آشنایی با لامپ هالوژن تنگستن

آشنایی با لامپ هالوژن تنگستن

تهیه توسط خانم ها دلزنده و عباسی

لامپ هالوژن نوعی لامپ رشته‌ای 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 لامپ‌های هالوژن که موجب ته‌ نشین شدن مجدد تنگستن بخار شده بر روی رشته می‌شود نقش موثری در افزایش عمر این نوع لامپ‌های دارد.

در این لامپ‌ها به علت وجود همین چرخه امکان بالا بردن دمای رشته بدون کاهش یافتن عمر لامپ نسبت به لامپ‌های معمولی نیز به وجود می‌آید که به افزایش بهره‌وری این لامپ‌ها می‌انجامد.

این لامپ‌ها همچنین به علت اندازه کوچکترشان کابردهای خاصی در سیستم‌های روشنایی دارند.

تصویری از یک لامپ هالوژن روشن

تاریخچه

اولین لامپ‌ها از این دست در سال 1959 به وسیله شرکت جنرال الکتریک (GE) روانه بازار شد.

در این لامپ‌ها  از ید استفاده می‌شد و آنها را  کوارتز- ید  (Quartz Iodine) می‌نامیدند. خیلی زود برم نیز به عنوان عنصری مناسب و با مزیت برای  این  کار شناخته  شد.

در آن زمان از این لامپ‌ها در کاربردهای خاص و برای روشنایی استادیوها, پروژکتورها  و  لامپ‌ های  خودرو استفاده  می‌ شد.

بعدها در اوایل دهه 1970 حباب‌های خاصی نیز برای این لامپ‌ها ایجاد شد که آلومینوسیلیکا نام داشت.

امروزه بالا رفتن تکنولوژی ساخت این لامپ‌ها موجب پایین آمدن قیمت این لامپ‌ها و افزایش بهره‌وری آنها شده و امکان استفاده از این نوع لامپ‌ها در کاربردهای مختلفی ایجاد شده است.

عملکرد

در این لامپ‌ها وظیفه هالوژن ایجاد یک چرخه شیمیایی است که در ان تنگستن بخار شده در اثر حرارت از روی سطح رشته دوباره بر روی آن ته‌نشین شود.

از آنجا که در لامپ‌های التهابی معمولی تنگستن بخار شده, بر روی حباب لامپ ته‌نشین می‌شود ته‌نشین نشدن تنگستن بر روی حباب در لامپ‌ های  هالوژن  موجب تمیز ماندن حباب  و ثابت ماندن نور لامپ در طول امر این لامپ‌ها می‌شود.

عملکرد هالوژن در در لامپ به این صورت است که هالوژن در قسمت‌ های کم دما‌تر حباب با بخار تنگستن  ترکیب می‌شود. این ترکیب با رسیدن با نقاط بسیار داغ لامپ یعنی روی رشته جداشده و دوباره به صورت هالوژن و تنگستن در می‌آید و  به این ترتیب هالوژن تنگستن بخار شده را دوباره به رشته بازمی‌گرداند.

برای آنکه هالوژن و بخار تنگستن با هم ترکیب شیمیایی شوند دمای  داخلی  حباب لامپ باید  از  لامپ‌های  معمولی  بیشتر باشد.     برای  جلوگیری  از آسیب دید ن  حباب  در این دما حباب  این  لامپ‌ها  باید از کوارتز یا انواع دیگر شیشه‌ها  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 می‌آورد تا فشار گاز داخل حباب افزایش یابد و افزایش فشار گازهای داخل حباب  باعث  کاهش  تبخیر تنگستن از روی رشته و افزایش عمر لامپ می‌شود.

به هر حال در این لامپ‌ها تنگستن بخار شده معمولا بر روی محل  اولیه  خود  ته ‌نشین  نمی‌شود  و  در نهایت رشته  در قسمت‌هایی که بیشتر گرم می‌شوند نازک شده و قطع می‌شود.

ملاحظات ایمنی

از انجایی که لامپ‌های هالوژن در دمایی بیشتر از دمای لامپ‌های معمولی کار می‌کنند امکان ایجاد مخاطرات به ویژه آتش‌سوزی به وسیله این لامپ نیز از لامپ‌های معمولی بیشتر است.

از طرف  دیگر حباب این لامپ‌ها به علت نزدیک  بودن به رشته یا فیلامان دارای حرارت بالاتری است. از این جهت استفاده از محافظ‌ها و پوشش‌های مناسب برای این لامپ‌ها به  ویژه در توان‌های بالاتر از 1 یا 2 کیلووات ضروری است.

استفاده از این گونه لامپ‌ها در نزدیکی پارچه یا دیگر مواد قابل اشتعال می‌تواند 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 لامپ‌ها به علت تششعات ماورای بنفش نیز وجود دارد.

برای کاهش دادن تششعات  ماورای بنفش و جلوگیری از برخورد اجسام خارجی با حباب لامپ این لامپ‌ها معمولا دارای یک شیشه خارجی جذب‌کننده ماورای بنفش هستند.

انواع لامپ های هالوژنه

هالوژن خودرو

معمولا این لامپ‌های برای ولتاژ 12 ولت طراحی می‌شوند و لامپ‌های 6 یا 24 ولت نیز از این نوع برای کاربردهای دیگر ساخته می‌شود.

یک رشته‌ای (Single filament) در توان‌های 55 تا 100 وات

• H1 رشته محوری (مدل قدیمی‌تر(
• H2 رشته محوری
• H3 رشته متقاطع, با کابل مقاوم در برابر حرارات
• H4 دو رشته‌ای برای نور بالا, 55 تا 100 وات برای نورپایین و 60 تا 130      وات برای نوربالا
• H7

روشنایی صحنه

Par 64

خاص

لامپ‌های نورافکن

 

فناوری های لامپ‌های چراغ‌های جلو خودرویی

الف – لامپ‌های هالوژن- تنگستن
ثابت لامپ تنگستن – هالوژن به لامپ التهابی غیرهالوژنی شباهت زیادی دارد و  در آن از یک  فیلامان تنگستنی   واقع در یک  حباب  شیشه‌ای  شفاف  و پر از نوعی  گاز استفاده می‌شود.

تفاوت‌های 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  لامپ‌ها که بسیار بالاتر از لامپ‌های غیرهالوژنی است.

 

حباب لامپ هالوژن از (Fused  Quartz،  سیلیکا،  SiO2)، شیشه  با سیلیکای با  ( High Silica Glass) یا شیشه   آلومینو سیلیکات سخت ساخته می‌شود تا فشارها و دماهای بالای کار را تحمل کند.

(Hard glass)  در نمونه‌های اولیه این لامپ‌ها از جنس Fused Quartz و بخار ید استفاده می‌شد و به همین دلیل به آنها «لامپ‌های کواترز- ید» گفته می‌شد. اکنون  به خاطر اینکه هم از هالوژن‌های دیگر و هم مواد دیگر در ساخت حباب استفاده می‌شود از نام عمومی‌تر تنگستن- هالوژن استفاده می‌شود.

لامپ‌های هالوژن- تنگستن در چرخه بازتولید هالوژن کار می‌کنند و این چرخه باعث می‌شود که در سراسر عمر لامپ، خروجی نور و دمای رنگ آن باشد.

مهم‌ترین مشخصه لامپ هالوژن- تنگستن، چرخه هالوژن است.
در لامپ‌های رشته‌ای تنگستن- هالوژن، اندکی از مولکول‌های تنگستن از روی فیلامان داغ تبخیر می‌شوند و توسط جریان‌های همرفتی موجود در گاز خنثای موجود در حباب لامپ، به نواحی نسبتاً سردتر مجاور دیواره داخلی حباب لامپ برده می‌شوند و از آنجا بر روی شیشه می‌نشینند.

ضخامت  این لایه  رفته رفته  زیادتر می‌شود .  این  پدیده از دو جهت  باعث کاهش خروجی لومن و بازدهی لامپ می‌شود. اول، نشست تنگستن بر  روی  دیواره حباب لامپ باعث ایجاد لایه‌ای کدر می‌شود که لایه کدر بخشی از نور لامپ را جذب می‌کند.

بنابراین نور خروجی کلی را کاهش می‌دهد.

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 می‌شود.

در لامپ‌های تنگستن- هالوژن، اثرهای توصیف شده در بالا، به دلیل وقوع چرخه هالوژن کاهش یافته یا به تأخیر انداخته می‌شوند.

این پدیده، همچنان که پیش از این نیز گفته شده است به وسیله اختلاف دما بین فیلامان و حباب رخ می‌دهد. به‌طور کلی در طی این چرخه:

1. فیلامان، گاز درون حباب و حباب شیشه‌ای 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 می‌شود، فیلامان به سرعت به دمای کار رسانده می‌شود (بسته به نوع کاربرد بین 2800 تا 3400 درجه کلوین) و باعث گرم شدن  گاز می‌شود.  در شرایط کار لامپ، دمای پوشش شیشه‌ای 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 می‌شود. در نتیجه می‌توان  گفت که  وجود این اختلاف  دما باعث حرکت همرفتی گاز می‌شود.
3. پس از شروع به‌کار لامپ، دمای دیواره شیشه‌ای افزایش می‌یابد و هنگامی که دمای آن به حدود 200 تا 250 درجه سلسیوس رسید چرخه هالوژن آغاز می‌شود. دمای دقیق  آغاز این  چرخه  به نوع  و مقدار بخار هالوژن بستگی دارد. مولکول‌های تنگستن تبخیر شده از روی فیلامان با بخار هالوژن ترکیب شده و یک هالید تنگستن  (یدید- تنگستن یا برمید- تنگستن) تشکیل می‌دهند.  این  هالید بر روی دیواره  داغ حباب نمی‌نشیند بلکه همراه با جریان همرفتی گاز به ناحیه مجاور فیلامان برمی‌گردد.
4. در مجاورت فیلامان، دما در حدود 2500 درجه سلسیوس است. در اینجا هالید تنگستن تجزیه شده و به اتم‌های تنگستن و یون‌های هالید  تجزیه  می‌شود.  بنابراین  اتم‌های  تنگستن بر روی  فیلامان  می‌نشینند.
5. پس از  تجزیه هالید  تنگستن، بخار  هالوژن  به جریان همرفتی گاز پیوسته و  به ادامه یافتن این چرخه کمک می‌کند.

ب- لامپ تخلیه شدت بالا یا HID

اساس  کار این لامپ‌ها،  تشکیل قوس الکتریکی  بین دو الکترود بلا فاصله مشخص، واقع در محیط گازی است. در این محیط همچنین ترکیبات هالید، فلز خاصی قرار داده می‌شود که طیف رنگ تولید شده را هر چه بیشتر به نور سفید نزدیک می‌کند.

به همین دلیل به لامپ‌های HID، لامپ هالید فلز هم گفته می‌شود. اغلب از لامپ‌های مورد استفاده در چراغ جلوهای HID خودرویی با عبارت لامپ‌های زنونی یاد می‌شود. این لامپ‌ها نوع ویژه‌ای از لامپ‌های 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  شیشه‌ای  وجود دارد.  حباب بیرونی لوله شکل و  به قطر حدود 10 میلی‌متر است. درون این حباب، حباب دیگری قرار دارد که  محل تشکیل قوس است و به آن لوله تخلیه گفته می‌شود. حباب بیرونی از جنس کوارتز خاص نظیر کوارتز آلاییده با سریم (se) ساخته می‌شود که جلوی عبور بیشتر UV تولید شده در قوس به خصوص طول موج‌های کوتاه و متوسط این باند را می‌گیرد

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  پیشرفت‌های  فناوری LED در حدی بوده  که از آنها  در لامپ‌ های ترمز نیز استفاده می‌شود، اما مفهوم چراغ جلوهای دیودی نیز خیالی نیست.

اکنون، تقریباً همه سازندگان خودرو در نمایشگاه‌ها، خودروهای مجهز به چراغ جلوهای LED را در معرض نمایش قرار می‌دهند و به سوی کسب آمادگی‌های لازم برای تولید انبوه این محصولات  حرکت می‌کنند. این  هدف، با توجه  به رشد  سریع میزان نور قابل دستیابی با LEDهای سفید، ممکن شده است.

هم‌اکنون  LEDهای سفید  با شار نوری تا 60 لومن و درخشندگی حدود cd/m2ا9 در دسترس قرار دارند. خوب است نگاهی به همین پارامترها برای لامپ‌های چراغ جلوی خودرویی  کنونی بیندازیم، یک لامپ هالوژن H7 یعنی همان نوعی که اکنون در چراغ جلوهای پروژکتوری پژوپارس به‌کار می‌رود 1500 لومن تأمین می‌کند و روشنایی آن حول و حوش cd/mm2ا30 است، البته همین پارامترها برای لامپ‌های زنونی (HID) بسیار بیشتر است.

این مقایسه، نشان می‌دهد که چالش  پیش‌روی طرح‌های اپتیکی برای قابل کاربرد کردن چراغ جلوهای خودرویی دیودی، در دستیابی به سطوح بالای بازدهی و همچنین استفاده خوب از مساحت روزنه‌ای است که در دسترس قرار دارد.

دانلود توضیحات بالا به صورت پاورپوینت:

 

 

حتما بخوانید:

⇐ فرار بعد از شکستن لامپ کم مصرف

⇐ لامپ های مهتابی فلورسنت و سلامتی

⇐ لامپ های LED