什么是金属卤化物灯?

[拼音]：jinshu luhuawudeng

[外文]：metal halide lamp

将金属卤化物充入电弧管内，利用金属原子电离激发发光的电光源。具有发光效率高、色温高、显色性好等特点。

1911年，施泰因梅茨发现，在汞放电灯中加进各种金属碘化物时，放电电弧中就会产生这些金属的光谱。但是，当时的放电管温度受玻璃软化点的限制，其光谱强度微弱。1953年，制成放电中采用碘化钍、不需要电极的微波激发石英发光灯，它产生亮白色的钍发射谱线。50年代末，为了改进高压汞灯的光色，进行了在汞电弧管内充入各种金属及金属卤化物的试验。1961年，第一支金属卤化物灯问世，灯内的发光物质不再是汞，而是金属卤化物（钠、铊、铟的碘化物）。此后，金属卤化物灯得到进一步研究和发展。

金属卤化物灯的分类方法很多，按填充物可分为4类：

（1）钠铊铟类。具有线状光谱，在黄、绿、蓝区域分别有 3个峰值。

（2）钪钠类。在整个可见光范围内具有近似连续的光谱。

（3）镝钬类。在整个可见光谱范围内具有间隔极窄的多条谱线，近似连续光谱。

（4）卤化锡类。具有连续的分子光谱。此外还有充填单一金属卤化物的灯，它能发射特定波长的光谱，如铊灯具有535nm波长光谱、绿色。

按灯的结构可分为3类：

（1）石英电弧管内装两个主电极和一个启动电极，外面套一个硬质玻壳（有直管形和椭球形两种）的卤钨灯。这类灯主要用于体育场、道路、厂房等处的普通照明。

（2）直管形电弧管内装一对电极，不带外玻壳，可代替直管形卤钨灯，用于体育场等地区泛光照明。

（3）不带外玻壳的短弧球形卤钨灯、单端或双端椭球形的卤钨灯。主要用于电影放映和电影、电视的拍摄照明。

一般来说，带硬质玻璃外玻壳（也可采用石英外玻壳）的卤钨灯，发光效率约75～120lm/W，寿命从数千小时至两万小时；直管形电弧管卤钨灯的发光效率约 90lm/W，寿命1000～2000小时；短弧球形卤钨灯的发光效率为90～120lm/W，寿命为数百小时。金属卤化物的最大功率为10kW，最小的可低到25W，供家庭照明使用。

电弧管内充有汞、惰性气体和一种以上的金属卤化物。工作时，汞蒸发，电弧管内汞蒸气压达几个大气压（零点几个兆帕）；卤化物也从管壁上蒸发，扩散进入高温电弧柱内分解，金属原子被电离激发，辐射出特征谱线。当金属离子扩散返回管壁时，在靠近管壁的较冷区域中与卤原子相遇，并且重新结合生成卤化物分子。这种循环过程不断地向电弧提供金属蒸气。电弧轴心处的金属蒸气分压与管壁处卤化物蒸气的分压相近，一般为 1330～13300Pa。通常采用的金属平均激发电位为4eV左右，而汞的激发电位为7.8eV。因此，金属光谱的总辐射功率可以大幅度超过汞的辐射功率。结果，典型的金属卤化物灯输出的谱线主要是金属光谱。因此，充填不同种金属卤化物可改善灯的显色性（平均显色指数Ra为70～95）。汞电弧总辐射中仅有23％在可见光区域内，而金属卤化物电弧的总辐射则有50％以上在可见光区域内，灯的发光效率可高达120lm/W以上。

金属卤化物与电极、石英玻璃之间以及卤化物相互之间在高温下都会引起化学反应。金属卤化物容易潮解，极少量水的吸入可造成放电不正常，使灯管发黑。电极电子发射物质系采用氧化镝、氧化钇、氧化钪等，以防止发射物质与卤素发生反应。电弧管内有些金属(如钠)会迁移，结果会使卤素过量，导致卤素负电性极强，引起电弧收缩和启动电压、工作电压升高。金属卤化物灯仅靠触发电极的作用是不能可靠启动的，一般采用双金属片启动器，或者采用有足够高启动电压的漏磁变压器，也有采用电子触发器的。此外，金属卤化物灯的点燃还需要限流器（即镇流器），其工作电流比同功率高压汞灯的要大一些。

金属卤化物灯还有一些问题要解决，如光色不一致性，需要附加装置（触发器、镇流器）等。但总的来说，由于金属卤化物灯能很好地符合照明要求（见图和表），它的发展将在照明技术中引起重大的突破。

除了在大面积照明场所发挥优势外，人们将研究和开发适用于家庭、办公室和商业照明的小功率金属卤化物灯，在工业、农业和其他特殊领域中应用的金属卤化物灯以及附有紧凑的电子触发器、镇流器一体化装置的金属卤化物灯。

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