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二. 自镇流荧光HPM 优点：光色改善，使用方便，成本低 缺点：光效低，H短 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 热辐射+GD * * 第六章 高压汞灯 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 6.1 高压汞蒸气放电特性 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 一. 电弧温度和电离机构 1. Tg≈Te PHg↑→γ↑→Tg↑ LTE满足: Ve→Maxwell Distribution n*→Boltzmann Distribution n+(n-) →Saha Equation 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 2. 电离以热电离为主(PHg≥1333Pa) 3. 电弧收缩 (气压越高，收缩越厉害) PHg很高下由对流带走能量的过程 使电弧“绳化” 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 二. 光谱 uv共振辐射随气压上升越来越受到抑制， 强度很高的可见辐射大量出现。 Ijk=nj*Ajkhγjk PHg↑→Tg↑→n*↑ n*=n0 exp(-eV/kT) Ajk=1/τin (τin: plasma中平均停留时间 ) A(高能态间)A(与基能态间) 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 2. 谱线放宽 压力放宽+高温下的多普勒放宽 3. 连续光谱出现 体积复合 韧致辐射 连续谱 在连续光谱上叠加了放宽的线光谱 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 三. 光效 Φin(内径)=27mm I=4A PHg不同时η变化 A B C D E F PHg(Torr) η 60 20 10 10-2 10-1 1 10 102 103 104 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 1. η随PHg上升而增加(PHg≥1atm) 2. 单位波长的热耗 PL=Pr+Pc+PT PC1=-λ 2πri dT dr ri λ= λV PHg↑→λ↓ PHg↑→Tg↑→V↑ λ与PHg无关（与T也无关） 3 1 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 实验表明，dT/dr为抛物线分布 r T T0 Tw ri T(r)=T0-(T0-Tw)( )2 r ri Pc1=- λ[-(T0-Tw) ] 2πri ri 2r ri2 Pc1=4πλ(T0-Tw) T0=6000K Tw=1000K λ=8.35×10-5T3/4(w/mk) Pc1=10W/cm 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 3. 光效 通常 Pl1=40～50W/cm Pr1=Pl1-Pc1 考虑nHg与石英对辐射的吸收 Pr1=0.72(Pl1-Pc1) ηr= =0.72(1- ) 0.72(Pl1-Pc1) Pl1 Pc1 Pl1 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 Pl↑→ηr↑ Pl1↑→Ve↑→PHg↑ 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 6.2 高压汞灯 一. 结构 1. 放电管 石英泡壳 Hg+Ar填充物 自热式电极+辅助电极 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 3. 外壳 硬玻璃（软玻璃） 加荧光粉——荧光高压汞灯 即可提高光效，又可提高显色指数 2. 支架 电引线+启动电阻 主电极和辅电极间先被击穿，产生电子， 放电建立。 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 二. 高压汞灯的设计 1. 选定工作气压 a）PHg 照明灯 (2～4 )atm 紫外辐射灯 (0.5～0.6)atm b）PHg与Tw的关系 过量Hg下 lgPHg=- +7.752 Tw(k) 3.36×103 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 c）高压汞灯中汞量与PHg的关系 非饱和状态，200.6mg液汞 在标准状态下，产生22.4cm3的汞蒸气 在体积为V’，温度为T’，且均匀分布的 灯中产生P’Hg P’Hg= / 22.4 273 V’ T’ 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 在管半径为ri，且温度为T(r)的单位弧长 体积中产生P’’Hg P’’Hg= 22.4 273 ∫0ri 2πr T(r) dr 在单位弧长充汞量为m(mg/cm)，在ri与 T(r)的条件下产生PHg PHg= 22.4m 273×200.6 ∫0 2πr T(r) dr2 P’’Hgm 200.6 = PHg= m 7680 ∫0ri T(r) dr2 ri2 光源原理与设计—高压汞灯 诸定昌 2. 选定电参数（Pl给出，Vl选定，Il可知） Pl=VlIlαl (αl=0.9) Vl=VAK+ELarc a) VAK b) Vl 锆酸钡电子粉电极 12～13V 纯钨电极 17V Vl