لامپ‌های هالوژن تانگستن

در سال ۱۹۵۸، ای.جی. فریدریش و ای.اچ. وایلی با معرفی گاز هالوژن (به طور کلی ید) درون لامپ ریزه، لامپ تانژستن هالوژن را توسعه دادند. به طور کلی، بدون گاز هالوژن، عملکرد فیلمانت لامپ ریزه به تدریج به دلیل تبخیر فیلمانت در دمای بالاتر عملیات کاهش می‌یابد. تانژستن تبخیر شده از فیلمانت لامپ ریزه عادی به تدریج در سطح داخلی آبکش ترکیب می‌شود. بنابراین، لومن‌ها از مسیر خروج خود مسدود می‌شوند. بنابراین کارایی یعنی لومن بر واط لامپ ریزه به تدریج کاهش می‌یابد. اما قرار دادن گاز هالوژن در لامپ ریزه علاوه بر مزایای مختلف، این مشکل را رفع می‌کند. زیرا این گاز هالوژن قرار گرفته کمک می‌کند تا تانژستن تبخیر شده به هالید تانژستن تبدیل شود که هرگز در دمای بین ۵۰۰K تا ۱۵۰۰K روی سطح داخلی آبکش ترکیب نمی‌شود. بنابراین لومن‌ها هرگز مسدود نمی‌شوند. بنابراین لومن بر واط لامپ کاهش نمی‌یابد. دوباره به دلیل قرار گرفتن گاز هالوژن تحت فشار، نرخ تبخیر فیلمانت کاهش می‌یابد.

اصول کاری لامپ هالوژن

اصول کاری لامپ هالوژن بر پایه چرخه بازسازی هالوژن است.

در لامپ ریزه به دلیل دمای بالا، فیلمانت تانژستن در حین عملیات تبخیر می‌شود. به دلیل جریان گاز درون آبکش، تانژستن تبخیر شده از فیلمانت دور شده و به دیواره آبکش که نسبتاً سرد است، چسبیده می‌شود. این وضعیت زمانی که ید درون ظرف آبکش استفاده می‌شود وجود ندارد. دمای فیلمانت لامپ هالوژن حدود ۳۳۰۰K حفظ می‌شود. بنابراین تانژستن نیز از فیلمانت تبخیر می‌شود. به دلیل جریان گاز درون آبکش، اتم‌های تانژستن تبخیر شده از فیلمانت به منطقه دمای پایین‌تر منتقل می‌شوند و با بخار ید ترکیب شده و هالید تانژستن تشکیل می‌شود. دمای لازم برای ترکیب تانژستن و ید ۲۰۰۰K است.

سپس جریان گاز درون آبکش هالید تانژستن را به دیواره دمای پایین‌تر منتقل می‌کند. اما آبکش به گونه‌ای طراحی شده که دمای دیواره شیشه بین ۵۰۰K تا ۱۵۰۰K باقی می‌ماند و در این دما هالید تانژستن به دیواره چسبیده نمی‌شود. این هالید به سمت فیلمانت به دلیل جریان گاز درون آبکش بازمی‌گردد. دوباره در نزدیکی فیلمانت که دمای آن بیش از ۲۸۰۰K است، هالید تانژستن به تانژستن و بخار ید تقسیم می‌شود. زیرا دمای لازم برای تقسیم هالید تانژستن به تانژستن و ید بیش از ۲۸۰۰K است.

سپس این اتم‌های تانژستن مجدداً به سمت فیلمانت حرکت می‌کنند و برای جبران تانژستن تبخیر شده قبلی روی فیلمانت ترکیب می‌شوند. سپس مجدداً به دلیل دمای بالای فیلمانت تبخیر می‌شوند و آزاد می‌شوند تا ید را جذب کرده و هالید تشکیل دهند. این چرخه مجدداً و مجدداً تکرار می‌شود. بنابراین فیلمانت به طور دائم تبخیر نمی‌شود و می‌توان دمای فیلمانت را در سطح بسیار بالاتر نسبت به لامپ ریزه عادی حفظ کرد که آن را کارآمدتر می‌کند یعنی نرخ لومن بر واط بالاتر. چون تبخیر دائمی فیلمانت وجود ندارد، عمر مفید لامپ تانژستن هالوژن بسیار طولانی‌تر با روشنایی واضح می‌شود. معادله شیمیایی به صورت زیر است:

ساختار لامپ هالوژن

در مقایسه با لامپ هالوژن، لامپ ریزه فقط ۸۰٪ از لومن‌های خود را در پایان عمر ارائه می‌دهد چون شفافیت دیواره شیشه به دلیل ترکیب تانژستن روی آن کاهش می‌یابد در حالی که لامپ تانژستن هالوژن بیش از ۹۵٪ از لومن‌های خود را در پایان عمر ارائه می‌دهد. قبلاً از شیشه بوروسیلیکات یا آلومینوسیلیکات برای ساخت آبکش لامپ هالوژن استفاده می‌شد. زیرا آن‌ها توان تحمل دمای بالا و ضریب تغییرات حرارتی پایین دارند. اما امروزه کوارتز به طور گسترده برای ساخت آبکش لامپ هالوژن استفاده می‌شود. کوارتز شفاف و دی‌اکسید سیلیس خالص است. این ماده بسیار محکم است و توان تحمل دمای بالاتر نسبت به شیشه بوروسیلیکات یا آلومینوسیلیکات را دارد. آبکش کوارتز می‌تواند در دمای بالاتر از ۱۹۰۰K ماده نرمی باشد. دوباره در نزدیکی فیلمانت باید دمای ۲۸۰۰K حفظ شود تا چرخه هالوژن مستمر باشد. بنابراین فاصله بین فیلمانت و دیواره آبکش کوارتز باید به گونه‌ای تنظیم شود که دیواره آبکش کوارتز دمای کمتر از ۱۹۰۰K داشته باشد. دیواره آبکش باید محکم و حجم کوچکی داشته باشد تا لامپ در فشار داخلی چندین جو عمل کند. دوباره فشار بالاتر درون آبکش نرخ تبخیر فیلمانت تانژستن را کاهش می‌دهد. مقداری نیتروژن و آرگون به همراه گاز هالوژن درون آبکش ترکیب می‌شود تا این فشار گاز بالاتر درون آبکش حفظ شود. بنابراین لامپ می‌تواند در دمای بالاتر و با کارایی روشنایی بالاتر برای مدت طولانی عمل کند. بیشتر لامپ‌های امروزی با بروم به جای ید استفاده می‌شوند. بروم بی‌رنگ است در حالی که ید رنگ بنفش دارد.

کاربردهای لامپ‌های تانژستن هالوژن

لامپ‌های تانژستن هالوژن می‌توانند اشکال مختلفی داشته باشند اما بیشتر به صورت لوله‌ای با فیلمانت متعامد هستند. دو نوع آن‌ها در زیر نشان داده شده است.
دو نوع آن‌ها در زیر نشان داده شده است.

لامپ‌های تانژستن هالوژن دمای رنگی همبسته، نگهداری لومن عالی و عمر مناسبی دارند. لامپ‌های تانژستن هالوژن برای استفاده در روشنایی بیرونی مناسب هستند. به ویژه آن‌ها می‌توانند در روشنایی ورزشی، تئاتر، استودیوها و روشنایی تلویزیون و غیره استفاده شوند. فیلمانت‌های آن‌ها به طور کلی پایدار مکانیکی هستند و با دقت بالا قرار گرفته‌اند. لامپ‌های تانژستن هالوژن به طور گسترده در نورپردازی، پروژکتورهای فیلم و ابزارهای علمی استفاده می‌شوند. انواع لامپ‌های تانژستن هالوژن با ولتاژ پایین فیلمانت تانژستن نیز در بازار موجود هستند. آن‌ها در ۱۲، ۲۰، ۴۲، ۵۰ و ۷۵ واط در دمای ۳۰۰۰K تا ۳۳۰۰K عمل می‌کنند. عمر آن‌ها از ۲۰۰۰ ساعت تا ۳۵۰۰ ساعت متغیر است.

به عنوان تجهیزات تصویربرداری نوری، لامپ‌های هالوژن به طور کلی استفاده می‌شوند. امروزه آن‌ها به طور گسترده در روشنایی نمایشگاهی نیز استفاده می‌شوند.
بخش اصلی لامپ تانژستن هالوژن کبسول کوچک تانژستن هالوژن است. این کبسول در یک قطعه یکپارچه‌سازی شده و آینه‌های شیشه‌ای با سطوح متعدد برای کنترل پرتو به صورت نوری است. لامپ MR-16 آینه چند وجهی با قطر ۲ اینچ دارد. این لامپ کارایی روشنایی کمی بالاتر از لامپ‌های ریزه ولتاژ استاندارد دارد. اندازه آن‌ها کوچکتر است و اجازه می‌دهد تا تجهیزات فشرده‌تری داشته باشیم.

بیانیه: احترام به اصلی، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاری دارند، در صورت نقض حق تکثیر لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.