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      传统白炽灯简介

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      传统白炽灯简介

      传统白炽灯如图8一29所示。

        白炽灯将灯丝通电加热到白炽状态,利用热辐射发出可见的电光源。自1879年美国爱迪生制成了碳化纤维(即碳丝)白炽灯以来,经人们对灯丝材料、灯丝结构和充填气体的不断改进,白炽灯的发光效率也相应提高。1959年,美国在白炽灯的基础上发展了体积和光衰极小的卤钨灯,白炽灯的发展趋势主要是研制节能型灯泡。

      图8一29传统白炽

         不同用途和要求的白炽灯的结构和部件不尽相同,白炽灯的光效虽低,但显色性和集光性能好,是量产较大且应用较广一泛的电光源。

      白炽灯把消耗能量中的90%转化成无用的热能,只有10%的能量会转化为光。

      一只点亮的白炽灯的灯丝温度高达3000℃。正是由于炽热的灯丝产生了光辐射,才使电灯发出了明亮的光芒。因为在高温下一些钨原子会蒸发成气体,并在灯泡的玻璃表面上沉积,使灯泡变黑,所以白炽灯都被造成“大腹便便”的外型,这是为了使沉积下来的钨原子能在一个比较大的表面上弥散开。
      钨跟空气中的氧化合生成一薄层蓝色的三氧化二钨和氧化钨的混合物。原因是空气里的氧气使高温的钨丝氧化了。所以钨丝灯泡要抽成真空,把空气统统清除出去。
      有时怕抽气机抽不干净,还要在灯泡的感柱上涂一点红磷。红磷受热会变成白磷,白磷很容易同氧气反应,生成固态的五氧化二磷,玻壳里残留的氧气也被消除了。

      但是白炽灯用久了玻壳会变黑,再过一段时间会烧断,因为钨丝比起炭丝来,在真空里的升华速度要快得多。当白炽灯点亮温度升得很高的时候,钨的升华仍然十分严重。长时间的高温使钨丝表面的钨原子升华扩散,然后一层又一层地沉积到玻壳的内表面上,使玻壳慢慢黑化,钨的蒸发也使钨丝越来越细,最后烧断。灯丝工作温度越高升华的越快,白炽灯的使用寿命就越短。

      白炽灯,主要由玻壳、灯丝、导线、感柱、灯头等组成。

      玻壳做成圆球形,制作材料是耐热玻璃,它把灯丝和空气隔离,既能透光,又起保护作用。白炽灯工作的时候,玻壳的温度最高可达100℃左右。
      灯丝:是用比头发丝还细得多的钨丝,做成螺旋形。看起来灯丝很短,其实把这种极细的螺旋形的钨丝拉成一条直线,这条直线竟有1米多长。
      白炽灯里的钨丝害怕空气。如果玻壳里充满空气,那么通电以后,钨丝温度升高到2000℃以上,空气就会对它毫不留情地发动袭击,使它很快被烧断,同时生成一种黄白色的三氧化钨,附着在玻壳内壁和灯内部件上。
      导线:两条导线表面上很简单,实际上由内导线、杜美丝和外导线三部分组成。内导线用来导电和固定灯丝,用铜丝或镀镍铁丝制做;中间一段很短的红色金属丝叫杜美丝,要求它同玻璃密切结合而不漏气;外导线是铜丝,任务就是连接灯头用以通电。
      感柱:一个喇叭形的玻璃零件就是感柱,它连着玻壳,起着固定金属部件的作用。其中的排气管用来把玻壳里的空气抽走,然后将下端烧焊密封,灯就不漏气了。

      灯头是连接灯座和接通电源的金属件,用焊泥把它同玻壳粘结在一起。

      白炽灯的特性主要有能量特性、电压特性、工作特性、点燃与熄灭特性、寿命等。 

      能量特性
      能量特性可以用发光效率来描述。白炽灯所消耗的能量 其中只有一小部分转换为可见辐射光, 很大一部分转换为红外线或被损失掉。白炽灯的发光效率在13%左右。
      电压特性
      白炽灯的灯丝温度、电流、功率、光通量、光效和寿命均随所加电压的变化成指数函数变化,并用特征指数描述其变化规律。图3表示出白炽灯的电压变化特性曲线。 [2] 
      寿命
      通常指新白炽灯开始使用到断丝为止的时间,或指灯保持在规定的光通量数值上的燃点时间。白炽灯的电源电压变化对灯寿命的影响,通常功率为30 W以上的灯,燃点750 h时,光通量维持率可在85%以上,在数百毫秒至数秒的开灯与关灯周期内的瞬时电流,可使灯的寿命缩短2%~8%。 [2] 
      工作特性
      白炽灯在点燃过程中,灯丝的变形、充填气体的纯度、灯内残余气体的成分、玻壳尺寸等都与灯的光通量变化有关。
      点燃与熄灭特性

      因白炽灯的灯丝为热辐射体,灯丝达到一定温度需要有一个时间。开灯时,从对灯施加电压到发出额定光通量为止,需数百毫秒时间;在关灯时,情况相反。灯丝电流值愈大,熄灭所需时间愈长。在开灯的瞬间,流过灯丝的电流理论上可达到额定电流的13~16倍,实际上由于回路阻抗的制约,瞬间电流为额定电流的7~10倍。

      灯泡的设计电压称为额定电压。光源(灯泡)只能在额定电压下工作才能获得各种规定的特性。如果低于额定电压使用,光源的寿命虽然可以延长,但发光强度不足,发光效率降低。如果在高于额定电压下工作,发光强度变强,但寿命缩短,故要求电源电压能达到规定值。

      功率

      白炽灯泡的额定功率是指灯泡的设计功率值,单位为W(瓦)。

      额定光通量

      在额定电压下工作,灯泡辐射出的是额定光通量,一般是指点燃100 h后的灯泡的初始光通量,以lm为单位。对于某些灯泡,例如反射型灯泡还应规定在一定方向的发光强度。
      由于灯丝形状的变化、真空度(或充气纯度)的下降、钨丝蒸发粘附在灯泡内壁等因素,白炽灯在使用过程中光通量会衰减。充气白炽灯内气体的对流使蒸发的钨不像真空白炽灯那样均匀散布在玻壳内部,而集中在灯头上方(指灯头在上的安装方式),光通衰减情况较好。
      灯在给定点燃时间后的光通量与其初始光通量之比,称为光通量维持率,通常用百分比表示。
      220V白炽灯标准光通量如下表:

      发光效率

      灯泡的发光效率是指灯泡消耗单位电功率所发出的光通量(简称光效),以lm/W为单位。

      寿命

      灯泡的寿命一般有两种意义:(1)全寿命:指灯泡从开始使用到点燃失效,或者根据某种规定标准点到不能再使用的状态的累计时间;(2)在规定条件下,同批寿命试验灯所测得寿命的算术平均值称为平均寿命。产品样本上列出的光源寿命一般指平均寿命,白炽灯的平均寿命为1000 h。
      白炽灯的寿命受电源电压的影响,电源电压升高,灯泡寿命将大大降低。灯丝在工作过程中各处变细的速度不同(由于材料或制造方面的原因),在局部地方蒸发加速,该处的温度也就加速提高,甚至蒸发迅速而最终烧断。灯丝温度的变化使得灯的寿命和光效都会产生变化,同一个灯泡光效越高寿命就越短。
      白炽灯的启动性能好,从对灯施加电压到发出额定光通量为止,只需数百毫秒的时间,在如此短的点熄灭时间内,其瞬间过渡电流约为额定电流的7-10倍,通常在数百毫秒到数秒内的燃点熄灭周期内,就大致可使寿命缩短2-8%。
      频繁开关白炽灯,使钨丝出现急冷急热,温度发生反复变化,又由于钨丝内部晶体呈纤维状,表现出各向异性,导致热应力。当热应力超过材料高温下的弹性极限时,将发生局部塑形变形,经过一定循环次数后,即可能引起热疲劳裂纹,有些裂纹联合起来形成主裂纹。这些区域就成了应力敏感处。另一方面,钨丝的急冷急热,产生热冲击现象。这种热冲击产生的热应力,远远大于钨丝正常发光时的恒定的热应力,而且这种应力以冲击式的高速加在钨丝上,容易在已存在的应力敏感区出现应力集中,使裂纹纵深扩展而导致钨丝点熄间断裂。

      光谱能量(功率)分布

      白炽灯是热辐射光源,具有连续的光谱能量(功率)分布。

      色温、显色指数

      白炽灯是低色温光源,一般为2300~2 900K,显色性很好,显色指数99~100。
      白炽灯当电源电压变化时,除寿命有很大变化外,光通、光效、功率等也都有很大变化。

      优点:

      1、光源小、便宜,具有种类极多的灯罩形式,并配有轻便灯架、顶棚和墙上的安装用具和隐蔽装置。
      2、通用性大,彩色品种多,具有定向、散射、漫射等多种形式。
      3、能用于加强物体立体感、白炽灯的色光最接近于太阳光色,显色性好,光谱均匀而不突兀。白炽灯(包含卤素灯)的光谱是连续而且平均的,拥有极佳演色性的优点;而荧光灯、LED是离散光谱,演色性低,低演色性光源不但会让人觉得颜色不好看、对于健康及视力也有害。传统灯泡还有可调光、耐点灭及无汞的优点。白炽灯有一个其他大部分类型发光产品不具备的优点,即适合频繁启动的场合。

      4、白炽灯和卤钨灯相比较,卤钨灯与一般白炽灯相比光效离低,体积不大,便于光控翻,色域校高,显色性好,特别适用于电视转播照明、绘图、摄影及建筑物泛光照明等。但制造方便,成本低,启动快,线路简单,被大量采用。

      缺点:

      在所有用电的照明灯具中白炽灯的效率是最低的。它所消耗的电能只有约2%可转化为光能,而其余部分都以热能的形式散失了。至于照明时间,这种电灯的使用寿命通常不会超过1000小时。在这一点上,卤素灯就比一般的白炽灯要长很多。

      卤素灯的外形一般都是一个细小的石英玻璃管,和白炽灯相比,其特殊性就在于钨丝可以“自我再生”。实际上,在这种灯的灯丝和玻璃外壳中充有一些卤族元素,如碘和溴。当灯丝发热时,钨原子被蒸发向玻璃管壁方向移动。在它们接近玻璃管时,钨蒸气被“冷却”到大约800℃并和卤素原子结合在一起,形成卤化钨(碘化钨、溴化钨)。卤化钨向玻璃管中央移动,又落到被腐蚀的灯丝上。因为卤化钨很不稳定,遇热后就会分解成卤素蒸气和钨,这样钨又在灯丝上沉积下来,弥补了被蒸发的部分。如此循环,灯丝的使用寿命就会延长很多。所以,卤素灯的灯丝就可以做的相对较小,灯体也很小巧。卤素灯一般用在需要光线集中照射的地方,比如用于写字台或居室局部的照明。

      经过多年的研究,人们注意到,当灯泡里充有空气的时候,虽然灯丝很快会被氧化,但是钨的蒸发却变慢了。原因其实很简单。空气是由多种成分组成的,使钨氧化的只是占空气总量1/5的氧气;至于其余的大约占4/5的氮气,它不仅没有参与对钨的破坏作用,反而阻碍钨分子的运动,降低钨的蒸发速度。
      过去人们为了保证白炽灯寿命,不得不把玻壳中的空气抽走。可以把气体不会跟钨发生化学反应的氮气充到玻壳里去。
      如果灯泡里是真空的,那么当钨丝接通电源,温度升高后,钨的分子就会大量地脱离灯丝,玻壳里一旦充进了氮气,白炽的灯丝周围就会形成一薄层稳定的气体保护层。这样钨丝的蒸发速度就慢得多了。结果是出现了充氮气的白炽灯泡。
      但是因为氧气或水蒸汽都会在钨丝工作时跟它起氧化反应,所以对充气的含氧量和含水量都有极严格的要求,充气使钨丝的蒸发速度变慢,同样的使用期限可以使灯丝在更高的温度下工作,所以充气灯泡的发光效率比真空灯泡要高。一般来说,充气灯泡的发光效率要比真空灯泡高出1/3以上。

      由于白炽灯的耗电量大,寿命短, 性能远低于新一代的新型光源,为了节能环保,保护环境,白炽灯已被一些绿色光源所代替,被要求渐渐退出市场,一些国家已禁止生产和销售白炽灯。但是,节能灯含有汞,和许多电子产品一样,在国内,由于缺乏电子产品回收机制,随意丢弃对土壤和水源的污染不容忽视。

      中国是白炽灯的生产和消费大国,2010年白炽灯产量和国内销量分别为38.5亿只和10.7亿只。据测算,中国照明用电约占全社会用电量的12%左右。如果把在用的白炽灯全部替换为节能灯,年可节电480亿千瓦时,相当于减少二氧化碳排放4800万吨,节能减排潜力巨大。逐步淘汰白炽灯,不仅有利于加快推动中国照明电器行业技术进步,促进照明电器行业结构升级优化,而且也将为实现"十二五"节能减排目标、应对全球气候变化做出积极贡献。

      当前,在全球大力推动节能减排、积极应对气候变化的形势下,很多国家纷纷出台淘汰白炽灯路线图,加快淘汰低效照明产品。中国自1996年实施绿色照明工程以来,照明行业迅速发展,全社会节能减排意识显著提高,为淘汰白炽灯创造了较好的政策环境、行业基础和社会氛围,为淘汰白炽灯路线图的发布实施奠定了良好基础。按照国家发展和改革委员会发布的《中国逐步淘汰白炽灯路线图》,我国将从2012年10月1日起,按功率大小分阶段逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯

      “十一五”期间,中国提出了单位GDP能耗降低20%,主要污染物排放减少10%的约束性目标,通过一系列政策措施推动节能减排。2012年,已经建立了较完善的高耗能产品淘汰和节能产品推广政策体系,包括发布高耗能产品淘汰目录、实施能效标准标识、推行政府强制采购、开展政府财政补贴等,为促进白炽灯企业合理转型、推动高效照明行业健康发展创造了良好的政策环境。

      以上就是小编搜集的关于白炽灯的一些资料,更多照明资讯请关注必为照明。


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