HTO－高压气体放电灯

目 录

1介绍???????????????????????????????????????????????????????????3

1.1 低压和高压灯的一般区别?????????????????????????????????????????????3

2. 高压灯的结构??????????????????????????????????????????????????????4

3. 放电的描述???????????????????????????????????????????????????????7 3.1 局部热力学平衡???????????????????????????????????????????????????7 3.1.1 麦斯威尔、波尔斯曼的速度分布????????????????????????????????????????7 3.1.2 波尔斯曼定理????????????????????????????????????????????????????8 3.1.3 Saha’s 定理?????????????????????????????????????????????????????8 3.1.4 Detailed balancing ????????????????????????????????????????????????9 3.2 电的传递????????????????????????????????????????????????????????9 3.3 温度曲线???????????????????????????????????????????????????????10

4. 辐射???????????????????????????????????????????????????????????13 4.1 黑体辐射???????????????????????????????????????????????????????13 4.1.1 Kirchoff’s 定理 ??????????????????????????????????????????????????13 4.2 原子辐射???????????????????????????????????????????????????????14 4.2.1 发射和吸收????????????????????????????????????????????????????15 4.2.2 自然线宽??????????????????????????????????????????????????????15 4.2.3 线加宽???????????????????????????????????????????????????????17 4.2.4 自我吸收??????????????????????????????????????????????????????18 4.2.5 辐射传递方程???????????????????????????????????????????????????20 4.3 分子辐射???????????????????????????????????????????????????????21 4.4 连续辐射???????????????????????????????????????????????????????22

5. 能量平衡????????????????????????????????????????????????????????24

6. 电行为?????????????????????????????????????????????????????????27 6.1 起辉??????????????????????????????????????????????????????????27 6.2 负电流和电压特性?????????????????????????????????????????????????27 6.3 再起辉峰值???????????????????????????????????????????????????? ?27 6.4 声学共振???????????????????????????????????????????????????????28

7. 高压汞灯????????????????????????????????????????????????????????30 7.1 HP灯????????????? ????????????????????????????????????????????30 7.1.1 结构?????????????????????????????????????????????????????????30 7.1.2 光谱?????????????????????????????????????????????????????????32 7.1.3 带石英外玻壳的HP-T 400W灯的能量平衡???? ????????????????????????????33 7.1.4 电行为???????????????????????? ???????????????????????????????33 7.2 其他规格???????????????????????????????????????????????????????34 7.2.1 外玻壳涂粉的高压汞灯?????????????????????????????????????????????34 7.2.2 混合光的灯. ??????????????? ????????????????????????????????????35

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8. 高压钠灯????????????????????????????????????????????????????????37 8.1 规格和结构????????????? ????????????????????????????????????????37 8.2 光谱??????????????????????????????????????????????????????????40 8.2.1自我反转的Na-D线和钠压力的最大值的距离间的相互关系??????????????????????41 8.2.2 最适宜的光谱???????????????????????????????????????????????????41 8.2.3 氙缓冲气体在光谱中的影响??????????????????????????????????????????43 8.3 SON-T 400W灯的能量平衡???????????????????????????????????????????45 8.4 电行为???????????????? ????????????????????????????????????????45 8.4.1 灯电压????????????? ??????????????????????????????????????????45 8.4.2 起辉?????????????????????????????????????????????????????????47

9. 金卤灯??????????? ??????????????????????????????????????????????49 9.1 金卤灯原理???????????? ?????????????????????????????????????????49 9.2 不同的系统??????????? ??????????????????????????????????????????50 9.3 特殊特性???????????????????????????????????????????????????????51

9.4 MHN-TD 系列 ???????????????????????????????????????????????????51 9.4.1 MHN-TD 150 W 灯的结构??????????????????????????????????????????53 9.4.2 Processing of the MHN-TD ?????? ???????????????????????????????????54 9.4.3 光谱?????????????????????????????????????????????????????????54 9.5 HPI ????????????????????? ?????????????????????????????????????55 9.5.1 HPI-T 400 W 的结构?????????????????? ???????????????????????????55 9.5.2 工艺?????????????????????????????????????????????????????????56 9.5.3 光谱?????????????????????????????????????????????????????????56 9.5.4 能量平衡??????????????????????????????????????????????????????57 9.6 金卤灯的保养????????????????????????????????????????????????????58 9.6.1 介绍?????????????????????????????????????????????????????????58 9.6.2 状况概要??????????????????????????????????????????????????????58 9.6.3 HPI 对稀土碘化物填充?????????????????????????????????????????????59 9.6.4 和 HPI-类似填充物的灯????????????????????????????????????????????61 9.6.5 稀土碘化物灯???????????????????????????????????????????????????61

10. 参考文献???????????????????????????????????????????????????????63

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1. 介绍

在这篇HTO课程中，我们主要讨论高压气体放电灯，假设Rutherford-Bohr的分子模型都为人所知，它在‘Introduction to gas discharges’章节中作为例子说明。同样我们还需要一些声光学方面的知识。

对于低压气体放电灯和高压灯来说，有很多的主题都非常重要，但没有特别说明，如电极和起辉。这些主题会在别处讨论，然而，我们应在学习这部分之前对他们有所了解。

下面的部分会分成如下章节，第2 部分讨论高压气体放电灯的基本结构，第3 部分给出高压气体放电灯中等离子体的理论描述，由等离子体引起的辐射在第4 部分。在第5和6 部分是高压气体放电灯的电特性和能量平衡等。最后的3部分，讨论3 中比较重要的高压气体放电灯：高压汞灯，高压钠灯和金卤灯。

1.1 气体放电灯分为高压气体放电灯和低压气体放电灯，他们可以从几个方面来进行区分，表1.1给出了两者非常明显的特征概述。

这两种灯的不同之处就是亮度的不同，光效是相同的，低压放电灯是有一个比较大的内胆产生光，这导致它的低的亮度。而高压放电灯就有一个小的内胆，因而就有一个比较高的亮度。第二个不同就是功率的不同，大多数低压放电灯的功率都不超过100W， 相反，大多数高压放电灯的功率都超过100W，这种不同是由灯的可控制性和可生产性做决定。

这两种灯之间的差异也导致它们应用的不同，低压放电灯一般用于普通照明，而高压放电灯只是在将其聚成光束才广泛应用起来。

表 1.1 低压和高压放电灯的基本特性

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2.高压放电灯的结构

尽管有例外，但一般而言，高压气体放电灯都有几乎相同的结构，图2.1显示了它的基本结构草图：

表 2.1 高压气体放电灯的结构示意图.

可能改变的组成是：内胆（1），外玻壳（2），灯头（3），引出线（4），消气片（5），电极（6）。

高压气体放电灯的核心就是内胆，在工作时，内胆产生放电，这是真正的光源，内胆有几个组成部分，每个部分都有自己的规格要求。

1.管子材料（也就是说：内胆壁的材料） 要求 ： -透光性

-高的熔点和低的蒸汽压 -耐化学腐蚀性 -气密性 -耐热冲击 -耐压

有两种材料符合这些要求：石英和陶瓷 2.电极 要求 -导电性 -高的熔点 -耐化学腐蚀性 -低的发射函数

唯一可以使用的材料就是钨，在很多情况下，我们会在电极上加一些发射材料来降低钨的发射函数

3.馈穿

这是一个真空气密的电导体材料， 要求

-热膨胀系数要和内胆管身材料匹配 -耐化学腐蚀性 -高的熔点

在实际应用中，我们使用钼作为石英管的封接材料，而使用铌作为陶瓷的封接材料。

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