Đèn Halogen Kim Loại: Hướng dẫn toàn diện
Đèn halide kim loại là một loại đèn phóng điện cường độ cao (HID) tạo ra ánh sáng bằng cách sử dụng hồ quang điện thông qua hỗn hợp khí của thủy ngân bay hơi và halide kim loại. Halide kim loại là các hợp chất của kim loại với brom hoặc iod. Đèn halide kim loại có hiệu suất phát sáng cao, khả năng tái tạo màu tốt và tuổi thọ dài. Chúng được sử dụng rộng rãi cho mục đích chiếu sáng chung cả trong nhà và ngoài trời, như thương mại, công nghiệp, không gian công cộng, bãi đậu xe, sân vận động, nhà máy, cửa hàng bán lẻ, cũng như chiếu sáng an ninh ở nhà và đèn pha ô tô.
Đèn halide kim loại là gì?
Đèn halide kim loại được định nghĩa là một loại đèn điện tạo ra ánh sáng bằng cách sử dụng hồ quang điện thông qua hỗn hợp khí của thủy ngân bay hơi và halide kim loại. Hồ quang điện được tạo ra giữa hai điện cực bên trong một ống hồ quang nhỏ làm bằng thạch anh hoặc gốm, được bao bọc bên trong một bóng kính lớn hơn có lớp phủ để lọc tia cực tím được tạo ra. Ống hồ quang hoạt động ở áp suất cao từ 4 đến 20 atm và nhiệt độ khoảng 1000 K.
Halide kim loại được sử dụng trong đèn thường là iốt natri, iốt indi và iốt thali. Các hợp chất này cải thiện hiệu suất và khả năng tái tạo màu của ánh sáng bằng cách thêm màu cam và đỏ vào phổ từ đường D của natri và màu xanh lá cây vào phổ từ đường thali khi các ion kim loại bị ion hóa. Hợp chất halide kim loại phổ biến nhất được sử dụng là iốt natri. Halide kim loại cũng giúp ổn định hồ quang và giảm sự nhấp nháy của ánh sáng.
Đèn halide kim loại có hiệu suất phát sáng cao khoảng 75 đến 100 lumen trên mỗi watt, gấp khoảng hai lần so với đèn thủy ngân và 3 đến 5 lần so với đèn sợi đốt. Chúng cũng có chỉ số tái tạo màu (CRI) cao từ 65 đến 95, nghĩa là chúng có thể tái tạo màu sắc chính xác. Đèn halide kim loại có tuổi thọ từ 6.000 đến 15.000 giờ, tùy thuộc vào loại và công suất của đèn.
Ai đã phát minh ra đèn halide kim loại?
Đèn halide kim loại được phát minh bởi Charles Proteus Steinmetz vào năm 1912, nhưng chúng không có sẵn thương mại cho đến những năm 1960. Tiến sĩ Reiling từ General Electric là một trong những người tiên phong phát triển đèn halide kim loại vào năm 1960. Ông sử dụng iốt natri làm chất phụ gia kim loại trong đèn của mình. Sau đó, các nhà nghiên cứu khác đã thử nghiệm với các halide kim loại khác, như iốt indi, iốt thali, iốt scandium và iốt dysprosium.
Đèn halide kim loại hoạt động như thế nào?
Đèn halide kim loại hoạt động bằng cách tạo ra hồ quang điện giữa hai điện cực bên trong ống hồ quang chứa hỗn hợp khí của thủy ngân bay hơi và halide kim loại. Ống hồ quang được kết nối với bộ điều chỉnh điện tử điều chỉnh điện áp và dòng điện cung cấp cho đèn.
Khi đèn được bật, không có hồ quang nào được tạo ra ban đầu vì áp suất và nhiệt độ của khí bên trong ống hồ quang quá thấp. Để khởi động đèn, một điện cực phụ trợ hoặc điện cực khởi động gần một trong các điện cực chính tạo ra một dòng điện ban đầu giữa chúng. Một công tắc kép kim ngắn mạch điện cực khởi động với điện cực chính ngay khi bắt đầu.
Dòng điện ban đầu làm nóng hỗn hợp khí bên trong ống hồ quang và ion hóa một số khí argon và thủy ngân bay hơi. Điều này tạo ra một hồ quang yếu giữa các điện cực chính, dần dần tăng độ sáng và nhiệt độ khi nhiều phân tử khí hơn được ion hóa.
Khi nhiệt độ hồ quang tăng lên, halide kim loại bay hơi và khuếch tán từ thành ống vào dòng hồ quang. Sau đó, chúng phân giải và tạo ra kim loại tự do và nguyên tử iốt nguyên tử. Các nguyên tử kim loại tạo ra hầu hết lượng ánh sáng phát ra bằng cách phát ra bức xạ nhìn thấy khi chúng trở về trạng thái cơ bản sau khi bị kích thích bởi hồ quang điện.
Các halide kim loại khác bay hơi ở tốc độ khác nhau tùy thuộc vào áp suất hơi và cấu hình mức năng lượng. Thông thường, iốt indi bay hơi đầu tiên và tạo ra một lớp vỏ màu xanh quanh hồ quang thủy ngân. Sau đó, iốt thali bay hơi và tạo ra một lớp vỏ màu vàng quanh lớp vỏ indi. Cuối cùng, iốt natri bay hơi và thêm màu cam và đỏ vào phổ.
Đèn đạt đến mức độ sáng tối đa sau khoảng 5 phút khởi động. Trong thời gian này, nhiệt độ màu và CRI của đèn thay đổi khi nhiều halide kim loại hơn được bay hơi.
Thành phần của đèn halide kim loại là gì?
Đèn halide kim loại bao gồm nhiều thành phần làm việc cùng nhau để tạo ra ánh sáng. Những thành phần này bao gồm:
Bóng kính: Đây là vỏ bọc bên ngoài bao quanh ống hồ quang và bảo vệ nó khỏi không khí và độ ẩm. Nó cũng có một lớp phủ để lọc tia cực tím được tạo ra bởi hồ quang.
Ống hồ quang: Đây là một ống thạch anh hoặc gốm nhỏ chứa các điện cực và hỗn hợp khí của thủy ngân bay hơi và halide kim loại. Nó hoạt động ở áp suất và nhiệt độ cao.
Điện cực: Đây là hai thanh wolfram được hàn kín vào hai đầu đối diện của ống hồ quang. Chúng tạo ra một hồ quang điện giữa chúng khi dòng điện đi qua.
Điện cực khởi động: Đây là một điện cực phụ trợ được gắn vào một trong các điện cực chính hoặc vào một thân kính gần chúng. Nó tạo ra một dòng điện ban đầu giữa chính nó và một điện cực khác để khởi động đèn. Điện cực khởi động có độ kháng cao để hạn chế dòng điện ban đầu.
Thân kính: Đây là một ống kính nối ống hồ quang với đế của đèn. Nó cũng giữ các dây molybdenum truyền dẫn dòng điện đến các điện cực.
Dây molybdenum: Đây là các sợi kim loại mỏng được hàn vào ống hồ quang và thân kính. Chúng không có từ tính và có điểm nóng chảy cao. Chúng truyền dẫn dòng điện đến các điện cực và niêm kín ống hồ quang khỏi không khí và độ ẩm.
Đế: Đây là phần của đèn kết nối với ổ cắm hoặc bộ giữ đèn. Nó có thể có các hình dạng và kích thước khác nhau tùy theo loại và công suất của đèn. Một số loại đế phổ biến là E26, E39, G12, G8.5, GX10, RX7s, và RX7s-24.
Hỗn hợp khí: Đây là sự kết hợp của khí argon, hơi thủy ngân và halide kim loại lấp đầy ống hồ quang. Khí argon giúp khởi động đèn và duy trì điện áp hồ quang thấp. Hơi thủy ngân cung cấp hầu hết bức xạ tia cực tím kích thích các nguyên tử kim loại. Halide kim loại thêm bức xạ nhìn thấy và cải thiện khả năng tái tạo màu của ánh sáng.
Lợi ích và nhược điểm của đèn halide kim loại là gì?
Đèn halide kim loại có nhiều lợi ích và nhược điểm so với các loại đèn khác. Một số trong số chúng là:
Lợi ích
Hiệu suất phát sáng cao: Đèn halide kim loại có thể tạo ra nhiều ánh sáng hơn mỗi watt so với đèn sợi đốt và hầu hết các loại đèn huỳnh quang. Chúng có thể đạt đến 100 lumen trên mỗi watt cho một số loại đèn.
Chỉ số tái tạo màu cao: Đèn halide kim loại có thể tái tạo màu sắc chính xác với CRI từ 65 đến 95. Chúng cũng có thể tạo ra dải nhiệt độ màu từ trắng ấm đến trắng ban ngày, tùy theo loại và công suất của đèn.
Tuổi thọ dài: Đèn halide kim loại có thể kéo dài tới 15.000 giờ cho một số loại đèn, lâu
