Natrijeve sijalke - svetlobne naprave, ki kot delovno snov uporabljajo kovinske pare. Za razliko od drugih dveh razredov bitnih naprav. Na primer, živosrebrne sijalke uporabljajo odvajanje v pline, oddajajo družino svetilk, kjer kovinske spojine postanejo delovna snov.
Glavne značilnosti natrijevih sijalk
Domnevajo, da imajo natrijeve žarnice največjo svetilnost, kar pomeni izjemno učinkovitost. Za izdelke je med drugim značilna dolga življenjska doba. Med delovanjem se svetlobna moč rahlo zmanjša. Obratovalni parametri( visokotlačne svetilke) so malo odvisni od temperature okolice( pregrevanje je izključeno z ustrezno izvedeno zasnovo).Natrijeve žarnice so potrebne za ulično razsvetljavo. Obstajajo resne pomanjkljivosti:
- Ne preveč zanesljiva barvna reprodukcija( vrednosti koeficientov - 25).To je že dolgo veljalo za glavno omejitev pri uporabi žarnic za praznjenje v vsakdanjem življenju. Izjemno slabo izgleda s podobno razsvetljavo človeške kože.
- Praznjenje natrijevih hlapov je del globoke pulzacije, ki vodi do hitre vizualne utrujenosti. Učinek utripanja je škodljiv za živčni sistem in več vidikov človekovega zdravja. Omenjeni pojav je pojasnjen s popolno inercijo obloka v natrijevih parah - luminescenca sledi zakonu uporabljene napetosti( v omrežju, ponavadi 50 Hz sinusoid).
- Ko se porabi življenjski vir, poraba natrijeve sijalke postopoma raste in se poveča za 40% glede na izvirno.
- Naprava za nadzor natrijevega zaganjalnika je obsežna( zavzema veliko prostora) in je značilna za velike izgube( do 60% celotne porabljene energije).
- Prisotnost zaganjalnega dušilca določa predikatni koeficient nizke moči( do 0,35).To zahteva trden blok kompenzacijskih kondenzatorjev za odpravo reaktivnega dela.
Naprava za razsvetljavo
Zgoraj je pojasnjena uporaba natrijevih žarnic predvsem za nočno razsvetljavo, zlasti za nestanovanjske objekte: trgovine, skladišča, železniške postaje. Poleg tega - za skladišča, avtoceste, arhitekturne strukture. Rumena svetloba nizkonapetostne natrijeve žarnice omogoča osebi, da loči dele z relativno nizko intenzivnostjo sevanja, odlično prehaja skozi meglo v slabih vremenskih razmerah. Navedena specifičnost omogoča, da se na osnovi opisanih naprav oblikujejo različne signalne naprave.
Nekatere od zgoraj navedenih pomanjkljivosti je mogoče odpraviti z uporabo elektronskih predstikalnih naprav. S tem se zmanjša poraba energije, zaradi odsotnosti zagonskega dušilca, faktor moči doseže 0,95.Seveda je masa elektronskega predstikala majhna. To je znano osebi, ki pozna prednosti LED in razelektritvenih žarnic z navojem Edison E27.Vsa elektronika se prilega v klet.
Življenjska doba visokotlačnih natrijevih žarnic se giblje med 12 in 28 tisoč ur. To je konkurenčna vrednost, v smislu delovnih dni je 4 - 9,5 let. Postopoma se padec napetosti svetil poveča s hitrostjo 1–5 V na leto. Kaj postane vzrok za neuspeh.
Bučka z nizkim tlakom je običajno valjasta. Pri visokotlačnih izdelkih je včasih gob z notranjim reflektorjem ali elipsoidnim. V slednjem primeru se emisijski spektri razvrstijo po moči: za povprečne vrednosti je tlak v bučki največji, kar pojasnjuje zgornjo delitev. Na spektralne značilnosti vpliva omrežna napetost( če se ne uporablja elektronska predstikalna naprava).Življenjska doba in amplituda sta kritična: povečanje ali zmanjšanje napetosti za samo 5% vodi do ostrega staranja izdelka.
Za navadne potrošnike so zanimive svetilke z izboljšano barvno reprodukcijo. Ustrezno razmerje produktov doseže 83, kar je priznan kot odličen kazalnik. Za LED žarnice so na primer značilne vrednosti 70 ali več.Slednji se množično uporabljajo v vsakdanjem življenju, malo jih bo, ki se želijo pritožiti zaradi takih parametrov. In glede na učinkovitost natrijeve žarnice, verjamemo, da bodo naprave postale vreden konkurent za druge družine svetlobnih naprav.
Delovanje žarnice
Princip delovanja natrijevih svetilk
V zaprti bučki se ustvarijo pogoji za izhlapevanje natrija. Za pridobitev svetlobe uporabimo D-linije pri 589 in 589,6 nm. Natrijeve sijalke so v visokem in nizkem tlaku. Glede na splošno sprejeto klasifikacijo je to od 30.000 do 1 milijon Pa in od 0.1 do 10.000 Pa. Takšna situacija je nastala na podlagi dolgih raziskav specifičnosti razrešnice.
Ugotovljeno je bilo, da je maksimalna svetlobna moč opazna pri tlakih 0,2 in 10 000 Pa. Prve natrijeve sijalke, ki jih je leta 1931 ustvaril Marcello Pirani, delujejo na prvem ekstremu funkcije v določenem intervalu pri gostoti toka 0,1 - 0,5 A na kvadratni centimeter. Najbolj ugodni pogoji za emisijo svetlobe so doseženi pri temperaturah tekoče faze v območju 270 - 300 stopinj Celzija( temperatura dna je najmanj dvakrat nižja).Svetilke, ki delujejo pri tlaku 0,2 Pa, so učinkovitejše.
Drugi ekstrem se doseže z nadaljnjim segrevanjem hlapov. Pri temperaturah 650 - 750 stopinj Celzija. Visokotlačne natrijeve sijalke ni bilo mogoče ustvariti dolgo časa. Težava je bila pomanjkanje primernega materiala za bučko. Samo aluminijasta keramika je uspela prenesti napad agresivnega okolja pri temperaturah nad 1000 stopinj( 1300 - 1400 stopinj Celzija).Umetni materiali so človeštvu dali veliko, kar je bilo posredno omenjeno v pregledu o električnih vezjih.
Nizkotlačne natrijeve sijalke
Nizkotlačne sijalke so izjemno učinkovite. Zgornje valovne dolžine postanejo prevladujoče, vendar daleč od edinih v emisijskem spektru. Pri nizkotlačnih svetilkah je večina linij v območju občutljivosti očesa. To pomeni, da je svetloba čim bolj svetla. Z drugimi besedami, nizkotlačne sijalke imajo privlačno učinkovitost.
Pri laboratorijskih modelih izkoristek doseže 50-60%.Posledično se svetlobna moč dvigne na 400 lm / W( teoretična meja za trenutno stopnjo tehnologije je 500 lm / W).
Za primerjavo.9W EKF LED žarnica( analogna žarnica z žarilno nitko 75 W) omogoča pretok 830 lm. Ta številka velja za dober pokazatelj varčevanja z energijo.Čeprav je učinkovitost svetlobe težko uganiti, je »samo« 92 lm / W.Postalo je jasno, kako učinkovite so bile nizkotlačne natrijeve sijalke, ki so bile izumljene že davno, leta 1931.
V praksi se moramo žrtvovati( Philipsove žarnice so še vedno dobre in dosegajo svetlobno učinkovitost 133-178 lm / W).Temperatura bučke se zaradi posebnih ukrepov za toplotno izolacijo( če polmer bučke preseže maksimalno učinkovito) dvigne na zahtevanih 270-300 stopinj Celzija in nekaj povečanja obratovalnega toka na optimalno. Kot rezultat, učinkovitost dejanskih izdelkov, sproščenih za množično prodajo, ne doseže zgornjih meja. Vendar ostaja povišana, tako da se natrijeve žarnice imenujejo energetsko učinkovite.
Toplotna izolacija je včasih dopolnjena z drugimi ukrepi. Odsevni plašč polprevodniških materialov prenaša koristno rumeno sevanje, vendar odseva infrardeče v notranjosti. Temperatura v notranjosti se še povečuje. Toda zasnova natrijeve svetilke je bolj zapletena.
Oplemenitenje loka je olajšano z dodatkom neona in argona. To močno zmanjša napetost, ki jo razvije voznik. Zaradi prisotnosti nečistoč steklo bučke ne absorbira argona. Polmer svetilke je nekoliko večji od optimalnega in je 15-25 mm. Oksidna katoda je običajno bifilarna ali označena( sintrana iz prahu).Kot material se uporablja volfram, ki ga aktivirajo alkalne( alkalijske) kovine. Visokotlačne natrijeve sijalke
Poleg natrijevega plina se plinski zmesi dodajajo tudi živosrebrne pare in nizkonapetostni vžig( do 2-4 kV) ksenona. Tlak v bučki je v območju od 4 do 14 kPa. Ni težko opaziti, da se v skladu s splošno klasifikacijo razelektritvenih žarnic to območje nanaša na nizek tlak, pri natrijevih sijalkah nad 14 kPa pa se ta parameter ne povečuje. Območje 4 - 14 kPa se postavi v odvod močnega pritiska.
Največja učinkovitost je približno 10 kPa. Parcialni tlak natrijeve pare je desetina ali dvajsetina skupnega. Drugi predstavljajo živo srebro in ksenon. Tlak slednjega( v hladni obliki) je 2,6 kPa.Če se za zmanjšanje napetosti vžiga uporablja mešanica neona in argona, se svetilnost natrijeve sijalke zmanjša za četrtino.
V spektru visokotlačnih natrijevih sijalk poleg D-linij deluje tudi modro-zeleni del spektra. Zaradi tega dani odtenek ni rumena, temveč zlato-bela( barvna temperatura v toplem razponu je 2000 K).Indeks barvnega upodabljanja( največ pri 2500 K) se lahko poveča s povečanjem parcialnega tlaka natrijeve pare in premera bučke. Hkrati se svetilnost skoraj prepolovi, življenjska doba pa se zmanjša. Barvna temperatura se poveča. Glede na zgoraj opisane negativne rezultate se taki ukrepi redko uporabljajo.
Kot material za žarnice se uporablja aluminijska keramika. Normalno silikatno steklo je neprimerno, natrijeve hlape se pod vplivom znatne temperature kemično reakcijo. Nastale spojine so stabilne in bučka se v nekaj minutah po začetku delovanja produkta rdeče očisti. Spremembe so nepovratne, pod vplivom močnega pritiska obstaja verjetnost popolnega uničenja stekla.
Polikristalna keramika in cevasti monokristal z debelinami sten od 0,5 do 1 mm sta enako odporna na delovanje agresivnega medija do temperature 1600 K, z nekaj robom glede na optimalno točko. Keramika zazna dostojno prepustnost sevanja v vidnem območju, ki zavzema 30% energije, ki jo porabi natrijeva svetilka.
Ekstremne temperature zahtevajo posebno obliko vnosa. Iz niobija z majhno( 1%) primesjo cirkonija, se zatesnijo na vhodu v bučko s posebnim steklenim cementom( ki lahko prenese določene agresivne pogoje).Zlitina, tako prefinjena v sestavi, je bila izbrana z razlogom. Oblikovalci so našli material, katerega koeficient toplotnega raztezanja je blizu keramike. Zato se je mogoče izogniti deformacijam na spojih in šivih. Ista ideja se uporablja v kovinskih okenskih okvirjih. Znano je, da je koeficient toplotne ekspanzije aluminija blizu vrednosti stekla.
Tlak natrijeve žarnice je inertnost. Pri prvem vžigu je svetloba rumena in monokromatska. Postopoma izdelek vstopa v način s sočasnim širjenjem oddajnega spektra. Za ponovno vžig loka se plin ohladi, vzame 2-3 minute. Da se ne preseže delovne temperature, je treba na bučko izključiti odsev sevanja. V nasprotnem primeru se natrijeva žarnica ne pregreje.
