的顯著變化,在極端的情況下,它可能引起管壁過熱而損壞。
 
4、 化學種類及金屬鹵化物電弧
 
能在高氣壓電弧的器壁溫度下(如1000K)維持足夠高的蒸氣壓,並且能產生明顯的可見光輻射的元素的種類非常少,實際上用於照明光源的填充元素通常隻有氙、鈉和汞,但絕大多數金屬元素產生的金屬鹵化物比它們自身還要活潑得多。許多元素,尤其是元素周期表中那些過渡金屬和稀土金屬元素,具有非常多的能級數目,並且能輻射出數千條光譜線。其中的一些元素如鈧、鏑等,在可見光區域能產生非常豐富的輻射。其他的一些元素,如銦、鉈和鈉,可以產生非常強的線光譜(分別對應藍色、綠色和黃色)。
 
以上這些事實構成了金屬鹵化物燈的理論基礎。
 
假如亚游AG官网將幾毫克的金屬鹵化物碘化鉈(TlI)與汞和稀有氣體一起放入放電管中,在放電被觸發的過程中,汞迅速被蒸發,管壁變得足夠熱使部分碘化鉈被蒸發出來。這些碘化鉈通過擴散進入最高溫度約為6000K的汞電弧,在高溫下,碘化鉈分解為原子:TlI=Tl+I。鉈原子能輻射出很強的535nm的綠色光譜線。與鉈相比碘的激發能要大得多,因此幾乎沒有碘的輻射。
 
對於相當簡單的僅充有鉈、鈉、汞和碘元素的金屬鹵化物燈,假定燈內已達到局部熱平衡的工作狀態,為簡化分析,亚游AG官网忽略了Hg、HgI、HgI2、I、I2和Na2等化學種類。在非常低的溫度下,僅有少量的Na2I2的二聚物,隨著溫度上升,TlI和NaI的分子就會分解成原子,並可能產生輻射。進一步升高溫度,這類原子還會被電離。由於NaI比TlI更易電離,所以在這類金屬鹵化物燈內,在電弧溫度最高處的大多數電子來自鈉原子,因此光譜由鈉決定。
 
鈉比汞要容易電離。由於電子可以通過鈉的電離得到補充,這意味著碘化鈉蒸發時,電弧溫度將下降,電弧溫度的下降導致汞的線光譜發射的減少,因此其光譜將內鈉和鉈所決定。這也就是為什麽在充有100Torr鈉和1000Torr汞的高壓鈉放電中幾乎沒有汞原子輻射的原因。在穩定狀態下,汞原子所起的作用主要是減少熱傳導損失,從而提高輻射效率。雖然金屬鹵化物電弧常被描述成帶有附加萬分的汞電弧,但這是完全錯誤的,因為那些金屬鹵化物完全控製了電弧的行為。
 
以上的這些觀點適用於任何一種金屬鹵化物放電形式。為了得到一個高效的顯色指數優良的白色光源,金屬鹵化物燈的設計者們可以有許多方法,包括所添加的金屬鹵化物的種類和數目等等。這些設計上的自由也伴隨著一些麻煩:比如金屬鹵化物會與燈電極及管壁發生緩慢的反應。這樣,燈的壽命、光色的穩定性、光色的可變性、電弧中光色的分層、燈的維護、啟動以及閃爍等等都將受到這些化學反應的影響。這也是為什麽自從金屬鹵化物燈在1959年問世35年後,仍然沒有完全取代其他高強度氣體放電光源的原因。盡管這樣,適當地應用金屬鹵化物燈還是帶來了很多好處。今天,金屬鹵化物燈能夠獲得銷售成功是30年來長足進步的結果。
 
 
 
5、 發光和熒光粉
 
熒光粉用於將紫外輻射轉化為可見輻射。在熒光燈中,為了產生光的需要,熒光粉也被用來增加紅色輻射以求改善高壓汞燈與金屬鹵化物燈的顏色。
 
“發光”一詞被用於描述能量被物質吸收,並以光子的形式被重新發射出來的一般過程。其中的一種形式稱作“熒光”。入射的光子被吸收,然後以一個較長的波長再發射,這是在燈中普遍使用的一個過程。在吸收與發射期間有一個延遲,可能在10-9S和幾分之一秒之間。伴有長時間延遲的過程通常是指磷光。
 
“斯托克斯(Stocks)位移”指的是波長增長而能量損失,這是熒光燈工作的一個固有部分。波長的變換是通過將入射光子的一部分能量轉化為晶格振動而完成的。
 
在由放電產生的紫外波長處,熒光粉必須有很強的吸收帶,它也必須在可見光譜範圍內有一個發射帶。高效要求在可見光區吸收率低,一般說來,QE在高溫時下降,因此為特定燈選用的熒光粉,必須在管壁溫度下能夠有效地工作。
 
固體熒光粉可以是離子的、半導體的、或者是有機的。隻有第一種具有燈工作需要的特性。離子熒光粉包含堅固的晶格結構,在其中,催化劑原子被引入,但其濃度為1%。催化劑形成一個在確定的晶格座上的離子,並受到電力—晶場—它相對於自由離子改變它的能級。離子與晶格振動耦合,這是由於當周圍晶格振動時,晶場波動,使催化劑承受不同的力,因此催化劑離子的能級取決於周圍晶格中的離子的相對位置。
 
熒光燈中的熒光粉暴露於離子與光子有害混合物的轟擊下,使光輸出在壽命期間退化。這就導致紫外與可見光的吸收,從而降低熒光粉的轉換效率。退化的主要原因是:
 
⑴形成光或紫外吸收色心的紫外轟擊,這是由晶格缺陷中的電子陷井而引起的;
 
⑵激發和電離的汞到達熒光粉表麵,引起在暴露於放電的熒光粉表麵吸收汞原子的光注入;
 
⑶在熒光粉與玻璃的交界處形成鈉(來自玻璃)與汞的吸收混合物。用於緊湊型熒光燈中的稀土激活熒光粉具有特別抗傷害的晶格以及出色的維持率,正是這些熒光粉的發明使緊湊型熒光燈的設想變為商業現實。
 
三基色熒光粉:紅(610nm)粉、綠(545nm)粉、藍(6450nm)粉。稀土金屬材料熒光粉三種基色為紅、綠、藍。即稀土金屬在紫外線照射呈三種基本色,再按比例混成各種顔色的可見光。
 
6、 場致發光
 
這是將電直接轉化為光的過程。
 
最近幾年,發光二極管(LEDs)憶作為公共場所的指示燈,而且具有不同的顯示。它們正變得更有效、更亮;已經製造出效率大於20%的紅色發光二極管,具有現實效率的藍色與綠色的二極管也剛出現。人們正計劃把它們應用於需要大量光和高亮度的地方,例如汽車刹車明明以及交通信號。在這些場合它們超過傳統燈的主要優點是壽命長。
 
高純度的半導體材料具有非常高的電阻率。微量的故意添加物—施主物質或者受施物質—提供了能夠攜帶電子的額外電子或空穴(由於電子的離開而形成的正電實體)。這樣能級就形成能帶。當一個能(導帶)中的一個電子與另一個能帶(價帶)中的空穴複合時,具有由能帶隙給定能量的光發射可以發生。因此,一個發光二極管是一個將電子與空穴注入半導體的器件。另外,也存在引起損失的過程,效率可能是低的,但是隨著研究和發展,它正在改善之中。
 
紅色發光二極管是基於象磷砷化镓這樣的半導體,它在可見光區發射相對窄的譜線,其波長由帶隙決定。在紅色與綠色之間不同的波長可以通過改變磷與砷的比例獲得。藍色發射需要象碳化矽這樣的材料。
 
第三節 燈具
 
一、燈具的功能
 
基本功能是提供與光源的電氣連接,此外還有許多其他重要的功能。大部分光源全方位地發射光線,這對大多數應用而言是浪費的並由此造成眩光。因此,對大多數燈具而言,調整光線到預期方位,同時把光損失降至最低,減少光源的眩光,擁有令人滿意的外形及強化燈點燃與未點燃環境的裝飾性是它們的一項功能。燈具必須是耐用的,且能為光源,如有必要,有時也為控製電氣附件提供一個電氣、機械及熱學上安全的殼體。
 
光源的防護:光源除需要電氣連接以外,還必須有機械支撐並要受到防護,防護程度視要求而定。
 
適宜的機械性能:燈具部件必須有足夠強的機械強度,從而確保在安裝和使用時有適當的耐久性,同時有充分強的懸掛強度,金屬部件必須有足夠的耐腐蝕能力。
 
殼體要求:室外用燈必須有嚴格的防塵和防水要求,而對某些特殊要求的室內燈具也要提供防護,以抵禦水和塵埃的侵入。為了根據防塵和防潮的程度來劃分外殼的防護等級,使用了防護等級
 
代碼。
 
序號
 
IP(International protection)防護等級
 
IP-68
 
第二個號碼表示防水等級防護等級代碼 第一個號碼表示防塵等級 說明
 
是國際上用來認定燈具的防護等級的代號,IP等級由兩個數字組成,第一個數字表示燈具防塵;第二個數字則表示燈具防水;數字越大則表示燈具防護性能越佳。
 
 
 
防護
 
類別 等級
 
號碼 防 護 程 度 定 義
 
防塵等級 0 無防護 無特殊的防護
 
1 防止大於50mm的物體侵入防止人體不慎碰到燈具內部零件;防止直徑大於50mm物體侵入
 
2 防止大於12mm的物體侵入防止手指碰到燈具的內部零件
 
3 防止大於2.5mm的物體侵入防止直徑大於2.5mm的工具、電線或物體的侵入
 
4 防止大於1.0mm的物體侵入防止直徑大於1.0mm的蚊蠅、昆蟲或物體的侵入
 
5 防塵 無法完全防止灰塵侵入,但侵入灰塵不會影響燈具正常工作
 
6 防塵 完全防止灰塵入侵
 
防水等級 0 無防護 無特殊的防護
 
1 防止滴水侵入 可防止垂直滴下的水滴
 
2 傾斜15度時仍防止滴水侵入 當燈具傾斜15度時,仍可防止滴水
 
3 防止噴灑的水侵入 防止雨水垂直入夾角小於50度方向所噴灑的水
 
4 防止飛濺的水侵入 防止各方向飛濺而來的水侵入
 
5 防止噴射的水侵入 防止各方向噴嘴噴射的水
 
6 防止大浪的水侵入 防止大浪或噴水孔急速噴出的水侵入
 
7 防止浸水的水侵入 燈具浸入水中在一定時間或水壓條件下,仍可確保燈具正常工作
 
8 防止沉沒的影響 燈具無期限沉沒水中在一定水壓條件下,仍可確保燈具正常工作
 
 
 
電氣要求:燈具也可根據保護使用者防電擊的方式進行分類。類型1的燈具有基本絕緣,所有的金屬體都與一個接地端子連接,該端子用來與建築供電中的接地係統相連接。類型2的燈具防護由雙重絕緣下工作的兩線照明電路提供。類型0的燈具不接地,僅有普通絕緣措施。各種電器元件和電線都必須在安全情況下工作。
 
熱要求:各部件的工作溫度不能超過歐洲標準EN60598—英國出版的BS4533(BSI1981—1990)所規定的數值。熱耐久性試驗是在比額定環境溫度高10℃、開關循環交替,過電壓為5%~10%的條件下工作7天。試驗時間和過電壓值視光源和控製電器的類別而定。
 
標誌要求:必須有生產廠家的標識、供電電壓、額定功率、分類、額定最高溫度等。標誌必須耐久,製作方法經得起試驗。
 
光度學要求:通常對於燈具本身並沒有規定光度方麵的要求,而在設施中要利用燈具的性能說明它的要求,所以有例外,應該注意。
 
測試:新設計產品在工廠投產以前要進行一整套的測試項目,包括機械測試、外殼測試、電氣試驗、熱測試和光度學測試。
 
 
 
二、燈具的分類
 
1、 按安裝方式分為:嵌入式、移動式和固定式三種。
 
2、 按用途方式分為:民用燈具、建築燈具、工礦燈具、投光照明燈具、公共場所燈具、嵌入式燈具、船用熒光燈照明燈具、道路照明燈具、汽車摩托車飛機照明燈具、特種車輛標誌照明燈具、電影電視舞台照明燈具、防爆燈具、水下照明燈具。
 
三、材料及加工過程
 
製造燈具的常用材料為:鋼板、鋁合金鑄材、型材、塑料材料、鋅合金鑄件、填料和封接材料(橡膠、泡沫、樹脂、等)玻璃、光控製材料、(高純鋁、不鏽鋼、拋光玻璃等)。
 
1、 鋼板
 
應用:可用於燈具壓條、小燈體、燈蓋、嵌入式燈具盒、控製盤、底座及投射器。
 
等級及特性:低碳鋼有較好的機械強度和延展性,但不耐腐蝕,有圈筒、片或板材形式,厚度為0.45~1.2MM。對於室內不太注重美觀的使用場所,選用的鋼板的表麵最好鍍一層鋅,但對大多數使用場所必須刷漆。預鍍層材料
 
加工:切、鑽孔、衝、彎及壓的工藝。
 
人工操作:先剪出外形,再彎板衝壓或飛輪衝壓。
 
半自動操作:CNC控製,部件移動由操作者完成。
 
自動冷滾卷成形:板條通常采用此類方式加工。滾卷機
 
金屬片自動生產控製:對於大型的盒式嵌入燈和吸頂燈具的製造,歐洲的設備生產廠家已經完全實現了自動機械化。
 
衝壓:對於一些較小的圓型燈具,一般是用深衝成形級別的低碳鋼板直接衝壓成形的。
 
附屬的鋼製部件:在噴塗前,無塗層的鋼材料可以點焊或者連續焊接。然而未塗層材料必須用鉚釘、螺母和螺栓、自攻螺釘或粘合劑連接。
 
塗裝:通常采用粉末塗裝工藝。相對傳統的濕法塗裝層,它能獲得更厚的塗層薄膜,典型的可達到50~100um厚度,而傳統的方法隻能達到25um。這在要求有高反射特性的器件(如器件箱)中是非常有利的。有兩種處理過程:除油過程和預處理(通常是磷化),接著是靜電噴塗過程和隨後的烘幹過程。較少用到電鍍,通常隻起裝飾作用,或用於一些要求保護層的小件零件,如螺絲、螺栓和螺母等。鉻和鎳是裝飾性電鍍的典型,而鋅一般用於保護目的的電鍍。在鋼板表麵塗上一層金屬化塑料薄膜可作為反射層來使用。
 
 
 
2、 鋁合金鑄件
 
應用:泛光照明、街道照明燈、小型室內聚光燈的燈具殼體。
 
等級與特性:具有易熔組分的LM6鋁矽合金(含Si 12%)是最常用的合金材料,因為它凝固時間短、流動性良好及收縮性低,很適合於重力鑄造和壓力鑄造。此外,還具有良好的抗腐蝕性能,在室外作用時也不需要塗保護層(除非有美觀要求)。含稍微少一點矽的銅鋁合金LM2和LM24也經濟實用,具有高強度、較好的鑄造性能,但相對LM6而言抗腐蝕性能差。在某些地方,如機場照明,需要更高強度和抗腐蝕的合金,如LM25。這些合金都經過高溫煆燒以確保能得到足夠的強度。大多數的應用中用到鋁是因為它具有一些重要特性,即它的耐熱性能。由於鋁是相對低級的金屬,當它與其他金屬如鋼、不鏽鋼和銅接觸時,將產生電解作用。因此,對於這些金屬的外麵很有必要鍍上中間性能的金屬材料(鋅或鎘),或用油脂右塑料墊片,起阻擋隔層作用。
 
鑄鋁工藝:主要有兩種工藝,都是將熔融的金屬注入開孔的模具中。重力鑄造中的壓力來自空腔上方熔融金屬自身,而在壓力鑄造中,熔融金屬是被猛力擠壓進鋼型模具中的,後者可生產更薄的器件。
 
鋁鑄件的塗裝:在塗裝前,要經過修整或翻滾以除去表麵閃屑或碎片。采用相關工藝如LM25適用陽極化工藝,在這各工藝中當鋁暴露在空氣中時,人為地在其表麵瞬時形成薄而堅韌的氧化層,約為10um厚,在氧化層永久封閉以前,浸入染料中可以得到表層顏色。
 
 
 
3、 鋁材---片材
 
應用:反射器和格柵
 
特性與等級:為獲得滿意效果,反射器中鋁的含量至少為99.8%,當使用99.99%的超純材
 
料時可獲得最佳效果。大多數反射器通過陽極化過程形成一層薄氧化膜,氧化膜是脆性的,所以在小角度折彎時氧化膜表麵會產生許多細的紋理。加熱超過100℃後由於膨脹情況不同也能產生同樣的效果。氧化膜的另一特性是能產生彩虹效果,在三基色燈下尤其明顯。
 
工藝:反射器材料分成兩個主要部分:一是厚度為0.4~1.2mm的卷材或片材;一是較厚的
 
片材經旋壓而生成的對稱反射器。卷材或片材先下料—剪切成形—手工操作或半自動衝壓完成,彎曲度可由卷板機械加工完成。格柵與十字交叉片的裝配是勞動密集的生產過程;旋壓加工工藝一般用來生產大型拋物線型反射器或軸對稱反射器,主要用於聚光燈。手工或半自動操作—車床加工—使用各種鋼質成形器加工—將旋轉的平板繞一個凸模塑性成型—表麵拋光化學處理發亮。
 
塗層:對反射器而言,此工藝主要為陽極氧化作用,使氧化層增厚幾個微米,成為自然氧
 
化層,使鋁具有較好的抗腐蝕性。在電化學工藝中,氧化層能在基金屬上生長,之前必須有手工或化學拋光過程。膜層越厚反射率越低,增強反射表麵效能的方法有新發展:薄的氧化層(如Ti)被蒸發到陽極氧化表麵,它的反射效能與鍍鋁玻璃的反射效能一致,這種材料較貴但無彩虹現象且減少產生細微裂紋的可能性。
 
4、 其他金屬材料
 
1)燈絲材料
 
材質的發展:天然纖維—噴絲—碳—鋨—鈦—鎢
 
鎢的主要優點:
 
u 高熔點3420℃使它較其他金屬在更高的工作溫度,在所有條件都相同的情況下,越高的溫度就意味著越高的流明效率。
 
在所有導電材料中其蒸氣壓u是最低的,在這個基礎上,可獲得非常高的燈絲溫度和最小的蒸發(泡殼黑化)。
 
u 鎢是選擇性光譜發射體,它在可見光譜的發射率高於紅外區域的發射率,它對任何給定溫度下的效率有重要的貢獻。
 
 
 
2)其他用途
 
鎢常用作燈絲和電極的製造材料。u
 
純鋁和黃銅常用於燈頭的製造材料,黃銅常被鍍鎳以達到高抗腐蝕性,鋁材逐漸成為低成本u燈(如白熾燈)的製造材料。
 
錫焊或銅焊常用於燈頭和燈絲之間的電連接,在一些u燈型中,燈頭和導絲之間傳統的熔接正在被機械的壓接所代替。
 
鋁的另一個重要用途u是作為蒸氣沉積在聚光和映射燈中的反射塗層上,這主要是歸因於它的低熔點660℃的性質。
 
在白熾燈中,燈絲支架由鉬(無鹵素)和鎢(含鹵素)製成。用來放置放電燈或白熾燈在外套部件的支架一般用不鏽鋼絲點焊成所需形狀而製成。u
 
鎳、鐵和銅合金被廣泛用於保險絲、封玻璃的合金、雙金屬片和導絲,受熱控製彎曲的金屬片被引入某些高壓鈉u燈中用作啟動器件。
 
為了在放電燈光譜中產生輻射帶,大量的金屬使用在蒸氣狀態下,如鏑、镓、鈥、銦、汞、鈧、鈉、鉈、釷、銩和錫等。u
 
3)電極
 
電極傳導電能進入放電燈,並提供維持電流的電子。
 
由於要求在高溫下(高達2000℃)工作,電極所用材料必須有低蒸氣壓,不僅要確保
 
其本身的壽命,而且要阻止燈本身的過度汙染(端部發黑),此外這些材料必須有足夠的機械強度、抗碰撞性,如需要的話,還要有足夠的延展性以允許複雜電極幾何外形的製造。
 
到目前為止,鎢具有最重要的商業用途,盡管鉭、鎳和鐵也被使用,如氖燈的電極(冷陰極)就是用純鐵製成的。
 
在溫度超過2000℃時,鎢是豐富的電子發射體,但在許多長壽命的放電燈中,這樣高的溫度是無法被接受的,因此,必須找到加強電子發射的方法。
 
一種解決方法是用含釷鎢來製造電極,這種材料中的氧化釷粒子提供釷源,釷源擴散
 
到電極表麵最熱點,通常是電極的尖端部,在此它的逸出功降低進而增加電子發射率。含釷電極被用在一些金屬鹵化物燈中。都采用發射材料來顯著地加強電子發射,通常是將某種氧化物塗在電極上或組裝時放入電極內的形式出現的。在高壓鈉燈中,複螺旋的電極用基於鈣、鋇和鎢的綜合氧化物所浸漬,通常被稱為BCT發射材料,還有一種可選擇的發射材料是氧化鐿,低壓鈉燈和熒光燈用的是基於鈣、鋇和鍶的氧化物的發射材料。
 
 
 
5、 塑料材料
 
優點:多用性和設計的靈活性。
 
缺點:降低了抗高溫性、抗化學腐蝕性、強度以及紫外線的穩定性不理想。
 
特性和等級:兩種主要類型:熱塑性塑料(可重新熔融及循環使用),熱固性塑料(在工藝中不可逆)。傳統使用熱固性塑料的附件如燈座已被熱塑性材料特別是聚碳酸酯所取代。塑料可耐約200℃的高溫,但在更高溫度下,將硬化、脆化且發生顏色的變化,價格較貴,阻燃性好。
 
應用:燈具本體、漫射器、折射器、反射器、端蓋、燈座、襯套、接線板和鬆緊螺旋扣。
 
1)超高溫塑料(160℃~200℃):
 
聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)
 
不透明材料,表層能鍍鋁,常用於小燈具主體和反射器,有較好的阻燃性。
 
聚醚胺(polyetherimide)
 
常用於高達180℃的環境中,為半透明材料,表麵能塗冷光膜,從而能透射紅外線與反射可見光(也稱冷光束)。在此溫度範圍內,還有一些其他材料可應用,如聚醚碸(polyethersulfone),阻燃性好,但隨溫度升高,硬度下降,且外觀為淡黃色,所以不能用於折射器和反射器。
 
2)高溫材料(130℃~160℃)
 
玻璃增強聚酯(GRP)
 
熱固性塑料,應用於大部分街道照明燈具及泛光照明燈具。可與鋁相媲美,並可組成片狀模塑組合物(SMC)或團狀模塑組合物(DMC)。價格低、化學強度高,但易磨損且抗紫外輻射較差,應用於熱帶環境下,表麵在短時間內變得無光澤。無固有的阻燃性,但可通過添加劑獲得此性能。
 
聚苯並噻唑(polybutylene terephthalate)(PBT)
 
熱塑性塑料,相當於SMC和DMC,有幾乎相同的耐溫性能。應用於大部分熒光燈的燈帽有護套,也用於製作聚光燈和室內裝飾燈的燈具,阻燃性好,防紫外輻射也令人滿意,同SMC和DMC相比,加工性能好。
 
透明折射材料的最高工作溫度在140℃~160℃之間。過去,抗紫外輻射的穩定性是一個問題,但現在聚酯碳酸酯(polyestercarbonate)的應用,在街道照明的碗形燈罩上提供了一個令人滿意的性能。
 
3)中溫材料(100℃~130℃)
 
聚碳酸酯(polycarbonate)
 
在此溫度範圍內,是主要品種,抗衝擊能力強,通常以透明或有彩色形式做成燈具本體、漫射器、折射器、反射器和以阻燃性為先決條件的附件,如燈座。應用於反射器時,這種材料將被鍍鋁。相對於衝壓反射器和旋壓反射器而言,這類反射器更為節約,而且可生產更為複雜的反射器。在熱氣候的紫外輻射下,聚碳酸酯變黃的趨勢仍舊是一個問題,這種情況通常在高功率汞放電燈中牽涉到。在強烈的紫外輻射的場合,要把材料的工作溫度限製15℃~20℃。聚碳酸酯已經成功地和丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物(ABS)混合成一種有光澤的合成材料,可用於裝飾性燈罩和燈具本體。
 
聚丙烯(polypropylene)
 
長久以來被當作“劣質”的工程材料,硬度低、易蠕變及紫外穩定性較差等特性,盡管它有較好的不易損壞的特性。現在這種材料的紫外穩定性已經有了很大提高,能用於街道照明的傘罩,帶來很大的經濟性。一般適用於受力不強的物件,如鬆緊螺旋扣、緊固板等。
 
聚酰胺(尼龍,polyamide),聚甲醛(acetal),聚苯醚(polyphenylene oxide,PPO)
 
適用於管索釘,夾子和鬆緊螺旋扣,阻燃能力較好,但紫外穩定性差。如果尼龍用在
 
不適合的環境下,將發生褪色現象並且脆化。
 
4)低溫材料(<100℃)
 
在此溫度範圍內,熒光燈照明中考慮到高透明性,折射器和漫射器主要使用
 
聚甲基丙烯酸甲酯(acrylic,PMMA)和聚苯乙烯(polystyrene)
 
前者較後者貴,但有較好的抗紫外特性和耐高溫特性(前者90℃,後者70℃)。兩者均無阻燃性。
 
聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)
 
有較好的阻燃性,但透射係數非常低
 
ABS、PVC和不透光聚苯乙烯也常用於裝飾物,如燈座、蓋和低溫燈具體,PVC還用於
 
壓製導軌係統,除PVC外,其他材料的阻燃性都較差。
 
5)塑料工藝
 
注模成型是熱塑性塑料的一種主要成型方法,特別用在大批量生產中。注射成型可生產有複雜外形、薄壁且有較好外表層的產品。其他成型工藝還包括擠壓、漫射槽形的滾壓、吹塑和真空成形。產品的形狀決定了工藝的難易程度。
 
擠壓和滾壓工藝的主要產品有丙烯酸和聚苯乙烯的棱鏡板。通過吹塑和真空技術,可將薄板進一步加工。最近幾年發展了一種新技術—塑料模型製造用的三維造型技術,電腦控製的激光在樹脂槽內加工出3-D造型。用此方法生產的錯綜複雜的產品可與注模成型產品相媲美,這種技術對於小件複雜反射器或折射器非常有效。
 
SMC等熱固性塑料的製造要經過壓力成型過程。DMC更適用於注模鑄造。
 
 
 
6、 填料與封接材料
 
傳統材料包括靛類,氯丁橡膠和EPDM泡沫橡膠,以及注塑時反應的聚氯酯泡沫,這些材料用於常規低溫(<140℃)區域。
 
高溫區域(>200℃)使用擠壓或模壓或切割的矽樹脂。最新的革新是使用於注塑時反應的方法,能得到無接縫的高質量的密封。
 
在燈工作數千小時壽命期間內和在相當寬的工作溫度範圍內,要求燈頭焊泥能提供對各種熱膨脹係數及其不同的燈用材料之間可靠的機械連接。用來將金屬燈頭固定在玻璃泡殼上的材料由約90%的大理石粉充填物,摻雜加入酚醛的、天然的和矽酮的樹脂所組成。為了將陶瓷燈帽固定於熔融石英燈體上,需使用具有更高熔點的焊泥,主要由混有無機粘合劑如矽酸鈉的二氧化矽組成。
 
 
 
7、 氣體
 
燈用的主要氣體都是空氣的組成部分,通過分餾的辦法得到。常常用來控製各種各樣的物理和化學過程。還利用氣體本身的特殊性能來產生光。
 
燈工作時,在達到高溫的條件下,很多燈用材料的化學活性會大大地增強。為了避免燈結構材料的嚴重破壞,必須嚴格控製氧化和腐蝕現象,這種控製方法是使燈內的工作環境由惰性氣體或非活性氣體組成。
 
蒸發和濺射等物理過程常常會縮短燈絲、電極等重要組件的壽命。當充以惰性氣體且氣體密度以較大時,這種現象危害的程度會大大減弱。雖然在某些白熾燈內,可用密度較氬氣高的氪氣來減少熱的傳導和更好地抑製鎢絲的蒸發,以延長燈的壽命,但在實際應用中,往往通過在燈內充入氬氣來達到這個目的。氮分子具有能遏製燈內帶有不同電位的組件之間形成破壞電弧的能力,所以燈泡的充填氣體一般由氮或氮和惰性氣體氬和氪組成的混合氣體。
 
在氣體放電燈中,所用的單分子氣體是氬、氖和氙。作用是幫助放電啟動和在主放電區承擔緩衝氣體的角色。因為潘寧效應的混合氣體能幫助氣體放電的啟動,因此它對氣體放電光源顯得尤其重要。在潘寧效應的混合氣體中占99%成分的主要氣體亞穩態能量必須較低,其值應高於摻雜的少量氣體的電離電位能,這樣才能滿足產生潘寧效應的要求。例如:99%的氖加1%的氬和少量低氣壓的汞蒸氣,就是很典型的潘寧效應混合氣體的實例。當氣體放電發生時,首先激發氣體成分的原子到亞穩態,這類激發到亞穩態的原子有相對較長的壽命,一旦它們與混合氣體中摻雜的少量氣體的原子相碰撞時,其所具有的亞穩態能量就足以將這些原子激發到電離態,從而完成電離過程。
 
在鹵鎢燈裏,有些氣體和蒸氣還發揮化學功能。活性氣體例如溴化氫、三溴甲烷、二溴甲烷、一糗甲烷等等摻雜到惰性氣體中起充入鹵鎢燈內,從而使鹵鎢燈形成鎢的輸運循環。另外,金屬鹵化物氣體充入氣體放電光源內,能發揮其特有的作用。
 
由於燈的工作溫度很高,所以燈內某些重要組件對少量會產生氧化和摻碳的氣體的存在十分敏感。這類氣體是氧、一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物和水蒸氣。這些氣體是相當普遍的沾汙劑,可通過抽真空除氣處理盡可能地減小它們的危害和在封離後通過消氣劑的作用來縮小它們在燈內的活性。在大多數燈的填充氣體中,這類有害的雜質氣體隻允許占總的充填氣體量的百萬分之幾。
 
8、 消氣劑材料
 
燈泡工作時,某些燈絲和電極一類的組件會達到很高的溫度,它們的性能對周圍的氣體十分敏感。它們很容易和殘留的氧、水蒸氣、氫和碳氫化合物起反應,從而影響燈的性能。因此,應該排除這些殘留氣體或者將其減少到不影響燈泡性能的水平。
 
用於除去燈泡封口後殘留在泡殼或燈管內雜質氣體的材料稱為消氣劑。作用主要是依靠某些固體,通常是金屬,通過它們的吸收作用、吸附作用和化學反應來收集燈內的殘留氣體。其作用過程常常需要某種形式的加熱活化。使用時,可將消氣劑製成細絲和薄片狀放入燈內,或有選擇地沉積在某個組件表麵上。常用作消氣劑的金屬是鋇、鉭、鈦、铌、鋯及它們的某些合金。消氣劑的選用取決於必須除去的氣體和燈泡的種類。
 
有一種非金屬消氣劑,它能有效地除去燈泡內常用的惰性氣體中的微量氧氣和水蒸氣,長期以來被廣泛使用,這種消氣劑就是磷。
 
消氣劑通常有兩種形式:蒸散消氣劑和體積消氣劑。蒸散消氣劑的使用,是在真空器件封離後,通過對活性金屬迅速地加熱或瞬時蒸散,使它們以薄的沉積或膜的形式出現在選擇的組
 
件上,從而起到消氣的作用。如磷、鋇、鎂就是這種蒸散消氣劑的典型例子。體積消氣常以金屬絲、結構件以及半疏鬆的沉積物的形式置於燈內。當溫度升高時會吸收氣體,這種消氣劑在燈泡的整個壽命期間都有效。鈦、鉭、鋯和某些鋯-鋁合金就是常用的體積消氣劑。
 
 
 
9、 玻璃與石英玻璃
 
商用生產的玻璃可以劃分為三大類:納-鈣矽酸鹽、鉛-堿矽酸磠和硼矽酸鹽。製燈工業中最常用的是鈉-鈣矽酸鹽玻璃,因為這種玻璃隻要將爐料的組成稍加改變即可以,用普通的白熾燈、熒光燈以及小功率放電燈的泡殼材料。
 
普通燈泡和熒光燈管的內部玻璃組件、各類小的白熾燈泡殼,特別是采用楔型燈座的各燈燈泡是用鉛-堿矽酸玻璃製造成的。鉛玻璃與-鈣玻璃相比,其優點之處在於它有高的電阻率,能防止夾封處發生電解作用。鉛-堿玻璃很容易和鈉-鈣玻璃泡殼封接,並比它的軟化點低,操作溫度範圍也比它寬,這些因素都有利於燈泡的生產。
 
常規聚光燈的泡殼和大功率放電燈的外玻殼,因工作溫度太高,不宜采用鈉-鈣矽酸鹽玻璃,而要采用硼酸鹽玻璃,它能承受較高的工作溫度和想當低的膨脹係數。
 
普通玻璃不適合製造體積小、功率大的光源。因此都采用透明的矽石作為泡殼材料,這種材料基本上是純的二氧化矽,在燈泡工業中俗稱“石英玻璃”,雖然它是玻璃狀的,但它不是晶體。石英玻璃一個顯著優點是有高的透明度和好的抗熱衝擊性能,工作溫度高(達到900攝氏度),光學透過特性好,不像普通玻璃隻能透過少量的小於300nm波長範圍的輻射。純的石英玻璃的有效透射範圍從160nm的紫外線到4000nm的紅外線。
 
選擇燈用玻璃材料的一個重要條件是能夠和其他材料氣密地封接,特別是和金屬的氣密封接。要和金屬有理想的無應力的氣密封接,玻璃應具有以下的性質:
 
1、玻璃的熱膨脹係數應在相當大的溫度範圍內和金屬的膨脹係數相匹配,特別是從退火溫度到室溫的範圍內。
 
2、在封接部位必須是可塑的。
 
3、對空氣的腐蝕必須有足夠的化學抵抗力。
 
4、它的電阻率、介電常數和介電損耗必需是令人滿意的。
 
5、必須是完全勻質的,它的性質不隨批號而波動。
 
 
 
10、 陶瓷
 
1)光學陶瓷
 
含二氧化矽的玻璃在高溫與高壓下易受到堿金屬蒸氣的侵蝕,因此要求製造能在高溫和高
 
壓下耐受化學侵蝕的泡殼材料,告別是高壓鈉燈的製造中需要這些材料。現代陶瓷技術的進展,已有可能製成幾乎達到理論密度的多晶金屬氧化物壞體。使用這種材料製成的產品基本上是無氣孔的,因此可透過絕大部分入射的可見光,再加上它所固有的耐熔性質,使它成為一種製造高溫電弧管的有效材料。氧化鋁、普通的尖晶石、氧化鎂、氧化鈹、氧化鋯、氧化釷、氧化釔以及各種稀土氧化物均可成為製造半透明和全透明的陶瓷材料。
 
目前,在製燈中應用得最廣的是氧化鋁。除了各種礦石中含有氧化鋁之外,已發現天然剛玉、藍寶石和紅寶石都是較純淨的氧化鋁。它結晶有兩種不同的形式,一種是不完整的立方r相氧化鋁,僅在約1000℃以下才保持穩定,在這溫度以上時就形成另一種穩定的a相氧化鋁,a相氧化鋁是所有化合物中性能最穩定的,它幾乎不溶於強無機酸,不受大多數金屬(包括鈉在內)和無水鹵素的侵蝕,僅在高溫下能和堿類起某些反應。它的熔點為2050℃,具有良好的抗熱衝