Lågenergilampa
En lysrör , eller lysrör , är en lågtrycks-kvicksilver-ånga gasurladdningslampa som använder fluorescens för att producera synligt ljus. En elektrisk ström i gasen exciterar kvicksilverånga, som producerar kortvågigt ultraviolett ljus som sedan får en fosforbeläggning på insidan av lampan att lysa. En lysrör omvandlar elektrisk energi till nyttigt ljus mycket mer effektivt än en glödlampa . Den typiska ljuseffekten för lysrörssystem är 50–100 lumen per watt, flera gånger effektiviteten hos glödlampor med jämförbar ljuseffekt. Som jämförelse kan ljuseffekten för en glödlampa bara vara 16 lumen per watt.
Lysrörsarmaturer är dyrare än glödlampor eftersom de bland annat kräver en ballast för att reglera strömmen genom lampan, men den initiala kostnaden kompenseras av en mycket lägre driftskostnad. Kompaktlysrör finns nu i samma populära storlekar som glödlampor och används som ett energibesparande alternativ i hemmen.
Eftersom de innehåller kvicksilver klassificeras många lysrör som farligt avfall . United States Environmental Protection Agency rekommenderar att lysrör avskiljs från allmänt avfall för återvinning eller säker kassering, och vissa jurisdiktioner kräver återvinning av dem.
Historia
Fysiska upptäckter
Fluorescensen av vissa stenar och andra ämnen hade observerats i hundratals år innan man förstod dess natur . Vid mitten av 1800-talet hade försöksledare observerat ett strålande sken som utgick från delvis evakuerade glaskärl genom vilka en elektrisk ström passerade. En av de första som förklarade det var den irländska vetenskapsmannen Sir George Stokes från University of Cambridge 1852, som döpte fenomenet till "fluorescens" efter fluorit , ett mineral som många av proverna lyser starkt på grund av föroreningar. Förklaringen förlitade sig på naturen hos elektricitet och ljusfenomen som utvecklades av de brittiska forskarna Michael Faraday på 1840-talet och James Clerk Maxwell på 1860-talet.
Lite mer gjordes med detta fenomen fram till 1856 när den tyske glasblåsaren Heinrich Geissler skapade en kvicksilvervakuumpump som evakuerade ett glasrör i en omfattning som tidigare inte varit möjlig. Geissler uppfann den första gasurladdningslampan, Geissler-röret , bestående av ett delvis evakuerat glasrör med en metallelektrod i vardera änden. När en hög spänning applicerades mellan elektroderna lyste insidan av röret upp med en glödurladdning . Genom att sätta olika kemikalier inuti, kunde rören tillverkas för att producera en mängd olika färger, och utarbetade Geissler-rör såldes för underhållning. Viktigare var dock dess bidrag till vetenskaplig forskning. En av de första forskarna som experimenterade med ett Geissler-rör var Julius Plücker , som systematiskt beskrev 1858 de självlysande effekterna som inträffade i ett Geissler-rör. Han gjorde också den viktiga observationen att glöden i röret skiftade position när den var i närheten av ett elektromagnetiskt fält . Alexandre Edmond Becquerel observerade 1859 att vissa ämnen avgav ljus när de placerades i ett Geissler-rör. Han fortsatte med att applicera tunna beläggningar av självlysande material på ytorna av dessa rör. Fluorescens inträffade, men rören var mycket ineffektiva och hade kort livslängd.
Förfrågningar som började med Geissler-röret fortsatte eftersom ännu bättre dammsugare producerades. Det mest kända var det evakuerade röret som användes för vetenskaplig forskning av William Crookes . Det röret evakuerades av den mycket effektiva kvicksilvervakuumpumpen skapad av Hermann Sprengel . Forskning utförd av Crookes och andra ledde slutligen till upptäckten av elektronen 1897 av JJ Thomson och röntgenstrålar 1895 av Wilhelm Röntgen . Men Crookes-röret , som det kom att kallas, producerade lite ljus eftersom vakuumet i det var för bra och därför saknade de spårmängder av gas som behövs för elektriskt stimulerad luminescens .
Tidiga urladdningslampor
Thomas Edison eftersträvade kort lysrörsbelysning för dess kommersiella potential. Han uppfann en fluorescerande lampa 1896 som använde en beläggning av kalciumvolframat som fluorescerande ämne, exciterad av röntgenstrålar , men även om den fick patent 1907, sattes den inte i produktion. Som med några andra försök att använda Geissler-rör för belysning, hade den en kort livslängd, och med tanke på framgången med glödljuset hade Edison liten anledning att utöva ett alternativt sätt för elektrisk belysning. Nikola Tesla gjorde liknande experiment på 1890-talet och utvecklade högfrekventa lysrör som gav ett starkt grönaktigt ljus, men som med Edisons enheter uppnåddes ingen kommersiell framgång.
En av Edisons tidigare anställda skapade en gasurladdningslampa som nådde ett mått av kommersiell framgång. År 1895 demonstrerade Daniel McFarlan Moore lampor med en längd på 2 till 3 meter (6,6 till 9,8 fot) som använde koldioxid eller kväve för att avge vitt respektive rosa ljus. De var betydligt mer komplicerade än en glödlampa och krävde både en högspänningsströmförsörjning och ett tryckreglerande system för påfyllningsgasen.
Moore uppfann en elektromagnetiskt styrd ventil som höll ett konstant gastryck i röret för att förlänga livslängden. Även om Moores lampa var komplicerad, dyr och krävde mycket höga spänningar, var den betydligt effektivare än glödlampor, och den producerade en närmare uppskattning av naturligt dagsljus än samtida glödlampor. Från 1904 och framåt installerades Moores belysningssystem i ett antal butiker och kontor. Dess framgång bidrog till General Electrics motivation att förbättra glödlampan, särskilt dess glödtråd. GE:s ansträngningar kom att förverkligas med uppfinningen av ett volframbaserat filament. Den förlängda livslängden och förbättrade effektiviteten hos glödlampor förnekade en av de viktigaste fördelarna med Moores lampa, men GE köpte de relevanta patenten 1912. Dessa patent och de uppfinningsrika ansträngningarna som stödde dem skulle vara av stort värde när företaget tog upp lysrörsbelysning mer än två decennier senare.
Ungefär samtidigt som Moore utvecklade sitt belysningssystem, uppfann Peter Cooper Hewitt kvicksilverlampan , patenterad 1901 ( US 682692 ). Hewitts lampa glödde när en elektrisk ström passerade genom kvicksilverånga vid lågt tryck. Till skillnad från Moores lampor tillverkades Hewitts i standardiserade storlekar och drevs vid låga spänningar. Kvicksilverlampan var överlägsen dåtidens glödlampor när det gäller energieffektivitet, men det blågröna ljuset den producerade begränsade dess tillämpningar. Den användes dock för fotografering och vissa industriella processer.
Kvicksilverånglampor fortsatte att utvecklas i långsam takt, särskilt i Europa, och i början av 1930-talet fick de begränsad användning för storskalig belysning. Vissa av dem använde fluorescerande beläggningar, men dessa användes främst för färgkorrigering och inte för förbättrad ljuseffekt. Kvicksilverånglampor förutsåg också lysröret i deras inkorporering av en ballast för att upprätthålla en konstant ström.
Cooper-Hewitt hade inte varit den första att använda kvicksilverånga för belysning, eftersom tidigare försök hade gjorts av Way, Rapieff, Arons och Bastian och Salisbury. Av särskild betydelse var kvicksilverlampan som uppfanns av Küch och Retschinsky i Tyskland . Lampan använde en glödlampa med mindre hål och högre ström som arbetade vid högre tryck. Som en konsekvens av strömmen fungerade glödlampan vid en högre temperatur vilket krävde användningen av en kvartslampa. Även om dess ljuseffekt i förhållande till elförbrukningen var bättre än från andra ljuskällor, liknade ljuset den producerade det från Cooper-Hewitt-lampan genom att den saknade den röda delen av spektrumet, vilket gör den olämplig för vanlig belysning. På grund av svårigheter att täta elektroderna till kvartsen fick lampan en mycket kort livslängd.
Neonlampor
Nästa steg i gasbaserad belysning utnyttjade de självlysande egenskaperna hos neon , en inert gas som hade upptäckts 1898 genom isolering från atmosfären. Neon lyste lysande rött när det användes i Geissler-rör. År 1910 fick Georges Claude , en fransman som hade utvecklat en teknik och ett framgångsrikt företag för flytande luft, tillräckligt med neon som en biprodukt för att stödja en neonbelysningsindustri. Medan neonbelysning användes runt 1930 i Frankrike för allmän belysning, var den inte mer energieffektiv än konventionell glödlampsbelysning. Neonrörsbelysning, som även innefattar användning av argon och kvicksilverånga som alternativa gaser, kom att användas främst för iögonfallande skyltar och reklam. Neonbelysning var dock relevant för utvecklingen av lysrörsbelysning, eftersom Claudes förbättrade elektrod (patenterad 1915) övervann "sputtering", en viktig källa till elektrodnedbrytning. Sputtring inträffade när joniserade partiklar träffade en elektrod och slet av metallbitar. Även om Claudes uppfinning krävde elektroder med mycket yta visade den att ett stort hinder för gasbaserad belysning kunde övervinnas.
Utvecklingen av neonljuset var också betydelsefull för det sista nyckelelementet i fluorescerande lampan, dess fluorescerande beläggning. 1926 fick Jacques Risler ett franskt patent för applicering av fluorescerande beläggningar på neonljusrör. Den huvudsakliga användningen av dessa lampor, som kan anses vara de första kommersiellt framgångsrika lysrören, var för reklam, inte allmän belysning. Detta var dock inte den första användningen av fluorescerande beläggningar; Becquerel hade tidigare använt idén och Edison använde kalciumwolframat för sin misslyckade lampa. Andra ansträngningar hade gjorts, men alla plågades av låg effektivitet och olika tekniska problem. Av särskild betydelse var uppfinningen 1927 av en lågspännings "metallånglampa" av Friedrich Meyer, Hans-Joachim Spanner och Edmund Germer , som var anställda på ett tyskt företag i Berlin . Ett tyskt patent beviljades men lampan kom aldrig i kommersiell produktion.
Kommersialisering av lysrör
Alla de viktigaste funktionerna i lysrörsbelysning fanns på plats i slutet av 1920-talet. Decennier av uppfinning och utveckling hade gett nyckelkomponenterna i lysrör: ekonomiskt tillverkade glasrör, inerta gaser för att fylla rören, elektriska förkopplingsdon, långvariga elektroder, kvicksilverånga som en källa till luminescens, effektiva medel för att producera en pålitlig elektrisk urladdning och fluorescerande beläggningar som kan aktiveras av ultraviolett ljus. Vid denna tidpunkt var intensiv utveckling viktigare än grundforskning.
År 1934 rapporterade Arthur Compton , en känd fysiker och GE-konsult, till GE:s lampavdelning om framgångsrika experiment med lysrörsbelysning vid General Electric Co., Ltd. i Storbritannien (orelaterade till General Electric i USA). Stimulerat av denna rapport, och med alla nyckelelement tillgängliga, byggde ett team under ledning av George E. Inman en prototyp av lysrör 1934 vid General Electrics Nela Park (Ohio) ingenjörslaboratorium. Detta var inte en trivial övning; som noterats av Arthur A. Bright, "En hel del experiment behövde göras på lampstorlekar och -former, katodkonstruktion, gastryck av både argon och kvicksilverånga, färger på fluorescerande pulver, metoder för att fästa dem på insidan av rör och andra detaljer om lampan och dess tillbehör innan den nya enheten var klar för allmänheten."
Förutom att ha ingenjörer och tekniker tillsammans med faciliteter för FoU-arbete på lysrör, kontrollerade General Electric vad det ansåg vara nyckelpatenten för lysrörsbelysning, inklusive patenten som ursprungligen utfärdades till Hewitt, Moore och Küch. Viktigare än dessa var ett patent som täckte en elektrod som inte sönderdelade vid de gastryck som till slut användes i lysrör. Albert W. Hull från GE:s Schenectady Research Laboratory ansökte om ett patent på denna uppfinning 1927, som utfärdades 1931. General Electric använde sin kontroll över patenten för att förhindra konkurrens med sina glödlampor och försenade förmodligen införandet av lysrörsbelysning med 20 år. Så småningom krävde krigsproduktion 24-timmarsfabriker med ekonomisk belysning, och lysrör blev tillgängliga.
Medan Hull-patentet gav GE en grund för att göra anspråk på lagliga rättigheter över lysrörslampan, fick företaget några månader efter att lampan började tillverkas en amerikansk patentansökan som hade lämnats in 1927 för den tidigare nämnda "metallånglampan" som uppfanns i Tyskland av Meyer, Spanner och Germer. Patentansökan angav att lampan hade skapats som ett överlägset medel för att producera ultraviolett ljus, men ansökan innehöll också några påståenden som hänvisade till fluorescerande belysning. Ansträngningarna att erhålla ett amerikanskt patent hade mött många förseningar, men om det skulle beviljas kunde patentet ha orsakat allvarliga svårigheter för GE. Till en början försökte GE blockera utfärdandet av ett patent genom att hävda att prioritet skulle gå till en av deras anställda, Leroy J. Buttolph, som enligt deras påstående hade uppfunnit en lysrörslampa 1919 och vars patentansökan fortfarande var under behandling. GE hade också lämnat in en patentansökan 1936 i Inmans namn för att täcka de "förbättringar" som gjorts av hans grupp. 1939 beslutade GE att Meyers, Spanners och Germers anspråk hade en viss förtjänst och att en lång interferensprocedur i alla händelser inte var i deras intresse. De lade därför ner Buttolphs anspråk och betalade $180 000 för att förvärva Meyer, et al. ansökan, som vid den tidpunkten ägdes av ett företag känt som Electrons, Inc. Patentet tilldelades vederbörligen i december 1939. Detta patent, tillsammans med Hull-patentet, satte GE på vad som verkade vara fast rättslig grund, även om det stod inför många år av juridiska utmaningar från Sylvania Electric Products, Inc., som hävdade intrång i patent som de innehade.
Även om patentfrågan inte var helt löst på många år, gav General Electrics styrka inom tillverkning och marknadsföring det en framstående position på den framväxande marknaden för lysrör. Försäljningen av "lysrörslampor" började 1938 när fyra olika storlekar av rör släpptes ut på marknaden. De användes i armaturer tillverkade av tre ledande företag, Lightolier , Artcraft Fluorescent Lighting Corporation och Globe Lighting. Slimline fluorescerande ballastens offentliga introduktion 1946 var av Westinghouse och General Electric och Showcase/Display Case-armaturer introducerades av Articraft Fluorescent Lighting Corporation 1946. Under följande år publicerade GE och Westinghouse de nya lamporna genom utställningar på New York World 's Fair och Golden Gate International Exposition i San Francisco. Fluorescerande belysningssystem spred sig snabbt under andra världskriget när tillverkningen i krigstid ökade efterfrågan på belysning. År 1951 producerades mer ljus i USA av fluorescerande lampor än av glödlampor.
De första åren användes zinkortosilikat med varierande halt av beryllium som grönaktig fosfor. Små tillsatser av magnesiumvolframat förbättrade den blå delen av spektrumet och gav acceptabelt vitt. Efter att det upptäcktes att beryllium var giftigt tog halofosfatbaserade fosfor över.
Funktionsprinciper
Den grundläggande mekanismen för omvandlingen av elektrisk energi till ljus är emissionen av en foton när en elektron i en kvicksilveratom faller från ett exciterat tillstånd till en lägre energinivå . Elektroner som strömmar i ljusbågen kolliderar med kvicksilveratomerna. Om den infallande elektronen har tillräckligt med kinetisk energi överför den energi till atomens yttre elektron, vilket får den elektronen att tillfälligt hoppa upp till en högre energinivå som inte är stabil. Atomen kommer att avge en ultraviolett foton när atomens elektron återgår till en lägre, mer stabil energinivå. De flesta fotoner som frigörs från kvicksilveratomerna har våglängder i den ultravioletta (UV) regionen av spektrumet, övervägande vid våglängder på 253,7 och 185 nanometer (nm). Dessa är inte synliga för det mänskliga ögat, så ultraviolett energi omvandlas till synligt ljus genom fluorescensen av den inre fosforbeläggningen. Skillnaden i energi mellan den absorberade ultravioletta fotonen och den emitterade synliga ljusfotonen går mot att värma upp fosforbeläggningen.
Elektrisk ström flyter genom röret i en lågtrycksbågeurladdning . Elektroner kolliderar med och joniserar ädelgasatomer inuti glödlampan som omger glödtråden för att bilda ett plasma genom stötjoniseringsprocessen . Som ett resultat av lavinjonisering ökar konduktiviteten hos den joniserade gasen snabbt, vilket gör att högre strömmar kan flöda genom lampan.
Påfyllningsgasen hjälper till att bestämma lampans elektriska egenskaper men avger inte själv ljus. Fyllgasen ökar effektivt avståndet som elektroner färdas genom röret, vilket ger en elektron större chans att interagera med en kvicksilveratom. Dessutom kan argonatomer, exciterade till ett metastabilt tillstånd genom inverkan av en elektron, ge energi till en kvicksilveratom och jonisera den, beskriven som Penning- effekten . Detta sänker lampans haveri och driftsspänning, jämfört med andra möjliga fyllgaser som krypton.
Konstruktion
Ett lysrör är fyllt med en blandning av argon , xenon , neon eller krypton och kvicksilverånga. Trycket inuti lampan är cirka 0,3 % av atmosfärstrycket. Enbart kvicksilverångans partialtryck är cirka 0,8 Pa (8 miljondelar av atmosfärstrycket), i en T12 40-watts lampa. Lampans insida är belagd med en fluorescerande beläggning gjord av olika blandningar av metalliska och sällsynta jordartsmetallfosforsalter . Lampans elektroder är vanligtvis gjorda av lindad volfram och är belagda med en blandning av barium-, strontium- och kalciumoxider för att förbättra termionemissionen .
Lysrör är ofta raka och varierar i längd från cirka 100 millimeter (3,9 tum) för miniatyrlampor, till 2,43 meter (8,0 fot) för högeffektslampor. Vissa lampor har röret böjt till en cirkel, används till bordslampor eller andra ställen där en mer kompakt ljuskälla önskas. Större U-formade lampor används för att ge samma mängd ljus i ett mer kompakt område, och används för speciella arkitektoniska ändamål. Kompakta lysrör har flera rör med liten diameter sammanfogade i en bunt av två, fyra eller sex, eller ett rör med liten diameter lindade till en spiral, för att ge en hög mängd ljuseffekt i liten volym.
Ljusemitterande fosfor appliceras som en färgliknande beläggning på insidan av röret. De organiska lösningsmedlen tillåts avdunsta, sedan värms röret till nästan glasets smältpunkt för att driva bort kvarvarande organiska föreningar och smälta samman beläggningen till lampröret. Noggrann kontroll av kornstorleken hos de suspenderade fosforerna är nödvändig; stora korn leder till svaga beläggningar och små partiklar leder till dåligt underhåll och effektivitet av ljuset. De flesta fosforer fungerar bäst med en partikelstorlek runt 10 mikrometer. Beläggningen måste vara tillräckligt tjock för att fånga upp allt ultraviolett ljus som produceras av kvicksilverbågen, men inte så tjock att fosforbeläggningen absorberar för mycket synligt ljus. De första fosforerna var syntetiska versioner av naturligt förekommande fluorescerande mineraler, med små mängder metaller tillsatta som aktivatorer. Senare upptäcktes andra föreningar, vilket gjorde det möjligt att tillverka lampor i olika färger.
Ballaster
Lysrör är enheter med negativt differentialmotstånd , så när mer ström flyter genom dem, sjunker det elektriska motståndet hos lysrören, vilket gör att ännu mer ström kan flöda. Ansluten direkt till en konstant spänningskälla , skulle en lysrör snabbt självförstöra på grund av det okontrollerade strömflödet. För att förhindra detta måste lysrör använda en ballast för att reglera strömflödet genom lampan.
Terminalspänningen över en driftslampa varierar beroende på ljusbågsström , rördiameter, temperatur och fyllgas. En 48-tums (1 219 mm) T12-lampa för allmänbelysning fungerar på 430 mA, med 100 volts fall. Lampor med hög effekt fungerar på 800 mA, och vissa typer fungerar upp till 1,5 A. Effektnivån varierar från 33 till 82 watt per meter rörlängd (10 till 25 W/ft) för T12-lampor.
Den enklaste ballasten för användning av växelström (AC) är en induktor placerad i serie, bestående av en lindning på en laminerad magnetisk kärna. Induktansen hos denna lindning begränsar växelströmsflödet . Denna typ av ballast är vanlig i 220–240V-länder (och i Nordamerika, upp till 30W-lampor). Förkopplingsdon är klassade för storleken på lampan och strömfrekvensen. I Nordamerika är växelströmsspänningen otillräcklig för att starta långa lysrör, så ballasten är ofta en autotransformator med kraftig läckageinduktans (för att begränsa strömflödet). Båda formerna av induktiv ballast kan också innefatta en kondensator för effektfaktorkorrigering .
Lysrör kan gå direkt från en likströmskälla (DC) med tillräcklig spänning för att träffa en ljusbåge. Ballasten måste vara resistiv och skulle förbruka ungefär lika mycket ström som lampan. När den drivs från DC är startomkopplaren ofta anordnad att vända polariteten på matningen till lampan varje gång den startas; annars ackumuleras kvicksilvret i ena änden av röret. Lysrör drivs (nästan) aldrig direkt från DC av dessa skäl. Istället omvandlar en växelriktare DC till AC och tillhandahåller den strömbegränsande funktionen som beskrivs nedan för elektroniska förkopplingsdon.
Effekt av temperatur
Prestandan hos lysrör påverkas kritiskt av temperaturen på glödlampans vägg och dess effekt på partialtrycket av kvicksilverånga inuti lampan. Eftersom kvicksilver kondenserar på den svalaste platsen i lampan krävs noggrann design för att hålla den platsen vid den optimala temperaturen, runt 40 °C (104 °F).
Att använda ett amalgam med någon annan metall minskar ångtrycket och utökar det optimala temperaturområdet uppåt; dock måste temperaturen på den "kalla punkten" fortfarande kontrolleras för att förhindra kondens. Lysrör med hög effekt har funktioner som ett deformerat rör eller interna kylflänsar för att styra kallpunktstemperatur och kvicksilverfördelning. Tungt belastade små lampor, såsom kompaktlysrör, inkluderar även kylflänsområden i röret för att hålla kvicksilverångtrycket vid det optimala värdet.
Förluster
Endast en bråkdel av den elektriska energin som tillförs en lampa omvandlas till användbart ljus. Ballasten avleder en del värme; elektroniska förkopplingsdon kan vara cirka 90 % effektiva. Ett fast spänningsfall uppstår vid elektroderna, vilket också producerar värme. En del av energin i kvicksilverångkolonnen försvinner också, men cirka 85 % omvandlas till synligt och ultraviolett ljus.
Inte all UV-strålning som träffar fosforbeläggningen omvandlas till synligt ljus; en del energi går förlorad. Den största enskilda förlusten i moderna lampor beror på den lägre energin för varje foton av synligt ljus, jämfört med energin hos de UV-fotoner som genererade dem (ett fenomen som kallas Stokes shift ). Infallande fotoner har en energi på 5,5 elektronvolt men producerar synliga ljusfotoner med energi runt 2,5 elektronvolt, så endast 45% av UV-energin används; resten avleds som värme.
Kalkatodlysrör
De flesta lysrör använder elektroder som avger elektroner i röret genom värme, så kallade heta katoder. Kalkatodrör har dock katoder som avger elektroner endast på grund av den stora spänningen mellan elektroderna. Katoderna kommer att värmas upp av ström som flyter genom dem, men är inte tillräckligt varma för betydande termionemission . Eftersom kallkatodlampor inte har någon termionemissionsbeläggning som slits ut, kan de ha mycket längre livslängd än varma katodrör . Detta gör dem önskvärda för applikationer med lång livslängd (som bakgrundsbelysning i LCD-skärmar) . Sputtring av elektroden kan fortfarande förekomma, men elektroder kan formas (t.ex. till en inre cylinder) för att fånga upp det mesta av det sputtrade materialet så att det inte går förlorat från elektroden.
Kalkatodlampor är i allmänhet mindre effektiva än termioniska emissionslampor eftersom katodfallspänningen är mycket högre. Effekt som försvinner på grund av katodfallspänning bidrar inte till ljuseffekten. Detta är dock mindre betydelsefullt med längre rör. Den ökade effektförlusten vid rörändarna innebär vanligtvis också att kalla katodrör måste köras med en lägre belastning än deras termioniska emissionsekvivalenter. Med tanke på den högre rörspänningen som ändå krävs, kan dessa rör lätt göras långa och till och med köras som seriesträngar. De är bättre lämpade för att böjas i speciella former för bokstäver och skyltar, och kan även slås på eller av direkt.
Startande
Gasen som används i lysröret måste joniseras innan ljusbågen kan "slå" . För små lampor krävs det inte mycket spänning för att träffa ljusbågen och att starta lampan är inga problem, men större rör kräver en rejäl spänning (i intervallet tusen volt). Många olika startkretsar har använts. Valet av krets baseras på kostnad, växelspänning, rörlängd, omedelbar kontra ej omedelbar start, temperaturområden och reservdelstillgänglighet.
Förvärmning
Förvärmning, även kallad switchstart, använder en kombination av glödtråd – katod i vardera änden av lampan i kombination med en mekanisk eller automatisk ( bimetallisk ) omkopplare (se kretsschemat till höger) som initialt kopplar glödtrådarna i serie med ballasten för att förvärm dem; efter en kort förvärmningstid öppnas startbrytaren. Om den är korrekt tidsinställd i förhållande till fasen för matningen AC, orsakar detta att ballasten inducerar en spänning över röret som är tillräckligt hög för att initiera startbågen. Dessa system är standardutrustning i 200–240 V-länder (och för 100–120 V-lampor upp till cirka 30 watt). [ citat behövs ]
Före 1960-talet användes fyrpoliga termostartare och manuella strömbrytare. [ citat behövs ] En glödströmbrytare förvärmer automatiskt lampkatoderna. Den består av en normalt öppen bimetallbrytare i en liten förseglad gasurladdningslampa som innehåller inert gas (neon eller argon). Glödomkopplaren kommer cykliskt att värma glödtrådarna och initiera en pulsspänning för att träffa ljusbågen; processen upprepas tills lampan tänds. När röret väl träffar håller den träffande huvudurladdningen katoderna varma, vilket tillåter fortsatt elektronemission. Startströmbrytaren stängs inte igen eftersom spänningen över det tända röret är otillräcklig för att starta en glödurladdning i startmotorn.
Med glödströmbrytare startar ett sviktande rör cykla upprepade gånger. Vissa startsystem använde en termisk överströmsutlösning för att upptäcka upprepade startförsök och inaktivera kretsen tills den återställs manuellt.
En kondensator för effektfaktorkorrigering (PFC) drar ledande ström från elnätet för att kompensera för eftersläpningsströmmen som dras av lampkretsen.
Elektroniska starter använder en annan metod för att förvärma katoderna. De kan vara plug-in utbytbara med glödstartare. De använder en halvledaromkopplare och "mjukstartar" lampan genom att förvärma katoderna innan de applicerar en startpuls som träffar lampan första gången utan att flimra; detta frigör en minimal mängd material från katoderna under start, vilket ger längre lampans livslängd. Detta påstås förlänga lampans livslängd med en faktor på typiskt 3 till 4 gånger för en lampa som ofta slås på som i hushållsbruk, och för att minska svärtningen av lampans ändar som är typiska för lysrör. Kretsen är vanligtvis komplex, men komplexiteten är inbyggd i IC. Elektroniska startmotorer kan optimeras för snabb start (typisk starttid på 0,3 sekunder), eller för mest pålitlig start även vid låga temperaturer och med låg matningsspänning, med en starttid på 2–4 sekunder. De snabbare startenheterna kan ge upphov till hörbart ljud under uppstart.
Elektroniska startmotorer försöker bara starta en lampa under en kort tid när strömmen är inledningsvis, och försöker inte upprepade gånger att slå igen en lampa som är död och oförmögen att upprätthålla en ljusbåge; vissa slutar automatiskt att försöka starta en misslyckad lampa. Detta eliminerar återtändning av en lampa och kontinuerlig blinkning av en felaktig lampa med en glödstartare. Elektroniska starter är inte föremål för slitage och behöver inte bytas ut med jämna mellanrum, även om de kan misslyckas som vilken annan elektronisk krets som helst. Tillverkare anger vanligtvis livslängder på 20 år, eller så länge som armaturen.
Omedelbar start
Instant start lysrör uppfanns 1944. Instant start använder helt enkelt en tillräckligt hög spänning för att bryta ner gaspelaren och därigenom starta ljusbågsledning. När högspänningsgnistan "slår" ljusbågen förstärks strömmen tills en glödurladdning bildas. När lampan värms och trycket ökar fortsätter strömmen att stiga och både motstånd och spänning faller, tills nät- eller nätspänningen tar över och urladdningen blir en ljusbåge. Dessa rör har inga glödtrådar och kan identifieras med ett enda stift i varje ände av röret (för vanliga lampor; kompakta kallkatodlampor kan också ha ett enda stift, men fungerar från en transformator snarare än en ballast). Lamphållarna har ett "disconnect"-uttag i lågspänningsänden som kopplar bort ballasten när röret tas bort, för att förhindra elektriska stötar . Instant-start lampor är något mer energieffektiva än snabbstart, eftersom de inte ständigt skickar en värmeström till katoderna under drift, men de kalla katodernas start ökar sputtern, och de tar mycket längre tid att övergå från en glödurladdning till en båge under uppvärmning är livslängden därför vanligtvis ungefär hälften av den som ses i jämförbara snabbstartslampor.
Snabb start
Eftersom bildandet av en båge kräver termionisk emission av stora mängder elektroner från katoden, ger snabbstartsballastkonstruktioner lindningar i ballasten som kontinuerligt värmer katodtrådarna. Fungerar vanligtvis vid en lägre bågspänning än designen för omedelbar start; ingen induktiv spänningsspets produceras för start, så lamporna måste monteras nära en jordad (jordad) reflektor för att tillåta glödurladdningen att fortplanta sig genom röret och initiera ljusbågsurladdningen via kapacitiv koppling . I vissa lampor är en jordad "starthjälp"-list fäst på utsidan av lampglaset. Denna typ av förkopplingsdon är inkompatibel med de europeiska energibesparande T8-lysrören eftersom dessa lampor kräver en högre startspänning än den för öppen kretsspänning för snabbstartsdon.
Snabbstart
Snabbstartsdon använder en liten autotransformator för att värma glödtrådarna när strömmen först sätts på. När en ljusbåge träffar reduceras glödtrådens värmeeffekt och röret startar inom en halv sekund. Autotransformatorn är antingen kombinerad med ballasten eller kan vara en separat enhet. Rör måste monteras nära en jordad metallreflektor för att de ska träffa. Snabbstartsdon är vanligare i kommersiella installationer på grund av lägre underhållskostnader. En snabbstartsdon eliminerar behovet av en startströmbrytare, en vanlig källa till lampfel. Icke desto mindre används snabbstartsdon även i hushållsinstallationer (bostäder) på grund av den önskvärda egenskapen att en snabbstartsförkopplingslampa tänds nästan omedelbart efter att strömmen har lagts på (när en strömbrytare slås på). Snabbstartdon används endast på 240 V-kretsar och är designade för användning med de äldre, mindre effektiva T12-rören.
Semi-resonant start
Den semi-resonanta startkretsen uppfanns av Thorn Lighting för användning med T12 lysrör. Denna metod använder en dubbellindad transformator och en kondensator. Utan ljusbågsström ger transformatorn och kondensatorn resonans vid linjefrekvens och genererar ungefär dubbelt så mycket matningsspänning över röret och en liten elektrodvärmeström. Denna rörspänning är för låg för att träffa ljusbågen med kalla elektroder, men när elektroderna värms upp till termionisk emissionstemperatur, faller rörets anslagsspänning under den för ringspänningen, och ljusbågen slår. När elektroderna värms upp når lampan långsamt, under tre till fem sekunder, full ljusstyrka. När ljusbågsströmmen ökar och rörspänningen sjunker ger kretsen strömbegränsning.
Semi-resonant startkretsar är huvudsakligen begränsade till användning i kommersiella installationer på grund av den högre initiala kostnaden för kretskomponenter. Det finns dock inga startströmbrytare som ska bytas ut och katodskadorna minskar vid start vilket gör att lamporna håller längre, vilket minskar underhållskostnaderna. På grund av den höga rörspänningen med öppen krets är denna startmetod särskilt bra för start av rör på kalla platser. Dessutom är kretseffektfaktorn nästan 1,0, och ingen ytterligare effektfaktorkorrigering behövs i belysningsinstallationen. Eftersom konstruktionen kräver att två gånger matningsspänningen måste vara lägre än kallkatodens slagspänning (annars skulle rören felaktigt startas omedelbart), kan denna design inte användas med 240 volt växelström om inte rören är minst 1,2 m (3) ft 11 tum) längd. Semi-resonant startarmaturer är i allmänhet inkompatibla med energibesparande T8 eftermonteringsrör, eftersom sådana rör har en högre startspänning än T12-lampor och kanske inte startar tillförlitligt, särskilt i låga temperaturer. Nyligen genomförda förslag i vissa länder att fasa ut T12-rör kommer att minska tillämpningen av denna startmetod.
Elektroniska förkopplingsdon
Elektroniska förkopplingsdon använder transistorer för att ändra matningsfrekvensen till högfrekvent AC samtidigt som strömflödet i lampan regleras. Dessa förkopplingsdon drar fördel av den högre effektiviteten hos lampor, som stiger med nästan 10 % vid 10 kHz , jämfört med effektiviteten vid normal effektfrekvens. När AC-perioden är kortare än relaxationstiden för att avjonisera kvicksilveratomer i urladdningskolonnen, förblir urladdningen närmare optimalt drifttillstånd. Elektroniska förkopplingsdon konverterar matningsfrekvens AC-ström till variabel frekvens AC. Omvandlingen kan minska lampans ljusstyrkamodulering vid två gånger strömförsörjningsfrekvensen.
Lågkostnadsförkopplingsdon innehåller endast en enkel oscillator och serieresonans LC-krets . Denna princip kallas strömresonansväxelriktarkretsen . Efter en kort tid når spänningen över lampan ca 1 kV och lampan startar omedelbart i kallkatodläge. Katodfilamenten används fortfarande för att skydda ballasten från överhettning om lampan inte tänds. termistorer med positiv temperaturkoefficient (PTC) för att inaktivera omedelbar start och ge lite tid att förvärma filamenten.
Mer komplexa elektroniska förkopplingsdon använder programmerad start. Utgångsfrekvensen startas över resonansfrekvensen för ballastens utgångskrets; och efter att filamenten har värmts minskar frekvensen snabbt. Om frekvensen närmar sig resonansfrekvens kommer utspänningen att öka så mycket att lampan tänds. Om lampan inte tänds stoppar en elektronisk krets driften av ballasten.
Många elektroniska förkopplingsdon styrs av en mikrokontroller , och dessa kallas ibland digitala förkopplingsdon. Digitala förkopplingsdon kan tillämpa ganska komplex logik för lampstart och drift. Detta möjliggör funktioner som att testa för trasiga elektroder och saknade rör före startförsök, detektering av rörbyte och detektering av rörtyp, så att en enda ballast kan användas med flera olika rör. Funktioner som dimning kan inkluderas i den inbäddade mikrokontrollerns programvara och finns i olika tillverkares produkter.
Sedan introduktionen på 1990-talet har högfrekventa förkopplingsdon använts i allmänbelysningsarmaturer med antingen snabbstarts- eller förvärmningslampor. Dessa förkopplingsdon omvandlar den inkommande effekten till en utfrekvens som överstiger 20 kHz . Detta ökar lampans effektivitet. Dessa förkopplingsdon arbetar med spänningar som kan vara nästan 600 volt, vilket kräver viss hänsyn vid design av hölje, och kan orsaka en mindre begränsning i längden på ledningarna från förkopplingsdonet till lampändarna.
Slutet av liv
Den förväntade livslängden för en lysrörslampa begränsas i första hand av katodelektrodernas livslängd. För att upprätthålla en adekvat strömnivå är elektroderna belagda med en emissionsblandning av metalloxider. sputteras en liten del av katodbeläggningen av elektroderna genom inverkan av elektroner och tunga joner inuti röret. Det sputtrade materialet samlas på rörets väggar och gör det mörkare. Startmetoden och frekvensen påverkar katodförstoftning. En glödtråd kan också gå sönder, vilket gör lampan ur funktion.
Lågkvicksilverdesign av lampor kan misslyckas när kvicksilver absorberas av glasröret, fosforn och interna komponenter och inte längre är tillgängligt för att förångas i påfyllningsgasen. Förlust av kvicksilver orsakar initialt en förlängd uppvärmningstid till full ljuseffekt, och får slutligen lampan att lysa svagt rosa när argongasen tar över som primär urladdning.
Utsätter röret för asymmetriskt strömflöde, driver det effektivt under en DC-förspänning och orsakar asymmetrisk fördelning av kvicksilverjoner längs röret. Den lokala utarmningen av kvicksilverångtrycket visar sig som rosa luminescens av basgasen i närheten av en av elektroderna, och lampans livslängd kan förkortas dramatiskt. Detta kan vara ett problem med vissa dåligt designade växelriktare .
Fosforerna som kantar lampan försämras också med tiden, tills en lampa inte längre producerar en acceptabel bråkdel av sin initiala ljuseffekt.
Om den inbyggda elektroniska ballasten i en kompaktlysrör misslyckas kommer också dess livslängd att sluta.
Fosforer och spektrumet av emitterat ljus
Spektrum av ljus som emitteras från en fluorescerande lampa är kombinationen av ljus som direkt emitteras av kvicksilverångan och ljus som emitteras av den fosforescerande beläggningen. Spektrallinjerna från kvicksilveremissionen och fosforescenseffekten ger en kombinerad spektral fördelning av ljus som skiljer sig från de som produceras av glödkällor . Den relativa intensiteten av ljus som emitteras i varje smalt band av våglängder över det synliga spektrumet är i olika proportioner jämfört med en glödlampa. Färgade föremål uppfattas olika under ljuskällor med olika spektralfördelningar. Till exempel tycker vissa människor att färgåtergivningen som produceras av vissa lysrör är hård och misshaglig. En frisk person kan ibland verka ha en ohälsosam hudton under lysrörsbelysning. I vilken utsträckning detta fenomen inträffar är relaterat till ljusets spektrala sammansättning och kan mätas av dess färgåtergivningsindex ( CRI).
Färgtemperatur
Korrelerad färgtemperatur (CCT) är ett mått på "nyansen" av vitheten hos en ljuskälla jämfört med en svartkropp. Typisk glödlampsbelysning är 2700 K, vilket är gulvitt. Halogenbelysning är 3000 K. Lysrör tillverkas till en vald CCT genom att ändra blandningen av fosfor inuti röret. Varmvita lysrör har CCT på 2700 K och är populära för bostadsbelysning. Neutral-vita lysrör har en CCT på 3000 K eller 3500 K. Cool-vita lysrör har en CCT på 4100 K och är populära för kontorsbelysning. Dagsljusfluorescerande ljus har en CCT på 5000 K till 6500 K, vilket är blåvitt.
Hög CCT-belysning kräver generellt högre ljusnivåer. Vid svagare belysningsnivåer uppfattar det mänskliga ögat lägre färgtemperaturer som mer behagliga, beroende på Kruithof-kurvan . Så en svag 2700 K glödlampa verkar bekväm och en ljus 5000 K lampa verkar också naturlig, men en svag 5000 K lysrör verkar för blek. Lysrör av dagsljustyp ser naturliga ut endast om de är mycket ljusa.
Färgåtergivningsindex
Färgåtergivningsindex (CRI) är ett mått på hur väl färger kan uppfattas med ljus från en källa, i förhållande till ljus från en referenskälla som dagsljus eller en svartkropp med samma färgtemperatur . Per definition har en glödlampa ett CRI på 100. Verkliga lysrör uppnår CRI på allt från 50 till 98. Lysrör med låg CRI har fosfor som avger för lite rött ljus. Huden ser mindre rosa ut, och därmed "ohälsosam" jämfört med glödlampsbelysning. Färgade objekt verkar tysta. Till exempel kommer ett halofosfatrör med låg CRI 6800 K (ett extremt exempel) att få röda färger att se matt röda eller till och med bruna ut. Eftersom ögat är relativt mindre effektivt för att detektera rött ljus, kan en förbättring av färgåtergivningsindex, med ökad energi i den röda delen av spektrumet, minska den totala ljuseffekten.
Belysningsarrangemang använder lysrör i ett sortiment av nyanser av vitt. Att blanda rörtyper i kopplingar kan förbättra färgåtergivningen av rör av lägre kvalitet.
Fosforsammansättning
fosforerna av halofosfattyp (kemisk formel Ca 5 ( P O 4 ) 3 ( F , Cl ): Sb 3+ , Mn 2+ ). Denna fosfor avger främst gult och blått ljus, och relativt lite grönt och rött. I avsaknad av en referens verkar denna blandning vit för ögat, men ljuset har ett ofullständigt spektrum . Färgåtergivningsindex (CRI) för sådana lampor är cirka 60 .
Sedan 1990-talet använder lysrör av högre kvalitet trifosforblandningar, baserade på europium- och terbiumjoner , som har emissionsband mer jämnt fördelade över spektrumet av synligt ljus. Trifosforrör ger en mer naturlig färgåtergivning till det mänskliga ögat. CRI för sådana lampor är vanligtvis 85.
| Typiskt lysrör med sällsynt jordartsmetallfosfor |  |
En typisk "kallvit" lysrör som använder två sällsynta jordartsmetalldopade fosforer, Tb 3+ , Ce 3+ : La PO 4 för grön och blå emission och Eu : Y 2 O 3 för röd. Klicka på bilden för en förklaring av de enskilda topparnas ursprung. Flera av spektraltopparna genereras direkt från kvicksilverbågen. Detta är förmodligen den vanligaste typen av lysrör som används idag. |
| En äldre stil halofosfat-fosfor lysrör | .png) |
Halofosfatfosforer i dessa lampor består vanligtvis av trevärt antimon- och tvåvärt mangandopat kalciumhalofosfat (Ca 5 (PO 4 ) 3 ( Cl , F ):Sb 3+ , Mn 2+ ) . Färgen på ljuseffekten kan justeras genom att ändra förhållandet mellan det blåemitterande antimondopmedlet och det orangeemitterande mangandopmedlet. Färgåtergivningsförmågan hos dessa lampor i äldre stil är ganska dålig. Halofosfatfosforer uppfanns av AH McKeag et al. år 1942. |
| "Naturligt solsken" fluorescerande ljus |  |
Toppar med stjärnor är kvicksilverlinjer . |
| Gula lysrör |  |
Spektrumet är nästan identiskt med en vanlig lysrörslampa förutom en nästan total brist på ljus kortare än 500 nanometer. Denna effekt kan uppnås antingen genom specialiserad fosforanvändning eller mer vanligt genom användningen av ett enkelt gult ljusfilter. Dessa lampor används vanligtvis som belysning för fotolitografiarbeten i renrum och som "buggavvisande" utomhusbelysning (vars effektivitet är tveksam). |
| Spektrum av en " blacklight "-lampa |  |
, vanligen bestående av europiumdopad strontiumfluoroborate , som finns i ett kuvert av träs glas . |
Ansökningar
Lysrör finns i många former och storlekar. Den kompakta fluorescerande lampan (CFL) blir mer populär. Många kompaktlysrör integrerar den extra elektroniken i lampans bas, vilket gör att de kan passa in i ett vanligt glödlampsuttag.
I amerikanska bostäder finns lysrör mestadels i kök , källare eller garage , men skolor och företag tycker att kostnadsbesparingarna med lysrör är betydande och använder sällan glödlampor. Elkostnader, skattelättnader och byggregler resulterar i högre användning på platser som Kalifornien . Användningen av lysrör minskar eftersom LED-belysning, som är mer energieffektiv och inte innehåller kvicksilver, ersätter lysrör. [ citat behövs ]
I andra länder varierar användningen av fluorescerande belysning i bostäder beroende på energipriset, lokalbefolkningens ekonomiska och miljömässiga hänsyn och acceptansen av ljuseffekten. I Öst- och Sydostasien är det mycket sällsynt att se glödlampor i byggnader någonstans.
Många länder uppmuntrar avveckling av glödlampor och utbyte av glödlampor med lysrör eller LED och andra typer av energieffektiva lampor.
Förutom allmän belysning används ofta speciella lysrör i scenbelysning för film- och videoproduktion. De är svalare än traditionella halogenljuskällor och använder högfrekventa förkopplingsdon för att förhindra videoflimmer och höga färgåtergivningsindexlampor för att uppskatta dagsljusets färgtemperaturer.
Jämförelse med glödlampor
Ljuseffekt
Lysrör omvandlar mer av ineffekten till synligt ljus än glödlampor. En typisk 100 watts glödlampa med volframglödtråd kan omvandla endast 5 % av sin effekt till synligt vitt ljus (400–700 nm våglängd), medan typiska lysrör omvandlar cirka 22 % av energitillförseln till synligt vitt ljus.
Effektiviteten hos lysrör sträcker sig från cirka 16 lumen per watt för ett 4 watts rör med en vanlig ballast till över 100 lumen per watt med en modern elektronisk ballast, vanligtvis i genomsnitt 50 till 67 lm/W totalt. Ballastförlusten kan vara cirka 25 % av lampans effekt med magnetiska förkopplingsdon och cirka 10 % med elektroniska förkopplingsdon.
Lysrörets effektivitet beror på lamptemperaturen i den kallaste delen av lampan. I T8-lampor är detta i mitten av röret. I T5-lampor är detta i änden av röret med texten stämplad på den. Den idealiska temperaturen för en T8-lampa är 25 °C (77 °F) medan T5-lampan är idealiskt vid 35 °C (95 °F).
Liv
Typiskt kommer en lysrörslampa att hålla 10 till 20 gånger så länge som en likvärdig glödlampa när den används flera timmar åt gången. Under standardtestförhållanden håller lysrör i 6 000 till 80 000 timmar (2 till 27 år vid 8 timmar per dag).
Den högre initiala kostnaden för ett lysrör jämfört med en glödlampa kompenseras vanligtvis av lägre energiförbrukning under dess livslängd. [ behöver uppdateras ]
Lägre luminans
Jämfört med en glödlampa är ett lysrör en mer diffus och fysiskt större ljuskälla. I lämpligt utformade lampor kan ljuset fördelas jämnare utan punktkälla för bländning, såsom sett från en odiffuserad glödtråd; lampan är stor jämfört med det typiska avståndet mellan lampan och upplysta ytor.
Sänk värmen
Lysrör avger ungefär en femtedel av värmen från motsvarande glödlampor. Detta minskar avsevärt storleken, kostnaden och energiförbrukningen för luftkonditionering för kontorsbyggnader som vanligtvis skulle ha många lampor och få fönster.
Nackdelar
Frekvent byte
Frekvent byte (mer än var tredje timme) kommer att förkorta lampornas livslängd. Varje startcykel eroderar den elektronemitterande ytan på katoderna något; när allt emissionsmaterial är borta kan lampan inte starta med den tillgängliga ballastspänningen. Armaturer för blinkande ljus (som för reklam) använder en ballast som håller katodtemperaturen när ljusbågen är avstängd, vilket bevarar lampans livslängd.
Den extra energi som används för att starta ett lysrör motsvarar några sekunders normal drift; det är mer energieffektivt att släcka lampor när de inte behövs på flera minuter.
Kvicksilverinnehåll
Om ett lysrör går sönder kan en mycket liten mängd kvicksilver förorena den omgivande miljön. Cirka 99 % av kvicksilvret finns vanligtvis i fosforn, särskilt på lampor som närmar sig slutet av sin livslängd. Trasiga lampor kan frigöra kvicksilver om de inte rengörs med korrekta metoder. [ misslyckad verifiering ]
På grund av kvicksilverhalten ska kasserade lysrör hanteras som farligt avfall. För stora användare av lysrör återvinningstjänster tillgängliga i vissa områden och kan krävas enligt förordning. I vissa områden är återvinning också tillgänglig för konsumenterna.
Ultraviolett emission
Fluorescerande lampor avger en liten mängd ultraviolett (UV) ljus. En studie från 1993 i USA fann att exponering för ultraviolett ljus från att sitta under lysrör i åtta timmar motsvarar en minuts solexponering. Ultraviolett strålning från kompaktlysrör kan förvärra symptomen hos ljuskänsliga individer.
Museiföremål kan behöva skydd mot UV-ljus för att förhindra nedbrytning av pigment eller textilier.
Ballast
Lysrör kräver en ballast för att stabilisera strömmen genom lampan och för att ge den initiala slagspänningen som krävs för att starta ljusbågsurladdningen. Ofta delas en ballast mellan två eller flera lampor. Elektromagnetiska förkopplingsdon kan producera ett hörbart surrande eller surrande ljud. I Nordamerika är magnetiska förkopplingsdon vanligtvis fyllda med en tjärliknande ingjutningsmassa för att minska avgivet buller. Hum elimineras i lampor med en högfrekvent elektronisk ballast. Energiförlusten i magnetiska förkopplingsdon är cirka 10 % av lampans ineffekt enligt GE litteratur från 1978. Elektroniska förkopplingsdon minskar denna förlust.
Strömkvalitet och radiostörningar
Enkla induktiva lysrörsdon har en effektfaktor på mindre än en. Induktiva förkopplingsdon inkluderar kondensatorer för effektfaktorkorrigering. Enkla elektroniska förkopplingsdon kan också ha låg effektfaktor på grund av deras likriktaringångssteg.
Lysrör är en icke-linjär belastning och genererar harmoniska strömmar i den elektriska strömförsörjningen. Ljusbågen inuti lampan kan generera radiofrekvensbrus, som kan ledas genom strömledningar. Dämpning av radiostörningar är möjlig. Mycket bra undertryckning är möjlig, men ökar kostnaden för de lysrörsarmaturer.
Lysrör nära slutet av livslängden kan utgöra en allvarlig risk för radiofrekvensstörningar. Oscillationer genereras från ljusbågens negativa differentialresistans, och strömflödet genom röret kan bilda en avstämd krets vars frekvens beror på väglängden.
Driftstemperatur
Lysrör fungerar bäst runt rumstemperatur. Vid lägre eller högre temperaturer minskar effekten . Vid temperaturer under fryspunkten kanske standardlampor inte startar. Speciallampor kan användas för tillförlitlig service utomhus i kallt väder.
Lampform
Lysrör är långa källor med låg luminans jämfört med högtrycksljusbågslampor, glödlampor och lysdioder. Låg ljusstyrka på den emitterande ytan är dock användbar eftersom det minskar bländning . Lamparmaturdesign måste styra ljus från ett långt rör istället för en kompakt jordglob. Den kompakta fluorescerande lampan (CFL) ersätter vanliga glödlampor i många armaturer där utrymmet tillåter.
Flimmer
Lysrör med magnetiska förkopplingsdon flimrar med en normalt omärklig frekvens på 100 eller 120 Hz och detta flimmer kan orsaka problem för vissa individer med ljuskänslighet ; de är listade som problematiska för vissa individer med autism , epilepsi , lupus , kroniskt trötthetssyndrom , borrelia och svindel .
En stroboskopisk effekt kan noteras, där något som snurrar med precis rätt hastighet kan verka stillastående om det belyses enbart av ett enda lysrör. Denna effekt elimineras av parade lampor som arbetar på en blyfördröjningsdon. Till skillnad från en äkta blixtlampa sjunker ljusnivån med avsevärd tid och så betydande "oskärpa" av den rörliga delen skulle vara uppenbar.
Lysrör kan ge flimmer vid strömförsörjningsfrekvensen (50 eller 60 Hz), vilket märks av fler. Detta händer om en skadad eller trasig katod resulterar i lätt likriktning och ojämn ljuseffekt i positiva och negativa AC-cykler. Strömfrekvensflimmer kan sändas ut från rörens ändar, om varje rörelektrod producerar ett något annorlunda ljusutgångsmönster för varje halvcykel. Flimmer vid strömfrekvens är mer märkbart i det perifera seendet än när det ses direkt.
Nära slutet av livslängden kan lysrör börja flimra med en frekvens som är lägre än strömfrekvensen. Detta beror på instabilitet i det negativa motståndet för ljusbågsurladdning, vilket kan bero på en dålig lampa eller ballast eller dålig anslutning.
Nya lysrör kan visa ett vridande spiralmönster av ljus i en del av lampan. Denna effekt beror på löst katodmaterial och försvinner vanligtvis efter några timmars drift.
Elektromagnetiska förkopplingsdon kan också orsaka problem för videoinspelning eftersom det kan finnas en så kallad beat - effekt mellan videobildhastigheten och fluktuationerna i intensiteten hos lysröret.
Lysrör med elektroniska förkopplingsdon flimrar inte, eftersom över cirka 5 kHz är halveringstiden för det exciterade elektrontillståndet längre än en halv cykel, [ citat behövs ] och ljusproduktionen blir kontinuerlig. Driftsfrekvenser för elektroniska förkopplingsdon väljs för att undvika störningar med infraröda fjärrkontroller. Dålig kvalitet eller felaktiga elektroniska förkopplingsdon kan ha avsevärd 100/120 Hz modulering av ljuset.
Dimning
Lysrörsarmaturer kan inte kopplas till dimmer avsedda för glödlampor. Två effekter är ansvariga för detta: vågformen för spänningen som emitteras av en standardfasstyrd dimmer interagerar dåligt med många förkopplingsdon, och det blir svårt att upprätthålla en ljusbåge i lysröret vid låga effektnivåer. Dimningsinstallationer kräver ett kompatibelt dimningsdon . Vissa modeller av kompaktlysrör kan dimras; i USA identifieras sådana lampor som överensstämmer med UL-standarden 1993.
Lampstorlekar och beteckningar
Systematisk nomenklatur identifierar massmarknadslampor med avseende på allmän form, effekt, längd, färg och andra elektriska och belysningsegenskaper.
I USA och Kanada identifieras lampor vanligtvis med en kod som FxxTy, där F är för fluorescerande, den första siffran (xx) anger antingen effekten i watt eller längden i tum, T anger att formen på glödlampan är rörformig, och det sista talet (y) är diametern i åttondelar av en tum (ibland i millimeter, avrundat uppåt till närmaste millimeter). Typiska diametrar är T12 eller T38 (1+1⁄2 tum eller 38 mm) för bostadslampor, T8 eller T26 (1 tum eller 25 mm) för kommersiella energisnåla lampor.
Överkörning
Att överstyra en lysrör är en metod för att få ut mer ljus från varje rör än vad som erhålls under nominella förhållanden. ODNO (Overdriven Normal Output) lysrör används vanligtvis när det inte finns tillräckligt med utrymme för att sätta i fler glödlampor för att öka ljuset. Metoden är effektiv, men genererar några ytterligare problem. Denna teknik har blivit populär bland vattenträdgårdsmästare som ett kostnadseffektivt sätt att lägga till mer ljus till sina akvarier. Överstyrning görs genom att koppla om lamparmaturer för att öka lampströmmen; lampans livslängd minskar dock.
Andra lysrör
Svart ljus
Blacklights är en undergrupp av fluorescerande lampor som används för att ge nära ultraviolett ljus (vid cirka 360 nm våglängd). De är byggda på samma sätt som konventionella lysrör, men glasröret är belagt med en fosfor som omvandlar kortvågig UV i röret till långvågig UV snarare än till synligt ljus. De används för att provocera fram fluorescens (för att ge dramatiska effekter med blacklight-färg och för att upptäcka material som urin och vissa färgämnen som skulle vara osynliga i synligt ljus) samt för att locka insekter till insekter .
Så kallade blacklite blå lampor är också gjorda av dyrare djuplila glas som kallas Woods glas snarare än klart glas. Det djupt lila glaset filtrerar bort de flesta av de synliga färgerna av ljus som direkt emitteras av kvicksilverånga och producerar proportionellt mindre synligt ljus jämfört med UV-ljus. Detta gör att UV-inducerad fluorescens kan ses lättare (vilket gör att blacklight-affischer kan verka mycket mer dramatiska). Blacklight-lamporna som används i bugg-zappers kräver inte denna förfining så det är vanligtvis utelämnat av kostnadsskäl; de kallas helt enkelt blacklite (och inte blacklite blue).
Solarielampa
Lamporna som används i solarier innehåller en annan fosforblandning (vanligtvis 3 till 5 eller fler fosforer) som avger både UVA och UVB, vilket framkallar en solbränningsrespons i de flesta människors hud. Typiskt är uteffekten klassad som 3–10 % UVB (5 % mest typisk) med återstående UV som UVA. Dessa är främst F71, F72 eller F73 HO (100 W) lampor, även om 160 W VHO är något vanliga. En vanlig fosfor som används i dessa lampor är blyaktiverat bariumdisilikat, men ett europiumaktiverat strontiumfluorborat används också. Tidiga lampor använde tallium som aktivator, men utsläppen av tallium under tillverkningen var giftiga.
UVB medicinska lampor
Lamporna som används vid fototerapi innehåller en fosfor som endast avger UVB ultraviolett ljus. [ citat behövs ] Det finns två typer: bredbands UVB som ger 290–320 nanometer med en toppvåglängd på 306 nm, och smalbandig UVB som ger 311–313 nanometer. På grund av den längre våglängden orsakar de smalbandiga UVB-lamporna inte erytem i huden som bredbandet. [ tveksamt ] De kräver en 10–20 gånger högre dos till huden och de kräver fler lökar och längre exponeringstid. Det smala bandet är bra för psoriasis, eksem (atopisk dermatit), vitiligo, lichen planus och vissa andra hudsjukdomar. [ citat behövs ] Bredbandet är bättre för att öka vitamin D3 i kroppen.
Odla lampa
Grow-lampor innehåller fosforblandningar som uppmuntrar fotosyntes , tillväxt eller blomning i växter, alger, fotosyntetiska bakterier och andra ljusberoende organismer. Dessa avger ofta ljus främst i det röda och blåa färgområdet, som absorberas av klorofyll och används för fotosyntes i växter.
Infraröda lampor
Lampor kan tillverkas med en litiummetaluminatfosfor aktiverad med järn. Denna fosfor har topputsläpp mellan 675 och 875 nanometer, med mindre utsläpp i den djupröda delen av det synliga spektrumet.
Bilirubin lampor
Djupt blått ljus som genereras från en europium -aktiverad fosfor används vid ljusterapibehandling av gulsot ; ljus av denna färg penetrerar huden och hjälper till att bryta upp överskott av bilirubin .
bakteriedödande lampa
Bakteriedödande lampor innehåller ingen fosfor alls, vilket gör dem till kvicksilvergasurladdningslampor snarare än fluorescerande. Deras rör är gjorda av smält kvarts som är transparent för UVC-ljuset som sänds ut av kvicksilverutsläppet. 254 nm UVC som avges av dessa rör kommer att döda bakterier och 184,45 nm långt UV kommer att jonisera syre till ozon . Lampor märkta OF blockerar 184,45 nm långt UV och producerar inte betydande ozon. Dessutom kan UVC orsaka ögon- och hudskador. De används ibland av geologer för att identifiera vissa arter av mineraler genom färgen på deras fluorescens när de är försedda med filter som passerar kortvågig UV och blockerar synligt ljus som produceras av kvicksilverutsläppet. De används också i vissa EPROM- suddgummi. Bakteriedödande lampor har beteckningar som börjar med G, till exempel G30T8 för en 30-watts, 1-tums (2,5 cm) diameter, 36-tums (91 cm) lång bakteriedödande lampa (i motsats till en F30T8, som skulle vara fluorescerande lampan för samma storlek och betyg).
Elektrodlös lampa
Elektrodlösa induktionslampor är lysrör utan interna elektroder. De har varit kommersiellt tillgängliga sedan 1990. En ström induceras i gaskolonnen med hjälp av elektromagnetisk induktion . Eftersom elektroderna vanligtvis är det livsbegränsande elementet i lysrör, kan sådana elektrodlösa lampor ha en mycket lång livslängd, även om de också har ett högre inköpspris.
Kalkatodlysrör
Kalkatodlysrör användes som bakgrundsbelysning för LCD- skärmar i datorskärmar och TV-apparater innan LED-bakgrundsbelysta LCD-skärmar användes . De är också populära bland datorfodralmoddare de senaste åren.
Vetenskapsdemonstrationer
Lysrör kan tändas på annat sätt än en korrekt elektrisk anslutning. Dessa andra metoder resulterar emellertid i mycket svag eller mycket kortlivad belysning, och så ses de mest i vetenskapliga demonstrationer. Statisk elektricitet eller en Van de Graaff-generator kommer att få en lampa att blinka tillfälligt när den laddar ur en högspänningskapacitans. En Tesla-spole kommer att passera högfrekvent ström genom röret, och eftersom den också har hög spänning kommer gaserna i röret att jonisera och avge ljus. Detta fungerar även med plasmaglober. Kapacitiv koppling med högspänningsledningar kan tända en lampa kontinuerligt med låg intensitet, beroende på det elektriska fältets intensitet.
Se även
- Gasfyllt rör
- LED-rör — gjorda som drop-in-ersättning för lysrör
- Lista över ljuskällor
- Metallhalogenlampa
Källor
- Bright, Arthur Aaron Jr. (1949). Den elektriska lampindustrin: teknisk förändring och ekonomisk utveckling från 1800 till 1947 . Macmillan Co.
- Kane, Raymond; Sälj, Heinz, red. (2001). Revolution in lamps: en krönika om 50 års framsteg (2:a upplagan). The Fairmont Press, Inc. ISBN 978-0-88173-378-5 .
- Van Broekhoven, Jacob (2001). "Lampfosfor". I Kane, Raymond; Sell, Heinz (red.). Revolution in lamps: en krönika om 50 års framsteg (2:a upplagan). The Fairmont Press, Inc. s. 93–126. ISBN 978-0-88173-378-5 .
Vidare läsning
- Emanuel Gluskin, "The fluorescent lamp circuit", (Circuits & Systems Expositions)
- IEEE Transactions on Circuits and Systems, Del I: Fundamental Theory and Applications 46(5), 1999 (529–544).
externa länkar
- Populärvetenskap , januari 1940 Lysrör
- T5 Fluorescent Systems — Lighting Research Center Forskning om den förbättrade T5 jämfört med den tidigare T8-standarden
- NASA: The Fluorescent Lamp: En plasma du kan använda
- på YouTube
- Museum för elektrisk lampteknik
- RN Thayer (25 oktober 1991). "The Fluorescent Lamp: Early US Development" . Rapporten med tillstånd av General Electric Company. Arkiverad från originalet 2007-03-24 . Hämtad 2007-03-18 .
- Wiebe E. Bijker, Of bicycles, bakelites, and bulbs: toward a theory of sociotechnical change MIT Press, 1995, kapitel 4, förhandsvisning tillgänglig på Google Books, om den sociala konstruktionen av fluorescerande belysning
- Förklaringar och scheman av några lysrör
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
