fényforrások 3 fénycsövek

2008.09.29. BME VIK 1

Fényforrások 3Fénycsövek

Schmidt Gábor képeinek felhasználásával

2008.09.29. BME VIK 2

Fényforrások rendszere

Hőmérsékleti sugárzók

Kisülőlámpák Szilárdtest sugárzók (LED)

•Izzólámpák•Halogén izzólámpák

•Kisnyomású•Nagynyomású

2008.09.29. BME VIK 3

IsmétlésIsmétlés

• kötött elektronok - sávok, vagy nívók közötti átmenetkötött elektronok - sávok, vagy nívók közötti átmenetdiszkrét energianívókdiszkrét energianívók

3.Szilárdtest sugárzók (Lighting Emitting Diode)• Félvezetőn alapul p-n átmenetre nyitóirányú feszültséget

kapcsolnak p is n is az érintkezési felület felé mozognak és rekombinálódnak

Csoportosítás a fénygerjesztés mechanizmusa alapján:Csoportosítás a fénygerjesztés mechanizmusa alapján:NAGYOBBNAGYOBB KISEBB ENERGIANÍVÓ, SUGÁRZÁS KISEBB ENERGIANÍVÓ, SUGÁRZÁS

1. Hőmérsékleti sugárzók• kváziszabad elektronok sugárzása – sávon belüli átmenet kváziszabad elektronok sugárzása – sávon belüli átmenet

minden lehetséges minden lehetséges energiaérték megengedettenergiaérték megengedett2. Lumineszcens sugárzók (lumineszcencia-hidegen sugárzás)

2008.09.29. BME VIK 4

Kisülőlámpák

• Kisnyomású • Nagynyomású– Higanylámpa

– Kevertfényűlámpa

– Nátriumlámpa

– Fémhalogénlámpa

–Kompaktfénycső

–Nátriumlámpa

–Elektróda nélküli lámpák

–Fénycső

2008.09.29. BME VIK 5

Gázkisülések Gázkisülések

..

Gázatom (rendszáma n):• magjában n számú proton, és neutron (ezek együttes száma a tömegszám)• a mag körül n számú elektron kering (meghatározott pályákon) az energiaszintek szigorúan meghatározottak• az elektronok két csoportja:

• erősen kötött elektronok (az atommag közelében)• vegyérték- (valencia) elektronok (külső pályákon)

Valencia elektronok:• kémiai kötések létrehozása• könnyen gerjeszthetők• nagyobb energiával leválaszthatók az atomról (ionozás)

2008.09.29. BME VIK 6

Folyamatok gázkisülésben Folyamatok gázkisülésben

Ütközés

Rugalmatlan

Rugalmas veszteség

2008.09.29. BME VIK 7

Ritkított gáztérbenRitkított gáztérbenvizsgáljuk az áramvezetést:vizsgáljuk az áramvezetést:

R Ube

2008.09.29. BME VIK 8

Folyamatok gázkisülésben Folyamatok gázkisülésben 2.2.

A csőre adott feszültséget növeljük:1.1. A kozmikus sugárzás által keltett A kozmikus sugárzás által keltett

kis számúkis számú töltéshordozók töltéshordozók (lineáristól való kezdeti eltérés: (lineáristól való kezdeti eltérés: rekombináció)rekombináció)

2.2. Telítés (a kis számú töltés hordozó Telítés (a kis számú töltés hordozó eljut az elektródákhoz; eddig nincs eljut az elektródákhoz; eddig nincs fényjelenség)fényjelenség)

3.3. Töltéslavina (Townsend-kisülés)Töltéslavina (Townsend-kisülés)- ütközési ionozás- ütközési ionozás- az áram a feszültséggel változik- az áram a feszültséggel változik

A kisülés önfenntartóvá válik.A kisülés önfenntartóvá válik.

2008.09.29. BME VIK 9

Folyamatok gázkisülésben Folyamatok gázkisülésben 2.2.

Az áramerősség növelésével:• kialakul a pozitív tértöltés kialakul a pozitív tértöltés

és a katódesés (5,6)és a katódesés (5,6)• További áramerősség növeléskor További áramerősség növeléskor

a feszültség nem változik (6, a feszültség nem változik (6, katódfény a katódon)katódfény a katódon)

• parázsfény kisülés (7)parázsfény kisülés (7)• Termikus emisszió (8)Termikus emisszió (8)• ívkisülés (9, áramkorlátozás !)ívkisülés (9, áramkorlátozás !)

2. Az ívkisülés jellemzői:

kisnyomás, kis áramsűrűség

rezonancia vonalak gerjednek,

nagy közepes úthossz,

2008.09.29. BME VIK 10

Szempontunkból érdekes anyagok ionizációs energiái.

Helium (He)Helium (He) 24,58 eV24,58 eV

Neon (Ne)Neon (Ne) 21,56 –”-21,56 –”-

Argon (Ar)Argon (Ar) 15,76 –”-15,76 –”-

Kripton (Kr)Kripton (Kr) 13,99 –”-13,99 –”-

Xenon (Xe) Xenon (Xe) 12,12 –”-12,12 –”-

Higany Hg)Higany Hg) 10,38 –”-10,38 –”-

Nátrium (Na)Nátrium (Na) 5,12 –”-5,12 –”-

2008.09.29. BME VIK 11

A higany gerjesztési nívóiA higany gerjesztési nívói

• alapállapot

• rezonanciavonal (az alapállapotba való (az alapállapotba való visszatéréskor kisugárzott visszatéréskor kisugárzott vonal)vonal)• más gerjesztett nívók(sugárzás után a (sugárzás után a rezonanciavonalra kerül az rezonanciavonalra kerül az elektron)elektron)• metastabil nívók(innen nincs sugárzás által (innen nincs sugárzás által kísért visszalépés, kísért visszalépés, energiacsökkentés ütközéssel)energiacsökkentés ütközéssel)

2008.09.29. BME VIK 12

Fénycső felépítése

Állvány részei:

Árambevezető

Szívócső

Árnyékolótartó, árnyékológyűrű

Elektróda emissziós bevonattal (alkáliföldfém)

FejÁrambevezetőBeforrasztásÁllványHigany (amalgám)csepp

Fénycső def:lágyüveg cső;fénypor bevonattal;Hg-al és nemesgázzal;kis nyomás;két végén W elektródákkal.

2008.09.29. BME VIK 13

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

hullámhossz, nm

rel.

in

ten

zitá

s

CIE F1, 6430 K

CIE F2*, 4230 K

CIE F4, 2940 K

Halofoszfát fényporos fénycső spektrális eloszlása

2008.09.29. BME VIK 14

Különböző színhőmérsékletű háromsávos fénycsövek Különböző színhőmérsékletű háromsávos fénycsövek spektrumaspektruma

2008.09.29. BME VIK 15

Fénycső energiafolyam-ábra és fényáram-tartása

2008.09.29. BME VIK 16

MéretekÁtmérő meghatározója: áramsűrűség (I/A) [ív a Átmérő meghatározója: áramsűrűség (I/A) [ív a

teljes csőkeresztmetszetre teljes csőkeresztmetszetre kiterjed]kiterjed]

≈≈35 mm35 mm

Hossz meghatározója: térerősség Hossz meghatározója: térerősség ≈ 1 V/cm ≈ 1 V/cm munkapontnak megfelelően I fv-munkapontnak megfelelően I fv-ében > 1m →1200mmében > 1m →1200mm

Jellemző átmérők: 38 mm (T12); 26 mm (T8); 16mm Jellemző átmérők: 38 mm (T12); 26 mm (T8); 16mm (T5); 8 mm (T2)(T5); 8 mm (T2)

2008.09.29. BME VIK 17

Fénycsövek főbb jellemzőiTeljesítmény: 4 – 80 W; Fényáram: 200 – 7000 lmFényhasznosítás: *100 lm/WRövid felfutási és újragyújtási idejűÉlettartamuk: 10-15 kh ( átlagos égési időtartam 3 h, tápfeszültség ingadozás max. –10%, környezeti hőmérséklet megfelelő előtét és gyújtó esetén)Színhőmérséklet: 2700-6500 KSzínvisszaadás (fénypor függő) 65-85Vonalas színkép

2008.09.29. BME VIK 18

Hagyományos és elektronikus előtétekHagyományos és elektronikus előtétek

2008.09.29. BME VIK 19

Fénycsöveknél:

Név-leges

teljesít-ményPn; W

 Előtét típusa

Előtét veszte-sége Pe; W

Hálózati felvett

teljesítményPΣ; W

 Fény-áram

Φ; klm

 Fényhasz-

nosítαsη*; lm/W

 Meg-

jegyzés

 36

Hagyományos (KVG)

 9

 45

 3

 66,7

26 mm átmérőjű

 36

Kisveszteségű (VVG)

6 42 3 71,4 26 mm átmérőjű

 36

Elektronikus (EVG)

3 32+3 3,3 94,3 .

2008.09.29. BME VIK 20

A fénycsövek gyújtása A fénycsövek gyújtása

..

A gyújtófeszültség a következő tényezőktől függ:A gyújtófeszültség a következő tényezőktől függ:• elektródtávolság (növekedésével nő a gyújtófeszültség, ugyanis elektródtávolság (növekedésével nő a gyújtófeszültség, ugyanis csökken az elektronokra ható gyorsítóerő)csökken az elektronokra ható gyorsítóerő)• a gáz nyomása (minimumgörbe szerint, a gáz nyomása (minimumgörbe szerint, Paschen: UPaschen: Ustst = f(pd)) = f(pd))• a gáz anyagi minőségea gáz anyagi minősége• gázkeverékek (Penning, az adalékgáz csökkenti gázkeverékek (Penning, az adalékgáz csökkenti a gyújtófeszültséget, ha az alapgáznak van a gyújtófeszültséget, ha az alapgáznak van metastabil gerjesztett állapota, s ez nagyobbmetastabil gerjesztett állapota, s ez nagyobb energiájú, mint az adalék ionozási energiája)energiájú, mint az adalék ionozási energiája)• csőátmérő (csökkentésével nő a gyújtási feszültség, csőátmérő (csökkentésével nő a gyújtási feszültség, megnő a fali rekombináció szerepe)megnő a fali rekombináció szerepe)• az elektród alakja, minőségeaz elektród alakja, minősége

2008.09.29. BME VIK 21

Fénycső gyújtó felépítése

(bimetálos)

1. Elektróda

2. Ikerfém elektróda

3. Zavarszűrő kondenzátor

4. Bura (üveg)

5. Tokozat

2008.09.29. BME VIK 22

Hagyományos, ikerfém gyújtóHagyományos, ikerfém gyújtó

2008.09.29. BME VIK 23

A fénycsövek üzemeltetéseA fénycsövek üzemeltetéseElektronikus előtétElektronikus előtét

2008.09.29. BME VIK 24

Speciális fénycső-típusok Speciális fénycső-típusok 1.1. Robbanásbiztos (FX) fénycsövekRobbanásbiztos (FX) fénycsövek

• egycsapos fejegycsapos fej• belső gyújtócsíkbelső gyújtócsík• a gyújtócsík egyik vége galvanikusan érintkezik az egyik a gyújtócsík egyik vége galvanikusan érintkezik az egyik árambevezetővel, a másiknál hézagárambevezetővel, a másiknál hézag• parázsfény kisülés: begyújtáshoz szükséges melegfejlesztésparázsfény kisülés: begyújtáshoz szükséges melegfejlesztés

2008.09.29. BME VIK 25

Speciális fénycső-típusok Speciális fénycső-típusok 2.2. Rapidstart fénycsövekRapidstart fénycsövek

• külső gyújtócsíkkülső gyújtócsík• néhány mm széles bronzpor csíknéhány mm széles bronzpor csík• egyik vége 1 Megyik vége 1 M ellenálláson keresztül összekötve ellenálláson keresztül összekötve az elektróddalaz elektróddal• a másik fejjel nincs összekötve, így ott parázsfény-kisülésa másik fejjel nincs összekötve, így ott parázsfény-kisülés alakul kialakul ki• növekvő ionozás után a kisülés átterjed a két főelektród közé növekvő ionozás után a kisülés átterjed a két főelektród közé

3.3. Reflektorbúrás fénycsövekReflektorbúrás fénycsövek

• titán-dioxid fémtükör-rétegtitán-dioxid fémtükör-réteg• a cső kb. 230a cső kb. 230ºº-nyi felületét borítja-nyi felületét borítja• meghatározott irányban 65-70% fényáram-növekedésmeghatározott irányban 65-70% fényáram-növekedés

2008.09.29. BME VIK 26

Speciális fénycső-típusok Speciális fénycső-típusok Nem látható tartományban sugárzó ffNem látható tartományban sugárzó ff

•Germicid lámpa (260 nm)

Gyakorlatilag fénypor nélküli, csíra ölő hatás

• Erithemal-lámpa (mesterséges napfény) ~ 300 nm

Speciális fénypor bevonattal

• Különleges sőtétkék üvegű UV (fény)cső, mezőgazdasági felhasználás (fotoszintézis tartománya) 400 nm és 650 nm

2008.09.29. BME VIK 27

Alkalmazások

2008.09.29. BME VIK 28

Rejtett világítás lakásban

2008.09.29. BME VIK 29

Ipari alkalmazás

2008.09.29. BME VIK 30Tirol (AT)