Metal halide lamba - Metal-halide lamp

Metal halide lamba ampulü (ark tüpü korumalı tip /O)
175 watt metal halide lambanın spektrumu
Bir beyzbol sahasında metal halide projektörler
Metal halide lambalar 1912'de Charles Proteus Steinmetz tarafından icat edildi ve şu anda dünyanın hemen her şehrinde kullanılıyor.

Bir metal halid lambalar bir ışık üreten bir elektrik lambası elektrik arkı buharlaşmış bir gaz karışımı ile civa ve metal halideler (ile metallerin bileşikleri brom ya da iyot ). Bir tür yüksek yoğunluklu deşarj (HID) gaz deşarj lambasıdır . 1960'larda geliştirilen bu lambalar cıva buharlı lambalara benzerler , ancak kuvars ark tüpünde ışığın verimini ve renk sunumunu iyileştiren ek metal halojenür bileşikleri içerirler . Kullanılan en yaygın metal halojenür bileşiği sodyum iyodürdür . Ark tüpü çalışma sıcaklığına ulaştığında, sodyum iyottan ayrışır ve metal iyonlaştıkça sodyum D hattından lambanın spektrumuna turuncu ve kırmızılar ekler. Sonuç olarak, metal halide lambalar, watt başına yaklaşık 75-100 lümenlik yüksek ışık verimliliğine sahiptir; bu, cıva buharlı lambaların yaklaşık iki katı ve akkor lambaların 3 ila 5 katıdır ve yoğun bir beyaz ışık üretir. Lamba ömrü 6.000 ila 15.000 saattir. Yüksek CRI'lı beyaz ışığın en verimli kaynaklarından biri olan metal halojenürler, 2005 itibariyle aydınlatma endüstrisinin en hızlı büyüyen bölümüydü. Otoparklar, spor sahaları, fabrikalar ve perakende mağazaları gibi ticari, endüstriyel ve halka açık yerlerin geniş alan tavan aydınlatması ile konut güvenlik aydınlatması ve otomotiv farları ( xenon farlar ) için kullanılırlar.

Lambalar, üretilen ultraviyole ışığı filtrelemek için bir kaplamaya sahip daha büyük bir cam ampulün içine yerleştirilmiş, gazları ve arkı içeren küçük bir kaynaşmış kuvars veya seramik ark tüpünden oluşur . 4 ila 20 atmosfer arasında bir basınçta çalışırlar ve güvenli bir şekilde çalışmak için özel armatürlerin yanı sıra bir elektrikli balast gerektirirler . Işık çıkışının çoğunu metal atomları üretir. Tam ışık çıkışına ulaşmak için birkaç dakikalık bir ısınma süresi gerektirirler.

kullanır

Metal halojenür lambalar, ticari, endüstriyel ve kamusal alanlar, otoparklar, spor sahaları, fabrikalar ve perakende mağazaları gibi iç ve dış mekanlarda genel aydınlatma amacı ile konut güvenlik aydınlatması; otomotiv ve özel uygulamalar diğer kullanım alanlarıdır.

Metal halojenür lambalar, diğer halojenür lambalarda tipik olarak kullanılan argon yerine ampulde ksenon gazı kullanılması nedeniyle yaygın olarak "ksenon farlar" olarak bilinen otomobil farlarında kullanılır.

Bu tür lambaların bir başka yaygın kullanımı , genellikle MSD lambaları olarak bilinen ve genellikle 150, 250, 400, 575 ve 1.200 watt değerlerinde, özellikle akıllı aydınlatmada kullanıldığı fotoğrafik aydınlatma ve sahne aydınlatma armatürleridir .

Geniş spektrumları ve iyi verimlilikleri nedeniyle, iç mekan yetiştirme uygulamaları için kullanılırlar ve mercanları için yüksek yoğunluklu ışık kaynağına ihtiyaç duyan resif akvaryumcuları arasında oldukça popülerdirler .

Operasyon

Çok benzer cıva buharlı lambalar gibi diğer gaz deşarjlı lambalar gibi , metal halojenür lambalar da bir elektrik arkında bir gaz karışımını iyonize ederek ışık üretir . Metal halojenür lambada, kompakt ark tüpü argon veya ksenon , cıva ve sodyum iyodür ve skandiyum iyodür gibi çeşitli metal halojenürlerin bir karışımını içerir . Metal halojenürlerin özel karışımı, ilgili renk sıcaklığını ve yoğunluğunu etkiler (örneğin ışığı daha mavi veya kırmızı yapar). Başlatıldığında, önce lambadaki argon gazı iyonize edilir, bu da uygulanan başlangıç ​​voltajıyla iki elektrot boyunca arkın korunmasına yardımcı olur. Ark ve elektrotlar tarafından üretilen ısı daha sonra cıva ve metal halojenürleri bir plazmaya iyonize eder , bu da sıcaklık ve basınç çalışma koşullarına yükseldikçe giderek daha parlak sert bir beyaz ışık üretir.

Ark tüpü, 5–50 atm veya daha fazla (70–700 psi veya 500–5000  kPa ) ve 1000–3000 °C arasında herhangi bir yerde çalışır  . Diğer tüm gaz deşarjlı lambalar gibi, metal halojenür lambalar da negatif dirence sahiptir (filamanlı kendinden balastlı lambalar hariç) ve bu nedenle lambadan geçen akımı düzenlerken uygun başlatma ve çalışma voltajları sağlamak için bir balast gerektirir. . Metal halide lambaların kullandığı enerjinin yaklaşık %24'ü ışık üretir (65-115  lm / W verim), bu da onları tipik olarak %2-4 aralığında verimliliğe sahip akkor ampullerden önemli ölçüde daha verimli hale getirir .

Bileşenler

Isınmanın yaklaşık yarısında, fikstürde 150 watt metal halide ampul

Metal halojenür lambalar, elektrotlu bir ark tüpünden, bir dış ampulden ve bir tabandan oluşur.

ark tüpü

İçinde erimiş kuvars ark tüp , iki tungsten elektrot takviyeli ile toryum her bir ucu içine kapatılır ve bir ac voltajı ile uygulanmış olan molibden silika erimiş conta folyo. Işığın gerçekte yaratıldığı iki elektrot arasındaki arktır.

Lamba, cıva buharının yanı sıra farklı metallerden iyodürler veya bromürler içerir. İyot ve brom , periyodik tablonun halojen grubundandır ve iyonlaştıklarında "halojenürler" olarak adlandırılır. Avrupa Tri-Tuz modellerinde talyum , indiyum ve sodyum ile birlikte bazı türlerde skandiyum ve sodyum da kullanılır . Daha yeni türler , yüksek renk sıcaklığı için disprosyum ve daha düşük renk sıcaklığı için kalay kullanır. Çok yüksek güçlü film aydınlatma modellerinde holmiyum ve tulyum kullanılmaktadır. Özel yüksek UV-A modellerinde baskı amaçlı galyum veya kurşun kullanılmaktadır. Kullanılan metallerin karışımı lambanın rengini belirler. Bazı türler, şenlikli veya tiyatro etkisi için, yeşil lambalar için neredeyse saf talyum iyodürleri ve mavi lambalar için indiyum kullanır. Ark empedansını azaltmak için hemen hemen her zaman bir alkali metal (sodyum veya potasyum ) eklenir , bu da ark tüpünün yeterince uzun yapılmasına ve basit elektrik balastlarının kullanılmasına izin verir. Genellikle argon olan bir soy gaz , deşarjın başlamasını kolaylaştırmak için ark tüpüne yaklaşık 2 kPa'lık bir basınçta soğuk doldurulur. Argon dolgulu lambaların başlatılması genellikle oldukça yavaştır ve tam ışık yoğunluğuna ulaşması birkaç dakika sürer; Otomotiv farlarında kullanıldığı gibi xenon dolgusu nispeten daha hızlı devreye girer.

Ark tüpünün uçları genellikle harici olarak beyaz kızılötesi yansıtıcı zirkonyum silikat veya zirkonyum oksit ile kaplanır ve ısıyı elektrotlara geri yansıtarak onları sıcak ve termiyonik olarak yayar. Bazı ampuller, spektrumu iyileştirmek ve ışığı dağıtmak için dış ampulün iç tarafında bir fosfor kaplamaya sahiptir.

1980'lerin ortalarında, cıva buharlı lambalarda ve önceki metal halojenür lamba tasarımlarında kullanılan kuvars (erimiş silika) ark tüpü yerine, sinterlenmiş alümina ark tüpü kullanan yeni bir metal halide lamba türü geliştirildi . kullanılanlar yüksek basınçlı sodyum lambası . Bu gelişme, erimiş silika ark tüplerini rahatsız eden iyon sürünmesinin etkilerini azaltır. Yaşamları boyunca, sodyum ve diğer elementler kuvars tüpe göç etme eğilimindedir ve yüksek UV radyasyonu ve gaz iyonizasyonu nedeniyle elektrotların aşınmasına ve dolayısıyla lambanın döngüsüne neden olur. Sinterlenmiş alümina ark tüpü, iyonların sızmasına izin vermez ve lambanın ömrü boyunca daha sabit bir renk sağlar. Bunlara genellikle seramik metal halojenür lambalar veya CMH lambalar denir .

İlk metal halojenür lambayı oluşturmak için bir cıva ark deşarjının spektral modifikasyonu (özellikle: sodyum - sarı, lityum - kırmızı, indiyum - mavi, potasyum ve rubidyum - koyu kırmızı ve talyum - yeşil) için metalik iyodür ekleme konsepti, 1912'de "General Electric Büyücüsü" Charles Proteus Steinmetz tarafından US1025932 patentine kadar izlenebilir .

Kullanılan cıva miktarı yıllar geçtikçe azaldı.

Dış ampul

Çoğu tip, iç bileşenleri korumak ve ısı kaybını önlemek için bir dış cam ampul ile donatılmıştır. Dış ampul ayrıca cıva buharı deşarjı tarafından üretilen UV ışığının bir kısmını veya tamamını engellemek için kullanılabilir ve özel katkılı "UV durdurma" kaynaşmış silikadan oluşabilir. Ultraviyole koruma, tek uçlu (tek tabanlı) modellerde ve yakındaki insan kullanımı için aydınlatma sağlayan çift uçlu modellerde yaygın olarak kullanılır. Bazı yüksek güçlü modellerde, özellikle kurşun galyum UV baskı modellerinde ve bazı spor stadyum aydınlatması türlerinde kullanılan modellerde dış ampul yoktur. Çıplak ark tüpünün kullanılması, bir armatürün optik sistemi içinde UV iletimine veya hassas konumlandırmaya izin verebilir . Armatürün kapak camı UV'yi engellemek için kullanılabilir ve ayrıca lambanın patlayarak arızalanması durumunda insanları veya ekipmanı koruyabilir.

Temel

Bazı tiplerde, 10 ila 18.000 watt arasında çeşitli güç değerleri için bir Edison vidalı metal taban bulunur. Diğer tipler, yukarıda gösterildiği gibi, ark tüpünün içi ile dışı arasındaki metal bağlantıların yanı sıra seramikten oluşan R7s-24 tabanları ile çift uçludur. Bunlar, ark tüpününkine uygun bir termal genleşme katsayısına sahip çeşitli alaşımlardan (demir-kobalt-nikel gibi) yapılmıştır.

balastlar

35 W metal halide ampuller için elektronik balast

Tüm gaz deşarjlı lambalarda olduğu gibi metal halojenür lambalarda da elektrik arkının negatif direnç özelliği vardır; yani ampulden geçen akım arttıkça üzerindeki voltaj azalır. Ampul, doğrudan AC kablo tesisatı gibi sabit bir voltaj kaynağından güç alıyorsa, ampul kendini yok edene kadar akım artacaktır; bu nedenle, halojenür ampuller , ark akımını sınırlamak için elektrikli balastlar gerektirir . İki tip var:

  1. Endüktif balast - Birçok armatür, flüoresan lambalarda kullanılanlara benzer, manyetik balast olarak da bilinen endüktif bir balast kullanır . Bu bir demir çekirdekli indüktörden oluşur . İndüktör, AC akımına bir empedans sunar. Lambadan geçen akım artarsa, indüktör akımı sınırlı tutmak için voltajı düşürür.
  2. Elektronik balast - Bunlar daha hafif ve daha kompakttır. Lambayı çalıştırmak için yüksek frekanslı bir akım üreten bir elektronik osilatörden oluşurlar . Endüktif balasttan daha düşük direnç kayıplarına sahip oldukları için daha enerji verimlidirler. Ancak, yüksek frekanslı çalışma, floresan lambalarda olduğu gibi lamba verimliliğini artırmaz .

Darbeli başlatma metal halojenür ampuller, yaya çarpan bir başlatma elektrodu içermez ve arkı başlatmak için yüksek voltaj (soğuk vuruşta 1–5 kV, sıcak ateşlemede 30 kV'un üzerinde) darbe oluşturmak için bir ateşleyici gerektirir . Elektronik balastlar, ateşleme devresini tek bir pakette içerir. Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI) lamba balast sistemi standartları, tüm metal halid bileşenleri için parametreler oluşturur (bazı yeni ürünler hariç).

Renk sıcaklığı

Göreceli yoğunluğun dalga boyuna karşı çizgi grafiği
385nm, 422nm, 497nm, 540nm, 564nm, 583nm (en yüksek), 630nm ve 674nm'de tepe noktaları gösteren tipik bir metal halid lambanın çıkış spektrumu.

Üretilen daha beyaz ve daha doğal ışık nedeniyle, başlangıçta mavimsi cıva buharlı lambalara metal-halojenür lambalar tercih edildi. Özel metal-halojenür karışımlarının piyasaya sürülmesiyle, metal halide lambalar artık 3.000 K'dan 20.000 K'ye kadar ilişkili bir renk sıcaklığına sahip olarak mevcuttur . Renk sıcaklığı lambadan lambaya biraz değişebilir ve bu etki, birçok lambanın kullanıldığı yerlerde fark edilir. kullanılmış. Lambanın renk özellikleri lambanın ömrü boyunca değişme eğiliminde olduğundan, ampul ANSI standartlarına göre 100 saat (terbiyeli) yandıktan sonra renk ölçülür . "Darbeli başlatma" olarak adlandırılan daha yeni metal halid teknolojisi, gelişmiş renk geriverimi ve daha kontrollü bir kelvin varyansına (±100 ila 200 kelvin) sahiptir.

Metal halojenür lambanın renk sıcaklığı, ampule güç sağlayan elektrik sisteminin elektriksel özelliklerinden ve ampulün kendisindeki üretim farklılıklarından da etkilenebilir. Daha düşük çalışma sıcaklığı nedeniyle bir metal halide ampulün gücü yetersizse, yalnızca cıvanın buharlaşması nedeniyle ışık çıkışı mavimsi olacaktır. Bu fenomen, ark tüpünün henüz tam çalışma sıcaklığına ulaşmadığı ve halojenürlerin tamamen buharlaşmadığı ısınma sırasında görülebilir. Ayrıca dimleme balastlarında da çok belirgindir. Aşırı güçlü bir ampul için bunun tersi doğrudur, ancak bu durum tehlikeli olabilir ve aşırı ısınma ve aşırı basınç nedeniyle ark tüpünün patlamasına neden olabilir.

Başlatma ve ısınma

Düzleştirilmiş uçlara sahip kısa yatay cam tüp, merkezden ışık geliyor, çevre nispeten karanlık
Açıldıktan kısa bir süre sonra 400 W metal halide lamba

"Soğuk" (çalışma sıcaklığının altında) bir metal halide lamba, iç ark odasındaki sıcaklık ve basıncın tam çalışma seviyelerine ulaşması için zaman gerektirdiğinden, tam ışık kapasitesini hemen üretmeye başlayamaz. İlk argon arkını (veya otomotivde xenon) başlatmak bazen birkaç saniye sürer ve ısınma süresi (lamba tipine bağlı olarak) beş dakika kadar uzun olabilir. Bu süre zarfında, çeşitli metal halojenürler ark odasında buharlaştıkça lamba farklı renkler sergiler.

Güç kısa süreli de olsa kesintiye uğrarsa, lambanın arkı sönecek ve sıcak ark tüpünde bulunan yüksek basınç arkın yeniden tetiklenmesini önleyecektir; normal bir ateşleyiciyle, lambanın yeniden çalıştırılabilmesi için 5-10 dakikalık bir soğuma süresi gerekecektir, ancak özel ateşleyiciler ve özel olarak tasarlanmış lambalarla ark hemen yeniden oluşturulabilir. Anında yeniden başlatma özelliği olmayan armatürlerde, anlık bir güç kaybı, birkaç dakika boyunca ışığın olmadığı anlamına gelebilir. Güvenlik nedenleriyle, birçok metal halide armatürde, soğuma ve yeniden başlatma sırasında çalışan bir yedek tungsten-halojen akkor lamba bulunur. Metal halojenür yeniden devreye girip ısındığında, akkor güvenlik ışığı söner. Ayrıca sıcak bir lambanın tam parlaklığına ulaşması, tamamen soğuk bir lambaya göre daha fazla zaman alır.

Çoğu asma tavan lambası, birleşik balast ve lamba armatürü ile pasif olarak soğutulma eğilimindedir; Sıcak bir lambaya yeniden çarpmadan önce gücü hemen geri yüklemek, güç tüketimi ve lambayı yeniden yakmaya çalışan pasif olarak soğutulmuş lamba balastının ısınması nedeniyle yeniden yanmanın daha da uzun sürmesine neden olabilir.

Yaşam sonu davranışı

Eski metal halide lamba

Ömrünün sonunda, metal halide lambalar, döngü olarak bilinen bir fenomen sergiler . Bu lambalar nispeten düşük bir voltajda çalıştırılabilir, ancak çalışma sırasında ısındıkça ark tüpü içindeki dahili gaz basıncı yükselir ve ark deşarjını sürdürmek için giderek daha fazla voltaj gerekir . Bir lamba yaşlandıkça, ark için koruma voltajı sonunda elektrikli balast tarafından sağlanan voltajı aşacak şekilde yükselir . Lamba bu noktaya kadar ısındığında ark başarısız olur ve lamba söner. Sonunda, ark söndüğünde, lamba tekrar soğur, ark tüpündeki gaz basıncı azalır ve balast bir kez daha arkın çarpmasına neden olur. Bu, lambanın bir süre yanmasına ve ardından tekrar tekrar sönmesine neden olur. Nadir durumlarda lamba, kullanım ömrünün sonunda patlar.

Modern elektronik balast tasarımları, döngüyü algılar ve birkaç döngüden sonra lambayı çalıştırmaya çalışmaktan vazgeçer. Güç kesilir ve yeniden verilirse, balast yeni bir dizi başlatma denemesi yapacaktır.

Lamba patlaması riski

Tüm HID ark tüpleri, kimyasal saldırı, termal stres ve mekanik titreşim gibi çeşitli faktörler nedeniyle ömürleri boyunca dayanıklılıkları bozulur. Lamba eskidikçe ark tüpünün rengi bozulur (genellikle koyu gri bir gölge elde eder), ışığı emer ve ısınır. Tüp, sonunda başarısız olana kadar, tüpün kırılmasına neden olana kadar zayıflamaya devam edecektir.

Bu tür bir arıza, kullanım ömrünün sonu ile ilişkilendirilse de, bir ark tüpü, yeni olsa bile, mikroskobik çatlaklar gibi görünmeyen üretim hataları nedeniyle herhangi bir zamanda arızalanabilir. Ancak, bu oldukça nadirdir. Üreticiler tipik olarak, lambalar üreticinin tesislerinden ayrılmadan önce bu tür kusurları kontrol etmek için yeni lambaları "sezonlandırır".

Metal halojenür lamba önemli bir yüksek basınçta (50 psi'ye kadar) gazlar içerdiğinden, ark tüpünün arızalanması kaçınılmaz olarak şiddetli bir olaydır. Ark tüpünün parçaları, yüksek hızda, her yöne fırlatılır ve lambanın dış ampulüne, kırılmasına neden olacak kadar kuvvetle çarpar. Armatürün ikincil bir muhafazası yoksa (mercek, çanak veya siper gibi), o zaman aşırı sıcak döküntü parçaları ışığın altındaki kişilerin ve eşyaların üzerine düşerek muhtemelen ciddi yaralanmalara, hasara ve muhtemelen büyük bir binaya neden olur. yanıcı malzeme varsa yangın.

Bir ark tüpünün "pasif olmayan arıza" (patlama) riski çok küçüktür. Ulusal Elektrik Üreticileri Birliği tarafından toplanan bilgilere göre , yalnızca Kuzey Amerika'da yaklaşık 40 milyon metal-halojenür sistemi var ve yalnızca çok az sayıda pasif olmayan arıza vakası meydana geldi. Metal halide lambanın patlama riskini tahmin etmek veya ortadan kaldırmak imkansız olsa da, riski azaltabilecek birkaç önlem vardır:

  • Yalnızca saygın üreticilerin iyi tasarlanmış lambalarını kullanmak ve kaynağı bilinmeyen lambalardan kaçınmak.
  • Tüp veya dış ampulde çatlaklar gibi herhangi bir arıza olup olmadığını kontrol etmek için takmadan önce lambaları kontrol edin.
  • Lambaların kullanım ömürlerinin sonuna gelmeden değiştirilmesi (yani, üreticinin lambanın nominal ömrü olarak belirttiği saat sayısı kadar yandıkları zaman).
  • Sürekli çalışan lambalar için, her yedi günlük sürekli çalışma için 15 dakikalık bir kapatmaya izin verir.
  • Armatürlerin grup olarak yeniden aydınlatılması. Spot relamping önerilmez.

Ayrıca, bir lamba arızasının neden olduğu hasarı şiddetli bir şekilde azaltmak için alınabilecek önlemler vardır:

  • Armatürün, lamba ile aydınlattığı alan arasında bir parça güçlendirilmiş cam veya polimerik malzeme içermesini sağlamak. Bu, fikstürün kasesine veya lens tertibatına dahil edilebilir.
  • Uçan ark tüpü kalıntılarının etkisini absorbe etmek için ark tüpünün etrafında güçlendirilmiş bir cam kalkanı olan lambaların kullanılması, dış ampulün kırılmasını önler. Bu tür lambaların 'açık' armatürlerde kullanılması güvenlidir. Bu lambalar, Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI) standartlarını yansıtan ambalaj üzerinde bir "O" işareti taşır.

Kapalı bir armatür gerektiren lambalar "/E" olarak derecelendirilir. Kapalı bir armatür gerektirmeyen lambalar "/O" (açık için) olarak derecelendirilir. "/O" dereceli armatürler için yuvalar daha derindir. "/E" dereceli ampuller tabanda parlayarak "/O" soketine tam olarak vidalanmalarını önler. "/O" ampullerin taban kısmı dar olup, tamamen vidalanabilirler. "/O" ampuller ayrıca bir "/E" armatürüne de sığar.

Galeri

ANSI balast kodları

Güç çıkışı ANSI kodları
20W M175
39W M130
50W M110
70W M98, M139, M143
100W M90, M140
150W M102, M142
175W M57, M137
200W M136
250W M58, M138, M153
320W M132, M154
350W M131, M171
400W M59, M135, M155
450W M144
750W M149
1000W M47, M141
1500W M48

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma