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電光源

發布時間:2016-1-27 9:10:10   新聞來源:admin   瀏覽次數:8253

    將電能轉換為光能的器件或裝置。廣泛用于日常照明、工農業生產、國防和科研等方面。
 
    簡史  人類對電光源的研究始于18世紀末。19世紀初,英國的H.戴維發明碳弧燈。1879年,美國的T.A.愛迪生發明了具有實用價值的碳絲白熾燈,使人類從漫長的火光照明進入電氣照明時代。1907年采用拉制的鎢絲作為白熾體。1912年,美國的I.朗繆爾等人對充氣白熾燈進行研究,提高了白熾燈的發光效率并延長了壽命,擴大了白熾燈應用范圍。20世紀30年代初,低壓鈉燈研制成功。1938年,歐洲和美國研制出熒光燈,發光效率和壽命均為白熾燈的3倍以上,這是電光源技術的一大突破。40年代高壓汞燈進入實用階段。50年代末,體積和光衰極小的鹵鎢燈問世,改變了熱輻射光源技術進展滯緩的狀態,這是電光源技術的又一重大突破。60年代開發了金屬鹵化物燈和高壓鈉燈,其發光效率遠高于高壓汞燈。80年代出現了細管徑緊湊型節能熒光燈、小功率高壓鈉燈和小功率金屬鹵化物燈,使電光源進入了小型化、節能化和電子化的新時期。
 
    電光源的發明促進了電力裝置的建設。電光源的轉換效率高,電能供給穩定,控制和使用方便,安全可靠,并可方便地用儀表計數耗能,故在其問世后一百多年中,很快地得到了普及。它不僅成為人類日常生活的必需品,而且在工業、農業、交通運輸以及國防和科學研究中,都發揮著重要作用。
 
    世界上的照明用電(照明光源的耗電量)約占總發電量的10~20%。在中國,照明用電約占總發電量的10%。隨著中國現代化發展速度的加快,照明用電量逐年上升,而電力增長率又不相適應,因此,研制、開發和推廣應用節能型電光源已引起人們的高度重視。
 
     1984年,世界電光源總產量約 120億只,其中美國38.2億只、蘇聯24.6億只、日本18.6億只、中國13.1億只。中國電光源工業發展很快。1949年年產僅1000萬只,1987年已上升到近17億只(不包括臺灣省)。生產企業遍及各省,已形成一個從專用原材料生產到配套部件生產,從科研開發、教育培訓到企業生產的一個相對獨立的、完整的電光源工業體系。
 
     分類  電光源一般可分為照明光源和輻射光源兩大類。照明光源是以照明為目的,輻射出主要為人眼視覺的可見光譜(波長380~780nm)的電光源,其規格品種繁多,功率從0.1W到20kW,產量占電光源總產量的95%以上。輻射光源是不以照明為目的,能輻射大量紫外光譜(1~380nm)和紅外光譜(780~1×106nm)的電光源,它包括紫外光源、紅外光源和非照明用的可見光源。以上兩大類光源均為非相干光源。此外還有一類相干光源,它通過激發態粒子在受激輻射作用下發光,輸出光波波長從短波紫外直到遠紅外,這種光源稱為激光光源。
 
    照明光源品種很多,按發光形式分為熱輻射光源、氣體放電光源和電致發光光源3類。
    ①熱輻射光源:電流流經導電物體,使之在高溫下輻射光能的光源。包括白熾燈和鹵鎢燈兩種。
    ②氣體放電光源:電流流經氣體或金屬蒸氣,使之產生氣體放電而發光的光源。氣體放電有弧光放電和輝光放電兩種,放電電壓有低氣壓、高氣壓和超高氣壓3種。弧光放電光源包括:熒光燈、低壓鈉燈等低氣壓氣體放電燈,高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高強度氣體放電燈,超高壓汞燈等超高壓氣體放電燈,以及碳弧燈、氙燈、某些光譜光源等放電氣壓跨度較大的氣體放電燈。輝光放電光源包括利用負輝區輝光放電的輝光指示光源和利用正柱區輝光放電的霓虹燈,二者均為低氣壓放電燈;此外還包括某些光譜光源。
    ③電致發光光源:在電場作用下,使固體物質發光的光源。它將電能直接轉變為光能。包括場致發光光源和發光二極管兩種。
 
    結構和性能  不同類型的電光源有不同的結構,但一般都具有以下幾部分的零部件:作為發光體的燈絲、電極、熒光粉;作為發光體外殼的玻璃、半透明陶瓷管、石英管;作為引線的導絲、芯柱、燈頭;作為充填物的各類氣體、汞、金屬及其鹵化物;消氣劑、各類涂層、絕緣件及粘結劑等。
 
    電光源主要性能指標有6項:
    ①光量特性指標。包括總光通量、亮度、光強、紫外線量和熱輻射量等。
    ②光色特性指標。包括光色、色溫、顯色性、色度和光譜分布等。
    ③電氣特性指標。包括消耗功率、燈電壓、燈電流、啟動特性和干擾噪聲等。
    ④機械特性。包括幾何尺寸、燈結構和燈頭等。
    ⑤經濟特性。包括發光效率、壽命、價格和電費等。
    ⑥心理特性。包括燈外觀和舒適性等。
 
    生產工藝  除一些生產批量小的特種光源外,大量的電光源已采用現代化的中速和高速自動化生產線生產,產品質量高、生產效率高、成本低。普通照明白熾燈的主要生產工序包括熔制玻璃、吹制玻殼、繞制燈絲、制作芯柱、裝架、封口、排氣、老煉和組裝等。熒光燈還包括拉制玻管、涂敷熒光粉、烘烤、制作電極等工序。
 
    發展趨勢  主要是提高發光效率,開發體積小的高效節能光源,改善電光源的顯色性,延長壽命。達到上述目的的具體途徑是開發研制新型材料、采用新工藝以及進一步研究新的發光機理、開發新型電光源,而最為現實的途徑則是改進現有電光源的制造技術,采用新型的、自動化性能好的生產設備。
 
    主要性能參數  電光源的主要性能參數除一般反映光源性能的參數(如光通量、發光強度、照度、亮度、色溫、顯色性、顯色指數)外,還有發光效率、光源壽命、起動與再起動性能等。
 
    ①光通量:光源在單位時間內向周圍空間輻射并引起視覺的能量。 因為人眼對不同波長(λ)的光的感受靈敏度不同(對波長為550納米的黃、綠光最敏感),所以光通量不僅與光源的輻射強弱有關,還與光源光譜的光效率函數有關。光通量等于光源的輻射功率與光譜光效率函數(又稱相對視見率)的乘積,單位為流明(lm)。l流明相當于波長為550納米的單色輻射,其功率為1/680瓦的光通量。
 
    ②發光強度(光強):光源在某一特定方向上單位立體角內輻射的光通量。單位為坎(cd)。
 
    ③照度:受照體單位面積上接收的光通量。單位為勒(lx)。晴朗滿月夜的地面照度為0.21勒。
 
    ④亮度:光源在給定方向上單位投影面積上的發光強度。單位為坎/米2。無云的晴空,其平均亮度為0.5×104坎/米2,40瓦熒光燈表面的亮度為0.7 ×104坎/米2。
 
    ⑤色溫:光源發光的顏色與黑體加熱到某一溫度所發出的光的顏色相同時,這一溫度為光源的顏色溫度,簡稱色溫,白熾燈的色溫為2400~2900K。
 
    ⑥顯色性:光源顯現被照物體顏色的性能。同一顏色的物體在具有不同光譜功率分布的光源照射下會顯出不同的顏色。
 
    ⑦顯色指數:物體的顏色在待測光源的照射下與在另一相近色溫的黑體或日光參照光源照射下相符合的程度。顏色失真少則顯色指數高,光源的顯色性好。國際上規定日光參照光源的顯色指數為100。
 
    ⑧發光效率:簡稱光效,指電光源每消耗1瓦功率所發出的光通量,單位為流明/瓦(lm/W)。
 
    ⑨光源壽命:分為全壽命、有效壽命和平均壽命。全壽命指光源不能再起點和發光時所點燃的時間;有效壽命指光源的發光效率下降到初始值的70~80%時共計點燃的時間;平均壽命指每批抽樣試驗產品有效壽命的平均值。
 
    ⑩起動與再起動:電光源的起動隨不同光源有不同的要求。通常與電源電壓、起動時的溫度以及配套電器等有關。
 
    參考書目  復旦大學電光源實驗室編著:《電光源原理》,上海人民出版社,上海,1977。

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