Fluoresventtivalo ja fluoresventtivalon toimintaperiaate
Mikä on fluoresenssivalo?
Fluoresenssivalo on kevyt elohopeavapausvalo, joka käyttää fluoresenssiä näkyvän valon tuottamiseen. Sähkövirta kaasussa aktivoi elohopeavapautta, joka tuottaa ultraviolettiairtua päästöprosessissa, ja tämä ultraviolettiairo aiheuttaa lampun sisäpuolen fosforipinta-aineen säteilemään näkyvää valoa.
Fluoresenssivalo muuttaa sähköenergian hyödylliseksi valoenergiaksi huomattavasti tehokkaammalla tavalla kuin lyhdevalot. Fluoresenssivalojärjestelmien keskimääräinen valovirran tehokkuus on 50–100 lumen per watt, mikä on useita kertoja tehokkaampaa kuin lyhdevalot vastaavalla valopotentilla.
Miten fluoresenssivalo toimii?
Ennen kuin selitän fluoresenssivalon toimintaperiaatteen, esittelemme ensin fluoresenssivalon piirikaavion eli putkilovalon piirikaavion.
Yhdistämme yhden ballastin, kytkimen ja tarjonnan sarjakytkennässä kuten kuvassa. Sitten yhdistämme fluoresenssivalon ja aloituslaite sen yli.
Kun kytketään päälle, täysi jännite tulee valolle ja aloituslaitteelle ballastin kautta. Mutta hetkellisesti ei tapahdu purkkausta, eli valo ei tuota valoa.
Täysillä jännitteillä aloituslaitteen neonlampussa alkaa ensin purkkauksen ilmiö. Tämä johtuu siitä, että aloituslaitteen elektrodit ovat paljon lähempänä toisiaan kuin fluoresenssivalon elektrot.
Aloituslaitteen sisällä oleva kaasu ionisoituu täysjännitteen vuoksi, mikä lämmittää bimetallista nauhaa. Tämä taas taittaa bimetallista nauhaa yhdistämään kiinteään yhteyspisteeseen. Nyt virta alkaa kulkea aloituslaitteen kautta. Vaikka neonin ionisaatiojännite on suurempi kuin argonin, pieni elektrodiavustin saa korkean jännitegradientin neonlampussa, minkä seurauksena purkkauksen ilmiö alkaa ensin aloituslaitteessa.
Virta alkoi virtaamaan neonlampun yhteydessä, aloituslaitteen neonlampun jännite laskee, koska virta aiheuttaa jännitelaskun induktorissa (ballastissa). Kun neonlampun jännite on pieni tai nolla, ei ole enää purkkausta, ja bimetallista nauha jäähtyy ja katkaisee yhteyden kiinteään yhteyspisteeseen. Yhteyden katkaisunhetkellä neonlampussa virta katkeaa, ja silloin induktorille (ballastille) tulee suuri jännitesyöksy.
Tämä korkean arvon jännitesyöksy tulee fluoresenssivalon (putkilovalon) elektrodeihin ja aktivoi penning-seoksen (argonin ja elohopeavapauden seos).
Purkkauksen prosessi alkaa ja jatkuu, ja siten virta alkaa uudelleen kulkea itse fluoresenssivalon putken (putkilovalon) kautta. Purkkauksen aikana penning-seoksen vastus on pienempi kuin aloituslaitteen vastus.
Elohopea-atomien purkkauksessa tuotetaan ultraviolettiairtua, joka puolestaan sai fosforipinta-aineen säteilemään näkyvää valoa.
Aloituslaitteella ei ole vaikutusta fluoresenssivalon (putkilovalon) loistamisen aikana, koska virta ei kulje aloituslaitteen kautta.
Fluoresenssivalon fysiikka
Kun riittävästi korkea jännite asetetaan elektrodeihin, syntyy voimakas sähkökenttä. Pieni virta elektrodeissa lämmittää niiden filamenttit. Koska filamentti on oksidiytyneet, se tuottaa riittävästi elektroneja, jotka kiirehtivät negatiiviselta elektrodilta (katodilta) positiiviselle elektrodille (anodille) tämän voimakkaan sähkökentän vuoksi. Vapaan elektronin liikkuminen purkkaa prosessin.
Peruspurkkausprosessi noudattaa aina kolmea vaihetta:
Vapaat elektronit saadaan elektrodeista, ja ne kiihdytetään sovellettavalla sähkökentällä.
Vapaan elektronin kinettinen energia muunnetaan kaasun atomien intohimoenergiaksi.
Kaasun atomien intohimoenergia muunnetaan säteilyksi.
Purkkausprosessissa tuotetaan yksi ultraviolettiaspektri 253.7 nm alhaisella elohopeavapauden paineella. Ultraviolettiairojen tuottamiseksi putkin lämpötila pidetään välillä 105–115°C.
Putkin pituuden ja halkaisijan suhde tulisi olla sellainen, että molemmissa päissä tapahtuu vakioitu teho. Tässä teho hukutetaan elektroiden loistamisessa, jota kutsutaan katode- ja anodeputoaksi. Tämä teho on hyvin pieni.
Katodeilla tulisi olla oksidiytyneet, koska ne tuottavat runsaasti vapaita elektroneja. Katodit, jotka lämmittyvät sirkuloivalla virralla, ja tämä sirkuloiva virta tuotetaan solmuilla tai ohjauslaitteilla. Jotkut lamput ovat myös kylmäkatodisia. Kylmäkatodit ovat suurempi pinta-ala ja korkeampi jännite, kuten 11 kv, jotta saatavat ionit. Kaasu alkaa purkautua tämän korkean jännitteen soveltamisen seurauksena. Mutta 100–200 V katodepudotus erottuu katodista, mitä kutsutaan katodepudotukseksi. Tämä tarjoaa suuren ionimäärän, jotka kiihdytetään anodiin tuottamaan sekundääriselektroneja törmäyksessä, joka tuottaa lisää ionejä. Mutta katodepudotuksessa kuumassa katodissa on vain 10 V.
Fluoresenssivalon historia ja keksintö
Vuonna 1852 sir George Stokes oli havainnut ultra violettiairojen muuntumisen näkyväksi säteilyksi.
Tästä ajanjaksosta 1920-luvulle asti oli tehty erilaisia kokeita kehittääksesi matala- ja korkeapaineiset sähköiset purkkausprosessit elohopea- ja natriumvapaudessa. Mutta kaikki ne kehitetyt piirit olivat tehottomia muuntaa ultra violettiairoja näkyviksi airoiksi. Tämä johtui siitä, ettei elektroit ehditty tuottaa riittävästi elektroneja purkkausprosessin luomiseksi. Lisäksi monet elektronit törmäsivät kaasun atomeihin ja törmäykset olivat joustavia. Siksi intohimointi ei loi spektraaliriviä käyttöön. Mutta hyvin vähän työtä tehtiin fluoresenssivaloissa.
Mutta 1920-luvulla tapahtui merkittävä läpimurto. Havaittiin, että elohopeavapauden ja inertikaasun seos alhaisella paineella on 60% tehokas muuntaa sähköisen syötteen energian yhdeksi spektraaliriviksi 253.7 nm.
Ultra violettiairojen muuntaminen näkyviksi airoiksi käyttämällä sopivaa fluoresenssimateriaalia valon sisällä. Tästä lähtien fluoresenssivalo sai tiennsä ihmisten päivittäiseen elämään.Myöhemmin, Dr. W. L. Enfield sai raportin Dr. A. H. Cromptonilta vuonna 1934 fluoresenssitulettujen lampujen käytöstä. Vastaavasti Enfield perusti tutkimusryhmän ja aloitti kommersiellisen fluoresenssivalon luomisen. Vuonna 1935 heidän ryhmänsä tuotti prototyypin vihreästä fluoresenssivalosta, jonka tehokkuus oli noin 60%.
Kaksi ja puoli vuotta myöhemmin fluoresenssivalot otettiin markkinoille valkoisina ja kuudella muulla värillä. Eri fosforipohjaisia seoksia käytetään eri värien tuottamiseen fluoresenssivaloissa. Ensimmäinen valo julkaistiin 15, 20 ja 30 W teholuokissa 18 tuuman, 25 tuuman ja 36 tuuman pituisina.
Nopeammin 40 W T12, 4-jalkainen valo otettiin laajalti käyttöön toimistojen, koulujen ja teollisuuden valaistuksessa. Varhaiset valot antoivat hieman keltaista valoa 3500K. Myöhemmin 6500K paivavalot kehitettiin siten, että ne tuottavat valoa, joka simuloi keskimääräistä pohjoista taivaanvaloa pilviställä taivaalla.
Yleisesti 4-jalkaiset valot, 1.5 tuumaa halkaisijaltaan, 40 W olivat saatavilla markkinoilla vuonna 1940. Mutta vähitellen suunnittelua muutettiin parempaan käyttöön. Valon purkkausosa muuttui. Mutta argonia edelleen käytetään, vaikka paine on hieman pienempi kuin aiemmin. Elohopeavapaus on samalla paineella kuin aiemmin. Tämä valo vaatii 425 mA 100–105 V jännitelaskulla.
Lause: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleita on jaett
