Aceste lămpi au o presiune internă de ordinul unui bar până la zece bare. Ca rezultat, gazul ionizat responsabil pentru emisia de lumină este mult mai luminos și mai cald. Astfel, puterile superioare pot fi disipate într-un spațiu de câțiva centimetri. Primele lămpi de acest tip au fost create la începutul XX - lea secol și în principal , cuprind:
Prima lampă care utilizează mercur de înaltă presiune pentru emisia de lumină a fost inventată de Way în Marea Britanie în 1860 . Era un arc de carbon care funcționa într- o atmosferă de aer și mercur. Abia în 1906 s- a văzut dezvoltarea de către Küch și Retschinsky a unei lămpi de cuarț care avea să se aplice în principal în medicină și fizică, deși o versiune adaptată pentru iluminatul industrial a fost produsă în 1909 (lampa „silice” de la Westinghouse).
Abia în 1932 a început era lămpilor cu vapori de mercur de înaltă presiune. Anul acesta, General Electric Company va fi prima care va oferi o lampă cu vapori uscați de 400 de wați, complet sigilată , pentru a înlocui sursele incandescente de 1.000 de wați utilizate pe scară largă pentru iluminatul stradal și industrial. Succesul acestor lămpi va fi orbitor și, din 1935 , toți producătorii majori de lămpi ( Siemens , GE, Osram , Philips etc.) le vor oferi spre vânzare. Aceste lămpi timpurii aveau o presiune de vapori de mercur limitată la o singură atmosferă deoarece sticla de aluminosilicat a fost utilizată în construcția tuburilor cu arc . Abia în anul 1933 până la anul 1935 că C. Bol, de la Philips și D. Gabor de la Siemens inventat de tungsten cuarț sigilii care ar permite utilizarea lămpilor cu presiune de vapori de până la 80 bari . În practică, acest lucru nu va depăși 15 bare în lămpile de uz general.
Aceste lămpi de cuarț au suferit de atunci multe schimbări care și-au mărit durata de viață la 28.000 de ore, deși în practică acest timp este adesea depășit. Printre modificările notabile se numără utilizarea unei pulberi fluorescente pe suprafața interioară a plicului, transformând radiația UV emisă de arcul de mercur în lumină roșie. Acesta din urmă umple un gol în spectrul de mercur, compus în principal din șapte dungi albastre, verzi și portocalii, conferind pielii un aspect cadavru. În ciuda acestei modificări, CRI scăzut (Ra50) al acestor lămpi le rezervă în primul rând pentru aplicații utilitare în care calitatea luminii nu este un factor major. IRC poate fi totuși îmbunătățit prin utilizarea unui strat de pulbere fluorescentă mai gros, de altă natură sau cu un filtru maro-auriu, dar acest lucru are ca rezultat o scădere notabilă a eficienței lămpii.
Lămpile cu vapori de mercur de înaltă presiune constau dintr-un tub de descărcare de cuarț închis într-un bec umplut cu azot. Tubul de descărcare are doi electrozi de tungsten la fiecare capăt, precum și unul sau doi electrozi de ardere mici conectați la electrozii principali prin rezistențe. Acest tub este umplut cu argon sub presiune scăzută și o picătură de mercur care va fi complet vaporizată în condiții normale de funcționare. Amestecul argon - mercur și utilizarea electrozilor auxiliari permit pornirea acestor lămpi la tensiunea de rețea în Europa. În alte țări, cum ar fi Statele Unite sau Japonia , tensiunea de linie nu este suficient de mare.
Tubul de refulare este situat într-un al doilea bec, mai mare, pentru a preveni oxidarea cablurilor de curent de molibden . În plus, becul exterior protejează tubul arcului de orice contact exterior și blochează radiațiile UV cancerigene emise de descărcare. Toate lămpile actuale au un strat fluorescent de fosfovanadat de itriu care acoperă suprafața interioară a becului exterior. Această acoperire este excitată de emisiile de UV provenind de la arcul de mercur și radiază lumină roșie care, combinată cu spectrul de mercur, are ca rezultat o lumină albă nuanțată rece.
Unele lămpi (numite lumină mixtă) au și un filament de tungsten conectat în serie cu tubul de descărcare. Acest filament reglează curentul lămpii, astfel încât să nu fie necesar niciun alt circuit de reglare. În plus, lumina roșie emisă de incandescență îmbunătățește nuanța generală a acestor lămpi.
Surse de alimentareÎn Europa și în alte țări în care tensiunea de rețea este mai mare de 200 V, aceste lămpi sunt conectate în serie cu un autoinductor care reglează curentul de descărcare. Schimbarea de fază indusă între curent și tensiunea lămpii este compensată de un condensator , ales astfel încât factorul de putere să fie cel puțin egal cu 0,80.
În țările în care tensiunea de rețea este de numai 100-120 V, se utilizează autotransformatoare dispersate în flux care reglează curentul lămpii și îi permit pornirea corectă.
Linie de produseÎn prezent, sursele disponibile variază de la 40/50 wați până la 1000 wați, modelele de 2000 wați fiind încă disponibile în Japonia, dar pe drum. Până în prezent există patru tipuri de lămpi pentru iluminatul industrial și public:
tip standard Acoperirea fluorescentă este fosfovanadat de itriu, conferind lămpii o temperatură de culoare cuprinsă între 3550 K și 4200 K, cu un CRI moderat la Ra50 care limitează utilizarea acestor lămpi la industrii și drumuri publice.
tip de lux
O grosime mai mare de pulbere fluorescentă conferă acestor lămpi o nuanță mai caldă, situată în prima jumătate a 3000 K. Aceste surse sunt mai potrivite pentru iluminat în zone dens populate, deși CRI-ul lor de Ra57 nu este permis pentru utilizare comercială.
tip super deluxe
Un filtru maro auriu este utilizat pentru a reduce cantitatea de lumină albastră și verde din radiația acestor lămpi, rezultând o nuanță mai caldă. Cu toate acestea, IRC rămâne modest la Ra60, iar eficiența luminoasă se reduce mult, dar rămâne aproape de două ori mai mare decât cea a unei lămpi incandescente.
tip de lumină mixtă
În aceste lămpi, un filament incandescent este conectat în serie cu tubul arc. Acest filament acționează ca un balast, ceea ce înseamnă că lampa poate fi conectată la rețea fără nici un fel de aparat de comutare. În plus, arcul cu mercur și lumina filamentului conferă lămpii o nuanță călduță de calitate decentă cu un CRI de Ra68, cu prețul unei eficiențe luminoase relativ slabe. Aceste lămpi sunt potrivite pentru înlocuirea lămpilor cu incandescență din instalațiile industriale.
În plus față de această gamă, există modele cu destinație specială. Se remarcă patru tipuri de lămpi:
tip lumină neagră Aceste lămpi au un înveliș din sticlă din lemn (conținând o concentrație mare de nichel și oxid de fier) care absoarbe radiațiile vizibile și transmite grupul de raze UVA de mercur la 365 nm .
tip radiație solară Aceste lămpi au un bec exterior din sticlă dură care transmite radiații UV-A și UV-B, precum și lumină vizibilă. Aceste lămpi sunt utilizate pentru studiul îmbătrânirii artificiale a materialelor și reproducerea documentelor.
de tip UV scurt Alcătuit dintr-o carcasă de cuarț, aceste surse sunt utilizate pentru dezinfectarea apei și întărirea cleiurilor și cernelurilor.
tip spectral Acestea sunt lămpi de laborator, care radiază în UV sau nu, utilizate pentru experimente de fluorescență și spectroscopie.
Dacă aceste lămpi au fost foarte populare în anii 1950 - 60 , ele sunt acum înlocuite de surse de vapori de sodiu de înaltă presiune și halogenuri metalice, care au o eficiență mult mai bună și culoarea luminii emise mai plăcută. Cu toate acestea, ușurința utilizării lămpilor cu mercur, precum și costul redus și durabilitatea acestora înseamnă că acestea vor fi utilizate mult timp în instalațiile de iluminat public și industrial.
În cele din urmă, în următorii câțiva ani, sursele de descărcare ar lăsa loc majorității aplicațiilor cu diode emițătoare de lumină. Cu toate acestea, eficiența lor luminoasă și calitatea foarte slabă a luminii încă le limitează utilizarea la aplicații cu putere redusă.
Lampa cu vapori de mercur nu s-a stabilit niciodată cu adevărat în afara iluminatului industrial și rutier, deoarece lumina emisă rămâne slabă în calitate, chiar și cu utilizarea pulberilor fluorescente. S-au studiat diferite soluții pentru a îmbunătăți aceste lămpi. Încă din 1912 , C. Steinmetz a propus adăugarea de cadmiu și zinc în arcurile de mercur pentru a oferi un spectru mai bogat, în special în roșu, dar a avut ca rezultat invariabil o reducere considerabilă a eficienței luminoase.
Abia la sfârșitul anilor 1950, studii independente au arătat că adăugarea sărurilor metalice fie a crescut eficiența luminoasă, fie a îmbunătățit calitatea luminii emise, dar nu și ambele. În 1961 , General Electric a introdus prima lampă comercială cu halogenuri metalice, care a fost, de fapt, o lampă cu vapori de mercur cu iodură de sodiu , a cărei radiație roșu-portocalie a completat spectrul de mercur. Această nouă lampă nu a fost pe deplin satisfăcătoare deoarece, dacă redarea culorilor a fost mai bună, lumina emisă avea o nuanță destul de roz. Abia în 1965 am reușit să obținem o nuanță bună de lumină în timp ce dublăm sau chiar triplăm eficiența luminoasă.
Din anii 1970 , au existat relativ puține îmbunătățiri în această tehnologie. Excepțiile majore sunt introducerea lămpilor compacte în 1981 , surse utilizate pentru iluminatul comercial (magazine, ferestre etc.) și utilizarea, în 1994 , a tuburilor cu arc (arzător) în alumină sinterizată, permițând un câștig de 30-50% pe eficiență luminoasă cu redare mai bună a culorilor. O variantă a acestei tehnologii a apărut și în 1991: farurile cu xenon care echipează în continuare autovehicule de ultimă generație și cu siguranță vor înlocui lămpile cu halogen pentru iluminarea electrică a vehiculelor pe termen lung.
Astăzi, sursele de halogenuri metalice oferă cel mai bun compromis între calitatea luminii și eficiența luminoasă. Cu toate acestea, prețul acestor lămpi este mai mare decât sursele de mercur și necesită, de asemenea, echipamente mai complexe. În plus, sărurile metalice corodează materialul tubului arc, ceea ce face durata de viață mai scurtă. În ciuda acestor dezavantaje, aceste lămpi s-au stabilit foarte mult în iluminatul comercial și sport în care este necesară o înaltă calitate a luminii, garantând în același timp economii substanțiale de energie în comparație cu lămpile cu incandescență. Îmbunătățirea și miniaturizarea constantă a lămpilor cu arzător ceramic și alimentarea electronică a acestora au făcut ca aceste lămpi să se impună și mai mult, și acest lucru în zonele rezervate până acum pentru lămpile cu halogen compacte.
Majoritatea lămpilor cu halogenuri metalice sunt similare în construcție cu lămpile cu vapori de mercur de înaltă presiune. Un tub de descărcare de cuarț, prevăzut cu doi electrozi de tungsten, este închis într-un bec extern. În plus față de argon și mercur, tubul de descărcare este dozat cu diverse săruri metalice, a căror compoziție și cantitate depind de tipul de lumină și de performanța dorită. Distanța dintre electrozi este mai mică decât pentru lămpile cu vapori de mercur pentru a permite o disipare mai mare a puterii per centimetru de arc. Capetele tubului de evacuare sunt, de asemenea, acoperite cu un depozit alb de zirconiu sau oxid de aluminiu pentru a crește temperatura celui mai rece punct. Toate aceste măsuri permit obținerea unei presiuni de vapori a sărurilor metalice cât mai mare posibil pentru a maximiza emisiile de lumină.
O altă tehnologie cu tuburi de descărcare folosește alumină policristalină sinterizată în loc de cuarț. Această schimbare de material permite o temperatură mai mare de funcționare și un câștig de 20 până la 30% din eficiența luminoasă. Geometria acestor tuburi este, de asemenea, mult mai bine controlată decât cea a tuburilor de cuarț, rezultatul fiind că dispersia temperaturii culorii într-un grup de lămpi este considerabil redusă.
Prezența sărurilor metalice în aceste lămpi are ca rezultat pronarea treptată a halogenurii de mercur gaz în tubul de descărcare. Deoarece acest gaz este electronegativ, tensiunea de aprindere tinde să crească în timp. În timp ce în Europa și în majoritatea celorlalte țări este utilizată tensiunea înaltă pentru a aprinde aceste lămpi, cele din America de Nord au electrozi auxiliari, similari cu cei ai lămpilor cu mercur, și aprinși la tensiuni mai mici.
Surse de alimentareLămpile cu halogenuri metalice din țări cu o tensiune de rețea mai mare de 200 V sunt furnizate de un autoinductor conectat în serie cu lampa. Un demaror electronic este conectat în serie sau în paralel și generează impulsuri de 3-4 kV pentru a porni lampa. Țările cu o tensiune de rețea de ordinul 100-120 V utilizează autotransformatoare dispersate în flux, cu o tensiune fără sarcină de ordinul 350 V. Această tensiune este suficient de mare pentru a permite lămpilor prevăzute cu electrozi auxiliari să se amorseze corespunzător.
Utilizarea balasturilor electronice devine acum din ce în ce mai frecventă și este aproape sistematică în iluminatul din magazine și centre comerciale. Utilizarea electronice face posibilă îmbunătățirea performanței lămpilor și oferă opțiuni precum variația intensității luminii sau detectarea automată a sfârșitului de viață al lămpii.
Linie de produseExistă o gamă întreagă de lămpi cu halogenuri metalice a căror umplere corespunde unei anumite lumini și, prin urmare, unei utilizări specifice. Temperatura culorii variază de la 2700 K (alb cald) până la 6500 K (lumina zilei) și mai mult pentru utilizări speciale. În ceea ce privește puterea, gama se extinde de la 10 wați, pentru torțe de scufundări, până la 3500 wați pentru iluminarea stadioanelor și a spațiilor mari.
Lămpile cu halogenuri metalice prezintă viitorul lămpilor cu descărcare de înaltă presiune pe măsură ce evoluția performanței lor continuă să crească; în fiecare lună există o nouă lampă de acest tip sau o îmbunătățire care este introdusă, în timp ce în alte tehnologii evoluția a atins un platou. Dacă nu se produce nicio inovație majoră în domeniul lămpilor cu vapori de sodiu și mercur, atunci sursele de halogenuri metalice vor prevala fără a fi împărțite în iluminatul urban din centrul orașului și poate chiar în iluminatul de uz casnic.
Interesul pentru utilizarea sodiului este cunoscut încă din anii 1930, când s-au născut primele lămpi care funcționau cu acest vapor sub presiune scăzută. Deși aceste lămpi au cea mai bună eficiență posibilă astăzi, redarea lor foarte slabă a culorilor și dimensiunile lor destul de mari își limitează aplicațiile la iluminatul stradal. Prin urmare, sa considerat foarte devreme creșterea presiunii vaporilor pentru a disipa mai multă putere pe unitate de lungime și pentru a îmbogăți spectrul emis pentru a face lumina mai plăcută ochiului.