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第七章第七章 高压钠灯高压钠灯本讲稿第一页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 一、工作原理一、工作原理 1、低气压钠蒸汽放电的特性、低气压钠蒸汽放电的特性 a)有很高的共振辐射效率有很高的共振辐射效率 共振电位共振电位 b)共振辐幅的最佳条件共振辐幅的最佳条件PNa=0.4Pa时，本讲稿第二页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 最佳管径最佳管径（汞有（汞有7种同位素）种同位素）P惰惰=10100Pa，兼顾寿命，兼顾寿命H，实际充（，实际充（400-2103）Pa或经验公式或经验公式 P惰惰=840/d(cm)(Pa)例：例：本讲稿第三页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 J(最佳最佳)=0.1 0.6A/cm2c)共振辐射谱线在视见函数的灵敏区，共振辐射谱线在视见函数的灵敏区，高高2、最佳管壁温度的保证（最佳、最佳管壁温度的保证（最佳PNa）a)隔热保温法隔热保温法本讲稿第四页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 减少热损减少热损耗的途径耗的途径对D线有85%90%的透过率对红外有91%反射率b)充充Ne-Ar混合气混合气 （提高（提高Tw，降低，降低Vs）c)异形截面异形截面Sn+In2O3本讲稿第五页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 3、钠的经向泵漏效应、钠的经向泵漏效应平衡下ni(r)=ni(0)(1-r2/ri2)NaNa+Na+Nari 0 rini(0)na(r)ri 0 rinna本讲稿第六页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 na表示轴上中性原子浓度的减少量表示轴上中性原子浓度的减少量代入，得代入，得i ni(0)()ri=+a na()ri kTeekTge-2rri2-2rri2令令i a，即即na=10ni(0)若若ni(0)/na(ri)=5%(电离度电离度),有有 na/na(ri)=10ni(0)/na(ri)=50%当当na=na(ri)时时 临界电流临界电流 耗空效应耗空效应本讲稿第七页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 二、二、LPS的结构与设计的结构与设计a)U型放电管型放电管b)外泡壳外泡壳本讲稿第八页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 三、三、LPS灯的应用灯的应用 1、光效高、光效高180lm/w 2、显色性差、显色性差Ra=20 3、单色光源：透雾性强、单色光源：透雾性强 4、启动电压高：漏磁变压器、启动电压高：漏磁变压器+触发器触发器本讲稿第九页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 7.2 高气压钠蒸气放电特性高气压钠蒸气放电特性一、高气压钠蒸汽放电的特点1.与高气压汞蒸汽放电特性相似之处 a)电弧收缩 TeTg(LTE)，大J值 b)随PNa上升，共振吸收越来越强 c)非共振谱线增强且放宽本讲稿第十页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 2、与高气压汞蒸汽放电特性不同之处共振谱线随PNa增加，先自吸收，后自反，两翼放宽并且加强，其辐射效率仍很高（40%）。3、两翼加宽的机理 a)自然宽度：10-5nm b)多普勒宽度：10-4nm本讲稿第十一页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 c)压力放宽：压力放宽：关关键键：in因因同同位位素素关关系系，其其值值在在HPS中中远远大于在大于在HPM中中Stark放宽放宽10-3nm共振放宽共振放宽10-1nm4.影响共振线自反影响共振线自反 不对称的原因不对称的原因a)共振放宽属对称性共振放宽属对称性本讲稿第十二页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌=r/ri本讲稿第十三页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 5.特点的总结特点的总结a)由于自反，共振辐射的能量仍占输入电能由于自反，共振辐射的能量仍占输入电能 的的40%左右左右 =125lm/w本讲稿第十四页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 b)共振辐射的放宽及其它可见谱线的加强（及共振辐射的放宽及其它可见谱线的加强（及连续谱）使连续谱）使Ra有所提高。有所提高。c)有高的功率密度（体积小，有高的功率密度（体积小，Tw高）高）HPS 400w di=8mm1arc=70-80mm Ws=19w/cm2HPM 400w di=18mm1arc=65mm Ws=9-10w/cm2本讲稿第十五页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 二、高压钠电弧的热导损失和电场强二、高压钠电弧的热导损失和电场强 度（半经验）度（半经验）三、高压钠电弧的温度分布（半经验）三、高压钠电弧的温度分布（半经验）本讲稿第十六页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 7.3 高压钠灯（高压钠灯（HPS）1、放电管、放电管（arctube）本讲稿第十七页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 本讲稿第十八页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 本讲稿第十九页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 本讲稿第二十页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 本讲稿第二十一页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 总结：增加管径，提高总结：增加管径，提高Tw，选择合理的，选择合理的Pl1值，值，并使并使=812nm时，可提高灯的光效（时，可提高灯的光效（P电电和和X值确定）值确定）本讲稿第二十二页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 dlarc本讲稿第二十三页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 2、经验公式（略）、经验公式（略）3、显色指数的改善方法、显色指数的改善方法a)电弧管两间包钽箔电弧管两间包钽箔 （提高（提高Tcol,提高蒸气压）提高蒸气压）Ra HPM HPS =50Ra=20=120Ra=2530=AP=APNaNar ri i1/21/2本讲稿第二十四页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 b)充高压氙气充高压氙气“范氏范氏”放宽放宽 Ra（d=8,Pxe=40kPa,Pl=360W）=Ra(d=12,Pxe=2.7kPa,Pl=360W)=50-60本讲稿第二十五页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 c)改变几何参数Larcd (ri )WsTcolPNaEx)400w d=8 d=13 larc使使 Tcol=700oC Tcol=850oCPNa=27kPa PNa=67kPa(Ra=88,=60lm/w H=9103hrs)室内室内“白光白光HPS”本讲稿第二十六页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 d)WsLarcd高亮度白光高亮度白光HPSex)100w真空真空 d=5,1arc=21,Ws=33 Tc=2500K 100w,50kPa N2，d=3.5，larc=10,Ws=91 Tc=2700K L2=2L1,Ra80,=45lm/w 本讲稿第二十七页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 本讲稿第二十八页，共三十页光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 本讲稿第二十九页，共三十页思考题：思考题：1、高高气气压压钠钠蒸蒸汽汽放放电电与与高高气气压压汞汞蒸蒸汽汽放放电电在特性上有哪些异同之处？在特性上有哪些异同之处？2、叙述、叙述HPS灯中充灯中充Xe和和Hg的作用。的作用。3、哪些途径可提高、哪些途径可提高HPS灯的光效？灯的光效？4、哪些途径可提高、哪些途径可提高HPS灯的显色指数？灯的显色指数？光源原理与设计光源原理与设计钠灯钠灯 诸定昌诸定昌 本讲稿第三十页，共三十页
