درباره لامپ فلورسنت

لامپ فِلورِسِنت یا لامپ مهتابی نوعی لامپ بخار جیوه تخلیه در گاز کم فشار است که ولتاژِ اِعمال شده به دو سر لامپ باعث داغ شدن گاز آرگون یا نئون درون لامپ و در نتیجه باعث بخار شدن جیوه موجود در لامپ و تحریک آن و منجر به یک فرایند زنجیره ایِ تولیدِ یون می‌شود، که حاصل آن پلاسمایی است که از خود پرتو فرابنفش ساطع می‌کند. سپس این پرتو توسط ماده فلورسنت (فسفر) به نور مرئی تبدیل می‌شود.

لامپ فلورسنت

این محصول بر اساس تحریک بخار جیوه نور مورد نیاز را فراهم می نماید. تحریک بخار جیوه باعث تبدیل فسفر به فلورسنت و در نتیجه تولید نور می شود. لامپ فلورسنت در توان ها و اشکال مختلف ساخته و در مکان های گوناگون قابل استفاده می باشد. این لامپ ها در اشکال استوانه ای و حلقه ای شکل به بازاتر عرضه می گردند.

لامپ فلورسنت به لامپ مهتابی نیز مشهور است و به دلیل انتشار نور سالم و طبیعی در فضا کاربرد فراوانی دارد. این لامپ ها درصد بالایی از انرژی الکتریکی را به نور تبدیل می کنند و روشنایی دلپذیری در فضا ایجاد می نمایند. از جمله معایب این لامپ ها می توان به تولید اشعه فرا بنفش اشاره نمود. این لامپ ها از بخار جیوه ای که درون لامپ تعبیه شده برای تولید نور فرابنفش استفاده می کنند. اگر به هر دلیلی این لامپ شکسته شود گاز ناشی از این لامپ ها برای انسان مشکل ساز خواهد شد. بناربراین حمل و نقل و استفاده از این لامپ ها باید با احتیاط صورت گیرد.

تاریخچه ی لامپ فلورسنت :

اولین لامپ فلورسنت که به نوعی مادر لامپ های کم مصرف کنونی می باشد، در اواخر دههٔ ۱۸۹۰ به وسیلهٔ “پیتر کوپر هیویت” اختراع شد. لامپ های آقای هیویت در سالن های عکاسی و برخی صنایع مورد استفاده قرار می گرفت. بعدها و در سال ۱۹۲۷ فردریک مه یر و هانس اسپنر لامپ بخاری فشار بالا را اختراع و ثبت کردند.

بعدها جورج اینمان با شرکت General Electric در مورد تولید لامپ های مهتابی کارآمد به توافق رسید و تولید این نوع لامپ‌ها شروع شد. لامپ‌هایی که در سال ۱۹۳۸ تولید و در سال ۱۹۴۱ ثبت شد. لامپ‌های کم مصرف نوین به وسیلهٔ اِد هامر، که مهندس شرکت General Electric بود، در واکنش به بحران جهانی نفت در سال ۱۹۷۳ اختراع شد. وی با بودجه ای در حدود ۲۵ میلیون دلار این لامپ ها را به تولید انبوه رساند اما بعدها فناوری ساخت این لامپ ها فاش شد و افراد دیگر با کپی برداری توانستند این لامپ‌ها را تولید کنند.

دستگاه و اصل عملیات

لامپ فلورسنت خود به نظر می رسد مثل یک لوله شیشه ای است. سطح داخلی با یک لایه نازک فسفری پوشیده شده است، بهویژه کلسیم اورتوفسفات روی و کلسیم هالوفسفاتها استفاده می شود. الکترود های اسپیرال در هر انتهای دستگاه نصب می شوند. فلاسک خود را با بخار جیوه تخلیه شده و گاز بی اثر پر کرده است.

تحت تاثیر میدان الکتریکی، یک گاز تخلیه رخ می دهد. عبور از بخار جیوه، تحریک جاری است اشعه ماوراء بنفش  این، به نوبه خود، بر روی فسفر اثر می گذارد، باعث می شود تابش آن. فرآیند تبدیل پرتو فرابنفش به نور مرئی وجود دارد.

یکی دیگر از جزئیات مهم استارتر برای لامپهای فلورسنت است، این مکانیسم ماشه است. در طول عملیات، مدار را خاموش و قطع می کند، در نتیجه کار الکترود کار را گرم می کند. این مکانیسم قابل جابجایی است که به آسانی قابل جایگزینی است.

ساختمان لامپ:

لامپ مهتابی، لوله تخلیه الکتریکی گازی است که نورش به شیوه تازه‌ای افزایش داده شده است و می‌توان از آن برای روشنایی منازل استفاده نمود. سطح داخلی جدار لامپ با نمکهای فلزی فلورنست یا فسفرسنت مانند تنگستات کلسیم، سولفید روی، سیلیکات روی، و … پوشیده شده است. لامپ از بخار جیوه با فشار خیلی کم پر شده است.

الکترود:

الکترود عضو ساطع کننده الکترون می باشد. الکترودها نیز خود دو نوعند یک نوع در دمای ۹۰۰ درجه سانتیگراد و نوع دیگر در دمای ۱۵۰ درجه سانتی گراد الکترون ساطع می کند. لامپ های فلورسنت معمولاً از نوع اول استفاده می کنند.

فسفر:

پوشش داخل حباب لامپ را تشکیل می دهد. هنگامی که فسفر توسط تابش فرا بنفش در طول موج ۲۵۳٫۷ نانومتر تحریک شود، تولید نور مرئی مهتابی می نماید.

گاز:

مقادیر بسیار کمی جیوه درون لامپ فلورسنت موجود می باشد. در هنگام روشن شدن لامپ جیوه در فشار بسیار پایینی تبخیر می شود و در این فشار، عبور جریان از این بخار سبب می شود تا جیوه انرژی را در طول موج خاصی تابش نماید. این انرژی در ناحیه فرا بنفش می باشد و طول موج آن ۲۵۳٫۷ نانومتر می باشد.

مقداری گاز آرگون یا آرگون- نئون بسیار خالص نیز درون حباب این لامپ ها وجود دارد. این گاز به سادگی یونیزه می شود و به عبور جریان و بخار شدن جیوه کمک می کند.

مکانیزم کار لامپ:

الکترونهایی که از الکترودهای گداخته لامپ خارج می‌شوند با اتمهای جیوه داخل لامپ برخورد کرده و باعث تابشی آنها می‌شود. بخش عمده‌ای از این تابش ، پرتوهای نامرئی فرابنفش می‌باشد. بخش قابل روئیت پرتوهای بخار جیوه در ناحیه سبز و آبی طیف مرئی واقع است که نور ضعیفی را می‌دهد. نور فرابنفش با ماده فلورسنت که دیواره لوله از این ماده پوشیده شده، برخورد کرده و موجب خروج نور با طول موج بلندتر و در ناحیه قابل روئیت طیف می شود. به عبارت دیگر پوشش داخلی لامپ، پرتوهای نامرئی را به نور مرئی تبدیل می نماید.

استارت لامپ:

لامپ مهتابی بایستی با یک خود القا (سیم پیچ) همراه باشد تا در روشن شدن لامپ کمک کند. برای روشن شدن لامپ از یک استارت زن ( لامپ کوچک جرقه زدن) استفاده می شود که اتصال حرارتی دارد و به طور موازی با لامپ اصلی در مدار قرار می گیرد. هنگامی که جریان برقرار می گردد ابتدا لامپ الکتریکی (استارت زن) روشن شده و موجب گرم شدن نوار دوفلزی گردیده و اتصال را برقرار می کند.

در نتیجه، این لامپ الکتریکی اتصال کوتاه می‌کند و از کاتدهای لامپ اصلی جریان الکتریکی عبور می‌کند. که موجب می‌شود در اثر حرارت کاتدها گداخته شوند و با سرد شدن نوار الکتریکی مدار قطع می‌شود.

راه اندازی

در ابتدا بایست گاز نجیب داخل لولهٔ مهتابی (اغلب آرگون)، داغ و یونیزه شود تا امکان ایجاد قوس الکتریکی در لولهٔ مهتابی میسر شود. در مهتابی های کوچک ایجاد قوس زیاد دشوار نیست اما در لامپ‌های ۲۰۰۰ ولت به بالا این کار نیاز به ولتاژ قابل ملاحظه ای است. در مهتابی های کوچک از استارتر یا راه انداز استفاده می شود.

لامپ های فلورسنت صرفه جویی در انرژی (ELL)

ELL برای روشنایی عمومی طراحی شده و به طور کامل قابل تعویض با استاندارد LL قدرت 20، 40 و 65 وات در تأسیسات نورپردازی موجود بدون جایگزینی چراغ ها و بالستیک است. آنها دارای طول استاندارد، مقادیر استاندارد جریان و ولتاژ در لامپ ها و مقادیر مشابه یا مشابه شار نور به عنوان لامپ های استاندارد رنگ های متناظر با کاهش قدرت 10٪ (18، 36 و 58 وات) است. در خارج، ELL ها تنها با قطر کوچکتر (26 میلی متر به جای 38 میلی متر) از لامپ های استاندارد متفاوت هستند. با توجه به کاهش قطر، مصرف مواد اولیه (شیشه، فسفر، گاز، جیوه و غیره) کاهش می یابد.

برای اطمینان از همان افت ولتاژ در لامپ ها، با کاهش قطر آنها، ما باید مخلوطی از آرگون و کریپتون را برای پر کردن و کاهش فشار به 200-330 Pa (به جای معمول 400P در لامپ های استاندارد) استفاده کنیم. در ELL دمای لوله تا 50 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، اما شرایط ویژه ای برای خنک سازی لازم نیست.

لومن شکل لايه در ELL تحت شرايط سخت تر کار مي کند، بنابراين فسفر نادر خاکي مناسب ترين لامپ ها است. با این حال، چنین luminophores حدود 40 برابر گرانتر از هالوفسفات کلسیم (GFC) است، بنابراین لامپ هایی با چنین فسفر چندین برابر گران تر از موارد معمول هستند. برای کاهش هزینه لامپ استفاده از پوشش دو لایه. اول، شیشه به شیشه اعمال می شود، و بیش از آن یک فسفر خاکی کمیاب ضخامت کوچک است.

صنعت ظرفیت EBL از 18، 36 و 58 W فامداری LB، MDC و حلقه ها با پارامترهای نور همزمان با پارامترهای رنگپذیریهای LL معمولی همان ظرفیت 20، 40 و 65 وات تولید می کند. تحت نام تجاری LBTST ELL با ترکیبی سه جزء فسفر زمین نادر زمین با عمر 15000 ساعت تولید می شود.

وابستگی خصوصیات در دمای محیط و شرایط خنک کننده

تغییر دمای لوله، در مقایسه با یک مطلوب، هر دو جهت افزایش و کاهش، موجب کاهش شار نور، بدتر شدن شرایط احتراق و کوتاه شدن عمر محصول می شود. اطمینان از اشتعال از لامپ های استاندارد هنگام کار با استارت شروع به کاهش قابل توجهی در دمای کمتر از -5 درجه سانتی گراد و هنگامی که ولتاژ اصلی کاهش می یابد. برای مثال، در -10 درجه سانتیگراد و 180 وات به جای 220 وات، تعداد لامپ های غیر سوزشی می تواند به 60 تا 80 درصد برسد. چنین وابستگی شدید باعث می شود استفاده از LL در اتاق های با دمای پایین بی اثر باشد.

افزایش دما با توجه به بهینه می تواند با افزایش دمای محیط و زمانی که لامپ ها در اتصالات بسته کار می کنند. گرمای بیش از حد LL، علاوه بر کاهش جریان شار، با تغییرات خاصی در رنگ آنها همراه است.

ULL خارجی

شرکت های خارجی ELL را از سه یا چهار تن رنگ استاندارد شده و با ترکیبی از دو جزء فسفر نادر زمین تولید می کنند. در جدول 2پارامترهای برخی از انواع ELL در بطری های قطر 26 میلی متر از OSRAM (آلمان) داده می شود.

لامپ های فلورسنت فشرده (CFL)

در 80s در اوایل شروع به ظاهر انواع متعددی از LL قدرت جمع و جور از 5 تا 25 وات با راندمان نورانی از 30 تا 60 LM / W و طول عمر 5 تا 10000 ppm است. نوع قسمت CFL در نظر گرفته شده برای جایگزینی مستقیم برای لامپ های رشته ای. آنها ساخته شده اند در شروع تنظیم تجهیزات و مجهز به استاندارد رشته پایه E27.

توسعه CFL تنها از طریق ایجاد فسفر باریک باند بسیار پایدار دوپ شده با عناصر خاکی کمیاب، که می تواند در تراکم تابش سطح بالاتر از LL استاندارد عمل ساخته شده است. به همین دلیل، قطر لوله تخلیه قابل توجهی را کاهش داد. با توجه به کاهش در لامپ اندازه طول، این مشکل با جدا کردن لوله به چندین قسمت کوتاه تر مرتب در موازی و به هم پیوسته توسط بخش لوله خمیده یا نازل شیشه ای جوش داده شده حل و فصل شد.

معایب لامپ های فلورسنت معمولی

نیاز به مدار راه انداز

سمی بودن مواد درون لامپ، و ضرر رساندن به طبیعت و موجودات زنده در صورت شکسته شدن حباب لامپ

آیا قرار گرفتن در معرض نور لامپ های فلورسنت فشرده برای سلامتی انسان مضر است؟

مطالعات نشان داده است که لامپ های فلورسنت فشرده، به دلیل مراحل تولید، تمایل به ایجاد شکاف در پوشش فسفری خود دارند. در واقع، در مراحل تولیدی که به این لامپ ها پیچ‌ و خم داده می شود، احتمال آسیب دیدن پوشش فسفری وجود دارد زیرا فسفر یک ماده‌ی شکننده است و با خم شدن، ترک بر می دارد.

لامپ شکسته

این تحقیقات همچنان در فاز اول تحقیقات به سر می برد و در بیرون آزمایشگاه تست نشده است به این معنی که هنوز هیچ اثرات آفتاب سوختگی ناشی از لامپ های فلورسنت فشرده مشاهده نشده است و همچنین دانشمندان معتقدند که جلوگیری از تابش اشعه‌ی فرابنفش کار چندان دشواری نیست. فاصله گرفتن به فاصله‌ی چند قدم یا استفاده از یک شیشه در جلوی لامپ، خطر را رفع می کند. در این مورد باید مطالعات بیشتری صورت گیرد ولی چیزی که مسلم است این است که استفاده از لامپ های LED چنین ریسکی را ندارد.

کیفیت نور لامپ مهتابی

چون نور لامپ فلورسنت بوسیله حرارت ایجاد نمی شود، بلکه در اثر تحریک اتم ها تولید می گردد، از نظر اقتصادی مفید و مقرون به صرفه است. لامپ فلورسنت در سطح وسیع نور تولید می کند، روشنایی مناسبی تأمین می کند که سایه های کمی را سبب می شود.