روشنایی درمحیط کار
لامپ هالوژن تنگستن
لامپ هالوژن نوعی لامپ رشته ای است که در آن رشته به وسیله گازهای فشرده و خنثی و مقدار اندکی از عناصر هالوژن مانند ید و برم احاطه شده است.
چرخه موجود در لامپ های هالوژن که موجب ته نشین شدن مجدد تنگستن بخار شده بر روی رشته می شود نقش موثری در افزایش عمر این نوع لامپ های دارد.
در این لامپ ها به علت وجود همین چرخه امکان بالا بردن دمای رشته بدون کاهش یافتن عمر لامپ نسبت به لامپ های معمولی نیز به وجود می آید که به افزایش بهره وری این لامپ ها می انجامد.
این لامپ ها همچنین به علت اندازه کوچکترشان کابردهای خاصی در سیستم های روشنایی دارند.
تصویری ازیک لامپ هالوژن روشن
تاریخچه
اولین لامپ ها از این دست در سال 1959 به وسیله شرکت جنرال الکتریک (GE) روانه بازار شد.
در این لامپ ها از ید استفاده می شد و آنها را کوارتز- ید (Quartz Iodine) می نامیدند. خیلی زود برم نیز به عنوان عنصری مناسب و با مزیت برای این کار شناخته شد.
در آن زمان از این لامپ ها در کاربردهای خاص و برای روشنایی استادیوها , پروژکتورها و لامپ های خودرو استفاده می شد.
بعدها در اوایل دهه 1970 حباب های خاصی نیز برای این لامپ ها ایجاد شد که آلومینوسیلیکا نام داشت.
امروزه بالا رفتن تکنولوژی ساخت این لامپ ها موجب پایین آمدن قیمت این لامپ ها و افزایش بهره وری آنها شده و امکان استفاده از این نوع لامپ ها در کاربردهای مختلفی ایجاد شده است.
عملکرد
در این لامپ ها وظیفه هالوژن ایجاد یک چرخه شیمیایی است که در ان تنگستن بخار شده در اثر حرارت از روی سطح رشته دوباره بر روی آن ته نشین شود.
از آنجا که در لامپ های التهابی معمولی تنگستن بخار شده, بر روی حباب لامپ ته نشین می شود ته نشین نشدن تنگستن بر روی حباب در لامپ های هالوژن موجب تمیز ماندن حباب و ثابت ماندن نور لامپ در طول امر این لامپ ها می شود.
عملکرد هالوژن در در لامپ به این صورت است که هالوژن در قسمت های کم دما تر حباب با بخار تنگستن ترکیب می شود. این ترکیب با رسیدن با نقاط بسیار داغ لامپ یعنی روی رشته جداشده و دوباره به صورت هالوژن و تنگستن در می آید و به این ترتیب هالوژن تنگستن بخار شده را دوباره به رشته بازمی گرداند.
برای آنکه هالوژن و بخار تنگستن با هم ترکیب شیمیایی شوند دمای داخلی حباب لامپ باید از لامپ های معمولی بیشتر باشد. برای جلوگیری از آسیب دید ن حباب در این دما حباب این لامپ ها باید از کوارتز یا انواع دیگر شیشه ها با دمای ذوب بالا (مانند آلومینوسیلیکا) ساخته شود.
از آنجایی که کوارتز از مقاومت خوبی در مقابل فشار برخوردار است استفاده از این ماده این امکان را فراهم می آورد تا فشار گاز داخل حباب افزایش یابد و افزایش فشار گازهای داخل حباب باعث کاهش تبخیر تنگستن از روی رشته و افزایش عمر لامپ می شود.
به هر حال در این لامپ ها تنگستن بخار شده معمولا بر روی محل اولیه خود ته نشین نمی شود و در نهایت رشته در قسمت هایی که بیشتر گرم می شوند نازک شده و قطع می شود.
ملاحظات ایمنی
از انجایی که لامپ های هالوژن در دمایی بیشتر از دمای لامپ های معمولی کار می کنند امکان ایجاد مخاطرات به ویژه آتش سوزی به وسیله این لامپ نیز از لامپ های معمولی بیشتر است.
از طرف دیگر حباب این لامپ ها به علت نزدیک بودن به رشته یا فیلامان دارای حرارت بالاتری است. از این جهت استفاده از محافظ ها و پوشش های مناسب برای این لامپ ها به ویژه در توان های بالاتر از 1 یا 2 کیلووات ضروری است.
استفاده از این گونه لامپ ها در نزدیکی پارچه یا دیگر مواد قابل اشتعال می تواند خطراتی را به دنبال داشته باشد.
افزون بر این امکان ایجاد آفتاب سوختی بر روی پوست پس از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور این نوع لامپ ها به علت تششعات ماورای بنفش نیز وجود دارد.
برای کاهش دادن تششعات ماورای بنفش و جلوگیری از برخورد اجسام خارجی با حباب لامپ این لامپ ها معمولا دارای یک شیشه خارجی جذب کننده ماورای بنفش هستند.
انواع
هالوژن خودرو
معمولا این لامپ های برای ولتاژ 12 ولت طراحی می شوند و لامپ های 6 یا 24 ولت نیز از این نوع برای کاربردهای دیگر ساخته می شود.
یک رشته ای (Single filament) در توان های 55 تا 100 وات
H1 رشته محوری (مدل قدیمی تر(
H2 رشته محوری
H3 رشته متقاطع, با کابل مقاوم در برابر حرارات
H4 دو رشته ای برای نور بالا, 55 تا 100 وات برای نورپایین و 60 تا 130 وات برای نوربالا
H7
روشنایی صحنه
Par 64
خاص
لامپ های نورافکن
فناوری های لامپ های چراغ های جلو خودرویی
الف – لامپ های هالوژن- تنگستن ثابت لامپ تنگستن – هالوژن به لامپ التهابی غیرهالوژنی شباهت زیادی دارد و در آن از یک فیلامان تنگستنی واقع در یک حباب شیشه ای شفاف و پر از نوعی گاز استفاده می شود.
تفاوت های عمده عبارتند از: وجود مقداری اندک از بخار یک هالوژن (ید یا برم) که به گاز خنثای درون حباب اضافه شده است و همچنین فشار گاز و دمای کار این لامپ ها که بسیار بالاتر از لامپ های غیرهالوژنی است.
حباب لامپ هالوژن از (Fused Quartz، سیلیکا، SiO2)، شیشه با سیلیکای با ( High Silica Glass) یا شیشه آلومینو سیلیکات سخت ساخته می شود تا فشارها و دماهای بالای کار را تحمل کند.
(Hard glass) در نمونه های اولیه این لامپ ها از جنس Fused Quartz و بخار ید استفاده می شد و به همین دلیل به آنها «لامپ های کواترز- ید» گفته می شد. اکنون به خاطر اینکه هم از هالوژن های دیگر و هم مواد دیگر در ساخت حباب استفاده می شود از نام عمومی تر تنگستن- هالوژن استفاده می شود.
لامپ های هالوژن- تنگستن در چرخه بازتولید هالوژن کار می کنند و این چرخه باعث می شود که در سراسر عمر لامپ، خروجی نور و دمای رنگ آن باشد.
مهم ترین مشخصه لامپ هالوژن- تنگستن، چرخه هالوژن است. در لامپ های رشته ای تنگستن- هالوژن، اندکی از مولکول های تنگستن از روی فیلامان داغ تبخیر می شوند و توسط جریان های همرفتی موجود در گاز خنثای موجود در حباب لامپ، به نواحی نسبتاً سردتر مجاور دیواره داخلی حباب لامپ برده می شوند و از آنجا بر روی شیشه می نشینند.
ضخامت این لایه رفته رفته زیادتر می شود . این پدیده از دو جهت باعث کاهش خروجی لومن و بازدهی لامپ می شود. اول، نشست تنگستن بر روی دیواره حباب لامپ باعث ایجاد لایه ای کدر می شود که لایه کدر بخشی از نور لامپ را جذب می کند.
بنابراین نور خروجی کلی را کاهش می دهد.
دوم آنکه تبخیر شدن تنگستن از روی فیلامان باعث نازک شدن آن و افزایش مقاومت الکتریکی و در نتیجه (در ولتاژ ثابت) باعث کاهش جریان، ولتاژ ، سطح لومن، لومن بر وات و دمای رنگ نور می شود.
در لامپ های تنگستن- هالوژن، اثرهای توصیف شده در بالا، به دلیل وقوع چرخه هالوژن کاهش یافته یا به تاخیر انداخته می شوند.
این پدیده، همچنان که پیش از این نیز گفته شده است به وسیله اختلاف دما بین فیلامان و حباب رخ می دهد. به طور کلی در طی این چرخه: 1. فیلامان، گاز درون حباب و حباب شیشه ای در ابتدا هم دما هستند و دمای آنها در حالت شروع سرد، برابر با دمای محیط است.
2. وقتی که توان الکتریکی به سیستم داده می شود، فیلامان به سرعت به دمای کار رسانده می شود (بسته به نوع کاربرد بین 2800 تا 3400 درجه کلوین) و باعث گرم شدن گاز می شود. در شرایط کار لامپ، دمای پوشش شیشه ای بین 400 تا 1000 درجه سلسیوس است. در نتیجه دمای گاز درون لامپ بین دو حد دمایی بالا خواهد بود یعنی بین دمای فیلامان و دمای شیشه. اختلاف دما در گاز باعث اختلاف چگالی گاز در نواحی مختلف لامپ می شود. در نتیجه می توان گفت که وجود این اختلاف دما باعث حرکت همرفتی گاز می شود. 3. پس از شروع به کار لامپ، دمای دیواره شیشه ای افزایش می یابد و هنگامی که دمای آن به حدود 200 تا 250 درجه سلسیوس رسید چرخه هالوژن آغاز می شود. دمای دقیق آغاز این چرخه به نوع و مقدار بخار هالوژن بستگی دارد. مولکول های تنگستن تبخیر شده از روی فیلامان با بخار هالوژن ترکیب شده و یک هالید تنگستن (یدید- تنگستن یا برمید- تنگستن) تشکیل می دهند. این هالید بر روی دیواره داغ حباب نمی نشیند بلکه همراه با جریان همرفتی گاز به ناحیه مجاور فیلامان برمی گردد.
4. در مجاورت فیلامان، دما در حدود 2500 درجه سلسیوس است. در اینجا هالید تنگستن تجزیه شده و به اتم های تنگستن و یون های هالید تجزیه می شود. بنابراین اتم های تنگستن بر روی فیلامان می نشینند. 5. پس از تجزیه هالید تنگستن، بخار هالوژن به جریان همرفتی گاز پیوسته و به ادامه یافتن این چرخه کمک می کند.
ب- لامپ تخلیه شدت بالا یا HID
اساس کار این لامپ ها، تشکیل قوس الکتریکی بین دو الکترود بلا فاصله مشخص، واقع در محیط گازی است. در این محیط همچنین ترکیبات هالید، فلز خاصی قرار داده می شود که طیف رنگ تولید شده را هر چه بیشتر به نور سفید نزدیک می کند.
به همین دلیل به لامپ های HID، لامپ هالید فلز هم گفته می شود. اغلب از لامپ های مورد استفاده در چراغ جلوهای HID خودرویی با عبارت لامپ های زنونی یاد می شود. این لامپ ها نوع ویژه ای از لامپ های هالید فلز هستند. بنابراین در ادامه این بحث منظور از لامپ HID خودرویی یا لامپ زنونی، لامپ HID هالید فلز است.
در این نوع لامپ، دو حباب شیشه ای وجود دارد. حباب بیرونی لوله شکل و به قطر حدود 10 میلی متر است. درون این حباب، حباب دیگری قرار دارد که محل تشکیل قوس است و به آن لوله تخلیه گفته می شود. حباب بیرونی از جنس کوارتز خاص نظیر کوارتز آلاییده با سریم (se) ساخته می شود که جلوی عبور بیشتر UV تولید شده در قوس به خصوص طول موج های کوتاه و متوسط این باند را می گیرد
پ- چراغ جلوی خودرویی با لامپ دیودی(LED) از هنگامی که کادیلاک، اولین لامپ عقب کاملاً دیودی را روی مدل Deville- 2000 خود نصب کرد تاکنون پیشرفت های فناوری LED در حدی بوده که از آنها در لامپ های ترمز نیز استفاده می شود، اما مفهوم چراغ جلوهای دیودی نیز خیالی نیست.
اکنون، تقریباً همه سازندگان خودرو در نمایشگاه ها، خودروهای مجهز به چراغ جلوهای LED را در معرض نمایش قرار می دهند و به سوی کسب آمادگی های لازم برای تولید انبوه این محصولات حرکت می کنند. این هدف، با توجه به رشد سریع میزان نور قابل دستیابی با LEDهای سفید، ممکن شده است.
هم اکنون LEDهای سفید با شار نوری تا 60 لومن و درخشندگی حدود cd/m2ا9 در دسترس قرار دارند. خوب است نگاهی به همین پارامترها برای لامپ های چراغ جلوی خودرویی کنونی بیندازیم، یک لامپ هالوژن H7 یعنی همان نوعی که اکنون در چراغ جلوهای پروژکتوری پژوپارس به کار می رود 1500 لومن تامین می کند و روشنایی آن حول و حوش cd/mm2ا30 است، البته همین پارامترها برای لامپ های زنونی (HID) بسیار بیشتر است.
این مقایسه، نشان می دهد که چالش پیش روی طرح های اپتیکی برای قابل کاربرد کردن چراغ جلوهای خودرویی دیودی، در دستیابی به سطوح بالای بازدهی و همچنین استفاده خوب از مساحت روزنه ای است که در دسترس قرار دارد.