Что такое галогенная лампа?

Что такое галогенная лампа?

Галогенная лампа — это тип лампы накаливания, которая содержит следовые количества галогенных элементов (йода, брома и т. д.) в дополнение к инертным газам, таким как азот и аргон.

Галогенные лампы излучают свет так же, как и обычные лампы накаливания, пропуская электричество через нить накаливания внутри колбы. Нить накаливания представляет собой тонкую нитевидную металлическую проволоку, чаще всего изготавливаемую из вольфрама, который имеет самую высокую температуру плавления среди всех металлов (3422 °C).

Применение галогенных ламп

1. Освещение

Галогенные лампы используются для подсветки полок с продуктами, заливающего освещения, автомобильных фар, студийного и сценического освещения и других применений из-за их компактного размера, высокой яркости, легко регулируемого распределения света (рассеивания света) и хороших свойств цветопередачи (цвета близки к цветам, видимым при солнечном свете). Однако с распространением светодиодных источников света возможности их использования в осветительных приложениях уменьшаются.

2. Проекторы

Галогенные лампы использовались в качестве источников света для OHP-проекторов и слайд-проекторов, используемых в школах и т. д. Сегодня светодиодные и лазерные источники света становятся основными.

3. Источник света для спектроскопического анализа

Источники света для спектроскопического анализа используются потому, что они имеют постоянную яркость в широком диапазоне длин волн и незначительные колебания интенсивности с течением времени.

4. Нагреватель

Тот факт, что большая часть излучаемой энергии является инфракрасной, говорит нам, что галогенные лампы как источники света неэффективны, но являются прекрасными обогревателями. Поэтому галогенные лампы применяются в различных ситуациях, требующих локализованного нагрева, таких как удержание тепла, термообработка, сушка и высокотемпературное формование продуктов питания и материалов, в дополнение к локализованному нагреву в помещении и на открытом воздухе.

Принцип работы галогенных ламп

Температура нити накаливания обычных ламп накаливания составляет от 1500 до 3000 °C, в то время как у галогенных ламп она обычно достигает 2500–3000 °C, а у специальных ламп она достигает 3300 °C. Поэтому небольшое количество вольфрама постоянно испаряется на поверхности нити.

Рисунок 1. Галогенный цикл

Для подавления явления почернения галогенные лампы содержат небольшое количество галогенных элементов вместе с инертным газом в колбе. Таким образом, если условия, такие как температура и материалы, являются подходящими, явление почернения не возникнет из-за галогенного цикла, который происходит в лампе.

Галогенный цикл — это явление, которое происходит следующим образом.

1. Атомы вольфрама испаряются и диффундируют из горячей нити накаливания во время освещения.
2. Галогенный газ реагирует с испаренным вольфрамом, образуя галогенид вольфрама.
3. Если стеклянная стенка достаточно горячая (>170°C для йодистого галогена), галогенид вольфрама не прилипает к стеклянной стенке.
4. Когда галогенид вольфрама приближается к горячей нити накаливания, он разлагается, и атомы вольфрама возвращаются в нить накаливания.

Галогенный цикл предотвращает износ нити накаливания и вызванное вольфрамом почернение внутренней стеклянной стенки.

Структура галогенных ламп

Рисунок 2. Лампы накаливания и галогенные лампы

Для достижения галогенного цикла инкапсулированное стекло должно поддерживаться при высокой температуре. При использовании йода в качестве галогенного газа температура стекла должна быть 170 °C или выше, а при использовании брома температура стекла должна быть 250 °C или выше.

Поэтому обычно используется кварцевое стекло, выдерживающее высокие температуры, а для электрического соединения внутренней и внешней части галогенной лампы используется молибденовая фольга, чтобы внутренняя часть оставалась герметичной даже при высоких температурах.

Другая информация о галогенных лампах

1. Недостатки ламп накаливания

В обычных лампах накаливания почернение происходит, когда испаряющийся вольфрам прилипает к внутренней стенке стекла лампы. По мере износа нити накаливания световая эффективность неизбежно снижается.

Это явление почернения является препятствием, затрудняющим миниатюризацию ламп накаливания с высоким энергопотреблением или повышение температуры нити накала до более высоких уровней для увеличения яркости и цветовой температуры.

2. Характеристики света, излучаемого галогенными лампами

Рисунок 3. Температура нити накала и распределение интенсивности спектра излучения

Спектр света, излучаемый галогенной лампой, почти идентичен спектру излучения черного тела, который соответствует температуре нити накаливания. Поскольку температура нити накаливания ниже, чем у солнца, излучаемый свет почти не содержит ультрафиолетового света, а его видимая часть света имеет немного более высокую красную составляющую, что приводит к появлению теплого белого света.

Пик излучения находится в ближнем инфракрасном диапазоне с длинами волн от 900 до 1000 нм, а большая часть излучения находится в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне с длинами волн от 500 до 3000 нм.

3. Преимущества галогенных ламп

По сравнению с обычными лампами накаливания, галогенные лампы допускают меньшее расстояние между нитью накала и инкапсулированным стеклом. Кроме того, температура нити накала может быть выше, что дает различные преимущества.

• Благодаря их небольшому размеру транспортные расходы могут быть значительно снижены.
• Поскольку явление почернения не происходит, яркость практически не снижается до конца срока службы изделия.
• При использовании при той же температуре нити накаливания срок службы может быть увеличен более чем вдвое.
• Яркость может быть увеличена примерно на 30% при тех же настройках срока службы.
• Использование кварцевого стекла позволяет повысить температуру поверхности примерно до 900°C (в два раза выше).
• Кварцевое стекло обладает высокой термостойкостью и не бьется даже при нагревании до 900°C и помещении в холодную воду.

4. Преимущества галогенных ламп

• Лучевое тепло
  90% потребляемой мощности составляет лучистый свет, который передает энергию непосредственно нагреваемому объекту, что делает его пригодным для быстрого нагрева.
• Низкие потери тепла
  Излучаемый свет достигает нагреваемого объекта, не подвергаясь воздействию воздушных потоков или температуры воздуха, а поскольку источник излучения (нить накала) находится внутри стеклянной трубки, на него практически не влияет окружающая среда.
• Быстрый запуск
  Выходная мощность теплового излучения достигает 90% от номинальной в течение 1 секунды после подачи питания.
• Высокая плотность энергии
  Малогабаритные галогенные лампы могут поддерживать плотность тепловыделения 100 Вт/см2 или выше, что позволяет им нагревать объекты до 1500 °C или выше.
• Высокая устойчивость к тепловому удару
  Лампа не будет повреждена, даже если на нее попадет вода во время использования.
• Нагрев металла
  Длины волн от видимого света до ближних инфракрасных лучей легко поглощаются металлами, что делает их пригодными для нагрева металлов.
• Бесконтактный Нагрев
  Не загрязняет нагреваемый объект или окружающую среду. Нагрев образца в отдельной комнате также возможен через стеклянное окно и т. д.
• Оптический контроль
  Для точного точечного нагрева целевой области можно использовать отражающее зеркало или аналогичное устройство.