气体放电原理复习

第一次作业

总结紧凑型荧光灯的以下特性：

增加单位弧长辐射功率的原理 ，常用的管径，分类，采用的玻璃管材料、荧光 粉类型和其他涂敷技术，控制灯中汞蒸气压的具体方法，基本的应用场合。 答：

（1）通过缩小管径，提高灯的 E 值来增加单位弧长辐射功率。

（2）传统的紧凑型荧光灯，小功率管径为 12 mm，中大功率为 17 mm，现在（为适应对灯体积进一步小型化的要求）常用管径减小到 9 mm和7 mm。 （3）分为灯管和镇流器分开的非一体化紧凑型荧光灯，以及灯管和镇流器装在一起的一体化紧凑型荧光灯。

（4）往往采用低钠无铅玻璃，管壁负载较高的灯中还需涂敷保护膜。采用

稀土三带荧光粉，为降低成本可采用双涂层技术，为改善光维持性能可采用荧光粉包膜技术等。

（5）控制汞蒸气压的方法分为控制冷端温度和使用汞齐两种方法。在紧凑型荧光灯中，通过接桥的高度来控制汞蒸气压是最常用的技术。具有封闭灯罩的一体化紧凑型荧光灯则使用汞齐。

（6）主要用作照明，可用作壁灯、吸顶灯，作装饰照明之用，或替代白炽灯用在台灯等灯具中。

第二次作业

1. 对 40 W 的 T12 白色荧光灯，计算其表面负载。

解：由表 5.4.1 可知 Pl = 40 W 的 T12 白色荧光灯的各个参数： d = 38 mm ， Il = 0.40 A ， E = 0.81 V cm ，αl = 0.90 ，隋性气体为 400 Pa 的氩气。则管压降

为

Pl

V = = 111.11 V. l

αl Il

由图 5.4.6 可知充入 400 Pa 氩气时的阴极位降为VAK ≈ 17.5 V ，则正柱区长度为

Vl ? VAK l = = 115.57 cm, c E

暗区长度 ld 通常为 20~40 mm，如取 30 mm，则弧长为larc = lc + ld = 118.57

cm 。 因此，灯管的表面负载为

Pl

W = ≈ 0.028 W cm2 . s

π dlarc

2. 对 400 W 的高压汞灯，计算其电弧管的表面负载。

解：由表 6.2.1 可知， Pl = 400 W 的高压汞灯的弧长 larc = 6.5 cm ，管径 d 的范围 为 1.70~1.75 cm，如取 d = 1.70 cm ，则其电弧管的表面负载为

W s =

Pl ≈ 11.5 W cm2 . π dlarc

3. 对 75 W 的球形超高压汞灯，计算其泡壳的表面负载。

解：由课本 P226 可知 Pl = 75 W 的球形超高压汞灯，其外半径 r0 = 0.7 cm ，壁厚 t′ = 1.8 mm ，因此其泡壳的表面负载（定义为单位内表面上承受的功率）为

W s = Pl 2

2≈ 22 W cm.

4π ( r0 ? t′)

4. 对 500 W 的毛细管超高压汞灯，计算其表面负载。

解：由表 6.3.2 可知 Pl = 500 W 的球形超高压汞灯的参数为弧长larc = 12.5 mm ，管 径 d = 2 mm ，则其表面负载为

P

Ws = l ≈ 637 W cm2 .

π dlarc

第三次作业

1. 从以下几个方面比较低压汞灯和低压钠灯的特性： （1）最佳蒸气压和管壁温度、最佳直径、电流密度； （2）共振辐射波段、光效

（3）惰性气体辅助启动的具体机制，最佳气压，有无其他考虑； （4）放电管玻璃材料；

（5）电极材料和启动方式，工作温度； （6）现在常用的灯启动方式和过程。 答：

（1）低压汞灯最佳汞蒸气压为 0.8Pa，相应管壁温度为 40℃，最佳直径为 38

mm，电流密度 0.03~0.13A/cm2。低压钠灯最佳钠蒸气压为 0.4Pa，相应管壁温 度为 260℃，最佳直径为 14~19mm，电流密度 0.1~0.6A/cm2 或更小。

（2）低压汞灯共振辐射波段为 253.7 nm 和 185.0 nm 的紫外波段，光效只有

5~6lm/W

。

低压钠灯的共振辐射波段集中在589.0 nm 和 589.6 nm 的钠黄双线，单

纯这两条谱线的辐射光效为 520 lm/W，考虑所有输入功率全部变成辐射时的光效为 450 lm/W，如选择最佳放电条件，可得 250~300lm/W，实际常用的低压钠灯光效在

200lm/W 左右。

（3）低压汞灯充入惰性气体时通过惰性气体与电子的碰撞，增大电子与汞原子 碰撞并使之电离的几率，充氩气时，氩－汞气体之间的潘宁效应辅助启动。

灯的着火主要是靠汞原子的电离。最佳的氩气气压在 100 Pa 左右，考虑

到高气压对防止电极溅射、减少阴极蒸发、延长灯的寿命有利，应适当提高充气气压。

低压钠灯中，由于启动时钠原子浓度过低，灯的着火主要是靠氩气的电

离。充入氖－氩混合气体可利用其潘宁效应大大降低启动电压。最佳气压为 10~100Pa，考虑到减轻“氩清除效应”，气压应升高到 400~2000 Pa。

（4）低压汞灯的放电管玻璃主要是由硅酸盐玻璃制成，视对管壁负载的不同要 求采用钠钙玻璃或低钠无铅玻璃等。低压钠灯内壁必须使用只含极少量或不含二氧化硅的抗钠玻璃，可以使用套料玻璃。

（5）低压汞灯和低压钠灯的电极均主要为钨螺旋碱土金属（如钡）氧化物电极。

低压汞灯的电极主要（常）采用预热启动，电极工作温度为 900~1000 ℃，而低压钠灯的电极常采用冷启动，热点工作温度（为） 1200~1500 K。 （6）低压汞灯常用电感镇流器启动，启动方式可分为带启辉器的启动方式和不带启辉器的启动方式。带启辉器的启动过程：电源接通时启辉器产生辉光

放电， 使双金属片与固定的电极接触，电流加热电极灯丝，使其达到热发射的温度，经 过

预热发射出大量电子，大大降低启动电压。双金属片冷却一段时间后断开，断 开瞬间在镇流器的两端产生一个很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用到灯 上，使灯点燃。

低压钠灯常采用开路电压较高的漏磁变压器直接启动。

2. 从以下几个方面比较高压汞灯和高压钠灯的特性： （1）放电辐射特性，放电气体状态（是否饱和）；

（2）灯启动方式和启动过程。 答：（1）高压汞蒸气放电时，所产生的光谱线

都被放宽，有效宽度随气压和电流 密度而增加，同时谱线中心位置向长波或短波位移，大部分谱线往长波移动。

253.7 nm 和 185.0 nm 的共振辐射自吸收严重，在很高的气压下短于 280.0

nm 的 区域完全没有辐射，并且出现一定的连续光谱背景。放电气体

处于非饱和工作状态。

高压钠蒸气放电时，钠的共振 D 线并未消失，而是出现自反现象，放宽

了的共振线两翼得到加强，另外还有其他的可见光和红外辐射谱线，紫外辐射很少。 高压钠灯（放电气体）处于饱和工作状态。

（2）高压汞灯采用电感镇流器加辅助电极的启动方式，电源接通后，通过辅助电极和与它相邻的主电极之间的辉光放电产生大量的电子和离子，这些带电粒子在主电极电场作用下，很快产生繁流过程，过渡到两主电极之间的弧光

放电。

高压钠灯不使用辅助电极，现在普遍采用电子启动器产生一个约 3 kV， 10~100 μs 的高压脉冲产生触发。电路图见图 7.3.11，在正半周中，电源对电容 C1 充电，在负半周，电源电压与电容 C1 上所充的电压叠加在一起加在可控硅 T 上。在负半周的某一点，可控硅导通，原来加在它上面的电压几乎完全加在镇流

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