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电光源

发布时间:2016-1-27 9:10:10   新闻来源:admin   浏览次数:1712

    将电能转换为光能的器件或装置。广泛用于日常照明、工农业生产、国防和科研等方面。
 
    简史  人类对电光源的研究始于18世纪末。19世纪初,英国的H.戴维发明碳弧灯。1879年,美国的T.A.爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯,使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。1907年采用拉制的钨丝作为白炽体。1912年,美国的I.朗缪尔等人对充气白炽灯进行研究,提高了白炽灯的发光效率并延长了寿命,扩大了白炽灯应用范围。20世纪30年代初,低压钠灯研制成功。1938年,欧洲和美国研制出荧光灯,发光效率和寿命均为白炽灯的3倍以上,这是电光源技术的一大突破。40年代高压汞灯进入实用阶段。50年代末,体积和光衰极小的卤钨灯问世,改变了热辐射光源技术进展滞缓的状态,这是电光源技术的又一重大突破。60年代开发了金属卤化物灯和高压钠灯,其发光效率远高于高压汞灯。80年代出现了细管径紧凑型节能荧光灯、小功率高压钠灯和小功率金属卤化物灯,使电光源进入了小型化、节能化和电子化的新时期。
 
    电光源的发明促进了电力装置的建设。电光源的转换效率高,电能供给稳定,控制和使用方便,安全可靠,并可方便地用仪表计数耗能,故在其问世后一百多年中,很快地得到了普及。它不仅成为人类日常生活的必需品,而且在工业、农业、交通运输以及国防和科学研究中,都发挥着重要作用。
 
    世界上的照明用电(照明光源的耗电量)约占总发电量的10~20%。在中国,照明用电约占总发电量的10%。随着中国现代化发展速度的加快,照明用电量逐年上升,而电力增长率又不相适应,因此,研制、开发和推广应用节能型电光源已引起人们的高度重视。
 
     1984年,世界电光源总产量约 120亿只,其中美国38.2亿只、苏联24.6亿只、日本18.6亿只、中国13.1亿只。中国电光源工业发展很快。1949年年产仅1000万只,1987年已上升到近17亿只(不包括台湾省)。生产企业遍及各省,已形成一个从专用原材料生产到配套部件生产,从科研开发、教育培训到企业生产的一个相对独立的、完整的电光源工业体系。
 
     分类  电光源一般可分为照明光源和辐射光源两大类。照明光源是以照明为目的,辐射出主要为人眼视觉的可见光谱(波长380~780nm)的电光源,其规格品种繁多,功率从0.1W到20kW,产量占电光源总产量的95%以上。辐射光源是不以照明为目的,能辐射大量紫外光谱(1~380nm)和红外光谱(780~1×106nm)的电光源,它包括紫外光源、红外光源和非照明用的可见光源。以上两大类光源均为非相干光源。此外还有一类相干光源,它通过激发态粒子在受激辐射作用下发光,输出光波波长从短波紫外直到远红外,这种光源称为激光光源。
 
    照明光源品种很多,按发光形式分为热辐射光源、气体放电光源和电致发光光源3类。
    ①热辐射光源:电流流经导电物体,使之在高温下辐射光能的光源。包括白炽灯和卤钨灯两种。
    ②气体放电光源:电流流经气体或金属蒸气,使之产生气体放电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种,放电电压有低气压、高气压和超高气压3种。弧光放电光源包括:荧光灯、低压钠灯等低气压气体放电灯,高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯,超高压汞灯等超高压气体放电灯,以及碳弧灯、氙灯、某些光谱光源等放电气压跨度较大的气体放电灯。辉光放电光源包括利用负辉区辉光放电的辉光指示光源和利用正柱区辉光放电的霓虹灯,二者均为低气压放电灯;此外还包括某些光谱光源。
    ③电致发光光源:在电场作用下,使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能。包括场致发光光源和发光二极管两种。
 
    结构和性能  不同类型的电光源有不同的结构,但一般都具有以下几部分的零部件:作为发光体的灯丝、电极、荧光粉;作为发光体外壳的玻璃、半透明陶瓷管、石英管;作为引线的导丝、芯柱、灯头;作为充填物的各类气体、汞、金属及其卤化物;消气剂、各类涂层、绝缘件及粘结剂等。
 
    电光源主要性能指标有6项:
    ①光量特性指标。包括总光通量、亮度、光强、紫外线量和热辐射量等。
    ②光色特性指标。包括光色、色温、显色性、色度和光谱分布等。
    ③电气特性指标。包括消耗功率、灯电压、灯电流、启动特性和干扰噪声等。
    ④机械特性。包括几何尺寸、灯结构和灯头等。
    ⑤经济特性。包括发光效率、寿命、价格和电费等。
    ⑥心理特性。包括灯外观和舒适性等。
 
    生产工艺  除一些生产批量小的特种光源外,大量的电光源已采用现代化的中速和高速自动化生产线生产,产品质量高、生产效率高、成本低。普通照明白炽灯的主要生产工序包括熔制玻璃、吹制玻壳、绕制灯丝、制作芯柱、装架、封口、排气、老炼和组装等。荧光灯还包括拉制玻管、涂敷荧光粉、烘烤、制作电极等工序。
 
    发展趋势  主要是提高发光效率,开发体积小的高效节能光源,改善电光源的显色性,延长寿命。达到上述目的的具体途径是开发研制新型材料、采用新工艺以及进一步研究新的发光机理、开发新型电光源,而最为现实的途径则是改进现有电光源的制造技术,采用新型的、自动化性能好的生产设备。
 
    主要性能参数  电光源的主要性能参数除一般反映光源性能的参数(如光通量、发光强度、照度、亮度、色温、显色性、显色指数)外,还有发光效率、光源寿命、起动与再起动性能等。
 
    ①光通量:光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量。 因为人眼对不同波长(λ)的光的感受灵敏度不同(对波长为550纳米的黄、绿光最敏感),所以光通量不仅与光源的辐射强弱有关,还与光源光谱的光效率函数有关。光通量等于光源的辐射功率与光谱光效率函数(又称相对视见率)的乘积,单位为流明(lm)。l流明相当于波长为550纳米的单色辐射,其功率为1/680瓦的光通量。
 
    ②发光强度(光强):光源在某一特定方向上单位立体角内辐射的光通量。单位为坎(cd)。
 
    ③照度:受照体单位面积上接收的光通量。单位为勒(lx)。晴朗满月夜的地面照度为0.21勒。
 
    ④亮度:光源在给定方向上单位投影面积上的发光强度。单位为坎/米2。无云的晴空,其平均亮度为0.5×104坎/米2,40瓦荧光灯表面的亮度为0.7 ×104坎/米2。
 
    ⑤色温:光源发光的颜色与黑体加热到某一温度所发出的光的颜色相同时,这一温度为光源的颜色温度,简称色温,白炽灯的色温为2400~2900K。
 
    ⑥显色性:光源显现被照物体颜色的性能。同一颜色的物体在具有不同光谱功率分布的光源照射下会显出不同的颜色。
 
    ⑦显色指数:物体的颜色在待测光源的照射下与在另一相近色温的黑体或日光参照光源照射下相符合的程度。颜色失真少则显色指数高,光源的显色性好。国际上规定日光参照光源的显色指数为100。
 
    ⑧发光效率:简称光效,指电光源每消耗1瓦功率所发出的光通量,单位为流明/瓦(lm/W)。
 
    ⑨光源寿命:分为全寿命、有效寿命和平均寿命。全寿命指光源不能再起点和发光时所点燃的时间;有效寿命指光源的发光效率下降到初始值的70~80%时共计点燃的时间;平均寿命指每批抽样试验产品有效寿命的平均值。
 
    ⑩起动与再起动:电光源的起动随不同光源有不同的要求。通常与电源电压、起动时的温度以及配套电器等有关。
 
    参考书目  复旦大学电光源实验室编著:《电光源原理》,上海人民出版社,上海,1977。

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