15 كيلو واط مصباح زينون قصير القوس مستعمل في آيماكس أجهزة العرض
مصباح تفريغ عالي الكثافة – High-intensity discharge lamp
من ويكيبيديا
مصابيح التفريغ عالية الكثافة (مصابيح HID) نوع من الكهرباء مصباح تفريغ الغاز التي تنتج الضوء عن طريق القوس الكهربائي ما بين التنغستن أقطاب كهربائية داخل شفافة أو شفافة الكوارتز تنصهر أو تنصهر الألومينا أنبوب القوس. هذا الأنبوب مليء غاز نبيل وغالبًا ما يحتوي أيضًا على مناسب معدن أو أملاح معدنية. يتيح الغاز النبيل الضربة الأولية للقوس. بمجرد أن يبدأ القوس ، فإنه يسخن ويتبخر المزيج المعدني. وجودها في القوس بلازما يزيد بشكل كبير من شدة الضوء المرئي الناتج عن القوس لإدخال طاقة معين ، حيث تحتوي المعادن على العديد من خطوط طيف الانبعاث في الجزء المرئي من الطيف. مصابيح التفريغ عالية الكثافة هي نوع من مصباح القوس.
مصابيح التفريغ عالية الكثافة الجديدة تمامًا تجعلها أكثر الضوء المرئي لكل وحدة من الطاقة الكهربائية المستهلكة من فلوري و ساطع المصابيح ، لأن نسبة أكبر من إشعاعها هي ضوء مرئي على عكس الأشعة تحت الحمراء. ومع ذلك ، يمكن أن يتدهور إخراج اللومن لإضاءة HID بنسبة تصل إلى 70٪ على مدار 10000 ساعة احتراق.
تستخدم العديد من المركبات الحديثة لمبات HID لأنظمة الإضاءة الرئيسية ، على الرغم من أن بعض التطبيقات تنتقل الآن من مصابيح HID إلى تقنية LED وتقنية الليزر.[1] ومع ذلك ، فإن تقنية HID هذه ليست جديدة وقد تم عرضها لأول مرة بواسطة فرانسيس هوكسبي في عام 1705.
اعمال بناء
رسم تخطيطي لمصباح صوديوم عالي الضغط
مصباح الصوديوم عالي الضغط ، Philips Master SDW-T 100W
تُستخدم أنواع مختلفة من الكيمياء في أنابيب القوس لمصابيح التفريغ عالي الكثافة ، اعتمادًا على الخصائص المرغوبة لشدة الضوء ، درجة حرارة اللون المرتبطة, مؤشر تجسيد اللون (CRI) ، وكفاءة الطاقة ، والعمر. تشمل أنواع مصابيح HID ما يلي:
- مصابيح بخار الزئبق
- معدن هاليد (MH) مصابيح
- السيراميك MH مصابيح
- مصابيح بخار الصوديوم
- مصابيح زينون قصيرة القوس
عنصر إنتاج الضوء لهذه الأنواع من المصابيح مثبت جيدًا قوس التفريغ الموجود داخل غلاف حراري أنبوب القوس مع تحميل جدار يزيد عن 3 واط / سم 2 (19.4 واط / بوصة²).
كانت مصابيح بخار الزئبق أول مصابيح تفريغ عالي الكثافة متوفرة تجارياً. في الأصل أنتجوا ضوءًا أخضر مزرقًا ، ولكن الإصدارات الأحدث يمكن أن تنتج ضوءًا بلون أقل وضوحًا. ومع ذلك ، فإن مصابيح بخار الزئبق لا تحظى بالاهتمام ويتم استبدالها بمصابيح بخار الصوديوم ومصابيح هاليد معدنية.
يمكن تصنيع مصابيح الهاليد المعدني والسيراميك المعدني لإعطاء ضوء أبيض محايد مفيد للتطبيقات التي يكون فيها مظهر اللون الطبيعي أمرًا بالغ الأهمية ، مثل إنتاج التلفزيون والأفلام ، والألعاب الرياضية الداخلية أو الليلية ، والمصابيح الأمامية للسيارات ، وإضاءة حوض السمك.
مصابيح بخار الصوديوم منخفضة الضغط فعالة للغاية. إنها تنتج ضوءًا أصفر برتقاليًا عميقًا ولها تأثير CRI ما يقرب من الصفر تظهر العناصر المعروضة تحت ضوءها أحادي اللون. هذا يجعلها فعالة بشكل خاص مثل التصوير الفوتوغرافي سافيليتس. تميل مصابيح الصوديوم عالية الضغط إلى إنتاج ضوء أكثر بياضًا ، ولكن لا يزال مع صبغة برتقالية زهرية مميزة. تتوفر الآن إصدارات جديدة مصححة للألوان تنتج ضوءًا أكثر بياضًا ، ولكن يتم التضحية ببعض الكفاءة من أجل تحسين اللون.
كوابح لمصابيح التفريغ
مثل مصابيح الفلورسنت ، تتطلب مصابيح HID a الصابورة لبدء والحفاظ على أقواسهم. تختلف الطريقة المستخدمة في البداية لضرب القوس: مصابيح بخار الزئبق وبعض مصابيح الهاليد المعدنية تبدأ عادةً باستخدام قطب كهربائي ثالث بالقرب من أحد الأقطاب الكهربائية الرئيسية ، بينما تبدأ أنماط المصابيح الأخرى عادةً باستخدام نبضات عالية الجهد.
تم التحقيق في بدائل الزئبق السام في مصابيح التفريغ عالي الكثافة وهي مسألة بحث مستمر. تظهر التجارب نتائج واعدة ومن المتوقع تطبيقات مستقبلية واسعة النطاق.[2]
المواد المشعة
بعض مصابيح HID تستخدم المشعة مواد مثل الكريبتون 85 و الثوريوم.[3][4][5][6][7] هؤلاء النظائر تساعد في بدء تشغيل المصابيح وتحسين خصائص تشغيل المصباح.[3][5]
Krypton-85 هو غاز ومختلط مع الأرجون، والتي هي في الأنبوب القوسي للمصباح.[7] يستخدم الثوريوم ، وهو مادة صلبة ، في الأقطاب الكهربائية.[7]
تنتج هذه النظائر إشعاعات أيونية من ألفا و بيتا نوع. يسبب هذا الإشعاع تأينًا عاليًا داخل المصباح دون أن يتمكن من الهروب من المصباح.[5] التأين العالي يجعل القوس يبدأ عبر انهيار جليدي في تاونسند أسهل بكثير. علاوة على ذلك ، فإن وجود الثوريوم في الأقطاب الكهربائية يقلل من الية عمل مما يؤدي مرة أخرى إلى تسهيل بدء القوس واستدامته.
كمية أشعة غاما التي تنتجها النظائر التي يمكن أن تهرب من المصباح لا يكاد يذكر.[5]
التطبيقات
تُستخدم مصابيح التفريغ عالي الكثافة عادةً عند الحاجة إلى مستويات عالية من الضوء فوق مساحات كبيرة ، وعندما تكون كفاءة الطاقة و / أو شدة الضوء مطلوبة. تشمل هذه المجالات صالات رياضية، مناطق عامة كبيرة ، المستودعاتودور السينما وملاعب كرة القدم ،[8] مناطق الأنشطة الخارجية والطرق ومواقف السيارات والممرات. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام مصابيح HID في متاجر التجزئة الصغيرة وحتى البيئات السكنية بسبب التقدم في مصابيح الإضاءة المنخفضة. تستخدم مصابيح HID فائقة الأداء (UHP) في أجهزة تلفزيون LCD أو أجهزة عرض DLP أو شاشات العرض أيضًا.
جعلت مصابيح التفريغ عالي الكثافة البستنة الداخلية عملية ، خاصة بالنسبة للنباتات التي تتطلب مستويات عالية من ضوء الشمس المباشر في بيئتها الطبيعية ؛ تعتبر مصابيح التفريغ عالي الكثافة ، خاصة الهاليد المعدني والصوديوم عالي الضغط ، مصدر إضاءة شائعًا للحدائق الداخلية. كما أنها تستخدم لإعادة إنتاج أشعة الشمس ذات الكثافة الاستوائية للأماكن المغلقة أحواض.
تنتج معظم مصابيح التفريغ عالي الكثافة الأشعة فوق البنفسجية وتتطلب مرشحات مانعة للأشعة فوق البنفسجية لمنع تدهور مكونات تركيبات المصباح بفعل الأشعة فوق البنفسجية وتلاشي العناصر المصبوغة التي يضيءها المصباح. يؤدي التعرض لمصابيح التفريغ عالي الشدة التي تعمل بمرشحات معيبة أو غير موجودة لحجب الأشعة فوق البنفسجية إلى إصابة البشر والحيوانات ، مثل ضربة شمس و قوس العين. تم تصميم العديد من مصابيح التفريغ عالي الكثافة بحيث تنطفئ بسرعة في حالة كسر غلاف الزجاج الخارجي الواقي من الأشعة فوق البنفسجية.
ابتداءً من أوائل التسعينيات ، شهدت مصابيح HID تطبيقات في السيارات المصابيح الأمامية. Xenon ، أو التفريغ عالي الكثافة (HID) ، توفر الإضاءة مصابيح أمامية أكثر إشراقًا وتزيد من رؤية العديد من الكائنات الطرفية (مثل لافتات الشوارع والمشاة) التي تُركت في الظل بواسطة إضاءة الهالوجين القياسية.
تستخدم مصابيح HID في الأداء العالي المصابيح الأمامية للدراجات، طالما مشاعل وأضواء محمولة أخرى ، لأنها تنتج قدرًا كبيرًا من الضوء لكل وحدة طاقة. نظرًا لأن مصابيح HID تستخدم أقل من نصف طاقة ضوء التنجستن الهالوجين المكافئ ، فيمكن استخدام مصدر طاقة أصغر وأخف وزنًا بشكل ملحوظ.
أصبحت مصابيح التفريغ عالي الكثافة شائعة أيضًا في العديد من الطائرات كبديل لمصابيح الهبوط وسيارات الأجرة التقليدية.[بحاجة لمصدر]
تستخدم مصابيح HID أيضًا في مصابيح الغوص تحت الماء. الأعلى فعالية من مصابيح التفريغ عالي الكثافة مقارنة بوحدات الهالوجين يعني أوقات احتراق أطول لحجم بطارية وإخراج ضوء معين.
نهاية الحياة
تأتي عوامل التآكل في الغالب من دورات التشغيل / الإيقاف مقابل الإجمالي في الوقت المحدد. تحدث أعلى نسبة تآكل عند اشتعال موقد التفريغ عالي الكثافة وهو لا يزال ساخنًا وقبل إعادة بلورة الأملاح المعدنية.
في نهاية العمر الافتراضي ، تظهر العديد من أنواع مصابيح التفريغ عالية الكثافة ظاهرة تُعرف باسم ركوب الدراجات. يمكن أن تبدأ هذه المصابيح بسعر منخفض نسبيًا الجهد االكهربى. عندما يتم تسخينها أثناء التشغيل ، يرتفع ضغط الغاز الداخلي داخل أنبوب القوس ويلزم وجود جهد أعلى للحفاظ على تفريغ القوس. مع تقدم المصباح في السن ، يرتفع الجهد اللازم للحفاظ على القوس في النهاية ليتجاوز الجهد الذي يوفره الصابورة الكهربائية. عندما يسخن 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 بشكل متكرر. تكتشف تصميمات الصابورة الأكثر تطوراً ركوب الدراجات وتتخلى عن محاولة بدء تشغيل المصباح بعد بضع دورات. إذا تمت إزالة الطاقة وإعادة تطبيقها ، فسيقوم الصابورة بإجراء سلسلة جديدة من محاولات بدء التشغيل.
ظاهرة أخرى مرتبطة بتآكل وتقادم مصابيح التفريغ عالي الكثافة هي تغير لون شعاع الضوء المنبعث (“التلاشي”). بشكل عام ، يمكن ملاحظة التحول نحو اللون الأزرق و / أو البنفسجي. هذا التحول طفيف في البداية وهو بشكل عام علامة على أن المصابيح “مكسورة” بينما لا تزال في حالة عمل جيدة بشكل عام ، ولكن مع اقتراب نهاية عمرها الافتراضي ، غالبًا ما يُنظر إلى مصباح HID على أنه فقط إنتاج الضوء الأزرق والبنفسجي. مرتكز على قانون بلانك، فهذه نتيجة مباشرة لزيادة الجهد ودرجة الحرارة المرتفعة اللازمة للحفاظ على القوس.
في بعض الأحيان يمكن أن ينفجر أنبوب الكوارتز المحتوي على الزئبق في مصباح UHP.[9] عندما يحدث ذلك ، يتم إطلاق ما يصل إلى 50 مجم من بخار الزئبق في الغلاف الجوي. قد تكون هذه الكمية من الزئبق سامة ، ولكن الخطر الرئيسي من المصابيح المكسورة هو قطع الزجاج ، ولا يُتوقع أن يكون للتعرض العرضي للمصابيح المكسورة آثار ضارة. توصي Philips باستخدام المكنسة الكهربائية الزئبقية ، والتهوية أو حماية الجهاز التنفسي ، وحماية العين ، والملابس الواقية عند التعامل مع المصابيح المكسورة. تتطلب مصابيح الزئبق أيضًا التخلص من النفايات بشكل خاص ، اعتمادًا على الموقع.[10]