荧光灯

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[外文]：fluorescentlamp利用荧光粉把低气压汞蒸气放电过程中产生的紫外线转变成可见光的电光源。一般制成管形。荧光灯的发光效率高，发光面积大，光线柔和，使用寿命长，可以使光色近似日光色或其他各种光色，是一种良好的室内照明光源。特种荧光灯的荧光粉能将低气压汞蒸气放电过程中产生的波长253.7nm的短波紫外线转变为长波紫外线或特定波长范围的可见光，用于保健、驱虫、捕虫、复印、传真、制版、荧光分析、植物栽培、光化学反应和装饰照明。将荧光灯管缩小和弯曲后制成的紧凑型荧光灯，可以直接代替普通照明白炽灯。简史1910年，法国的A.克洛德发明氖气放电灯，他将汞充入灯中制成辐射蓝光的灯管，后来又在灯管内壁涂上荧光粉制成辐射白光的灯管。1938年，欧洲和美国在此基础上研制出热阴极荧光放电灯。1942年研制成功卤磷酸钙荧光粉，由于它无毒、价廉、发光稳定、发光效率高，至今仍然是荧光灯的主要发光材料。1971年，荷兰的库达姆发明三基色荧光灯。人眼在红色、绿色和蓝色光区域存在三个视觉响应峰值，而这三种基本颜色光可以合成白色光。因此，采用能分别发射红、绿、蓝三色窄光谱带的三种荧光粉，可以制成发光效率高、显色性能好的三基色荧光灯。缩小荧光灯灯管直径可以提高发光效率。近年来玻管直径已逐渐从38、32、29缩小到26mm。1979年，荷兰飞利浦公司发明SL灯，这是一种将荧光灯管小型化后与镇流器、启动器集装在一起的单端紧凑型荧光灯，外形尺寸与普通照明白炽灯泡近似。为实现照明节能的需要，已研制出球形、环形、H形、Π形、2D形等多种形式的紧凑型荧光灯。结构和发光原理荧光灯由玻管、电极、汞和惰性气体、灯头等部件组成。玻管为适应低气压汞蒸气放电的需要，荧光灯多制成管形。直管形荧光灯采用普通碱玻璃管，异形和紧凑型荧光灯需要弯曲成型，常用加工性能较好的铅玻璃管。对于快速启动和瞬时启动荧光灯，为了帮助启动，可以在玻管内壁涂覆透明导电薄膜，在玻管内壁或外壁设导电带，或在玻管外壁涂覆防水的硅树脂薄膜。反射型荧光灯玻管内壁涂二氧化钛反射膜。各种荧光灯玻管内壁均涂覆荧光粉。部分紧凑型荧光灯制成白炽灯泡形状，即在荧光灯管外面还有一层玻璃或塑料外壳。电极荧光灯管两端各封接一个电极。放电时负电极（阴极）发射电子和接受正离子，正电极（阳极）接受电子。荧光灯常用在交流电源中，每端电极交替作为负电极和正电极，因此两电极结构相同，均由涂覆电子发射物质的钨螺旋丝和阳极罩构成。汞和惰性气体荧光灯管被抽成真空后，以液态汞或固态汞齐方式充入几十毫克汞，并充入100～400Pa氩气或其他惰性气体。汞蒸气是荧光灯内的放电介质，借以产生紫外线。惰性气体帮助启动，并且减缓电极上电子发射物质的蒸发和溅散，延长荧光灯的寿命。灯头灯头起固定灯管和接通电源两种作用。直管形荧光灯两端各有一个灯头。紧凑型荧光灯只有一个灯头，所以又称单端荧光灯。荧光灯工作时，在放电过程中被电场加速的电子与汞原子碰撞，汞原子吸收电子的动能而被激发。激发原子在短时间(10-8～10-9秒)内又回到原来的低能量状态。这时原子由于碰撞而吸收的能量以电磁波辐射能的形式释放出来。在低气压汞蒸气放电条件下，大部分辐射能量集中在波长为253.7nm和185.0nm的两条谱线上，其中前一条谱线占总辐射能量的90％以上，起主要作用。波长为253.7nm的辐射是人眼看不见的紫外线，它照射到玻管内壁的荧光粉涂层上后即转变成可见光。光色一般照明用荧光灯的光色分为日光色、冷白色和暖白色3种。由于各国气候条件和生活习惯的差别，3种光色的标准各不相同。中国荧光灯标准规定的各种光色的相光色温，日光色为6500K，冷白色4300K，暖白色2900K，并且规定了相应的颜色坐标值和颜色容差范围。卤磷酸钙荧光粉缺少波长650nm以上的红色光，用它制造的荧光灯的显色性仍不理想。采取添加发射红光的荧光粉可以制成高显色性荧光灯。但由于可见光谱两端的视觉灵敏度非常低，该灯的发光效率降低20～30％。三基色荧光灯的显色性优良，发光效率也很高。采用稀土金属三基色荧光粉制成的荧光灯，一般显色指数Ra可超过90，发光效率可超过901m/W，并能在相同照度下产生更明亮的感觉和更舒适的视觉效果。性能荧光灯的性能包括寿命、环境温度对灯的影响和频闪效应。寿命荧光灯点燃过程中，电子发射物质不断从电极飞溅出来，启动过程飞溅尤其激烈。当电极上的电子发射物质耗尽，或者电极上剩余涂层不能继续发射电子，灯就无法继续燃点。荧光灯从开始使用至不能燃点为止的累计燃点小时数称为它的全寿命。在荧光灯启动时，电子发射物质损失很大，故启动越频繁，寿命越短。电源电压升高时，灯的电流增大，因电极过热而加速电子发射物质蒸发，寿命缩短。电源电压降低时，电流减小，电极温度不足，启动困难，促使电子发射物质溅散，荧光灯的寿命也将缩短。荧光灯使用过程中，由于荧光粉老化、玻璃管透明度降低、灯管两端发黑等原因，发射出的光通量逐渐下降。最初100小时光通量下降很快，以后趋于缓慢。从燃点100小时开始计算，至光通量下降到原来的30％时的累计燃点小时数称为荧光灯的有效寿命。环境温度对灯的影响荧光灯的特性决定于管内汞蒸气压强。当玻管壁冷端温度为38°C时，荧光灯的功率和光通量达到最大值；温度过高或过低，功率和光通量都将下降。荧光灯的光色也受温度影响。一般来说，温度升高，光色向绿蓝色方向转移。荧光灯的启动特性受温度的影响尤其显著。在低温下，灯管内的惰性气体压强变化不大，但汞蒸气压强却急剧下降，启动非常困难。荧光灯主要是一种室内照明光源，室外使用时则要在灯具和电路上采取相应措施。频闪效应采用交流电源燃点荧光灯时，在每一个半周期内，随着电流的增减，灯管发出的光通量产生相应的变化，形成闪烁现象，这称为频闪效应。闪烁的频率是交流电频率的2倍。由于频闪效应，在有高速运动物体的环境中采用荧光灯照明，会产生运动物体模糊，转动物体停转、慢转或反向转动等错觉。为了减小频闪效应，可以采用三相接入三支荧光灯的照明电路。使用高频交流电源燃点荧光灯也可消除频闪效应，而且能够把荧光灯的发光效率提高约10％。发展趋势荧光灯是一种节能电光源，产量增长速度超过普通照明白炽灯泡。荧光灯的主要发展趋势是：（1）提高发光效率；（2）改进显色性能；（3）延长寿命；（4）增加品种；（5）开发与荧光灯相配合的电子镇流器；（6）推广应用细管型和紧凑型荧光灯。