تعرفوا معنا على#مصباح_ بخار_ الصوديوم – Sodium-vapor lamp

مصباح بخار الصوديوم عالي الضغط

مصباح بخار الصوديوم – Sodium-vapor lampمن ويكيبيديا
يوجد نوعان من هذه المصابيح: ضغط منخفض و ضغط مرتفع. مصابيح الصوديوم منخفضة الضغط هي مصادر إضاءة كهربائية عالية الكفاءة ، لكن ضوءها الأصفر يقيد التطبيقات على الإضاءة الخارجية ، مثل عواميد اضاءة الشوارع، حيث يتم استخدامها على نطاق واسع.[1] مصابيح الصوديوم عالية الضغط تنبعث منها أعرض الطيف من الضوء من مصابيح الضغط المنخفض ، لكنها لا تزال فقيرة تجسيد اللون من أنواع المصابيح الأخرى.[2] مصابيح الصوديوم منخفضة الضغط تعطي فقط أحادي اللون الضوء الأصفر وبالتالي يمنع اللون رؤية في الليل.

تطوير

أصبح مصباح تفريغ قوس الصوديوم منخفض الضغط عمليًا لأول مرة في عام 1920 تقريبًا بسبب تطوير نوع من الزجاج يمكنه مقاومة التأثيرات المسببة للتآكل لبخار الصوديوم. عملت هذه في ضغوط أقل من 1 باسكال وأنتجت طيفًا ضوئيًا شبه أحادي اللون حول خطوط انبعاث الصوديوم عند طول موجي 589.0 و 589.56 نانومتر. حد الضوء الأصفر الناتج عن هذه التطبيقات من نطاق التطبيقات التي لا تتطلب رؤية الألوان.^[3]

أجريت الأبحاث على مصابيح الصوديوم عالية الضغط في كل من المملكة المتحدة والولايات المتحدة. أدت زيادة ضغط بخار الصوديوم إلى توسيع طيف انبعاث الصوديوم بحيث يكون للضوء الناتج المزيد من الطاقة المنبعثة عند أطوال موجية أعلى وأسفل منطقة 589 نانومتر. تآكلت مادة الكوارتز المستخدمة في مصابيح تصريف الزئبق بواسطة بخار الصوديوم عالي الضغط. تم إجراء عرض معمل لمصباح عالي الضغط في عام 1959. كان تطوير شركة جنرال إلكتريك لمادة أكسيد الألومنيوم المتكلس (مع إضافة أكسيد المغنيسيوم لتحسين انتقال الضوء) خطوة مهمة في بناء مصباح تجاري. كانت المادة متاحة في شكل أنابيب بحلول عام 1962 ، ولكن كانت هناك حاجة إلى تقنيات إضافية لإغلاق الأنابيب وإضافة الأقطاب الكهربائية اللازمة – لا يمكن دمج المادة مثل الكوارتز. ستصبح الأغطية الطرفية لأنبب القوس ساخنة مثل 800 درجة مئوية أثناء التشغيل ، ثم تبرد إلى درجة حرارة الغرفة عند إيقاف تشغيل المصباح ، لذلك يجب أن تتحمل نهايات القطب الكهربائي وختم الأنبوب القوسي دورات درجة الحرارة المتكررة. تم حل هذه المشكلة بواسطة مايكل أرندش^[4] في مصنع GE Nela Park. كانت أول مصابيح الصوديوم التجارية عالية الضغط متاحة في عام 1965 من شركات في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وهولندا ؛ عند المقدمة ، سينتج مصباح بقوة 400 واط حوالي 100 لومن لكل واط.^[3][5]

تم أيضًا تصنيع أنابيب الياقوت الاصطناعي أحادية البلورة واستخدامها لمصابيح HPS في أوائل السبعينيات ، مع تحسن طفيف في الفعالية ، لكن تكاليف الإنتاج كانت أعلى من أنابيب الألومينا متعددة الكريستالات.^[3]

صوديوم منخفض الضغط

مصباح غير مضاء 35 وات LPS / SOX

مراحل الاحماء لمصباح LPS. الضوء الوردي الخافت من خليط Penning يتم استبداله تدريجيًا بالضوء البرتقالي الساطع أحادي اللون لبخار الصوديوم المعدني.

مصباح يعمل بقدرة 35 وات LPS / SOX

طيف مصباح الصوديوم منخفض الضغط. النطاق الأصفر المكثف هو انبعاث ذري الصوديوم على شكل حرف D ، ويشتمل على حوالي 90٪ من انبعاث الضوء المرئي لهذا النوع من المصابيح.

اثنان هوندا يناسب تحت مصابيح الصوديوم ذات الضغط المنخفض. يظهر كلاهما باللون الأسود ، على الرغم من أن السيارة الموجودة على اليسار باللون الأحمر الساطع ، بينما السيارة الموجودة على اليمين سوداء بالفعل.

تحتوي مصابيح الصوديوم منخفضة الضغط (LPS) على الزجاج البورسليكات أنبوب تصريف الغاز (أنبوب قوس) يحتوي على مادة صلبة صوديوم وكمية صغيرة من نيون و الأرجون الغاز في أ خليط Penning لبدء تصريف الغاز. قد يكون أنبوب التفريغ خطيًا (مصباح SLI)^[6] أو على شكل حرف U. عند تشغيل المصباح لأول مرة ، ينبعث ضوء أحمر / وردي خافت لتدفئة معدن الصوديوم ؛ في غضون دقائق قليلة كمعدن الصوديوم يتبخر، يصبح الانبعاث الساطع المشترك الأصفر. هذه المصابيح تنتج عمليا أحادي اللون متوسط ​​الضوء 589.3 نانومتر الطول الموجي (في الواقع خطان طيفيان مسيطران قريبان جدًا من بعضهما البعض عند 589.0 و 589.6 نانومتر). من الصعب تمييز ألوان الأشياء التي تضيء فقط من خلال هذا النطاق الترددي الضيق.

تحتوي مصابيح LPS على غلاف فراغ زجاجي خارجي حول أنبوب التفريغ الداخلي للعزل الحراري ، مما يحسن كفاءتها. كانت مصابيح LPS السابقة تحتوي على سترة ديوار قابلة للفصل (مصابيح SO).^[7] تم تطوير مصابيح ذات غلاف فراغ دائم (مصابيح SOI) لتحسين العزل الحراري.^[8] تم تحقيق مزيد من التحسين من خلال طلاء الظرف الزجاجي بالأشعة تحت الحمراء يعكس طبقة من أكسيد القصدير الإنديوم، مما أدى إلى مصابيح SOX.^[9]

مصابيح LPS هي من بين أكثر المصابيح مصادر إضاءة كهربائية فعالة عند القياس في ضوئية ظروف الإضاءة ، تنتج أعلى من 100 وحتى 206 م/دبليو.^[10] هذه الكفاءة العالية ترجع جزئيًا إلى الضوء المنبعث عند طول موجي بالقرب من ذروة حساسية العين البشرية. يتم استخدامها بشكل أساسي للإضاءة الخارجية (مثل أضواء الشوارع و الإضاءة الأمنية) حيث لا يكون التسليم الدقيق للون مهمًا. تظهر الدراسات الحديثة أنه في ظل الليل النموذجي متوسط في ظروف القيادة ، يمكن للضوء الأكثر بياضًا توفير نتائج أفضل عند مستوى إضاءة منخفض.^[11]

تشبه مصابيح LPS مصابيح الفلورسنت من حيث أنها مصدر إضاءة منخفض الشدة مع شكل مصباح خطي. أنها لا تظهر قوس مشرق كما تفعل تفريغ عالي الكثافة مصابيح (HID) ؛ ينبعث منها توهج مضيء أكثر نعومة ، مما يؤدي إلى توهج أقل. على عكس مصابيح التفريغ عالي الكثافة ، أثناء انخفاض الجهد ، تعود مصابيح الصوديوم ذات الضغط المنخفض إلى السطوع الكامل بسرعة. مصابيح LPS متوفرة مع قوة تقييمات من 10 واط حتى 180 واط ؛ ومع ذلك ، يمكن أن تعاني أطوال المصابيح الأطول من مشاكل في التصميم والهندسة.

تتمتع مصابيح LPS الحديثة بعمر خدمة يبلغ حوالي 18000 ساعة ولا تنخفض في إنتاج اللومن مع تقدم العمر ، على الرغم من أنها تزيد في استهلاك الطاقة بحوالي 10٪ قرب نهاية عمرها الافتراضي. تتناقض هذه الخاصية مع مصابيح التفريغ عالي الكثافة بخار الزئبق ، والتي تصبح باهتة مع اقتراب نهاية عمرها الافتراضي إلى درجة أن تصبح غير فعالة ، بينما تستهلك طاقة كهربائية غير منقوصة.

في عام 2017 ، أعلنت شركة Philips Lighting ، آخر مصنع لمصابيح LPS ، أنها ستتوقف عن إنتاج المصابيح بسبب انخفاض الطلب.^[12] في البداية ، كان من المقرر التخلص التدريجي من الإنتاج خلال عام 2020 ، ولكن تم تقديم هذا التاريخ وتم إنتاج المصابيح الأخيرة في مصنع هاميلتون في نوفمبر 2019.^[13]

اعتبارات التلوث الضوئي

للمواقع حيث التلوث الضوئي هو اعتبار ، مثل قريب المراصد الفلكية أو سلحفاة البحر شواطئ التعشيش ، يفضل الصوديوم منخفض الضغط (كما كان سابقًا في سان خوسيه و فلاغستاف ، أريزونا).^[14][15] تبعث هذه المصابيح الضوء على خطين طيفيين مهيمنين فقط (مع خطوط أخرى أضعف بكثير) ، وبالتالي يكون لها أقل تداخل طيفي مع المراقبة الفلكية.^[16] (الآن بعد أن توقف إنتاج مصابيح LPS ، يتم النظر في استخدام مصابيح LED الكهرمانية ضيقة النطاق ، والتي توجد على طيف لوني مشابه لـ LPS.) يؤدي اللون الأصفر لمصابيح الصوديوم منخفضة الضغط أيضًا إلى أدنى مستوى بصري توهج السماء ، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى تحول بوركينجي من الرؤية البشرية المتكيفة مع الظلام ، مما يجعل العين غير حساسة نسبيًا للضوء الأصفر المنتشر عند مستويات الإضاءة المنخفضة في الغلاف الجوي الصافي.^[17][18] إحدى نتائج انتشار الإضاءة العامة هو أنه في الليالي الملبدة بالغيوم ، تضاء المدن ذات الإضاءة الكافية بالضوء المنعكس من السحب. عندما تكون أضواء بخار الصوديوم هي مصدر الإضاءة الحضرية ، فإن سماء الليل مشوبة بالبرتقالي.

فيلم المؤثرات الخاصة

عملية بخار الصوديوم (يشار إليها أحيانًا باسم الشاشة الصفراء) هي تقنية فيلم تعتمد على خصائص النطاق الضيق لمصباح LPS. عادةً ما لا يكون الفيلم السلبي الملون حساسًا للضوء الأصفر من مصباح LPS ، ولكن الفيلم الخاص بالأبيض والأسود قادر على تسجيله. باستخدام كاميرا خاصة ، يتم تسجيل المشاهد على مكبرين في وقت واحد ، أحدهما بممثلين (أو كائنات أخرى في المقدمة) والآخر يصبح قناعًا للجمع فيما بعد مع مختلف خلفية. أسفرت هذه التقنية في الأصل عن نتائج متفوقة على تقنية الشاشة الزرقاء ، واستخدمت في الأعوام 1956 إلى 1990 ، في الغالب بحلول استوديوهات ديزني. تشمل الأمثلة البارزة للأفلام التي تستخدم هذه التقنية ألفريد هيتشكوك‘س الطيور وأفلام ديزني ماري بوبينز و بيدكنوبس و مكنسة. أدت التطورات اللاحقة في تقنيات الشاشة الزرقاء والخضراء وصور الكمبيوتر إلى سد هذه الفجوة ، مما جعل SVP غير عملي اقتصاديًا.^[19]

الصوديوم ذات الضغط العالي

مصباح الصوديوم عالي الضغط قيد التشغيل

طيف مصباح الصوديوم عالي الضغط. الشريط الأصفر والأحمر على اليسار هو انبعاث ذري الصوديوم D- الخط ؛ خط الفيروز هو خط الصوديوم الذي يكون ضعيفًا جدًا في تصريف الضغط المنخفض ، ولكنه يصبح شديدًا في التفريغ عالي الضغط. تنشأ معظم الخطوط الأخرى باللون الأخضر والأزرق والبنفسجي من الزئبق.

رسم تخطيطي يوضح الإخراج الطيفي لمصباح الصوديوم عالي الضغط النموذجي (HPS).

مبنى المكاتب مضاء بمصابيح الصوديوم عالية الضغط.

مصباح الصوديوم عالي الضغط Philips SON-T Master 600 W

تم استخدام مصابيح الصوديوم عالية الضغط (HPS) على نطاق واسع في الإضاءة الصناعية ، خاصة في مرافق التصنيع الكبيرة ، وتستخدم بشكل شائع أضواء تنمو النبات. انهم يحتوون الزئبق.^[20] كما تم استخدامها على نطاق واسع لإضاءة المناطق الخارجية ، مثل الطرق ومواقف السيارات والمناطق الأمنية. فهم التغيير في حساسية رؤية الألوان البشرية من ضوئية إلى متوسط و scotopic ضروري للتخطيط السليم عند تصميم الإضاءة للطرق.^[11]

مصابيح الصوديوم عالية الضغط فعالة جدًا – حوالي 100 لومن لكل واط ، عند قياسها ضوئية ظروف الإضاءة. بعض المصابيح ذات الطاقة العالية (مثل 600 وات) لها كفاءات تبلغ حوالي 150 لومن لكل وات.

نظرًا لأن قوس الصوديوم عالي الضغط شديد التفاعل كيميائيًا ، فإن أنبوب القوس عادة ما تكون مصنوعة من مادة شفافة أكسيد الألمونيوم. قاد هذا البناء شركة جنرال الكتريك استخدام الاسم التجاري “Lucalox” لخط مصابيح الصوديوم عالية الضغط.

زينون عند ضغط منخفض يستخدم كـ “غاز بداية” في مصباح HPS. لديها أدنى توصيل حراري وأدنى إمكانية التأين من كل الاسطبلات غازات نبيلة. كغاز نبيل ، لا يتداخل مع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في مصباح التشغيل. تقلل الموصلية الحرارية المنخفضة من الخسائر الحرارية في المصباح أثناء وجوده في حالة التشغيل ، وتسبب إمكانية التأين المنخفضة جهد الانهيار يكون الغاز منخفضًا نسبيًا في الحالة الباردة ، مما يسمح بتشغيل المصباح بسهولة.

ابن “الأبيض”

نوع مختلف من الصوديوم عالي الضغط الذي تم إدخاله في عام 1986 ، يحتوي White SON على ضغط أعلى من مصباح HPS / SON النموذجي ، مما ينتج عنه درجة حرارة اللون حوالي 2700 كلن مع a مؤشر تجسيد اللون (CRI) من حوالي 85 ، يشبه إلى حد كبير لون الضوء المتوهج.^[21] غالبًا ما تستخدم هذه المصابيح في الداخل في المقاهي والمطاعم لتأثير جمالي. ومع ذلك ، فإن مصابيح SON البيضاء ذات تكلفة أعلى وعمر خدمة أقصر وكفاءة إضاءة أقل ، وبالتالي لا يمكنها منافسة HPS في هذا الوقت.

نظرية التشغيل

رسم تخطيطي لمصباح صوديوم عالي الضغط.

ان ملغم الصوديوم المعدني ويوجد الزئبق في أبرد جزء من المصباح ويوفر الصوديوم وبخار الزئبق اللازمين لرسم قوس. يتم تحديد درجة حرارة الملغم إلى حد كبير بواسطة قوة المصباح. كلما زادت طاقة المصباح ، زادت درجة حرارة الملغم. كلما ارتفعت درجة حرارة الملغم ، كلما زاد ضغط الزئبق وبخار الصوديوم في المصباح وزاد الجهد النهائي. مع ارتفاع درجة الحرارة ، يستهلك التيار الثابت والجهد المتزايد طاقة متزايدة حتى يتم الوصول إلى مستوى الطاقة التشغيلي. بالنسبة لجهد معين ، هناك ثلاثة أوضاع تشغيل عامة:

1. تم إطفاء المصباح ولا يتدفق التيار.
2. المصباح يعمل بملغم سائل في الأنبوب.
3. المصباح يعمل مع كل الملغم المتبخر.

تكون الحالتان الأولى والأخيرة مستقرة ، لأن مقاومة المصباح مرتبطة بشكل ضعيف بالجهد ، لكن الحالة الثانية غير مستقرة. أي زيادة غير طبيعية في التيار ستؤدي إلى زيادة الطاقة ، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الملغم ، مما يؤدي إلى انخفاض المقاومة ، مما يؤدي إلى زيادة أخرى في التيار. سيخلق هذا تأثيرًا سريعًا ، وسوف يقفز المصباح إلى حالة التيار العالي (# 3). نظرًا لأن المصابيح الفعلية ليست مصممة للتعامل مع هذا القدر من الطاقة ، فقد يؤدي ذلك إلى فشل ذريع. وبالمثل ، فإن أي انخفاض غير طبيعي في التيار سيؤدي إلى انقراض المصباح. إنها الحالة الثانية التي هي حالة التشغيل المرغوبة للمصباح ، لأن الفقد البطيء للملغم بمرور الوقت من الخزان سيكون له تأثير أقل على خصائص المصباح من الملغم المتبخر بالكامل. والنتيجة هي متوسط ​​عمر للمصباح يزيد عن 20000 ساعة.

في الاستخدام العملي ، يتم تشغيل المصباح بواسطة مصدر جهد تيار متردد في سلسلة مع حثي “الصابورة“من أجل توفير تيار ثابت تقريبًا للمصباح ، بدلاً من جهد ثابت ، وبالتالي ضمان التشغيل المستقر. عادةً ما يكون الصابورة حثيًا بدلاً من كونها مقاومة لتقليل إهدار الطاقة من فقد المقاومة. لأن المصباح ينطفئ بفعالية عند كل صفر – نقطة التيار في دورة التيار المتناوب ، يساعد الصابورة الاستقرائي في إعادة الاشتعال من خلال توفير ارتفاع في الجهد عند نقطة التيار الصفري.

يتكون الضوء من المصباح من خطوط الانبعاث الذري من الزئبق والصوديوم ، ولكن تهيمن عليها انبعاثات الصوديوم D- الخط. هذا الخط للغاية اتسع الضغط (الرنين) وهو أيضا عكس الذات بسبب الامتصاص في الطبقات الخارجية الأكثر برودة للقوس ، مما يعطي المصباح تحسينه تجسيد اللون مميزات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توسيع الجناح الأحمر لانبعاثات الخط D بشكل إضافي بواسطة قوات فان دير فال من ذرات الزئبق في القوس.

نهاية الحياة

ضوء الشارع بخار الصوديوم

المقربة بعد حلول الظلام

في نهاية العمر الافتراضي ، تُظهر مصابيح الصوديوم عالية الضغط (HPS) ظاهرة تُعرف باسم ركوب الدراجات، بسبب فقدان الصوديوم في القوس. الصوديوم عنصر شديد التفاعل ويفقد في تفاعل مع أكسيد الألومنيوم لأنبوب القوس. ال منتجات هي أكسيد الصوديوم و الألومنيوم:6 نا + آل₂ا₃ → 3 نا₂O + 2 Al

نتيجة لذلك ، يمكن بدء تشغيل هذه المصابيح بجهد منخفض نسبيًا ، ولكن مع ارتفاع درجة حرارتها أثناء التشغيل ، يرتفع ضغط الغاز الداخلي داخل أنبوب القوس ، ويتطلب المزيد والمزيد من الجهد للحفاظ على تفريغ القوس. مع تقدم المصباح في السن ، يرتفع جهد الحفاظ على القوس في النهاية لتتجاوز الحد الأقصى لإخراج الجهد بواسطة الصابورة الكهربائية. مع تسخين المصباح إلى هذه النقطة ، يفشل القوس وينطفئ المصباح. في النهاية ، مع إطفاء القوس ، يبرد المصباح مرة أخرى ، ويقل ضغط الغاز في أنبوب القوس ، ويمكن أن يتسبب الصابورة مرة أخرى في اصطدام القوس. تأثير هذا هو أن المصباح يضيء لفترة ثم ينطفئ ، ويبدأ عادةً باللون الأبيض النقي أو المزرق ثم ينتقل إلى اللون البرتقالي الأحمر قبل الخروج.

تكتشف تصميمات الصابورة الأكثر تطوراً ركوب الدراجات وتتخلى عن محاولة بدء تشغيل المصباح بعد بضع دورات ، حيث إن عمليات الاشتعال ذات الجهد العالي المتكررة اللازمة لإعادة تشغيل القوس تقلل من عمر الصابورة. إذا تمت إزالة الطاقة وإعادة تطبيقها ، فسيقوم الصابورة بإجراء سلسلة جديدة من محاولات بدء التشغيل.

لا يؤدي فشل مصباح LPS إلى ركوب الدراجات ؛ بدلاً من ذلك ، لن يضرب المصباح ببساطة أو سيحافظ على التوهج الأحمر الباهت لمرحلة بدء التشغيل. في وضع عطل آخر ، يؤدي ثقب صغير في أنبوب القوس إلى تسرب بعض بخار الصوديوم إلى لمبة التفريغ الخارجية. يتكثف الصوديوم ويخلق مرآة على الزجاج الخارجي ، مما يحجب جزئيًا أنبوب القوس. غالبًا ما يستمر المصباح في العمل بشكل طبيعي ، ولكن يتم حجب الكثير من الضوء الناتج عن طريق طلاء الصوديوم ، مما لا يوفر أي إضاءة.

أكواد الصابورة ANSI HPS