气体篇分析和总结.docx

气体篇

荧光灯中依靠少量汞蒸汽放电辐射出波长为254nm的紫外线特征谱线，以及少量的其它紫外线和可见光。然而汞蒸汽压仅1.0Pa左右，汞原子浓度小，此时电子的平均自由程大，与汞蒸汽原子的碰撞机会很少，而易撞击到管壁或电极上，无法得到良好的放电状态。因此为了提高灯管的综合性能，必须充入惰性气体，下面将深入讨论气体压强，气体种类等对灯管性能的影响。

一、气体压力

荧光灯管中加入数托的惰性气体后，可使电子的平均自由程减小，大大增加了电子与汞原子的碰撞机会，减少了对管壁的撞击。通常荧光灯中选用氩气作为填充气体，其气压远高于汞汽压，电子与氩原子碰撞的几率高，绝大多数是弹性碰撞。这样使高速运动的电子减少，汞蒸汽原子的电离几率减小，有利于汞原子的激发，产生有效紫外线辐射强度提高。

填充气体的加入，电子温度会降低，各电子、原子、离子间碰撞几率增多，电子和正离子扩散到管壁的复合损失减少，改变填充气体压力可以调整电子温度，尽量使有效辐射能耗提高，其余能耗减少。因此，灯管的发光效率与填充气体压力密切相关。

在较低氩气压力下，发光效率随气压的升高而增大，因为气压升高使电子碰撞机会增多，汞原子受激发的几率增大，电子和正离子和管壁复合损失减少。当氩气压力超过1.5托时，发光效率又开始下降，因为电子和氩原子弹性碰撞中会损失一些能量。由于碰撞次数很多，每秒钟每个电子平均碰撞109次以上，所以总的能量损耗十分可观。另外，随氩气压力的升高，电子温度会降低，产生有效紫外线辐射强度减小，所以发光效率随氩气压力的增加而降低。

氩气压力的增大，使灯管的起动电压升高。Ar-Hg混合气体放电产生潘宁效应，使起动电压明显降低。亚稳态Ar*（63P2）的激发能为11.55eV，Hg原子的电离能为10.4eV，当两

者相碰撞时发生潘宁电离：

潘宁电离：Ar*+Hg→Ar+Hg++e+△E

主气体氩的激发原子使汞原子电离，导致电离效果明显改善，启动电压降低。

氢气压力的提高，可以抑制电子发射材料蒸发和溅射，延长灯管的寿命，有利于光通维持率以及减轻两端发黑，如气压过大、起动困难、光输出下降明显，压力小、光效高、易启动，而降低灯管寿命和光通维持率，灯管两端易发黑。十分清楚，荧光灯中充气压力的确定十分复杂，受多种因素牵涉，必须综合分析确定。如T12型40W荧光灯管中充1.8托氩气压力时，发光效率最高；充2托氩气时启动电压最低；考虑到灯管寿命和光维持率，一般充

入压力3托左右。

如果细管径的灯管，其正柱区电子温度升高，电子和离子的管壁复合损失增大，为了提高发光效率，可以适当增大填充气体压力，降低电子电子温度，减少电离损耗。当配用电子镇流器时，灯管处于高频工作状态，灯管的启动容易，电极功率减小，允许适当提高灯管电压降，所以充气压力也可以提高一些。充气压力的最后选择应通过反复试验，了解气压与光效、起动电压、寿命、光衰、早期黄黑等关系后，再给予确定。

二、气体组份

惰性气体可用作荧光灯中的填充气体，He、Ne、Ar、Kr、Xe的原子量依次增大，He最轻，Xe最重。汞离子在愈轻气体中扩散能力愈大，管壁的复合损失越高，电子温度和紫外辐射在He中最高，在Xe中最低。虽然惰性气体对灯管的光输出无多大作用，但是气体和电子之间的弹性碰撞会损失能量。如果用氪气来代替荧光灯中氩气，则弹性碰撞的能量损耗会减小，灯管的光效约提高5%。

在T12型标准荧光灯中，充氩的起动电压为160V，而在充氪的灯管中起动电压为240V，所以荧光灯中大多充氩作填充气体。Kr-Hg或Xe-Hg混合气体中不可能产生潘宁效应，因为Kr、Xe的亚稳态能级小于汞原子的电离电位，所以起动电压很高。另外，使用Kr和Xe的较重气体，光效上升不多，而价格非常贵。

Ar-Kr-Hg

T8型荧光灯可以替代T12型灯管，所以两者的灯电压和电流应该相同。管径26mm的T8灯的放电弧柱的电场强度、电子温度、轴上电子浓度都明显增大，为了降低电子温度，得到最有效的电子速度，以及减少弹性碰撞损耗，获得更良好的放电，选用含75%氪的氩氪混合气体作为填充气体。氪气与汞不会产生潘宁效应，不会影响着火电压。

氩氪混合气体的充气压强可适当降低至267Pa（2托）以下，有利于提高汞辐射紫外特征谱线的效率，减少电子和原子碰撞的体积损失，并且改善了起动性能。T8管的光效较高，功耗较低，但起动较迟缓，受环境温度的影响比较灵敏。

随着管径的缩小发光效率提高，采用纯氩的光效最高，纯氪的光效最低，因为在相同管径下，前者的电子温度和电场强度都高于后者，纯Kr时弹性碰撞损耗减少对光效提高有限，而使管压降减小，电流增大，造成发光效率降低比较明显。

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