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从光源的辐射能量分析看灯具热试验的关注点

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-07-30  作者:陈超中 於立成  浏览次数:1764
核心提示:文章分析了白炽灯、荧光灯、HID灯(高压钠灯、高压汞灯、各种金属卤化物灯)、低压钠灯的辐射能量分布和LED光源特性,给出了光源的能量平衡图,从而得出各种光源对应的能量所占的主次关系。根据各种光源的能量分布,阐述了灯具热试验时应关注的被聚光照射的物体的测量点。
    摘  要:文章分析了白炽灯、荧光灯、HID灯(高压钠灯、高压汞灯、各种金属卤化物灯)、低压钠灯的辐射能量分布和LED光源特性,给出了光源的能量平衡图,从而得出各种光源对应的能量所占的主次关系。根据各种光源的能量分布,阐述了灯具热试验时应关注的被聚光照射的物体的测量点。

    关键词:光源;辐射;辐射能量;灯具;热试验;LED灯具

    光是能量的一种形态,这种能量能从一个物体传播到另一个物体,在传播过程中无需任何物体作为媒介。这种能量的传递方式被称为辐射,辐射的含义是指能量从能源出发沿直线向四面八方传播,尽管实际上它并不总是沿直线方向传播的,特别在通过物体时方向会有所改变。有些形式的辐射是由粒子组成的,例如由放射性物质引起的辐射。光一度被认为是粒子束,但后来经实践证明,用波动来描述光的特性更为恰当 ,光线的方向也就是波传播的方向。约100年前,人们已证实了光的本质是电磁波,后来又搞清了在波长范围极其宽广的电磁波中,可见光波仅占了极小的部分。

    电磁波可见光部分的波长范围约在380nm~780nm之间,在这个范围内的各种波长,都可凭眼睛的颜色感觉来加以区别。蓝色和紫色属于短波,红色属于长波,黄色和绿色处于可见波长范围的中间部分。

    波长超过可见光谱的紫色和红色两端的电磁辐射,分别称为紫外辐射和红外辐射。

    光源的辐射能量是指光源辐射出来的光的能量,包括紫外辐射能量、可见光辐射能量和红外辐射能量。辐射以外的能量为非辐射损失,包括传导和对流损失。

    一、光源的辐射能量分析

    1、 白炽灯的能量分析

    一些白炽灯的可见光辐射、红外线辐射、传导和对流损失的能量输出见表1.

 

1 一些白炽灯的能量输出

能量类型

100W*

(寿命750h)

300W

(寿命1000h)

500W

(寿命1000h)

400W

(寿命2000h)

可见光

10.0%

11.1%

12.0%

13.7%

红外线

72.0%

68.7%

70.3%

67.2%

传导和对流

18.0%

20.2%

17.7%

19.1%

* 螺旋灯丝。

主要是近红外线(波长从700nm5000nm)。

卤钨灯。

由表1可以看出,以100W白炽灯为例,可见光辐射能量所占比例为10.0%。红外线辐射能量所占比例为72.0%。用光的形式辐射出去的能量所占的比例为82.0%。传导和对流损失占18%

白炽灯的非辐射损失包括泡壳灯头吸收损失气体损失和支架等热损失。

真空白炽灯、单螺旋和双螺旋充气白炽灯的可见光辐射、红外线辐射和非辐射的热损失的能量分配见表2
 

2 白炽灯的能量分配

灯的功率(W)和种类

辐射功率(%

热损失功率(%

可见光

红外线

合计

气体

损失

支架等

损失

泡壳灯头吸收损失

合计

5(真空)

6.0

87.0

93.0

1.5

5.5

7.0

10(真空)

7.1

86.4

93.5

1.5

5.0

6.5

40(充气,单螺旋)

7.4

63.9

71.3

20.0

1.6

7.1

28.7

60(充气,双螺旋)

7.5

73.3

80.8

13.5

1.2

4.5

19.2

100(充气,双螺旋)

10.0

72.0

82.0

11.5

1.3

5.2

18.0

200(充气,单螺旋)

10.2

67.2

77.4

13.7

1.7

7.2

22.6

由表2可以看出,白炽灯的绝大部分功率都变成了红外线辐射,可见光辐射功率所占的比例很小,一般不到10%。红外线辐射占比例为67%~87%

100W 普通照明灯泡(GLS)的能量平衡的例子如图1所示。


 

1.    可见光辐射5W                                  2. 来自灯丝的红外辐射61W

         3.    灯丝至泡壁的传导和对流损失34W                 4. 来自泡壳的红外辐射22W

         5.    总的传导和对流损失12W                               6. 总的红外辐射83W

1 100W GLS灯的能量平衡

由图1可以看出,所举的100W GLS例子而言,可见光辐射仅占5%,红外辐射占83%,传导和对流损失占12%

总的来说,向前的红外辐射占白炽灯能量的绝大部分,大量能量用于向前的发热,仅小部分能量用于向前的发光。

         2、 荧光灯的能量分析

几种典型荧光灯的可见光辐射、红外线辐射和非辐射的热损失的能量平衡见表3

3 几种典型荧光灯的能量平衡

灯种

灯的功率(100%

正柱区功率

体积和

管壁损失

电极

损失

可见汞

辐射

紫外辐射

荧光粉

可见辐射

荧光粉

发热

总紫外

辐射

32W(T8)(高频)

3.4

25.3

39.7***

65

24.4

7.2

40W(T12)

2.5

22.5

37.5

60

22.5

15

36W(T8)

3.3

24.4

38.1***

62.5

17.8

16.4

PL9(内径10mm)

3.4

16.1

27.6

43.7

25.3

27.6

SL18(内径10mm)

2.8*

15.6*

34.8**

50.4

29.1

17.7

SL18(高频)

3.2*

16.4*

36.7**

53.1

32.9

10.8

注:*已扣除外壳和灯头等的吸收;

**将上面所说的吸收损失加到这一项中去;

***包含少量的UV-A辐射。

从表3可以看出,以36W(T8)荧光灯为例,可见光辐射27.7%,红外辐射占38.1%(含少量的紫外辐射),传导和对流损失占34.2%

36Wcolour 82的荧光灯的能量平衡的例子如图2所示。
 

 

 

1、电正柱功率30.1W                                        2. 电极热损失5.9W

3. 来自放电正柱的可见光1.2W                  4. 来自放电正柱的紫外辐射22.5W

5. 放电正柱的热损失6.5W                     6. 来自荧光粉层的可见光辐射8.8W

7. 紫外辐射0.2W                                            8. 红外辐射13.5W

       9. 总的可见光辐射10W                         10. 红外辐射、传导和对流25.8W

2 36Wcolour 82的荧光灯的能量平衡

由图2可以看出,所举的36Wcolour 82的荧光灯例子而言,可见光辐射占27.8%,红外辐射占37.5%,紫外辐射占0.6%,传导和对流损失占34.1%

总的来说,向前的红外辐射占的比例比白炽灯小得多,差不多为白炽灯的一半。传导和对流损失占的比例比白炽灯大得多,差不多为白炽灯的一倍。

 
关键词: 荧光灯 白炽灯 HID灯
 
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