1、1照明专业知识读本色 温 （CT-color temperature）8NxQ当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温，用绝对温度 K（kelvim）表示.黑体辐射理论是建立在热辐射基础上的，所以白炽灯一类的热辐射光源的光谱功率分布与黑体在可见区的光谱功率分布比较接近，都是连续光谱，用色温的概念完全可以描述这类光源的颜色特性。 $L/T19x相关色温 （ CCT-correlated color temperature）1pTD当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时，黑体的温度就称为该光源的相关色温，单位为 K。由于气体放电光源一
2、般为非连续光谱，与黑体辐射的连续光谱不能完全吻合，所以都采用相关色温来近似描述其颜色特性。色温（或相关色温）在 3300K以下的光源，颜色偏红，给人一种温暖的感觉。色温超过 5300K时，颜色偏兰，给人一种清冷的感觉。通常气温较高的地区，人们多采用色温高于 4000K的光源，而气温较低的地区则多用 4000K以下的光源。oq照明工程师社区学术交流中心 - 照明工程师的网上家园 K2ann1Y1、电流与电压的关系：i/io=（u/uo）3/5W2、功率与电压的关系: p/po=（u/uo）8/5o3、光通量与电压的关系:F/Fo=（u/uo）3.5p134、发光效率与电压的关系: /o=（u/u
3、o）2Wc5、白炽体的温度与电压关系：T/To=（u/uo）1/3g,&+f|6、寿命与电压的关系：t/to=（u/uo）-14w二、当电流改变时 Uu#1、电压与电流的关系：U/Uo=（i/io）5/3?:2、功率与电流的关系：P/Po=（i/io）8/3S_x3、光通量与电流的关系：F/Fo=（i/io）6TZs4X4、发光效率与电流的关系：/o=（i/io）10/3.v5、温度与电流的关系：T/To=（i/io）5/9qqc6、寿命与电流的关系：t/to=（i/io）-23c(三、当功率改变时 o-1、电压与功率的关系：U/Uo=（p/po）5/8t2、电流与功率的关系：i/io=（p/
4、po）3/8P33、光通量与功率的关系：F/Fo=（p/po）9/4pn“kVn4、发光效率与功率的关系：/o =（p/po）5/4u5、温度与功率的关系：T/To =（p/po）5/24226、寿命与功率的关系：t/to =（p/po）-9V四、当发光效率改变时-S! %h1、电压与发光效率的关系：U/Uo =（/o）1/2YoK2$H2、电流与发光效率的关系：i/io =（/o）3/10TQ=3、功率与发光效率的关系：P/Po =（/o）4/5jm,r4、光通量与发光效率的关系：F/Fo =（/o）9/5qT5、温度与发光效率的关系：T/To =（/o）1/6C6、寿命与发光效率的关系：t
5、/to =（/o）-7五、当白炽体温度变化时 Y1、电压与温度的关系：U/Uo =（T/To）3Qa%/“2、电流与温度的关系：i/io =（T/To）9/5HKfs3、功率与温度的关系：P/Po =（T/To）24/5FY1)4、光通量与温度的关系：F/Fo =（T/To）54/5e5、发光效率与温度的关系：/o =（T/To）66、寿命与温度的关系：t/to =（T/To）-40!z主要光源的技术指标光源种类 光效（Lm/W） 显色指数 Ra 色温（K） 平均寿命（小时）白炽灯泡 15 100 2800 1000石英卤素灯 15 100 3000 2000-3000SL灯 50 85 27
6、00/5000 8000高压汞灯 50 45 3300/4300 6000普通日光灯 70 70 全系列 8000PL型灯管 85 85 2700/3000/35004000/5000/53008000-12000金属卤化物灯 75-95 65-92 3000/4500/5600 6000-20000三基色日光灯 96 80-98 全系列 10000高压钠灯 120 23/60/90 1950/2200/2500 24000低压钠灯 200 44 1700 28000QI灯 70 85 3000/4000 80000水银灯（1） 构造及原理：利用一至数个大气压之水银蒸汽中之放电发光现象所做成的
7、水银灯，其构造上可分为发光管（内管）及其保护外壳（外管）。（2） 种类：一般照明用者有透明型、荧光型以及内附安定器型者。1.透明型水银灯：仅有水银作为发光体而产生苍白色的光，其全光束大，但色泽性不佳。2.荧光灯：外管玻璃球内层涂上红色发光之荧光体，将发光管放射出的透明型之紫外线，以红色光成分辅助之，使色泽及效率获的改善。33.内附安定器型：外管中，将水银灯与作为安定器（电流控制用）用之钨丝串联连接，不需另外使用安定器。（3） 特性：荧光水银灯支色温为 4100K之光色，额定寿命长达 12000小时，光束维持率也甚佳。对光源电压变动之影响比其它之 HID小，启动电压在 200V以下可点灯，与其它
8、HID灯想同，且再起动时较费时，低温时也有启动困难的现象。卤化金属灯（1） 构造及原理：构造上与水银灯相似，然发光管中除水银、氩气外，还封入其它卤化金属化合物作为发光物质，利用这些封入的元素来发光，可说是将高压水银灯之效率及色泽性由发光管内部改善出来的一种高压放电灯，其封入的瓦斯种类如下：1.Se-Na系2.Na-Tl-In系3.Dy-Tl-In系4.Sn系就光的关系而言，又可分为透明型、扩散型（外管内部涂布荧光体）以及反射型等。（2） 特性：1.发光效率高：Sc-Na系为 120流明/瓦特（lm/w）。Dy-Tl系为 83流明/瓦特（lm/w）。2.色泽性优良，因为连续光谱，能获得舒适的光。
9、3.寿命、光束维持率等比其它的 HID灯为差。4.启动、再启动之时间比其它的 HID灯为长，且易受电源电压变动的影响。启动电压较高，需要使用的专用安定器，但 Sc-Na系以及 Na-Tl-In系（低启动电压型）者，将启动组件附在灯泡内部，使用水银灯安定器（阻塞线圈方式，漏泄变压器方式等）。高压的钠灯（1）构造及原理：基本构造及点灯原理与水银灯大约相同，然相异点为发光管之材质以及发光管内所封入的瓦斯（大部分为水银及氙气）不同而已。外管为求良好的保温，均抽真空。（2）种类：1.一般型2.启动器内附型43.色泽改善型4.高度色泽型（将钠蒸汽压提高）5.反射型（3）特性：1.灯泡的发光效率高（达 12
10、0-150 lm/w）2.寿命、光束维持率优良3.色泽性不佳，光色为黄白色，属可识别之颜色4.启动费时5.电源电压变动时，灯泡的电力变动大6.为容易启动，可灌入氙气，或使用重迭加上高压冲击波的方式HID灯应用在汽车灯车上 依据国外统计数据显示，有 60车祸发生在夜晚，另外 22行车意外，是在光线不佳的视野下发生，所以汽车的照明设备在安全上，扮演相当重要的角色，提升车灯照明度及投射广度是各大车厂重要的课题。改用 HID灯除了可以提升亮度和广度外，主要是因为卤素灯泡的发光效率低，使用在车上的灯具为了掌握更多的卤素灯光线，灯具体积会较大，灯具变大会影响车子在设计上的困难，因为车子要求有的低风组系数，
11、而车灯在车子的前端影响很大，如有效的缩小灯具，这样也可以间接的浅少风阻，所以各车厂才会尽力的来研究 HID灯。HID灯和传统的卤素灯有何不同：传统头灯使用的卤素灯泡是利用燃烧式发光的方式产生照明，而 HID事利用跳电式发光来照明。前者就像是烤肉时，火炭上所发出的光，而后者则类似工厂者工地上电焊时所发出的光，根据实验 HID灯的亮度是传统头灯的三倍，照射距离则为传统式的两倍。HID灯的优点：1. 寿命长：2500 小时，约可以用 5年以上2. 亮度高：约 3200lm3. 效率高：67lm/W4. 耗电低：35W-40W5. 提升行车安全及改善舒适性6. 超强的白色电弧光近似于白昼的太阳光5HI
12、D灯的缺点：1. 高电压（23000V）2. 单价高（含高压 CABLE、安定器、启动器等）3. 设计时间较长（与卤素灯比较）4. 维修，一定要由保养厂维修，且维修费高5. 对车内电子产品有干扰影响6. 模具费比现行头灯高（灯具需要设计耐 UV光）HID灯泡的构造因为车子电源大都直流电，而 HID所需要的是交流电，所以需要安定器来提供变压的动作。安定器中还有几个零件来组成：1. 直流变交流并升压的转换器2. 高压点火电路：主要是在启动 HID灯时，提供较高的高压3. 直流交流换流器：主要是提供 HID灯，在点灯后稳定的电压和电流4. 控制和驱动电路：主要是侦测 HID灯全部的使用状况，并适时的
13、调整电压和电流，让HID灯能维持一定的效率和稳定性HID灯最常使用的两种车灯灯具D2R灯具：此种灯具是反射式设计，此种设计为了不上灯泡光线照射到对向来车，在灯泡上面有设计一个遮光板，遮光板可以防止照射到对向来车，此种灯泡设计和灯具只能掌握住灯泡所发出 40的光线，效率方面算是不高。D2S灯具：此种灯具是投射式设计，灯泡上没有遮光板的设计，只有在灯具上有一遮光板，主要是挡掉往上散射的光线，并在灯罩上设计一个透镜，让此灯罩能将光线集中在某一个区域和方向，此种灯具可以掌握住灯泡 80的光线，效率很高，是目前众多车厂使用的灯具。结论HID灯已普遍用于高级车种的大灯，主要是灯泡与安定器昂贵。HID灯比传
14、统的卤素灯具有高的光效率、寿命长、演色性佳、低耗电等优点。HID 灯技术已经算成熟，如能降低生产成本，将可以广泛的应用在多方面。6高压钠灯的基本知识高压钠灯使用时发出金白色光，它具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。 工作原理 当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离
15、激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。 高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。由于气体放电灯泡的负阻特性，如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。 伏安特性 高压钠灯同其他气体放电灯泡一样，工作是弧光放电状态，伏安特性曲线为负斜率，即灯泡电流上升，而灯泡电压却下降。在恒定
16、电源条件下，为了保证灯泡稳定地工作，电路中必须串联一具有正阻特性的电路无件来平衡这种负阻特性，稳定工作电流，该元件称为镇流器或限流器。电阻器、电容器、电感受器等均肯有限流作用。 电阻性镇流器体积小，价格便宜，与高压钠灯配套使用会发生启动困难，工作时电阻产生很高的热量，需有较大的散热空间、消耗功率很大，将会使电路总照明效率下降。它一般在直流电路中使用，百交流电路中使用灯光有明显所闪烁现象。 电容性镇流器虽然不象电阻性镇流器自身消耗功率很大，温升低，在电源频率较低时，电容器充电时，会产生脉冲峰值电流，对电极造成极大损害，灯光闪烁，影响灯泡使用寿命；在高频电路中工作，电压波动能达到理想状态，成为理想
17、的镇流器。 电感性镇流器损耗小，阻抗稳定，阻抗菌素性偏差小，使用寿命长，灯泡的稳定度比电阻性镇流器好，目前与高压钠灯配套使用的镇流器均为电感性镇流器。其缺点较笨重及价格偏高。 另外，电子镇流器已经开始出现，目前其价格昂贵，可靠性还不能与高压钠灯相匹配，除特殊场合使用外，一般情况下很少被采用。 所以，高压钠灯必须串联与灯泡规格相应的镇流器后方可使用。高压钠灯的点灯电路是一个非线性电路，功率因数较低，因此在网路上考虑接补偿电容，以提高网路的功率因数。 结构和材料 电弧管 电弧管是高压钠灯的关键部件。电弧管工作时，高温高压的钠蒸气腐蚀性极强，一般的抗钠玻璃和石英玻璃均不能胜任；而采用半透明多晶氧化铝
18、和陶瓷管做7电弧管管体较为理想。它不仅具有良好的耐高温和抗菌素钠蒸气腐蚀性能，还有良好的可见光穿越能力。另外，单晶氧化铝陶瓷管在耐高温、抗菌素钠蒸气腐蚀和透光率等性能均优于多晶扪化铝陶瓷管；因其价格昂贵，所以目前很少被采用。 电弧管是把电极、多晶扪化铝陶瓷这、帽、焊料环装配在一起，加入钠汞齐进入封接炉封接；同时充入少量氙气，以改善灯泡的启动特性。电极是用高纯钨丝绕成螺旋状，在螺旋孔中插入芯杆，浸渍电子粉，然后将电极芯杆一端和铌管封闭端焊接成一体。多晶氧化铝陶瓷管（帽）是选用多晶氧化铝陶瓷粉经混粉、喷泉雾干燥、等静压成形、素烧、高温烧结和切割等工序制成。 高压钠灯的光、电参数与电弧管的内径和弧长
19、（两电极之间距离）有着密切联系。 灯芯 灯芯是采用金属支架将电弧管、消气剂环等固定在芯柱上，电弧管两端电极分别与芯柱上两根内导丝相连接。芯柱由导丝、排气管和喇叭经高温火焰熔融成一体。金属导丝与玻璃封接部分的膨胀系数应与匹配，可避免因二种封接材料的膨胀系数不相同，造成封接处玻璃产生应力而爆裂或灯泡慢性漏气。 玻壳 玻壳是选用高温的硬料玻璃制造。玻壳与灯芯的喇叭口经高温火焰熔融封口，然后抽真空或充入惰性气体后，再装上灯头整个灯泡基本成型。由于电弧管在高温状态下工作，其外裸的金属极易氧化、变 脆，就必须将电弧管置于真空或惰性气体的外壳内。这样还可减少电弧管热量损失，提高冷端温度，提高发光效率。 灯头
20、 灯头的作用是方便灯泡与灯座、电路相连接。长寿命灯泡要求灯头与玻壳连接应牢固，不能有松动和脱落现象。所以，目前一般采用螺纹机械紧固技术，可防止焊泥自然老化而脱落。制造灯头的材料一般采用黄铜带，它可与灯座保持较小的接触电阻，减轻金属表面氧化层。如灯泡在特殊环境中使用，还可以在黄铜灯头表面涂覆铬层或镍层。其规格型号有： E27 、 E40 二种。 消气剂 玻壳内经抽真空后，其真空度仅为 6.6X10 -2 Pa ，仍可使金属零件氧化，影响灯泡稳定地工作；所以在玻壳内放置适量消气剂，可将灯泡内真空度提高到 1.4X10 -4 Pa 高真空状态。目前，高压钠灯一般采用钡消气剂，它是把钡钛合金置于金属环
21、内，再将其固定在消气剂蒸散后不影响光输出的位置。灯泡经抽真空工序后，采用高频感应加热金属环，使环内钡钛合金受热后蒸散，在蒸散过程中吸收残余有害气体，同时在玻壳颈部形成 一层黑色镜面。必须指出 ，消气剂放置位置非常重要，以黑色镜面不阻碍光线输出为宜；在使用过程中如发现黑色镜面部分或全部变成灰白色，它指示该灯泡已漏气，不能继续使用，必须调换新灯泡。 汞 汞常态时呈液态状，具有银白色镜面光泽。在电弧管中加入泵可提高灯管工作电压，降低工作电流，减小镇流器体积，改善电网的功率因数，增高电弧温度，提高辐射功率。 钠 该元素呈银白色金属，也称金属钠。它的理化性能有质软而轻，可溶于汞生齐。钠光谱特点为共振辐射
22、线宽，偏向红色区，总辐射功率高；高压钠灯的光色和发光效率与钠蒸气压有关。目前，工业化生产的高压钠灯均采用钠汞齐添加入灯泡内，可简化生产工艺，同时使灯泡参数一致性有很大提高。 氙 氙气是一种稀有气体，它在灯泡中的作用是帮助启动和降低启动电压。氙气8压的高低还将影响灯泡的发光效率。 显色性的改善 白炽灯泡工作时发出暖色光，而且显色性极佳（显色指数 Ra=100 ），从它诞生至今的相当长时间时里，仍然被人们广泛使用的照明光源。虽然使用高压钠灯虽然有许多优点，但是光色（ Ra=30 ）、色温约 2000K 。为了保持高压钠灯的长寿命、高发光效率和暖色调气氛；在改善显色性方面，人们经过孜孜不倦地努力，已
23、研制出符合上述要求的高显色高压钠灯（又称白光高压钠灯）。 高显色高压钠灯是在高压钠灯的基础上，采用提高钠蒸气压和增大电弧管管径，同时在电弧管两端裹上一层铌箔，提高冷端温度等措施来改善显色性；另外，提高充入电弧管内氙气压力，使电弧中心部分温度升高，而其余放电部分温度较低，通过改变电弧温度分布的途径来改善显色性，其显色指数已提高到 Ra =70 80, 发光效率可达 80 流明 / 瓦以上，可拓宽应用领域，为使用高显色高压钠取代白炽煤泡成为现实。 卤钨灯照明基础知识介绍热心的卤素加入了保卫钨丝的行列，它们不知疲倦地忙碌奔波，为改进白炽灯献身尽力。到目前为止，在理论和实践上应用卤钨循环原理比较成功的
24、是碘钨灯和溴钨灯。最早问世的卤钨灯是用碘作循环剂的碘钨灯。这是因为在 4 个卤族元素里，碘的性质最不活泼，不像其他几种卤素那样有强烈的腐蚀作用。待灯泡里充进纯碘、玻壳壁的温度控制在 2501200之间，从灯丝上蒸发出来的钨就会在玻壳壁附近与碘化合成碘化钨。随着气体的对流，碘化钨将扩散到灯丝附近，由于这里的温度可以高到 2000以上，不太稳定的碘化钨就会在这里分解成碘和钨，钨重新回到灯丝上继续工作，碘则再次向玻壳方向扩散去完成新的“搬运”钨的任务。同普通白炽灯相比，碘钨灯大大减少了钨的蒸发量，延长了使用寿命，提高了工作温度和发光效率。普通白炽灯的平均使用寿命是 1000 个小时，碘钨灯要比它长一
25、半，发光效率提高 30。从个子来看，碘钨灯显得特别小巧玲珑，同样一只 500 瓦的灯泡，碘钨灯的体积只有白炽灯的 1。它的玻壳里除了有碘，还充进了惰性气体，又小又结实，充气压力高达 1.510 个大气压。根据用途的不同，碘钨灯可分好几种有的碘钨灯能发出大量看不见的红外线，热效率高，是加热干燥用的理想热源。9有的碘钨灯功率大，可辐射出大量的光能，用作大型车间、广场、体育场、机场、港口等处的照明很合适。有的碘钨灯是新闻摄影、彩色照相制版，以及电影摄影、放映的光源，功率高、体积小、重量轻是它的主要优点。在一部分激光装置中，碘钨灯还可用做光泵。碘钨灯的光效高、亮度大、结构紧凑，这些正是交通车辆照明求之
26、不得的长处。现在火车特别是汽车上的聚光灯、雾灯、主前灯等，正在逐步改用碘钨灯。最常见的碘钨灯，有着像钢笔一样的细长身材。灯的主体是一根直径 1012 毫米的石英管，软化点高达 1700。灯丝上每隔一定距离用一个支撑圈托着灯丝，灯两端的长方形扁块是封接部分，用来保证既能导电，又不漏气。碘钨灯也有不足之处碘蒸汽是紫红色的，它多少会对碘钨灯的亮度和发光效率产生一定的影响。碘钨灯工作时玻壳里有气体对流，个别地点的温度有可能下降到不足以维持碘钨循环反应进行的程度，结果使玻壳的局部发黑。还有，水平放置的管形碘钨灯必须用溴代替硫放得很平，倾斜度不得超过 4 度，否则就会影响灯的寿命。溴钨灯可以在相当程度上克
27、服这些缺点。溴钨循环与碘钨循环相似，只是溴的化学性质比碘更活泼，是比碘更勤快的“搬运工。溴钨灯里充溴的数量更得严格控制，稍稍超过就会对灯丝温度比较低的部位产生腐蚀。实验研究告诉我们，氢能缓和溴的化学活性，如果把溴化氢或溴的碳氢化合物充进灯里，那么对灯内金属零件的腐蚀作用将会轻得多。溴钨灯里的溴化氢可以在 2001100的玻壳壁温下进行正常的溴钨循环，所以可以用来制作大功率高光效的电光源。溴清洁玻壳壁的效果比碘好，玻壳发黑的问题基本得到解决。溴化氢是无色透明的气体，不吸收可见光，比碘钨灯的发光效率高。溴钨灯里的气体对流不影响灯的寿命，使用时也不像碘钨灯那样一定要水平放置。在不少岗位上，溴钨灯已经
28、取代了碘钨灯溴钨灯发光体的形状多种多样，有点状、线状，还有面状10点状的溴钨灯工作温度和发光效率高，在光学仪器、电影放映、光刻等方面有广泛应用。用很多螺旋状的灯丝，排列成一个均匀的发光面，这就成了面光源溴钨灯。线光源和面光源溴钨灯正逐步被应用到电影、电视、摄影、舞台等方面。我国从 60 年代初就开始试制充碘的管形碘钨灯，现在已经有了各种不同用途的近 10 个系列的上百个品种，在电影、电视、剧院舞台、体育场、博物馆等许多地方都能找到它们的踪迹。20 世纪 30 年代，一些新型的气体放电灯初露头角，特别是 40 年代荧光灯取得革命性的进展以后，有人曾经预言：白炽灯的时代已经过去，它们将从照明舞台上
29、消失！但是预言并没有变成现实，尤其是 50 年代出现光效高、亮度大、体积小的卤钨灯以来，使用方便、价格低廉的白炽灯获得了新的生命力，在照明领域里继续保持着应有的地位。【照明知识】卤钨灯小常识电光源主要分两大类，一类是气体放电灯，另一 类就是热辐射光源。所谓热辐射光源，就是把钨丝(或其它金属丝)加热到很高的温度，让钨丝发光。这就是我们平常使用的白炽灯。在电光源中，通过钨丝的电流越大，灯丝的温度就越高，每一瓦电功率变成光的效率也就越高。 白炽灯使用的时间长了，我们发现灯泡的内壁会变黑，这些黑色的物质就是灯丝的钨原子蒸发后附着在灯泡内壁的结果。钨原子蒸发，钨丝变细，时间长了，灯丝就断了，灯泡就寿终了
30、。为了阻止钨原子的蒸发，延长灯泡的使用寿命，科学家想了很多办法，例如：在灯泡内充人惰性气体，会在一定程度上延缓钨原子的蒸发。现在生产的功率为 15w的灯泡是真空灯泡，而 25w以上的灯泡就是充气灯泡。科学家们还发现：在高温下，钨原子的蒸发是不可避免的。既然如此，我们能不能请一个“搬运工”， 随时把蒸发出来的钨原子搬回到灯丝上去呢? 经过多年的研究和试验，科学家们终于找到了这个“搬运工”，这就是化学周期表中的卤族元素。它们分别是氟、氯、溴、碘。这 4个元素都可以充当“搬运工”的角色。灯泡中，灯丝附近的温度很高，而灯泡内壁离灯丝较远，温度相对较低。卤族元素在灯泡 内壁温度较低的地方，与蒸发到灯泡内壁的钨原子化合成卤化钨气体。当卤化钨气体运动到灯丝附近时，在灯丝高温作用下，卤化钨分解成卤族元素和钨原子。钨原子便会沉积到灯丝上，卤族元素则又去“搬运”灯泡内壁的钨原子。这样在灯泡内就形成一个动态循环：钨原子
