金屬鹵化物燈主要依靠金屬鹵化物作為發光材料,金屬鹵化物以固體形態存在燈內。因此,燈內必須充有少量的引燃氣體氫或氙,以便點燃燈泡。燈點燃后,首先工作在低氣壓弧光放電狀態,此時燈兩極電壓很低,約18~20V,光輸出也很少,這時主要產生熱能,使整個燈體加熱,引入燈中的金屬鹵化物隨溫度升高不斷蒸發,成為金屬鹵化物蒸氣,在熱對流的作用下,不斷向電弧中心流動,一部分金屬鹵化物被電弧5500~6000K高溫分解,成為金屬原子和鹵素原子,在電場的作用下,金屬原子被激發發光;另一部分金屬鹵化物不被電弧高溫所分解,在高溫和電場雙重作用下,直接激發形成分子發光。
由于各種金屬鹵化物蒸發溫度不同,因此,這些粒子陸續蒸發參與發光,所以有不同的原子光譜相繼出現,隨著溫度的逐漸升高,電弧中金屬原子密度逐漸增加,產生共振吸收,原子特征光譜逐漸減弱直至消失,并向長波段擴展,由于燈溫進一步提高并建立熱平衡,于是全部金屬鹵化物蒸發,分子光譜隨之出現,光色及亮度也趨于穩定,燈內氣壓可達幾十個大氣壓,燈內電弧由低壓弧光放電轉為高壓弧光放電,燈兩端電壓由18~20V上升并逐漸穩定到100V左右,進入正常發光狀態。
電弧管內充有汞、惰性氣體和一種以上的金屬鹵化物。工作時,汞蒸發,電弧管內汞蒸氣壓達幾個大氣壓(零點幾個兆帕);鹵化物也從管壁上蒸發,擴散進入高溫電弧柱內分解,金屬原子被電離激發,輻射出特征譜線。當金屬離子擴散返回管壁時,在靠近管壁的較冷區域中與鹵原子相遇,并且重新結合生成鹵化物分子。這種循環過程不斷地向電弧提供金屬蒸氣。電弧軸心處的金屬蒸氣分壓與管壁處鹵化物蒸氣的分壓相近,一般為 1330~13300Pa。通常采用的金屬平均激發電位為4eV左右,而汞的激發電位為7.8eV。金屬光譜的總輻射功率可以大幅度超過汞的輻射功率。結果,典型的金屬鹵化物燈輸出的譜線主要是金屬光譜。充填不同種金屬鹵化物可改善燈的顯色性(平均顯色指數Ra為70~95)。汞電弧總輻射中僅有23%在可見光區域內,而金屬鹵化物電弧的總輻射則有50%以上在可見光區域內,燈的發光效率可高達120lm/W以上。 金屬鹵化物與電極、石英玻璃之間以及鹵化物相互之間在高溫下都會引起化學反應。金屬鹵化物容易潮解,極少量水的吸入可造成放電不正常,使燈管發黑。電極電子發射物質系采用氧化鏑、氧化釔、氧化鈧等,以防止發射物質與鹵素發生反應。電弧管內有些金屬(如鈉)會遷移,結果會使鹵素過量,導致鹵素負電性極強,引起電弧收縮和啟動電壓、工作電壓升高。金屬鹵化物燈僅靠觸發電極的作用是不能可靠啟動的,一般采用雙金屬片啟動器,或者采用有足夠高啟動電壓的漏磁變壓器,也有采用電子觸發器的。金屬鹵化物燈的點燃還需要限流器(即鎮流器),其工作電流比同功率高壓汞燈的要大一些。
金屬鹵化物燈的發光機理
金屬鹵化物燈主要依靠金屬鹵化物作為發光材料,金屬鹵化物以固體形態存在燈內。因此,燈內必須充有少量的引燃氣體氫或氙,以便點燃燈泡。燈點燃后,首先工作在低氣壓弧光放電狀態,此時燈兩極電壓很低,約18~20V,光輸出也很少,這時主要產生熱能,使整個燈體加熱,引入燈中的金屬鹵化物隨溫度升高不斷蒸發,成為金屬鹵化物蒸氣,在熱對流的作用下,不斷向電弧中心流動,一部分金屬鹵化物被電弧5500~6000K高溫分解,成為金屬原子和鹵素原子,在電場的作用下,金屬原子被激發發光;另一部分金屬鹵化物不被電弧高溫所分解,在高溫和電場雙重作用下,直接激發形成分子發光。 由于各種金屬鹵化物蒸發溫度不同,因此,這些粒子陸續蒸發參與發光,所以有不同的原子光譜相繼出現,隨著溫度的逐漸升高,電弧中金屬原子密度逐漸增加,產生共振吸收,原子特征光譜逐漸減弱直至消失,并向長波段擴展,由于燈溫進一步提高并建立熱平衡,于是全部金屬鹵化物蒸發,分子光譜隨之出現,光色及亮度也趨于穩定,燈內氣壓可達幾十個大氣壓,燈內電弧由低壓弧光放電轉為高壓弧光放電,燈兩端電壓由18~20V上升并逐漸穩定到100V左右,進入正常發光狀態。