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高壓鈉燈的工作原理

     高壓鈉燈(high pressure sodium lamp,HPS)是利用高氣壓鈉蒸氣放電來發(fā)光的,其研制成功是因為人們制造出了適合作為高壓鈉燈電弧管的多晶氧化鋁陶瓷材料,這種材料是半透明的并能承受高溫下鈉的侵蝕。如圖3.3.3所示,低氣壓的鈉蒸氣放電,有近85%的輻射能量集中于近乎單色光的雙D線。但如果提高放電管內(nèi)的鈉蒸氣壓的話,鈉的特征譜線會有強烈的自吸收,并逐步自反轉(zhuǎn)。在高氣壓的鈉蒸氣放電中,當(dāng)放電管內(nèi)鈉蒸氣的壓力升高到7000Pa左右時,諧振譜線D線就大大地增寬了,基本上覆蓋了可見光譜的主要部分。D線的中心部位由于自吸收受到了很強的抑制,出現(xiàn)了在原來D線位置處的暗區(qū)隔開的兩個峰位,稱為自反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。此時,輻射效率再次上升到極大值,光譜的增寬使放電的顏色變白,亦即燈的顯色性得到了明顯的改善。

圖3.3.3 不同氣壓的鈉蒸氣放電光譜分布

     高壓鈉燈的放電正柱區(qū)是中心溫度約4000K的等離子體,管壁溫度約為1000K。燈的大部分輻射產(chǎn)生在熾熱的中心區(qū)域,而大部分自吸收則發(fā)生在外層區(qū)域,于是形成了光譜中的兩個特征峰值。在高壓鈉燈中,約有40%的總輻射能量在增寬的D線區(qū)域,連同其他譜線的輻射,約有40%的總輻射能量在可見光區(qū)域。典型的400W高壓鈉燈的能量平衡如下:可見光輻射100W、紅外線譜和紅外連續(xù)譜100W、電極損耗20W正柱區(qū)的非輻射損耗180W(紫外區(qū)域的輻射可忽略)。特別應(yīng)注意的是,約有60W處在800~2500nm波長區(qū)域的紅外連續(xù)譜輻射。在568nm處有10W左右的輻射能量,這一點也很重要,因為這個

     波長緊靠人眼最靈敏的波長處。在幾乎所有高壓鈉燈中,除了含有鈉以外都含有汞和氙。氙氣(在室溫下氣壓約3000Pa)主要起啟動氣體的作用。雖然或氖混合氣比氙更容易啟動,但是氙氣的熱導(dǎo)小,所以能使燈有更高的光效。在工作穩(wěn)定的高壓鈉燈中,電弧管的溫度最低處填充物質(zhì)會凝聚成鈉汞齊,一般是在單個或兩個電極的后面,稱為“冷端”。為了在電弧里能維持所需的蒸氣密度,就需較多的汞齊,以便使鈉和汞的蒸氣壓和冷端的汞齊處在平衡狀態(tài)。由于冷端溫度和汞齊的組成成分對燈的電參量、光輸出和光效影響很大,因此對燈的這兩個設(shè)計變量的值,應(yīng)嚴(yán)格地加以選擇,并控制在很小的容差范圍內(nèi)。在燈的壽命期間,汞齊的溫度和成分的任何明顯的變化,都會引起高壓鈉燈所有工作特性的變化,如過高的燈管電壓會導(dǎo)致燈的工作不穩(wěn)定。典型的參考數(shù)據(jù)是高壓鈉燈在正常工作時,燈內(nèi)的鈉和汞的蒸氣壓分別是7000Pa和60000Pa。當(dāng)燈關(guān)掉后,電弧中的鈉和汞蒸氣凝結(jié)在電弧管較冷的表面上。通常在電極上或在電極的后面,電弧空間只留下氙氣。

     在高壓鈉燈穩(wěn)定電弧中有汞蒸氣的存在,起到緩沖氣體的作用。緩沖氣體能提高燈的光效是由于:

① 減少了由于熱傳導(dǎo)以及電子和離子單純向外擴散損失這兩個原因造成的功率損耗這樣由于電弧中心溫度的提高,就允許輻射功率增大。

② 和相同電弧電壓下的純鈉電弧相比,由于電弧電場增寬,于是電弧長度減短,亦即允許增加單位體積中的功率,也就增加了電弧溫度和輻射功率。因此,人們能制造出較緊湊的高壓鈉燈,從而能節(jié)約材料和降低制造成本。

雖然汞和氙在高壓鈉燈中都起著相當(dāng)重要的作用,但兩者在燈輻射的可見光譜中都不貢獻(xiàn)任何顯著譜線,其原因是這兩種元素的激發(fā)電位都比鈉高;它們在可見光區(qū)域的作用只是改變發(fā)射D線的形狀。如果提高充入燈內(nèi)氙氣的氣壓,就可以改善高壓鈉燈的光效,但缺點是啟動較困難,并增加制燈成本。

產(chǎn)品展示

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     基于EP拋光（316L，VIM+VAR）技術(shù)的發(fā)展，鑫視科shinsco采用國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)生產(chǎn)的EP管（316L，VIM+VAR）和EP自動閥門，替換了光催化活性評價系統(tǒng)的原有玻璃管路和閥門，并實現(xiàn)了PLC全面控制整套系統(tǒng)，實現(xiàn)了SSC-PCAE光催化活性評價系統(tǒng)的全自動化運行。

    SSC-PCAE光催化活性評價系統(tǒng)(Photocatalytic activity evaluation system)沿用半導(dǎo)體行業(yè)的真空技術(shù)，將玻璃管路和閥門替換為EP管和EP自動閥，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的全自動控制實驗過程，全自動在線采樣分析，實現(xiàn)了實驗中真正的全自動運行。SSC-PCAE光催化活性評價系統(tǒng)主要應(yīng)用于光解水、全解水、電催化、光催化CO2還原、光催化固氮、光電催化氣體產(chǎn)物分析、耐壓釜式反應(yīng)、催化反應(yīng)的微量氣體收集等。