Обзор газоразрядных лампах, область применения

Лампы с газовыми разрядами

Излучение световой энергии, которая распределяется в зоне обзора глаз человека, обеспечивает газоразрядная лампа. Основой этой лампочки является колба, изготовленная из стекла. В нее под большим давлением помещается газ, реже — металлические пары. С двух сторон стеклянной колбы, как правило, располагаются электроды.

Таким образом, ГРЛ имеет иной, чем светодиодные лампы, принцип работы. Внутриламповая система начинает свою работу после того, как от начала и до конца колбы пройдет заряд электрических частиц. Электрод, который и создает свечение, располагается в самом центре газоразрядной лампы. Под этим электродом располагается резистор, который ограничивает поступление тока. Всю эту конструкцию держит цоколь, при помощи которого лампа фиксируется в различных осветительных приборах. Такая лампочка может быть установлена как на улице, так и в доме.

Обзор газоразрядных лампах, область применения

Важно отметить, что газоразрядная лампа наибольшей популярностью пользуется в автомобильной сфере. Прекрасно подходят такие лампы для уличного освещения

Еще одним немаловажным пунктом можно выделить световые оттенки, которые излучает лампа. Они могут быть как ультрафиолетовые, так и инфракрасные. Главное то, что они видимы глазу человека. Такое сечение добывается методом покрытия газоразрядной лампы люминесцентным раствором. Как правило, его наносят во внутреннюю часть колбы.

Прошивка микроконтроллера

Программное обеспечение для часов из газоразрядных индикаторных ламп написано на Eclipse, без искажений транслируется в AVR Studio, коды с комментариями, что значительно упрощает процесс.
Обзор газоразрядных лампах, область примененияПоложение выставляемых фьюзов

В результате прошивки устанавливаются определенные режимы и процесс управления ими. При кратковременном нажатии кнопки «MENU» по кругу отображаются режимы:

  • режим №1 – времени (отображается постоянно);
  • режим №2 – 2 мин. время, 10 сек. дата;
  • режим №3 – 2 мин. время, 10 сек. температура;
  • режим №4 – 2 мин. время, 10 сек. дата и 10 сек. температура;
  • режим настройки времени и даты устанавливается удержанием кнопки «MENU»;
  • кратковременное нажатие на кнопку «UP» (2 сек.) отображает дату, удержание этой кнопки отключает или включает подсветку;
  • кратковременное нажатие «DOWN» (2 сек.) отображает температуру;
  • понижение яркости почасовой программой с 00.00 часов до 7 утра.

История

Первые газоразрядные индикаторы Nixie были разработаны в 1952 году братьями Haydu и позднее проданы фирме «Burroughs Business Machines». Название «Nixie» получилось от сокращения «NIX 1» — «Numerical Indicator eXperimental 1» («цифровой индикатор экспериментальный, разработка 1»). Название закрепилось за всей линейкой подобных индикаторов и стало нарицательным. В частности, советские индикаторы ИН‑14 в зарубежных каталогах записывают как «IN‑14 Nixie».

С начала 1950-х до 1970-х годов индикаторы, построенные на газоразрядном принципе, были доминирующими в технике. Позже они были заменены вакуумно-люминесцентными, жидкокристаллическими дисплеями и светодиодными индикаторами и стали довольно редки сегодня. В настоящее время большинство наименований газоразрядных индикаторов больше не производится.

Газоразрядные индикаторы использовались в калькуляторах, в измерительном оборудовании, в первых компьютерах, в аэрокосмической технике и подводных лодках, в лифтовых указателях и для отображения информации на фондовой бирже Нью-Йорка.

Некоторые исследователи полагают, что примерно за 10 лет до изобретения индикатора типа «Nixie tube» был разработан аналогичный по конструкции прибор под названием «индитрон». Авторы данного изобретения совершили ошибку, не использовав отдельный анод вообще. Для того, чтобы «засветить» в таком индикаторе ту или иную цифру-катод, на неё требовалось, как и в обычном газоразрядном индикаторе, подавать отрицательный потенциал. А вот положительный потенциал подавали на соседнюю цифру — она и становилась на время анодом. Понятно, что управлять таким индикатором довольно трудно, а отсутствие сетчатого анода, не пропускающего распыляемые с катодов частицы металла к передней стенке баллона, приводило к быстрому её помутнению. «Индитрон» был забыт, и газоразрядный индикатор вскоре пришлось изобретать заново. Выжило необычных приборов совсем немного.

Возрождение

См. также: Ретротроника

При желании на газоразрядных индикаторах можно выполнить не только часы, но и календарь.

За последние годы популярность газоразрядных индикаторов возросла из-за их необычного антикварного вида. В отличие от ЖК, они излучают мягкий неоновый оранжевый или фиолетовый свет. Несколько компаний предлагают часы и иные конструкции, в которых используются газоразрядные индикаторы. Для корпусов таких часов применяется дерево, сталь, акриловый пластик. Как правило, такие часы обладают небольшим функционалом и несут чисто эстетическую функцию.

Но не стоит думать, что такие часы обязательно дороги. Радиолюбитель средней квалификации, знакомый с правилами техники безопасности при работе с электроустановками до 1000 В, по представленным на многочисленных сайтах описаниям без особого труда изготовит похожие часы самостоятельно при значительно меньших затратах.

Этапы сборки часов

Для начала надо понять принцип работы индикаторных элементов ИН-14, практически это неоновые лампочки с группой катодов в виде цифр. В зависимости от подачи питания светится тот или иной катод поочередно, применяется принцип лампы накаливания с газоразрядным процессом.

Обзор газоразрядных лампах, область примененияКонструкция и основные параметры газоразрядного индикатора ИН-14

Ресурс работы таких индикаторов огромный, потому что нет длительной и большой нагрузки на один катод. Для полноценной подсветки необходимо напряжение не менее 100 В, поэтому начнем проектирование с источника питания.

Блок питания

Вариант с трансформатором, на вторичной обмотке которого будет 170 или 180 В, исключаем сразу по причине больших габаритов и веса. Подбирать железо, провода и мотать самостоятельно – дело неблагодарное и утомительное. Практичнее применить преобразователь напряжения на микросхеме MC34063, имеющий малые габариты, вес и стабильные параметры.

Обзор газоразрядных лампах, область примененияСхема блока питания на базе преобразователя напряжения MC34063

Все элементы монтируются на печатную плату, после сборки в большинстве случаев настройки не требуется, с 10–12 В преобразователь дает 175–180 В. Как видно, трансформатор в схеме присутствует, но очень маленький и легкодоступный для быстрого самостоятельного изготовления, такой можно купить в торговых сетях. На выходе вторичной обмотки 9–12 В переменного тока приходят на диодный мост (выпрямитель). Линейный стабилизатор LM7805 предназначен для питания электронных элементов часов.

Схема для включения ламп

Эта схема решает проблему согласования управляющего напряжения на микросхеме 5 В и управляемого напряжения питания анодов. Положительный потенциал 180 В подается на анод, а отрицательный – на катоды соответствующих цифр.

Обзор газоразрядных лампах, область примененияСхема управления подключением анодов лампы

Включение катодов производится схемой на базе старой микросхемы К155ИД1, которая запитывается от напряжения 5 В, что в нашем случае очень удачно. Микросхемы 155-й серии сняты с производства, но не являются дефицитом, их легко можно купить в торговых сетях и на радиорынках. Чтобы не паять микросхему к каждой лампе, схема управления катодами делается по динамическому принципу.

Обзор газоразрядных лампах, область примененияСхема с элементами управления анодами и катодами ламп

Теперь блок питания, схему управления катодами и анодами надо подключить к процессору часов DS1307, для согласования идеально подходит микроконтроллер Mega8.

Понятие энергосбережения для электрических ламп

Заметим, что про высокую светоотдачу некоторых разновидностей ламп известно давно. С момента появления в 1938 году ртутных ламп низкого давления с приемлемой цветопередачей стало понятно, что за последним классом устройств будущее. Но теперь, когда вышли первые приборы на светодиодах, конкурентоспособность сравнительно тусклых и сложных разрядных ламп уже ставится под сомнение. Однако европейские стандарты делят технику не по признаку вложенных в неё технологий, а по мере энергосбережения.

Рассмотрением вопроса занимаются правила № 874/2012, 12 июля 2012 года выпуска, в поддержку директивы Европейского парламента 2010/30/EU. В документе приводятся сведения о лампах, полезные или интересные читателям:

  1. Документ касается всех разновидностей бытовых ламп: с нитями накала, люминесцентных, разрядных, светодиодных. Три последних группы считаются вдобавок энергосберегающими.
  2. Для каждой лампочки указывается степень энергоэффективности цветной наклейкой, наподобие изображённых на фото. Указанная часть позволяет быстро понять, что это за лампочка, считается ли энергосберегающей.

Обзор газоразрядных лампах, область применения

Маркировка упаковок лампочек

Коэффициент энергоэффективности различается для направленных и ненаправленных источников света. К примеру, правила Евросоюза доводят до покупателей информацию, представленную в виде таблицы на скрине. Из приведённых цифр понятно, что индекс энергоэффективности (IEE) для направленных источников света бывает выше и значительно больше единицы. Самыми лучшими признаны устройства класса А++, наименее эффективные – Е. В быту принято называть энергосберегающими лампы, для которых параметр укладывается в диапазон от А и выше.

Обзор газоразрядных лампах, область применения

Степени энергоэффективности

Узнаем, как подсчитывается индекс энергоэффективности. В ходе вычислений реальный световой поток источника света сравнивается с идеальным: I I E = Pcor / Pref. Где Pcor – номинальная мощность потребления, которую для устройств с внешними драйверами полагается корректировать согласно данным таблицы, представленной на рисунке. Для прочих устройств число берётся непосредственно, без изменений.

Обзор газоразрядных лампах, область применения

Корректировка мощности для ламп с внешним драйвером

Напоминаем, что драйвером лампы называют модуль для преобразования напряжения сети к нужному формату. К примеру, внутри цоколя Е27 часто стоит микросхема импульсного блока питания. Это драйвер, причём внутренний. Pref – это некое потребление эталона, своеобразной идеальной лампы. Вычисляется по формулам, представленным на рисунке, сообразно тому, больше световой поток 1300 люменов или меньше.

Обзор газоразрядных лампах, область применения

Градация номинальной мощности по величине светового потока

Не бойтесь сложных выражений, авторы отредактировали скрины, снабдив уместными пояснениями. Вы увидите, что номинальная мощность эталона вычисляется из светового потока подопытной лампы по простым формулам. В таблице указано три варианта:

  • Ненаправленные источники света.
  • С углом ограничивающего конуса 90 градусов или более за исключением несущих на упаковке предупредительные символы о невозможности использования в акцентированном режиме и с нитями накала.
  • Все прочие направленные лампы.

Спрашивается, как измерить световой поток. Во-первых, часто энергосберегающие лампы снабжаются упаковками, где прописано конкретное число, во-вторых, при помощи приборов значение получается в лабораторных условиях. Энергоэффективность выявляют по результатам тестов, сложностей не возникает. Собственно, всю информацию на английском языке нетрудно прочитать со скринов. Мы перевели на русский для лучшего восприятия.

Водородная лампа

Включить водородную лампу, для чего проверить, находятся ли выключатели электронного стабилизатора ЭПС-86 накал и высокое напряжение в положениях выключено, повернуть рукоятку в центре по стрелке влево до упора, включить стабилизатор в сеть напряжением 127 в и поставить выключатель накал в положение включено. Через 2 мин повернуть выключатель высокое напряжение в положение включено.

Оптическая схема спектрофотометра СФ-4 и СФ-5.

Включить водородную лампу, для чего проверить, находятся ли выключатели электронного стабилизатора ЭПС-86 накал и высокое напряжение в положениях выключено, повернуть рукоятку в центре по стрелке влево до упора, включить стабилизатор в сеть напряжением 127 в и поставить выключатель накал в положение включено. Через 2 мин повернуть выключатель высокое напряжение в положение включено.

СФ-4А установлена водородная лампа) и материала призмы, что позволило несколько расширить область работы в сторону меньших длин волн.

Визуальную установку водородной лампы производят прежде, чем приступают к измерениям. Ее устанавливают так же, как ртутную лампу, но по красной линии водорода 656 ммк. Фотоэлектрическую установку водородной лампы производят следующим образом: переключатель 23 ставят в положение включ. Устанавливают ширину щели 2 мм ( максимальное раскрытие) и потенциометр чувствительности 26 ставят в крайнее левое положение ( минимум чувствительности), открывают шторку фотоэлемента и вращают шкалу длин волн с помощью рукоятки 19 в сторону меньших длин волн. Значение длины волны, при котором стрелка миллиамперметра приходит к нулю, сравнивают с паспортом данной лампы, в котором указана предельная граница излучения лампы в ультрафиолетовой области. Если показания шкалы длин волн и данные паспорта отличаются более чем на 2 — 3 ммк, то, следовательно, водородная лампа установлена плохо и ее устанавливают с помощью юстировочных винтов и конденсорного зеркала, о которых уже говорилось выше ( стр.

В осветителе установлены водородная лампа ДВС-25 и лампа накаливания ОП-33-03; при юстировке прибора первую из них заменяют ртутно-гелиевой лампой ДРИ-12. Питание прибора осуществляется от стабилизатора, включаемого в электросеть. Спектрофотометр укомплектован таким же набором кювет, как и СФ-4. Стоимость прибора СФД-2 составляет 3030 руб. В скором времени предполагается выпуск ряда дополнительных камер к СФД-2, предназначенных для поляризационных измерений, для работы с малыми образцами и для измерения зеркального и диффузного отражения.

Проверку правильности установки водородной лампы и лампы накаливания проводят как визуально, так и фотоэлектрически.

Визуальную проверку установки водородной лампы проводят так же, как ртутной лампы, но по красной линии водорода 656 нм. Фотоэлектрическую проверку правильности, установку водородной лампы проводят по следующим критериям.

Проверку правильности установки водородной лампы и лампы накаливания проводят как визуально, так и фотоэлектрически.

Визуальную проверку установки водородной лампы проводят так же, как ртутной лампы, но по красной линии водорода 656 нм. Фотоэлектрическую проверку правильности, установку водородной лампы проводят по следующим критериям.

Общий вид спектрофотометра СФ-4А со стабилизатором ЭПС-86.

Для включения после водородной лампы накаливания нужно рукоятку 17 поставить в положение Лампа накаливания и переключить тумблер 16 установки требуемой лампы в положение Лампа накаливания. Для включения после лампы накаливания водородной лампы нужно сначала выключить прибор, а затем снова включить его в порядке, указанном выше. Перед включением прибора рукоятка 14 шторки переключателя должна быть в положении Закрыто. Приемник излучения должен соответствовать той области спектра, в которой предполагается проводить измерения.

В приборе используют водородную лампу низкого давления для работы в области 220 — 350 нм и лампу накаливания — в области 350 — 2500 нм. Приемниками излучения служат сурьмяно-цезиевый фотоумножитель и фотосопротивление PbS для работы в ближней инфракрасной области спектра.

Внешний вид спектрофотометра СФ-9.

В приборе используют водородную лампу низкого давления для работы в области 220 — 350 нм и лампу накаливания — в области 350 — 2500 нм. Приемниками излучения служат сурьмяно-цезиевый фотоумножитель и фотосопротивление PbS для работы в ближней инфракрасной области спектра.

ГРЛ

При точечном освещении небольших групп растений применение ртутных ламп существенно эффективнее, нежели ламп люминисцентных.

При наличии в продаже металлогалогенных и натриевых ламп использовать ДРЛ для освещения зимнего сада нецелесообразно. Однако для освещения одиночно стоящих растений или небольших групп растений в комнатных условиях можно с успехом применять специализированные компактные светильники настенного или потолочного крепления с ртутными лампами. Мощность таких ламп существенно больше, нежели ламп люминисцентных, а ведь светоотдача лампы возрастает с увеличением мощности. Это значит, что световой поток, производимый одной ртутной лампой мощностью 80 Ватт, больше светового потока, производимого четырьмя люминисцентными лампами мощностью 20 Ватт каждая.

1 ртутная лампа вырабатывает света в 3-4 раза больше, чем лампа накаливания такой же мощности. КПД ФАР для ртутных ламп в среднем составляет 10-12%.

Металлогалогенные разрядные лампы (в дальнейшем МГЛ) называются так потому, что в их колбу помимо ртути и аргона дополнительно вводятся галогениды металлов и их смеси, что позволяет создавать лампы с разнообразными спектрами. Эти лампы характеризуются высокой световой отдачей (80-100 лм/Вт), их срок службы составляет 6-10 тыс.ч

Обратите внимание: МГЛ нельзя монтировать как вам вздумается, у них бывают ограничения по положению горения (например, только горизонтальное), в противном случае у них снижается световой поток и срок службы

В маркировке отечественных ламп буквы обозначают следующее: Д — дуговая, Р — ртутная, И — с излучающими добавками (т.е. галогенидами металлов), Т — трубчатая, Сф — софитная, З — зеркальная. Софитные двухцокольные лампы типа ДРИ-Сф выпускаются мощностью 70 и 150 Вт, используются в светильниках-прожекторах. Трубчатые лампы ДРИ-Т и зеркальные ДРИЗ выпускаются мощностью 250 и 400 Вт.

Для освещения зимних садов и оранжерей металлогалогенные лампы подходят идеально и с точки зрения спектрального состава света, и с точки зрения цветопередачи.

Все перечисленные типы МГЛ можно с успехом применять для освещения растений. У этих ламп хорошая цветопередача, с их помощью создается освещение с высоким уровнем зрительного комфорта. Правда, стоит это удовольствие недешево — МГЛ сами по себе дорогие (если НЛВД мощностью 250 В стоит в магазине примерно 500-600 рублей, то металлогалогенная лампа такой же мощности обойдется в 900-1000 рублей). Компромиссный вариант: использовать комбинированное освещение с помощью МГЛ и натриевых ламп высокого давления.

Субъективное впечатление от света металлогалогенной лампы: кажется, что она светит ярче натриевой лампы высокого давления такой же мощности. На самом деле это не так, просто человеческий глаз по-разному воспринимает излучение в разных участках спектра. Зрение человека наиболее остро реагирует на длины волн порядка 500 нм, что соответствует зеленому участку спектра. У МГЛ на этот участок приходится один из пиков излучения, в то время как у натриевых ламп высокого давления излучение в зеленой области практически отсутствует.

1 металлогалогенная лампа вырабатывает света в 5-7 раз больше, чем лампа накаливания такой же мощности. КПД ФАР для металлогалогенных ламп в среднем составляет 26-30%. Лампы подходят для архитектурного освещения .

Натриевые лампы высокого давления (далее НЛВД) — наиболее эффективная группа источников света, в их колбах содержится смесь паров натрия и ртути с добавкой ксенона. Они обладают самой высокой световой отдачей (до 150 лм/Вт) и длительным сроком службы (от 16 до 24 тыс.ч.). Сразу после зажигания они светят желто-оранжевым светом, но в течение 5-7 минут по мере разгорания лампы цвет излучения стабилизируется и приобретает золотистый оттенок, приятный для человеческого глаза (цвет вечернего солнца). Цветопередача у НЛВД хуже, чем у МГЛ, поэтому при обустройстве зимних садов обычно используют оба типа ламп. Современные теплицы оборудованы именно НЛВД ввиду их большой экономичности. В маркировке отечественных НЛВД буквы обозначают следующее: Д — дуговая, На — натриевая, Т — трубчатая, З — зеркальная, Мт — матированная. Как правило, в продаже доступны лампы мощностью от 70 до 600 Вт.

Разрядные лампы

В семейство входят все лампы, где свечение образуется за счёт медленно тлеющего разряда. Первой успешной версией, вероятно, считаются трубки Гислера, бытовавшие ещё в XIX веке в развлекательных заведениях Европы. Упоминалось о факте ранее, в обзоре про люминесцентные лампы, сегодня остановимся на более практической части. На рубеже XX и XXI веков до 80% светового потока в развитых странах приходилось на разрядный тип приборов. Срок службы тоже немаленький – от 10 до 50 тыс. часов.

Обзор газоразрядных лампах, область применения

Разрядные лампы

В начале развития направления стало понятно, что ртутные лампы высокого давления и натриевые лампы низкого давления чрезвычайно хороши, но применять их для бытовых нужд не решались: слишком плохая цветопередача. Людская кожа попросту выглядела страшно в подобном соседстве. Напомним, что цветопередачей оптического источника называется степень схожести освещаемых им различных цветовых оттенков с истинным положением на спектральной шкале. Кстати, светодиодные лампы дают изумительные результаты.

Для разрядных первый приемлемый эффект получен с люминесцентными лампами дневного света (ртутные низкого давления). Они появились в 1938 году, стало понятно, что устройства постепенно завоюют сегмент бытового применения. В 50-х годах XX века появились ртутные лампы высокого давления (дуговые ДРЛ). Потом последовали разрядные лампы высокой интенсивности, где впервые удалось преодолеть КПД в 100 лм/Вт. Это сильнее увеличило привлекательность приборов для обывателя. Спектр излучения подбирается наполнением колбы (газ, пар, их смеси) либо условиями горения дуги.

Широкое распространение получили люминесцентные разрядные лампы, где спектр получается за счёт облучения ультрафиолетом специального вещества (люминофора). Возникла и немалая путаница. К примеру, к разрядным часто причисляют и галогенные лампы. Но это далеко не всегда правильно. К примеру, в кварцевых нагревателях применяются нити накала, дуга там отсутствует. А галогениды металлов служат иным целям: испаряющийся со спирали вольфрам немедленно вступает в соединение, которое не осаждается на стеклянной колбе. В результате возвращения молекулы на поверхность горячей нити (за счёт случайных процессов) металл восстанавливается. Так значительно возрастает срок службы.

Галогениды часто используются и в разрядных лампах. Причём для аналогичных целей. Ключевым признаком металлогалогенных разрядных ламп (появились в 60-х годах XX века) считается горящая дуга. В последнем случае галогениды (йод, бром, хлор) играют дополнительную роль: изменяют спектр свечения, создают нужную плотность металлов в объёме газов и паров. В результате возникают уникальные свойства источников света, невозможные в других условиях. Известно третье свойство, не настолько очевидное: отдельные металлы с привлекательным спектром излучения при нагреве кварцевой колбы до 300 градусов Цельсия ведут себя агрессивно. Прежде всего щелочные, кадмий, цинк. Одновременно их галогениды намного более инертны, разрушения кварцевой колбы уже не происходит.

Особенно замечательный эффект отмечается при смешивании нескольких типов веществ. К примеру, металлы I и III группы таблицы Менделеева дают отдельные спектральные полосы в диапазоне:

  • Натрий – 589 нм (близко к оранжевому).
  • Таллий – 535 нм (зелёный).
  • Индий – 410 и 435 нм (интенсивно фиолетовый).

Скандий, лантан, иттрий и редкоземельные металлы дают спектр из множества полос, заполняющих видимый спектр. Часть читателей спрашивает – зачем это, собственно, нужно? Дело здесь не только в разнообразной цветопередаче. Важна цветовая температура лампочки. На фото, к примеру, красуется светодиодная на 4500 К. Это холодный оттенок, но до дневного света ей далеко. Рубеж начинается с 6000 К.

Подбирая нужным образом цветовую температуру, удаётся задавать циркадные ритмы человеческой психики. Явление означает улучшение работоспособности днём, хороший сон в ночной период, успокоение или нагнетание напряжённости. Ниже авторы привели таблицу, где показаны индексы цветопередачи и прочие параметры для металлогалогенных ламп с различным заполнением. Быстро отыскать подобное изделие на прилавке поможет кодировка ДРИ (и другие похожие).

Обзор газоразрядных лампах, область применения

Таблица индексов для металлогалогенных ламп

Позднее расскажем про натриевые лампы и керамические горелки, индексы цветопередачи и влияние температуры на психику. Любое знание ограничено, и лишь незнание не имеет границ.

Список источников

  • LustryPro.ru
  • www.ngpedia.ru
  • wiki2.org
  • LampaGid.ru
  • pmsvet.ru
  • VashTehnik.ru
Читайте так же:  Прямая подсветка Direct-LED с локальным затемнением и без него
Ссылка на основную публикацию