A fény forrása IV. Gázkisülő lámpák
2006/9. lapszám | netadmin | 4857 |
Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A fény forrása IV. Gázkisülő lámpák A gázkisülő lámpák megjelenéséig minden használt fényforrás, a tűz, az olajmécses, a gázlámpa, az izzólámpa, a halogénlámpa valójában hőforrások, azaz hőmérsékleti sugárzók voltak. Ezek viszonylag kevés fényt k...
A gázkisülő lámpák megjelenéséig minden használt fényforrás, a tűz, az olajmécses, a gázlámpa, az izzólámpa, a halogénlámpa valójában hőforrások, azaz hőmérsékleti sugárzók voltak. Ezek viszonylag kevés fényt keltenek a felvett teljesítményhez, azaz az elhasznált energiához képest, noha elsősorban világításra használatosak, viszont melléktermékként nagyon jelentős a hőtermelésük.
A gázkisülő lámpák működési elve alapvetően különbözik a hőmérsékleti sugárzókétól.
Ahhoz, hogy megértsük ezen fényforrások működését, áttekintjük a gázkisülés
elvét és folyamatát. A fénycsöveknél, kompaktfénycsöveknél, higanylámpáknál,
nátriumlámpáknál és fémhalogénlámpáknál működésközben fellépő jelenségek (villogás,
kialvás, vibrálás stb.), mind a gázkisülés elvére vezethetők vissza.
Az elvi kapcsolási elrendezésen egy gázzal töltött kisülőcső két elektródájára
egyenfeszültséget kapcsolunk, ezáltal az egyik mindig katódként, a másik mindig
anódként működik. Az elektródákat wolframból gyártják és egy ún. katódmassza
bevonattal látják el. Mihelyt feszültség alá helyezzük, a kisülőcsőben, az
elektromos tér hatására a töltéshordozók kis számban az ellentétes pólus irányába
mozognak. Mihelyt növeljük a feszültséget, ennek következtében a térerősség
is növekszik, az elektronok akkora energiára tesznek szert, hogy gázatommal
ütközve azt ionizálják. Az így keletkezett töltéshordozók újabb ütközéseik
során további ionokat és elektronokat hoznak létre, következésképpen az elektronok
száma egyre nő. Egy idő után a kisülés önfenntartó lesz, tehát a feszültség
állandó marad, viszont az áramerősség tovább növekszik. Kellő nagyságú áramerősség
elérését követően létrejön az elektródák között az ívkisülés. Ezt a jelenséget
az áramerősség további növekedése és a feszültség hirtelen csökkenése jellemzi.
Az íváram addig növekedhet, míg az elektródák szétégnek és a kisülőcső felrobban.
Tehát az íváram korlátozására, növekedésének megakadályozására az áramkörbe
be kell iktatnunk egy áramkorlátozó fojtótekercset, azaz előtétet, amit sorba
kötünk a kisülőcsővel. Az előtét lehet induktív (fojtótekercs), rezisztív (a
kevertfényű lámpa esetében az izzószál), valamint elektronikus (elsősorban
a fénycsöveknél és kompakt fény-csöveknél használatosak, de a kisteljesítményű
nagynyomású gázkisülő lámpák működtetésére is gyártanak már). Az ívkisülés
létrejöttének gyors lezajlása miatt a kisülőcsővel párhuzamosan ún. gyújtót
kapcsolnak, amely nagyfeszültségű impulzusok révén gyorsan átüti a fényforrás
gázkisülő terét. Különféle fényforrásoknál más és más gyújtási módot és gyújtókészüléket
használnak. Az áramköri szerelvények (előtét, gyújtó) teszik lehetővé a gázkisülés
beindítását, a gyújtást, valamint a stabil gázkisülést. Tehát a gázkisülő fényforrások
áramkörébe nem transzformátor van kapcsolva, hanem előtét. A gyújtóimpulzus
esetenként akár az 5 kV-os feszültséget is eléri (nagynyomású gázkisülő lámpáknál),
ezért a gyújtóimpulzus vezetékét megerősített szigeteléssel kell szerelni.
A szükséges gyújtóimpulzus nagyságát befolyásolják az elektróda távolsága,
a használt gáz minősége és nyomása, a kisülőcső átmérője, valamint az elektródák
minősége. Tekintettel a fényforrás típusonként és teljesítményenként változó
nagyságú íváram-korlátozó impedancia szükségességére, semmiképpen nem ajánlott
más előtét használata, mint a fényforrásgyártó által előírt típus. Nem megfelelő
áramkorlátozó előtét használata a fényforrás áramkörében az élettartam lerövidüléséhez
vezethet, esetleg a kisülőcső azonnali szétrobbanásához. A gyújtótípus használatára
is oda kell figyelni, mert a helytelen gyújtókészülék-használat ugyancsak a
fényforrás élettartamát csökkenti. Az elektronikus áramköri szerelvények használatával
(gyújtóval egybeépített előtét) kiküszöbölhető a bekapcsoláskor létrejövő villogás,
és az üzemelés közben fellépő 100 Hz-es vibrálás, ami igencsak zavaró lehet
a látásban. Ugyancsak az elektronikus előtét használata javallott a fényforrás
élettartamának emelése céljából is.
Amint arra a neve is utal, a csőbe különféle gázokat, gőzöket töltenek. Ilyen
a könnyen ionizálódó xenon, amelynek az ívkisülés létrejöttében van jelentős
szerepe, a higany, amelynek nagyon alacsony a párolgási hőmérséklete, valamint
fényforrás-típusonként más és más adalékanyagok. A kisülőcsőben található gázok
vagy gőzök nemcsak fényt bocsátanak ki, hanem az elektromos áramot is vezetik.
Tulajdonképpen ezáltal zárul az áramkör. A keletkezett UV-sugárzás látható
fénnyé alakítása végett a fényforrás falának belső részét fénypor-bevonattal
látják el, amely anyag a lumineszcencia elvén fénykibocsátásra alkalmas. A
lumineszcencia elve már a fizikából ismert jelenség. Amennyiben a lumineszcens
anyagot meghatározott hullámhosszúságú foton éri, erre gerjesztett állapotba
kerül, és azonnal ő is fotont bocsát ki (fluoreszcencia). Igaz az anyag által
kibocsátott foton energiatartama kisebb, mint a gerjesztő fotoné. A gázkisülő
fényforrások színhőmérsékletét és színvisszaadását a használt fényporok minősége
és milyensége határozzák meg.
A gázkisülés elvén működő fényforrások egyre nagyobb teret hódítanak a világítástechnikában,
elsősorban jó fényhasznosításuk, ezáltal energiatakarékosságuk miatt, másrészt
pedig bizonyos típusok kiváló színvisszaadása miatt. Beszerelésüket a nagy
választékban kapható lámpatestek sokasága teszi lehetővé. Élettartamuk lényegesen
hosszabb, mint a hőmérsékleti sugárzóké, általában 8000 és 28 000 óra közé
tehető. Igaz ebben az esetben is a közismert nagy fényforrásgyártók termékeire
vonatkozik az élettartamadat.
Gázkisülő lámpákkal leggyakrabban munkahelyi megvilágításoknál találkozunk,
de háztartásokban is egyre nagyobb teret hódítanak. Működési elvüket tekintve
léteznek a kis- és nagynyomású gázkisülő lámpák. Kisnyomású a fénycső, a kompakt
fénycső; nagynyomású a fémhalogén-, a higany- és nátriumlámpa. Az utóbbiak
főleg a közvilágításban használatosak.
A következő részekben részletesen ismertetjük a fénycsövek, kompakt fénycsövek,
higanylámpák, nátriumlámpák és fémhalogénlámpák működését, alkalmazhatóságát
és szerelési módo-zatait. Z. Nagy János
