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白織燈泡:
燈絲流通電流加熱燈絲至高溫,利用熱放射之光源,為最傳統光源,一般使用碳酸鈉玻璃(小型燈泡)或使用硼矽酸玻璃(大型燈泡),有透明與白色塗裝之分,白色塗裝為改良型,其內部塗裝 為二氧化矽(SiO2),燈絲為鎢絲,因是利用熱放射原理,故鎢絲之蒸發度極高,壽命短
約1000小時,且光效率差約12lm/W。
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鹵素燈泡:
亦為利用熱放射原理發光之光源,嚴格而言其為白織燈泡之改良進化產品,與白織燈泡不同處為前述白織燈泡利用燈絲鎢絲加熱產生熱幅因為鎢絲長期高溫使得鎢容易蒸發,而鹵素燈泡加入鹵元素,在蒸發過程中會與鹵元素結合,產生鹵化鎢,因高溫對流及改使用石英玻璃材質,使得鹵化鎢不會附著於管壁,更會因高溫而自然分解鎢與鹵,使得鎢絲壽命得以延長,約2000小時,但光效率依然無法有效提升,約18lm/W。
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一般水銀燈:
一般使用於道路、室外廣場之照明光源,其利用水銀氣體放電,一般會使用內管為石英玻璃之裝置,並予封裝水銀與氬氣,利用水銀蒸氣壓產生光線,但如一般免用安定器型水銀燈,由於其可提供之水銀蒸氣壓不足,其可見光能量不多,造成光效率無法達到理想值,紫外線含量過高,電極燈絲、發光管本身熱損失大,產生極大高溫,當電源電壓關閉時,因水銀蒸氣壓仍高故再投入電源亦無法啟動,此時必須有再起動時間反應,常必須等待5至15分鐘。壽命較長,光效率約35lm/W。
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高壓水銀燈(必須配合安定器型):
由一般免用安定器型進化,將水銀蒸氣壓力進一步提升,可有效提升光效率,但為提升水銀蒸氣壓力,必須加入惰性氣體與輔助電極,但在啟動時,水銀未完全蒸發,須藉由安定器加以啟動,其光效率可提升至50lm/W,但一加入傳統高耗能安定器,又將整燈效率變差。
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複金屬燈泡
為高壓水銀燈之改良型,加入一些鹵化金屬、鈉、銦…,其基本構造與高壓水銀燈相同,因為加入不同之鹵化金屬,使得效益提升至80lm/W,目前已有部分可達100lm/W,但其演色性仍不足,一般使用於道路照明居多,其照明特性不適用於室內照明,其單價為所有燈種中最高,一般目前常使用於需大功率場所。
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日光燈(低壓水銀螢光燈)
屬於氣體放電燈,利用原子電子間之碰撞,產生可見光,亦可稱為低壓水銀螢光燈,其基本結構可分為電極、水銀(汞)、螢光質及玻璃管。電極是日光燈進行氣體放電時電子的供應者,其稱為電子粉其成份有鍶、鋇等鹼土金屬化合物,將其塗抹予多重之鎢絲上,電極必須不易蒸發但又容易發射電子。水銀是日光燈中水銀原子(水銀蒸氣壓)產生的來源。傳統日光燈所使用的是液滴狀的水銀,因此易被使用環境影響,其效率與壽命都較差,好的光源多以固態汞取代液滴狀的水銀,以提高其光穩定性與壽命。螢光質主要在決定可見光之顏色亦是代表燈管所呈現出之顏色,三波長螢光粉就是一個將可見光轉換為紅、黃、綠三色之可見光,以得到更好之演色性表現。
燈管種類 |
燈管效率lm/W |
常見適用場合 |
白幟燈管 |
12 |
不建議使用 |
鹵素燈 |
18 |
裝潢用杯燈… |
一般水銀燈 |
35 |
鄉;縣道路 |
高壓水銀燈 |
50 |
鄉;縣道路 |
一般傳統螢光燈 |
60 |
居家,辦公室 |
複金屬燈 |
80 |
工廠挑高設計 |
傳統三波長螢光燈 |
80 |
居家,辦公室 |
高壓鈉光燈 |
130 |
高速公路 |
- 燈管直管管徑區分:T5、T6、T8、T9、T10
各式燈管種類特性比較表
- 螢光燈管發光原理:
螢光燈管是由低壓水銀蒸氣和氬氣、氪氣等低壓惰性氣體的混合氣體中放電激發產生紫外線,燈管內管壁塗佈螢光物質受到紫外線刺激而 產生可視光。螢光物質將眼睛看不見的紫外線轉換成可視光,所以螢光物質是波長的轉換器。
最初給予電極預熱電流,電極產生高溫,兩電極間加高電壓即產生放 電現象(即在氣體中有電流流動),一旦產生了放電,電極受到加熱, 因而產生電子的相互碰撞產生高溫,因放電而使水銀受激發產生了更高的蒸氣壓,電流再增加,所以燈管與安定器配合在一起,維持著平 衡狀態,安定器設計在最佳的放電狀態。
此外放電時電極快速放射出來的熱電子與水銀原子產生碰撞,熱電子 與水銀原子間的能量轉換,此一結果,產生以水銀原子為主之253.7nm 的紫外線被放射出來,253.7nm的紫外線再碰撞螢光體,再由紫外線 轉換成可視光。
燈管構造:
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白熱燈泡與鹵素燈之發光原理:
白熱燈泡動作原理
白熱燈是靠發熱體通電流並加熱至白熱化狀態,放射出來的一種裝置。通常白熱燈泡是使用高融點(約3400℃)的鎢絲(Tungsten Wire) 做成的。鎢絲所產生紅外線大於可視光,電力所消耗的80%大概均發出紅外線(熱),僅約20%發出可視光可以利用。鎢在熔點以下就開始蒸發,因而燈絲會逐漸變細,不久就到達最終了的位置而斷掉。
這一段過程為白熱燈泡的自然壽命。還有,在燈泡玻殼的內壁,由於鎢絲蒸發的附著關係會逐漸黑化,放射出來的光會因此逐漸的漸少,其減少率約20%,為了防止鎢絲的蒸發,添加鹵素氣體被認為最有效的做法。
鹵素燈泡動作原理
從燈絲蒸發出來的鎢原子和鹵素氣體產生反應合成鎢的鹵化物,這個鎢的鹵化物,在250℃以上,1400℃以下,能把該狀態維持著。因此, 波管溫度在250℃以上的話,鎢原子不會附著於管壁上,所以管壁不會產生黑化。鎢的鹵化物由於熱流會被帶回到燈絲附近,因燈絲的高溫,鎢的鹵化物將被分解,使鎢的原子沈澱附著於燈絲,而呈自由狀態的鹵素原子將進行再一次的反應,如此反覆地週而復始,形成所謂的鹵素循環(Halogen Cycle)。鹵素在此擔任的角色是種載體,不斷將蒸發的鎢原再送回燈絲。
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高壓放電燈(HID)的發光原理:
光在發光管內的電極間施加電壓,在起動用氣體(氬氣及氙氣)內開始放電,此時產生放電弧光高溫約數千度,添加物(金屬)蒸發而產生氣體,蒸發的氣體與添加物原子內之電子相互碰撞,添加物的固有波長內會被激發而發光,例如水銀會發出青色的光,鈉會發出橘色的光,鉈會發出綠色的光。總之發光管內封入添加物的種類,依其添加物組合之成份,決定光燈泡之發光、演色性及效率等特性。