3. Ксеноновые лампы: принцип действия, свойства, область применения.
Ксеноновая лампа представляет собой кварцевую колбу, центральная часть которой имеет шаровую или эллипсоидную форму. В колбу впаяны два вольфрамовых электрода. Внутренний объем колбы заполнен инертным газом — ксеноном — под давлением 6—8 кгс/см2. Принцип работы ксеноновой лампы основан на свечении атомов ксенона в межэлектродном промежутке под действием приложенного электрического напряжения. Во время работы лампы давление газов внутри колбы повышается до 20—30 кгс/см2, благодаря чему спектральный состав излучаемого светового потока приближается к спектру дневного света. Яркость разряда в межэлектродном промежутке значительно превышает яркость нити лампы накаливания и составляет 200-1000 Мкд/м2.
Ксеноновые лампы могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. В настоящее время в кинопроекционной аппаратуре применяются только лампы постоянного тока.
Ранее, в большинстве случаев ксеноновая лампа (рис. 19) работала в вертикальном положении (на данный момент широко применяются горизонтальные лампы), причем анод 2 располагается сверху. Анод имеет больший диаметр, чем катод 3, и делается более массивным, так как на нем выделяется значительно большая мощность и нагревается он сильнее.
Чтобы уменьшить нагрев колбы 1, особенно ее участков, расположенных вблизи анода, требуется интенсивное охлаждение — воздушное, а у мощных ламп (5 и 10 кВт) — водяное.
Разряд ксеноновой лампы имеет форму усеченного конуса, вытянутого по вертикали. Яркость по площади разряда распределяется неравномерно (рис. 20). По мере приближения к катоду она возрастает. Наибольшую яркость имеет зона разряда, расположенная в непосредственной близости к катоду (катодное пятно).
Для зажигания лампы требуется высокое напряжение 20— 30 кВ. На рис. 21 показана упрощенная электрическая, схема зажигания ксеноновой лампы. При замыкании контактов 1 сетевое напряжение 220 В подается на первичную обмотку повышающего трансформатора 2. Напряжение порядка 5 кВ, снимаемое со вторичной обмотки, подается к обкладкам конденсатора 3. Когда напряжение на обкладках конденсатора достигает определенной величины, происходит пробой воздушного промежутка разрядника 4; конденсатор разряжается на часть обмотки импульсного автотрансформатора 5. В контуре, образованном этим участком обмотки, разрядником и конденсатором, возникают высокочастотные колебания. При этом со всей обмотки импульсного автотрансформатора снимается напряжение порядка 20— 30 кВ. Под действием этого напряжения, приложенного к электродам ксеноновой лампы 6, через блокировочный конденсатор 7 происходит пробой межэлектродного промежутка, ионизация газа и возникает дуговой разряд, постепенно переходящий в газовый; лампа зажигается. После этого контакты 1 размыкаются; разряд поддерживается низким рабочим напряжением 20—30 В, подаваемым к лампе от электропитающего устройства.
Промышленность выпускает ксеноновые лампы мощностью от 500 до 10000 Вт. Лампы мощностью до 4000 Вт требуют воздушного охлаждения, а мощностью свыше 4000 Вт — воздушного и водяного охлаждения. Отечественные лампы с воздушным охлаждением имеют шифр ДКсШ (шаровые) или ДКсЭл — эллипсоидные, а с водяным охлаждением имеют шифр ДКсШРБ. Кроме буквенного обозначения в шифр лампы входит число, показывающее ее мощность в ваттах.
Ксеноновые лампы обладают хорошими характеристиками — высокой яркостью и световой отдачей, большим сроком службы и хорошей спектральной характеристикой излучения, благодаря этому они применяются во всей современной стационарной кинопроекционной аппаратуре.
Однако ксеноновые лампы имеют и некоторые недостатки. Так, вследствие большого давления ксенона внутри колбы возникает опасность ее разрыва. Поэтому при эксплуатации ламп следует соблюдать меры предосторожности: транспортировать, хранить и устанавливать лампу в кинопроекторе, не вынимая ее из специального защитного кожуха, защищать лицо щитком из оргстекла при установке лампы или при открывании фонаря кинопроектора.
При горении лампы кварцевая колба пропускает ультрафиолетовое излучение, выделяемое разрядом, что приводит к ионизации воздуха и образованию озона и окислов азота, которые при достаточно большой концентрации и длительном воздействии вредны для человека. Поэтому фонари кинопроекторов с ксеноновыми лампами требуют принудительной вытяжки для удаления образующихся газов.
Сложная система зажигания и необходимость принудительной вентиляции затрудняют применение ксеноновых ламп в передвижной кинопроекционной аппаратуре.
В настоящее время широко применяются ксеноновые лампы с горизонтальным расположением электродов, что позволяет использовать ее в сочетании с глубокими отражателями и обеспечивать существенное увеличение светового потока осветительно-проекционной системы. В большей своей массе эти лампы являются «безозонными» и не выделяют вредных газов.
3. Ксеноновые лампы: принцип действия, свойства, область применения.
Ксеноновая лампа представляет собой кварцевую колбу, центральная часть которой имеет шаровую или эллипсоидную форму. В колбу впаяны два вольфрамовых электрода. Внутренний объем колбы заполнен инертным газом — ксеноном — под давлением 6—8 кгс/см2. Принцип работы ксеноновой лампы основан на свечении атомов ксенона в межэлектродном промежутке под действием приложенного электрического напряжения. Во время работы лампы давление газов внутри колбы повышается до 20—30 кгс/см2, благодаря чему спектральный состав излучаемого светового потока приближается к спектру дневного света. Яркость разряда в межэлектродном промежутке значительно превышает яркость нити лампы накаливания и составляет 200-1000 Мкд/м2.
Ксеноновые лампы могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. В настоящее время в кинопроекционной аппаратуре применяются только лампы постоянного тока.
Ранее, в большинстве случаев ксеноновая лампа (рис. 19) работала в вертикальном положении (на данный момент широко применяются горизонтальные лампы), причем анод 2 располагается сверху. Анод имеет больший диаметр, чем катод 3, и делается более массивным, так как на нем выделяется значительно большая мощность и нагревается он сильнее.
Чтобы уменьшить нагрев колбы 1, особенно ее участков, расположенных вблизи анода, требуется интенсивное охлаждение — воздушное, а у мощных ламп (5 и 10 кВт) — водяное.
Разряд ксеноновой лампы имеет форму усеченного конуса, вытянутого по вертикали. Яркость по площади разряда распределяется неравномерно (рис. 20). По мере приближения к катоду она возрастает. Наибольшую яркость имеет зона разряда, расположенная в непосредственной близости к катоду (катодное пятно).
Для зажигания лампы требуется высокое напряжение 20— 30 кВ. На рис. 21 показана упрощенная электрическая, схема зажигания ксеноновой лампы. При замыкании контактов 1 сетевое напряжение 220 В подается на первичную обмотку повышающего трансформатора 2. Напряжение порядка 5 кВ, снимаемое со вторичной обмотки, подается к обкладкам конденсатора 3. Когда напряжение на обкладках конденсатора достигает определенной величины, происходит пробой воздушного промежутка разрядника 4; конденсатор разряжается на часть обмотки импульсного автотрансформатора 5. В контуре, образованном этим участком обмотки, разрядником и конденсатором, возникают высокочастотные колебания. При этом со всей обмотки импульсного автотрансформатора снимается напряжение порядка 20— 30 кВ. Под действием этого напряжения, приложенного к электродам ксеноновой лампы 6, через блокировочный конденсатор 7 происходит пробой межэлектродного промежутка, ионизация газа и возникает дуговой разряд, постепенно переходящий в газовый; лампа зажигается. После этого контакты 1 размыкаются; разряд поддерживается низким рабочим напряжением 20—30 В, подаваемым к лампе от электропитающего устройства.
Промышленность выпускает ксеноновые лампы мощностью от 500 до 10000 Вт. Лампы мощностью до 4000 Вт требуют воздушного охлаждения, а мощностью свыше 4000 Вт — воздушного и водяного охлаждения. Отечественные лампы с воздушным охлаждением имеют шифр ДКсШ (шаровые) или ДКсЭл — эллипсоидные, а с водяным охлаждением имеют шифр ДКсШРБ. Кроме буквенного обозначения в шифр лампы входит число, показывающее ее мощность в ваттах.
Ксеноновые лампы обладают хорошими характеристиками — высокой яркостью и световой отдачей, большим сроком службы и хорошей спектральной характеристикой излучения, благодаря этому они применяются во всей современной стационарной кинопроекционной аппаратуре.
Однако ксеноновые лампы имеют и некоторые недостатки. Так, вследствие большого давления ксенона внутри колбы возникает опасность ее разрыва. Поэтому при эксплуатации ламп следует соблюдать меры предосторожности: транспортировать, хранить и устанавливать лампу в кинопроекторе, не вынимая ее из специального защитного кожуха, защищать лицо щитком из оргстекла при установке лампы или при открывании фонаря кинопроектора.
При горении лампы кварцевая колба пропускает ультрафиолетовое излучение, выделяемое разрядом, что приводит к ионизации воздуха и образованию озона и окислов азота, которые при достаточно большой концентрации и длительном воздействии вредны для человека. Поэтому фонари кинопроекторов с ксеноновыми лампами требуют принудительной вытяжки для удаления образующихся газов.
Сложная система зажигания и необходимость принудительной вентиляции затрудняют применение ксеноновых ламп в передвижной кинопроекционной аппаратуре.
В настоящее время широко применяются ксеноновые лампы с горизонтальным расположением электродов, что позволяет использовать ее в сочетании с глубокими отражателями и обеспечивать существенное увеличение светового потока осветительно-проекционной системы. В большей своей массе эти лампы являются «безозонными» и не выделяют вредных газов.
Чем отличается ксенон от биксенона
• Ксеноновая лампа наполнена газом, от обычных ламп она отличается главным образом тем, что не имеет нити накаливания. Принцип работы лампы заключается в следующем: между двумя электродами проходит высокое напряжение, это вызывает свечение газа, находящегося в лампе. Ксеноновая лампа обладает постоянным излучением, менять его направление не способна.
• Биксеноновая лампаявляется той же ксеноновой лампой, но снабжена механизмом, который может менять направление свечения. В роли такого механизма выступает металлическая шторка, которая перемещается под действием магнита, открывая при этом разные участки лампы.
СРАВНЕНИЕ КСЕНОНА И БИКСЕНОНА:
В чем же отличия биксеноновых ламп от ксеноновых? Если говорить по-простому, то ксеноновые лампы могут давать только ближний свет, а вот технология биксеноновых ламп устроена таким образом, что свет здесь можно переключать с ближнего на дальний. Биксеноновое освещение построено на изменении фокусного расстояния (дальний и ближний фокус) обычной ксеноновой лампы, которая может менять свое положение, используя «плавающую колбу» или переключающий рефлектор-шторку.
Ксеоновыми фарами оснащаются представительские автомобили, которые оборудованы чуть ли не проблесковыми маячками. Такие фары обеспечивают отличное освещение дороги. Заменив привычные галогенки на ксеон, вы просто удивитесь, как могли передвигаться без них раньше. Не забывайте, что яркость света – непременное условие безопасной езды. Свет таких ламп не ослепляет встречных водителей, они очень экономичны и служат минимум два года.
У ксенона и биксенона принцип формирования свечения одинаковый, по показателям яркости свечения, надежности и экономичности они не различаются. Но если в вашей машине не предусмотрена раздельная оптика, есть смысл обратить внимание на биксеоновые лампы. Установить их можно и самостоятельно, если следовать инструкции. При покупке стоит обратить внимание на обозначение цоколя лампы.
Таким образом, определили, что разница между ксеноном и биксеноном заключается в следующем:
1. Ксенон и биксенон имеют одинаковый принцип формирования свечения.
2. Стандартный ксенон можно устанавливать как в ближний, так и в дальний свет, биксенон совмещает в себе ближний и дальний свет в одном корпусе.
3. Переключение биксенона осуществляется за счет механизма, который меняет направление света.
4. Биксенон устанавливают вместо двухнитевой лампы.
5. Стоимость оборудования биксенона дороже ксенона.
Ксеноновая лампа
Ксено́новая ла́мпа, разновидность газоразрядных ламп высокой интенсивности. Ксеноновая лампа создаёт свет, пропуская ток через газ , подобно люминесцентной лампе . Ксеноновая лампа имеет широкий круг областей применения: на складах, в автомобильных фарах, уличном освещении , стадионах и других, а также в медицине для микроскопических исследований , включая эндоскопию , стоматологию и глазное тестирование. Ксеноновые лампы демонстрируют самую высокую яркость и излучаемую мощность из всех непрерывно работающих источников света, потому что на электроды подаётся высокое напряжение, которое высвобождает искры, создавая световую вспышку. Ксеноновые лампы используются также во флуоресцентных микроскопах и в цветоизмерительных приборах. Многие красители чувствительны к свету ( фотохромные ) или к теплу (термохромные).
Конструкции ксеноновых ламп группируются в несколько видов: шаровые, керамические и трубчатые. Ксеноновые лампы шаровой конструкции используются чаще в автомобилях . Лампы с керамической конструкцией используются в фармацевтическом производстве . Трубчатые ксеноновые лампы применяются для уличного освещения, а также для освещения общественных и промышленных объектов. Средняя продолжительность работы ксеноновой лампы около 2–3 тыс. ч, в среднем это на 200–400 % дольше, чем у их галогенных аналогов. Срок службы дуговой ксеноновой лампы зависит от уменьшения светового потока в результате испарения вольфрама , который со временем скапливается на внутренней стенке оболочки. Разрушение катодного наконечника также способствует старению лампы. Частое зажигание лампы, как правило, ускоряет износ электрода и приводит к преждевременному почернению оболочки. Также на уменьшение срока службы ксеноновой лампы влияет перегрев , низкий ток, пульсация источника питания. Срок службы ксеноновой лампы заканчивается, когда мощность ультрафиолетового излучения снижается примерно на 25 %. Как правило, ксеноновые лампы следует заменять, даже если они всё ещё зажигаются после того, как средний срок службы превышен на 25 %.
В отличие от ртутных и металлогалогенных источников освещения, ксеноновая лампа создаёт практически непрерывный и однородный спектр во всей видимой области излучения. Ксеноновая лампа имеет цветовую температуру приблизительно 6000 К (близкую к температуре солнечного света) и не имеет заметных линий излучения. В сине-зелёной (от 440 до 540 нм) и красной (от 685 до 700 нм) областях спектра ксеноновая лампа мощностью 75 Вт ярче, чем сопоставимая ртутная дуговая лампа мощностью 100 Вт. Примерно 70 % мощности ксеноновой лампы приходится на длины волн более 700 нм, в то время как менее 5 % мощности приходится на длины волн менее 400 нм. Чрезвычайно высокое давление ксеноновых ламп во время работы (в диапазоне от 40 до 60 атмосфер) расширяет спектральные линии, обеспечивая гораздо более равномерное распределённое возбуждение флуорофоров по сравнению с узкими и дискретными линиями излучения, создаваемыми ртутными лампами.
Ксеноновые лампы были представлены в 1951 г. немецким производителем освещения Osram, они заменили угольные дуговые лампы. BMW 7-й серии 1991 г. выпуска стал первым автомобилем , в котором для освещения пути использовался ксенон.
Ксеноновая лампа использует электрическую дугу вместо металлической нити накала, что обеспечивает больше люменов (измерение светового потока) при меньшем потреблении электроэнергии. Свет создаётся путём заполнения дуговой трубки газом ( ксеноном ) и пропускания электрической дуги между двумя вольфрамовыми электродами . Ксенон инертен и нетоксичен.
Большинство высокоэффективных ксеноновых ламп оснащены внутренним отражающим зеркалом, соединённым с системой линз. Конструкции отражателей варьируются от простых вогнутых зеркал до зеркал сложных эллиптических, сферических, параболических геометрий, которые более эффективно организуют и направляют излучение лампы на коллекторную линзу. Использование конического отражателя позволяет достичь максимальной эффективности (до 85 %), что является значительным улучшением по сравнению с обычными системами обратного отражения, эффективность которых колеблется от 10 до 20 %. Покрытия на всех зеркалах должны пропускать инфракрасные волны . Ксеноновые лампы также включают в себя инфракрасные блокирующие фильтры для ослабления инфракрасных длин волн.
Одним из основных требований к использованию ксеноновой дуговой лампы для флуоресцентной микроскопии является стабильность выхода излучения. Выходная интенсивность излучения ксеноновой лампы пропорциональна току, протекающему через лампу. Источники питания должны иметь пусковое устройство для зажигания лампы. Блок питания отвечает за поддержание катода при оптимальной рабочей температуре с использованием определённого уровня тока. Схема источника питания ксеноновой лампы в зависимости от конструкции стабилизирует напряжение, ток и общую мощность. Если напряжение стабилизировано, яркость лампы будет медленно уменьшаться по мере разложения электродов.
Ксеноновые дуговые лампы изготавливаются со сферическими или эллипсоидальными оболочками, состоящими из плавленого кварца , одного из немногих оптически прозрачных материалов, который способен выдерживать чрезмерные тепловые нагрузки и высокое внутреннее давление. Для большинства применений в оптической микроскопии кварцевый сплав, используемый в ксеноновых лампах, обычно легирован соединениями церия или диоксидом титана для поглощения ультрафиолетовых волн, которые служат для образования озона . Подобно ртутным лампам, кварцевые трубки, используемые для корпусов ксеноновых ламп, тщательно формуются в готовую колбу. Во время эксплуатации корпус лампы может достигать температуры в диапазоне от 500 до 700 °C, что требует жёстких норм допуска при изготовлении для минимизации риска взрыва.
Анодный и катодный электроды в ксеноновых лампах изготавливаются из кованого вольфрама или специализированных вольфрамовых сплавов, легированных соединениями оксида тория или бария для повышения эффективности электронной эмиссии . При изготовлении ксеноновых ламп используется только высококачественный вольфрам, который гарантирует, что электроды лампы выдержат чрезвычайно высокую температуру дуги (более 2000 °C для анода), возникающую во время работы. Катод припаивается к молибденовому стержню или пластине. Стержень анода состоит из твёрдого вольфрама, поскольку он подвергается гораздо более высоким температурам. Оба электрода очищаются ультразвуком и подвергаются термической обработке для удаления остатков смазочных материалов и загрязнений перед герметизацией в колбе лампы. На этапах герметизации лампы катод и анод крепятся к полоскам очень тонкой молибденовой ленты с помощью градуированного уплотнения, которое компенсирует разницу в тепловом расширении между кварцевой трубкой и металлическими стержнями электродов. Уплотнение достигается путём термокомпрессии кварцевой трубки к молибденовой фольге, помещённой в вакуум для предотвращения окисления. Затем лампу охлаждают жидким азотом, чтобы газообразный ксенон затвердел, удаляют заполняющую трубку и полностью запечатывают оболочку. После возвращения к комнатной температуре готовая лампа находится под давлением, поскольку ксенон возвращается в газообразное состояние. Заключительный этап процесса сборки ксеноновой лампы состоит в добавлении никелированных латунных выводов (т. н. наконечников, или оснований) к каждому концу лампы.
Срок службы современных ксеноновых ламп достигает 10 тыс. ч.
Опубликовано 31 марта 2023 г. в 12:45 (GMT+3). Последнее обновление 31 марта 2023 г. в 12:45 (GMT+3). Связаться с редакцией