Ljusstake och arbetsprincip för ljusstake

Vad är en fluorescent lamp?

En fluorescent lamp är en lättvikts kvicksilverdampslampa som använder fluorescence för att leverera synligt ljus. En elektrisk ström i gasen energiserar kvicksilverdampen vilket ger ultraviolett strålning genom avlägsningsprocessen och ultraviolettstrålningen får fosforbeläggningen på lampans inre vägg att utstråla synligt ljus.

En fluorescent lamp har omvandlat elektrisk energi till användbart ljusenergi mycket mer effektivt än glödlamper. Den genomsnittliga ljusverkningsgraden för fluorescent belysningsystem är 50 till 100 lumen per watt, vilket är flera gånger effektiviteten hos glödlamper med liknande ljusutgång.

Hur fungerar en fluorescent lamp?

Innan vi går igenom arbetssättet för en fluorescent lamp, kommer vi först att visa kretsen för en fluorescent lamp, det vill säga kretsen för en rörslampa.

Här ansluter vi en ballast, en brytare och strömförsörjningen i serie som visas. Sedan ansluter vi den fluorescenta rören och en startare över den.

• När vi slår på strömförsörjningen, kommer full spänning över lampan och även över startaren via ballasten. Men vid det ögonblicket sker ingen avlägsning, dvs. ingen ljusutgång från lampan.

• Vid den fulla spänningen etableras först glödischarge i startaren. Detta beror på att elektrodskillnaden i neonlåman i startaren är mycket mindre än i den fluorescenta lampan.

• Därefter ioniseras gasen i startaren på grund av denna fulla spänning och värmer upp bimetallbandet. Detta gör att bimetallbandet böjer sig och ansluter till den fasta kontakten. Nu börjar ström flyta genom startaren. Även om ionisationspotentialen för neon är högre än för argon, så startar fortfarande glödischarge först i startaren på grund av den lilla elektrodskillnaden.

• Så snart ström börjar flyta genom de berörda kontakterna i neonlåman i startaren, minskar spänningen över neonlåman eftersom strömmen orsakar en spänningsfall över induktorn (ballast). Vid minskad eller ingen spänning över neonlåman i startaren sker inga fler gaseffekter och därför svalnar bimetallbandet och bryter bort från den fasta kontakten. När kontakterna i neonlåman i startaren bryts, avbryts strömmen, och vid det ögonblicket uppstår ett stort spänningstoppar över induktorn (ballast).

  

• Detta högvärde spänningstopp kommer över elektroderna i den fluorescenta lampan (rörslampa) och träffar penna-mix (mix av argongas och kvicksilverdamp).

• Gaseffekten startar och fortsätter, och därför får ström återigen en väg att flyta genom den fluorescenta lampröret (rörslampa) själva. Under avlägsningsprocessen av penna-gasen erbjuder gasen ett motstånd som är lägre än motståndet i startaren.

• Avlägsningen av kvicksilverbåtar producerar ultraviolettstrålning, vilket i sin tur upphettar fosforpulverbeläggningen för att stråla synligt ljus.

• Startaren blir inaktiv under glöden av den fluorescenta lampan (rörslampa) eftersom ingen ström passerar genom startaren i det läget.

Fysik bakom fluorescent lamp

När en tillräckligt hög spänning appliceras över elektroderna, upprättas ett starkt elektriskt fält. En liten ström genom elektroderna uppvärmningsfilar hettar upp filarspiralen. Eftersom filen är oksiderad, produceras en tillräcklig mängd elektroner, och de rusar från den negativa elektroden eller katoden till den positiva elektroden eller anoden på grund av detta starka elektriska fält. Under rörelsen av fria elektroner etableras avlägsningsprocessen.

Den grundläggande avlägsningsprocessen följer alltid tre steg:

1. Fria elektroner hämtas från elektroderna, och de accelereras av det tillämpade elektriska fältet.

2. Kinetisk energi hos de fria elektronerna omvandlas till excitationsenergi hos gasatomerna.

3. Excitationsenergin hos gasatomerna omvandlas till strålning.

I avlägsningsprocessen produceras en enda ultraviolett spektrallinje på 253,7 nm vid låg tryck av kvicksilverdamp. För att generera 253,7 nm ultraviolett strålning hålls lampans temperatur mellan 105 till 115oF.
Förhållandet mellan längd och diameter av röret bör vara sådant att en fast wattage-förlust inträffar vid båda ändarna. Där denna wattage-förlust eller glöd av elektroder inträffar kallas cathode- och anode-fallregion. Denna wattage-förlust är mycket liten.
Igen bör cathoderna vara oksiderade. Varm cathod ger en mängd fria elektroner. Varm cathod, betyder dessa elektroder som är uppvärmade genom cirkulerande ström, och denna cirkulerande ström ges av chock eller kontrollutrustning. Några lampor har också kalla cathoder. Kalla cathoder har en större effektiv yta och högre spänning, som 11 kv appliceras över dem för att få jon. Gas börjar avlägsnas på grund av denna höga spänning. Men vid 100 till 200 V separeras cathodglöden från cathoden, det kallas cathode-fall. Det ger en stor tillgång av jon som accelereras till anoden för att producera sekundära elektroner vid påslag, vilket i sin tur producerar fler jon. Men cathode-fall i varm cathodavlägsning är bara 10 V.

Historia & uppfinning av fluorescent lamp

• 1852 upptäckte Sir George Stokes transformationen av ultraviolett strålning till synlig strålning.

• Från denna tid fram till 1920 utfördes olika typer av experiment för att utveckla låg- och högtryckselektriska avlägsningar i kvicksilver- och natriumdamp. Men alla dessa kretsar som utvecklades var ineffektiva för att transformera ultraviolett strålning till synlig strålning. Det berodde på att elektroderna inte kunde emitta tillräckligt många elektroner för att etablera bågens avlägsningsfenomen. Återigen kolliderade många av elektronerna med gasatomerna, och det var elastiskt. Så exitationen skapade inte spektrallinjer som kunde användas. Men mycket lite arbete gjordes på fluorescent lampor.

• Men på 1920-talet skedde en viktig genombrott. Det faktum att blandningen av kvicksilverdamp och inertgas vid lågtryck är 60% effektiv för att omvandla den elektriska inmatningskraften till en enda spektrallinje på 253,7 nm.
  Ultraviolett strålning omvandlas till synliga ljusstrålar genom att använda lämpligt fluorescerande material inuti lampan. Från denna tid började fluorescent lampor införas i människors dagliga liv.

• Senare, 1934, fick Dr. W. L. Enfield en rapport från Dr. A. H. Crompton om användningen av fluorescerande beläggningslampor. Omedelbart skapade Enfield en forskningsgrupp och började skapa kommersiella fluorescent lampor. 1935 producerade deras team en prototyp grön fluorescent lampa med effektivitet på cirka 60%.

• Efter två och en halv år introducerades fluorescent lampor i vit och sex andra färger på marknaden. Olika blandningar av fosforpulver används för att producera olika färger från fluorescent lampor. Den första lampan introducerades med 15, 20 och 30 W i 18 tum, 25 tum och 36 tum längd.

• Snart efter introducerades 40 W T12, 4-ft lampor och användes omfattande i kontor, skola, industriell belysning. De tidiga lamporna gav något gulaktigt ljus till 3500K. Senare utvecklades 6500K dagsljuslampor på ett sådant sätt att de producerar ljus som simulerar ett genomsnittligt norrlandskylight på en molnig himmel.

• Generellt sett var 4 ft lampor, med 1,5 tum i diameter, 40 W tillgängliga på marknaden 1940. Men gradvis ändrades designen för dess bättre användning. I bågens avlägsningsdel av lamporna ändrades. Men argon används fortfarande, fastän trycket är något lägre än det tidigare trycket. Kvicksilverdampen bibehålls vid samma tryck som tidigare. Denna lampa kräver 425 mA med 100 till 105 V spänningsfall.

Ut