لامپ های تخلیه در گاز

لامپ های تخلیه در گاز ( HID ) بر اثر عبور جریان الکتریکی از گاز داخل لامپ کار می کنند هنگامی که الکترون ها از مداری که در حال چرخش در آن هستند بر اثر اعمال نیرو و با حرارت به مدار بالاتری انتقال یابند هنگام برگشت انرژی اضافی کسب شده خود را به صورت انتشار نور فوتون از دست میدهند

لامپ بخار جیوه کم فشار فلورسنت MCF

این لامپ تشکیل شده از یک تیوب شیشه ای یا حباب که سطح داخلی آن به وسیله پودر فسفر پوشیده شده و در دو طرف آن دو فيلامان قرار دارد .حباب حاوی مقدار اندکی جیوه و گاز آرگون با فشار بسیار کم است . قطعه ای بنام چوک که یک سلف یا سیم پیچ است و قطعه دیگری بنام استارت که یک بیمتال یا دوفلزیست نیز در مدار لامپ قرار میگیرند .

لامپ فلروسنت

با اتصال ولتاژ به مدار چراغ ابتدا ولتاژ و جریان به وسیله چوک تا سطح ۱۰۰۰ ولت افزایش یافته فيلامان های گداخته گاز آرگون را یونیزه کرده و مقداری از جیوه را از حالت مایع به گاز تبدیل میکنند همچنین باعث انتقال الکترون از یک طرف لامپ به طرف دیگر میشوند .

هنگام حرکت الكترون ها و اتم های باردار داخل لامپ ، تعدادی با اتم های گازی جیوه برخورد می کنند . این برخورد اتم ها را برانگیخته می کند و الکترون ها را به تراز انرژی بالاتر می برد و همان گونه که در ابتدا گفته شد با بازگشت الكترون ها به مدار اصلی فوتون های نوری از خود آزاد می کنند و نور فرا بنفش ضعیفی تولید می شود . این نور با پوشش فسفر فلورسانس داخل حباب برخورد کرده به نور مرئی تبدیل می شود .

مدار راه اندازی لامپ فلورسنت به صورت زیر است

مدار  لامپ فلورسنت

لامپ فلورسنت فشرده CFL​

 امروزه تحت عنوان لامپ های کم مصرف شناخته می شوند و شامل دو قسمت محفظه پر از گاز و بالاست الکترونیکی ( بجای چوک ) است .مانند فلورسنت معمولی جریان ارسالی از بالاست در درون گاز داخل حباب جاری شده و منجر به تشعشع نوری با طول موج فرابنفش میشود سپس اشعه فرابنفش لایه فسفر داخل حباب را تحریک کرده نور مرئی تولید میشود . طول عمر این لامپ ها تا ۱۵ برابر و بهره نوری آن ها ۵ برابر لامپ رشته ای گزارش شده با پیشرفت تکنولوژی در اشکال قیمت بالا و زمان رسیدن به نوردهی کامل این لامپ ها نیز در حال رفع است . این لامپ در توان های ۹ وات تا ۱۵۰ وات و بهره نوری  60Lm / W  ساخته میشود .

لامپ فلروسنت فشرده CFL

لامپ بخار جیوه پرفشار MBF​

لامپ های بخار جیوه که در ایران به لامپ های گازی نیز معروف هستند ، قدیمی ترین نوع لامپ های HID می باشند که در ابتدا برای روشنایی خیابان ها از آن ها استفاده می گردید . این لامپ ها دارای دمای تخلیه ی بالا بوده و به همین دلیل از یک محفظه داخلی کوارتز به نام محفظه تخلیه ، برای عمل تخلیه استفاده نموده و برای پوشش بیرونی نیز از حباب بیرونی معمولی استفاده می نمایند .

اصول کلی راه اندازی این لامپ ها به لامپ های فلورسنت شبیه است . این لامپ ها دارای دو الکترود اصلی و یک الکترود کمکی می باشند . الکترود کمکی در مجاورت یکی از الکترود های اصلی قرار گرفته و با یک مقاومت به الکترود مقابل متصل است .

پس از بستن کلید ، ولتاژ تغذیه ، بین دو الکترود اصلی و نیز الکترود کمکی و الکترود اصلی مجاور آن اعمال می گردد . ولتاژ بین الکترود اصلی و الکترود کمکی مجاورش باعث یونیزاسیون گاز ما بین ایندو و برقراری یک آرک شده میدان الکتریکی ایجاد شده باعث شروع یونیزه شدن گاز در سایر قسمت های محفظه تخلیه بین دو الکترود اصلی گردد .

گرمای ناشی از تخلیه گازی ، فلز جیوه در لوله را بخار کرده و سپس تخلیه به وسیله بخار جیوه ادامه می یابد . برای رسیدن این فرآیند به حالت پایدار و در نتیجه نور دهی کامل حدود ده دقیقه زمان لازم است و برای روشن شدن دوباره ، نیاز به خنک شدن برای پایین آمدن فشار و امکان انجام یونیزه شدن دارد . به دلیل وجود الكترود کمکی ، نیاز به استارتر جداگانه نخواهد بود و تنها برای محدود کردن جریان راه اندازی به بالاست نیاز دارند .

نوعی از این لامپ ها به صورت بالاست سرخود می باشد و جریان به وسیله یک رشته تنگستن که در داخل لامپ تعبیه شده است محدود می شود . این لامپ ها نیاز به وسایل کمکی بیرونی نداشته و می توانند به عنوان جایگزین لامپ های رشته ای ساده بدون نیاز به وسایل جانبی دیگر مانند بالاست مستقیما " به برق شهر وصل شوند بر روی این لامپ ها از حرف MBTF يا QB به عنوان مشخصه استفاده شده است .

بازده نوری این لامپ ها تا حدودی بهتر از بازده نوری لامپ های رشته ای است ولی طول عمر آن ها در حدود شش برابر لامپ های رشته ای است . این لامپ در توان های ۱۲۵ تا ۴۰۰ وات و شار نوری ۶۱۰۰ تا ۲۲۰۰۰ لومن ساخته شده دارای رنگ نور سفید بوده و رنگ نور ، قیمت مناسب و عمر طولانی موجب گردیده که از این لامپ ها به طور گسترده در معابر عمومی ، محیط های کار سر بسته استفاده گردد .

همچنین به دلایل ابعاد کوچک و ساخت در وات های بالا در بسیاری از موارد به لامپ های فلورسنت و CFL ترجیح داده میشوند . لامپ بخار جیوه برای روشنایی خیابان ها ، بزرگ راه ها ، مغازه ها ، مکان های ورزشی سرپوشیده و کار خانه جات مورد استفاده قرار می گیرد . به منظور اصلاح ضریب قدرت و کاهش توان راکتیو ، یک خارن ( PFC ) با مدار لامپ موازی میشود . 

مدار راه اندازی لامپ بخار جیوه پر فشار

لامپ بخار سدیم پر فشار HPS​

این لامپ ها از سال ۱۹۶۸ به عنوان منبع نور پر بازده برای کاربردهای روشنایی بیرونی وصنعتی معرفی شدند . امروزه لامپ های HPS بیشترین استفاده را در روشنایی خیابان ها و پارک ها دارند هر چند در برخی موارد لامپ های متال هالید MH مقبولیت بیشتری دارد . اصول کلی و طرز کار لامپ های بخار سدیم پرفشار مشابه دیگر لامپ های HID است .

امروزه این نوع لامپ تبدیل به محبوب ترین نوع لامپ برای روشنایی بیرونی گردیده است . محفظه تخلیه این لامپ ها ، علاوه بر جيوه دارای سدیم و گاز کریپتون برای راه اندازی است و از اکسید آلومینیوم ساخته می شود که در برابر فعالیت شیمیایی بخار سدیم پرفشار و دمای بالا مقاوم است . این ماده به سادگی شکل پذیر نمی باشد و بنابراین الکترودها به میله های مولیبدنی که در هر یک از دو انتهای محفظه تخلیه از طریق ذوب شدن جوش خورده است ، متصل می گردند .

برخی از انواع لامپ های بخار سدیم پر فشار ، دارای یک راه انداز داخلی می باشند که امکان عبور جریان از بالاست را میدهد و پس از آن با باز کردن مداری ولتاژ پالسی بسیار زیاد را در دو سر محفظه تخلیه برقرار می کند . برخی دیگر نیز مانند لامپ های متال هالید ، نیاز به راه انداز الکترونیکی خارجی به نام ایگنیتور به همراه بالاست ( چوک ) دارند ایگنیتور دو سیمه با لامپ به صورت موازی اتصال میابد.

عیب اصلی لامپ های HPS کیفیت رنگ نامناسب آن ها است . این لامپ های نوری به سمت ناحیه زرد طلائی و در نهایت سفید طلائی تولید می نمایند که برای روشنایی داخلی مناسب نمی باشد . در صورت خاموشی لامپ به هر دلیل ، راه اندازی لامپ بلافاصله بعد از وصل جریان برق انجام خواهد شد و لذا استفاده از این لامپ ها برای مکان هایی که خاموشی های کوتاه مدت مشکلاتی را ایجاد می کند مانند تونل ها ، استخرها و مکان های امنیتی توصیه می شود . این لامپ در توان های ۱۵۰ – ۲۵۰ – ۴۰۰ وات و با شار نوری ۱۴۵۰۰-۲۷۰۰۰-۴۸۰۰۰ لومن ساخته شده است

لامپ بخار سدیم

لامپ متال هالید MH ​

چنانچه در داخل تیوب تخلیه لامپ های بخار جیوه پر فشار هالید های فلزی مانند سدیم ، تالیم ، هولمیوم ، تولیوم و دیسپرسیوم اضافه شود بازده لامپ بالا رفته و چون هالیدها در دمای کمی ذوب میشوند دیگر نیازی به الکترود کمکی نیست .

رنگ نور این لامپ عموما " سفید است اما هالید تین نور سبز ، هالید سدیم نور زرد ، هالید لیتیم نور قرمز و هالید ایندیم نور آبی رنگ تولید مینماید .حباب بیرونی محافظ حباب داخلی بوده همچنین از انتشار اشعه ماورای بنفش جلوگیری مینماید . در صورت شکسته شدن حباب خارجی فورا " لامپ را خاموش و جایگزین نمائید . این لامپ در توان های ۷۰ وات تا ۱۰۰۰ وات و شار نوری ۵۷۰۰ تا ۷۵۰۰۰ لومن ساخته شده است .

توان های پایین جهت مصارف داخلی ، توان های متوسط جهت کار خانه جات و کارگاه ها ، و توان های بالا جهت روشنائی استادیوم ها ، پالايشگاه ها ومحوطه های بزرگ بکار میرود . این لامپ نیز جهت روشن شدن به بالاست و ایگنیتور متناظر با توان خود نیاز دارد و در زمانی کمتر از ۲ دقیقه به حداکثر نور دهی خود میرسد . این لامپ با علامت MP نیز شناسائی میشود .

لامپ متال هالید

لامپ نئون

لامپ نئون توسط ژرژ کلود فرانسوی با استفاده از یک لوله خلاء که داخل آن گاز نئون بود ساخته شد او پس از اینکار دو سر این لوله را به دو الکترود وصل کرد و پس از عبور جریان از این لوله نور قرمز رنگی ایجاد نمود . لامپ های نئون برخلاف لامپ های رشته ای عمری طولانی بین ۷ تا ۱۰ سال دارند و به دلیل مقرون به صرفه بودن و عمر بالای آن در تبلیغات فضای باز کاربرد بالایی دارند .

هدف اصلی از ساخت این لامپ استفاده تبلیغاتی است . این لامپ بصورت یک تیوب شیشه ای به قطر ۱۰ میلیمتر در طول های آزاد ساخته میشود و با استفاده از حرارت میتوان به آن شکل و فرم داد تابلو تبلیغاتی زیر کلیه حروف و نشانه ها بوسیله لامپ های نئون ایجاد شده است .

لامپ نئون

پس از ایجاد فرم مناسب ابتدا هوای داخل تیوب تخلیه شده سپس داخل آن به وسیله یکی از گازهای مختلف به منظور رنگ های مختلف پر می شود .

جدول رنگ لامپ نئون

دو سر لامپ به یک ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ متصل میگردد . به ازاء هر یک متر طول لامپ ، نیاز به ۵۰۰ تا ۶۰۰ ولت ولتاژ میباشد . بطور مثال برای روشن نمودن یک لامپ به طول ۴ متر نیاز به یک ترانسفورماتور با ولتاژ اولیه ۲۲۰ ولت و ثانویه ۲۰۰۰ ولت می باشد .

شدت جریان مصرفی لامپ ها کم است اما ولتاژ بالا ، نیاز به عایق کاری و استفاده از کابل های مناسب را الزامی می سازد بدین منظور در خروجی ترانس ها از مقره استفاده می شود .

دو ترمینال چینی به عنوان ترمینال های ورودی جهت اتصال به ولتاژ ۲۲۰ ولت بر روی ترانس تعبیه شده است حروف و علامت های ساخته شده به وسیله لامپ با یک دیگر به صورت سری متصل شده پس از محاسبه طول کل ، ترانسفورماتور مناسب انتخاب می شود . بر اثر برخورد الکترون های گسیل شده از دوطرف لامپ با اتم های گاز داخل تیوب ، فوتون یا ذرات نور ایجاد شده ولامپ روشن می شود .

منبع: