Лампы тлеющего разряда или лампы низкого давления (аббревиатура в зарубежной литературе ND (Nieder druck))
В основном используются для получения загара тела. Они нашли широкое распространение благодаря своему экономному энергопотреблению.
Данный тип ламп можно разделить на две большие группы:
1. Рефлекторные лампы.
2. Без рефлекторные лампы.
Обе группы ламп по своим выходным параметрам излучения и конструктивным характеристикам практически не имеют отличий.
Отличие существуют лишь в том, что внутри лампы на одну из полусфер нанесен слой специального вещества, непрозрачного для ультрафиолетового излучения. Благодаря этому практически отсутствует излучение с одной стороны лампы и немного усиливается излучение с другой стороны лампы.
Данная конструкция была разработана для того, чтобы лампы низкого давления можно было устанавливать в солярии значительно ближе друг к другу. Это стало возможным благодаря уменьшению эффекта интерференции при установке рефлекторных ламп.
Далее мы отдельно не будем рассматривать эти два типа ламп, а остановимся только на рефлекторных лампах, так как они находят наиболее широкое применение в соляриях.
По количеству моделей и типоразмеров лампы низкого давления далеко обогнали лампы высокого давления. Так только диапазон потребляемых мощностей ламп низкого давления составляет от 5 Вт до 180 Вт.
А если взяться посчитать количество моделей всех имеющихся в Европе ламп, то их наберется не менее полутора сотен.
В таком многообразии легко запутаться, и поэтому мой совет - поручите выбор ламп для Вашего солярия только профессионалам, а именно разработчикам и производителям Вашего солярия. Ведь они как нельзя лучше приспособили конструкцию своего солярия под определенные типы ламп.
Вернемся к теории.
Спектр излучения ламп низкого давления находится в области от 280 -400 нм. Свечение получается за счет тлеющего разряда между двумя электродами лампы, расположенными в оси излучений. Внутрь лампы закачивается инертный газ под небольшим избыточным давлением и пары ртути, которые при комнатной температуре могут оседать мелкими капельками ртути в жидком состоянии. Так как газ находится под низким давлением, то отсюда следует и название ламп.
Мощность ультрафиолетового излучения ламп составляет, как правило, около 20% от потребляемой ими мощности. Конструкция лампы представлена на рис.5
Лампы могут изготавливаться как из простых по форме, так и витых стеклянных трубок.
Основные части лампы :
1. Кварцевая трубка
2. Вольфрамовый электрод.
3. Металлические или пластмассовые цоколи со штырьковыми разъемами
4. Молибденовые токоведущие нити.
5. Слой люминофора
6. Рефлекторный слой.
Коротко рассмотрим свойства и основные требования к составным частям лампы:
1. Кварцевая трубка изготовлена из специального по составу стекла, пропускающего ультрафиолет. Особых требований к стеклу, кроме прозрачности к ультрафиолету в лампах низкого давления не предъявляется.
2. Электрод с вольфрамовой спиралью представляет собой конструкцию показанную на рис.6
Химический состав, длина и конструкция электрода и вольфрамовой спирали каждой модели ламп специально подбирается под определённые условия эксплуатации. Эти условия прописаны в заводских спецификациях на изделие и их строго придерживаются все ведущие производители соляриев. Для каждого типа солярия его производителем придаётся карта возможной типозамены ламп, и поэтому для обеспечения безопасной работы каждый владелец солярием должен строго придерживаться её. Стеклянная юбочка у электрода сделана для того, чтобы уменьшить эффект от потемнения околоэлектродного пространства от испарившегося вольфрама.
3. Цоколь, расположенный у обоих концов лампы, состоит из текстолитовой площадки, имеющей штырьковый разъем, состоящий из двух контактов. Диэлектрическая площадка с помощью металлического обода соединяется со стеклянной трубкой лампы и обеспечивает ее надежное крепление.
4. Токопроводящие молибденовые нити впаяны в стекло и служат для подачи напряжения на спираль. Имеют практически одинаковый со стеклом коэффициент теплового расширения и поэтому сохраняют герметичность внутри лампы. Молибденовая проволока соединяет вольфрамовую спираль с выходным разъемом.
5. Слой люминофора, покрывающий изнутри всю поверхность лампы и служащий для получения заданной спектральной плотности ультрафиолетового излучения.
6. Рефлекторный слой. Специальное вещество, нанесенное на нерабочую полусферу лампы и служащее для уменьшения нежелательного излучения в нерабочую сторону.
Физика работы лампы
Для запуска лампы требуется "импульс зажигания". Он создается путем создания на противоположных электродах напряжения пробоя.
Для этого используется устройство запуска - стартёр. Стартёры производятся различных номиналов и предназначены для использования только с теми лампами, для которых они предназначены. Типы ламп (по потребляемой мощности) для которых предназначен стартёр, указываются в его маркировке.
После пробоя в лампе возникает тлеющий разряд (Для ограничения протекающего тока в цепи питания лампы включены дроссели). При неправильно выбранных параметрах питающей цепи, может произойти выход из строя всей системы.
После возникновения тлеющего разряда температура внутри лампы несколько повышается. Это приводит к тому, что ртуть находящаяся, при комнатной температуре в жидком состоянии, начинает испаряться. При полном испарении ртути внутри колбы лампы создается оптимальная плотность её распределения.
Опишем процесс получения ультрафиолетового излучения в лампе.
Электроды, летящие от одного электрода к другому, на своем пути сталкиваются с атомами ртути и, отдавая им свою энергию, переводят электрон атома ртути на нестабильную орбиту. Так как время нахождения электрона на внешней нестабильной орбите не значительно, то он возвращается назад на свою стабильную орбиту с выделением фотона света короткой длины волны. Получаемый фотон света поглощается люминофором и уже атом люминофора излучает заявленное в характеристиках лампы ультрафиолетовое излучение.
Таким образом, в работе лампы тлеющего разряда, существенную роль играет химический состав и количество нанесённого люминофора.
Последнее время, в связи с увеличивающейся популярностью Wellness технологий, изготовители ламп стремятся различными добавками сделать свечение ламп в видимом спектре излучения наиболее привлекательным.
Так появились лампы с нежно-розовым, нежно-голубым, нежно-зеленым свечением. Также стали чаще использоваться и лампы двойного (комбинированного) свечения. В лампах комбинированного свечения мощность излучения лампы в ультрафиолетовом диапазоне при этом не изменяется.
В них, за счет нанесения на разные участки лампы различных слоев люминофора, достигается разная спектральная плотность выходного ультрафиолетового излучения.
В большинстве ламп комбинированного свечения верхняя розовая часть имеет повышенное излучение в диапазоне А, а нижняя голубая часть имеет повышенное излучение в диапазоне В.
В настоящее время состав люминофора, используемого при производстве ламп, подбирается таким образом, что доля ультрафиолетового излучения диапазона В к общей мощности излучения составляет от 0,7% до 3,3 %. Напомню, что у солнца в зависимости от фазы активности, этот коэффициент колеблется от 3,5% до 5%.
Очень важно, при производстве люминофора соблюсти баланс между излучаемой мощностью и её спектральным составом.
Так совсем неразумно делать выходящую мощность 10-15 Вт при коэффициенте излучения УФВ 3,3% и наоборот.
Рассмотрев принцип работы лампы, мы понимаем, насколько важна каждая из выходных характеристик лампы.
Коротко рассмотрим условия необходимые для получения стабильных выходных параметров и способствующих надежной и длительной эксплуатации лампы высокого давления:
1. Химический состав стекла.
2. Химический состав и конструктивные размеры токопроводящей молибденовой площадки.
3. Качество изготовления, форма и химический состав вольфрамовых электродов.
4. Качество изготовления, механическая прочность и диэлектрические свойства цоколей.
5. Качество спайки между молибденовым проводником и вольфрамовой нитью.
6. Соблюдение температурного режима (отвод тепла от конструкции крепления лампы).
7. Точность подбора номиналов дросселей и устройств запуска.
Каждый из параметров существенно влияет или на стабильность выходных характеристик лампы или на ее надежность и долговечность.
Отсюда можно сделать важный вывод, что именно под определённые модели ламп создаётся конструкция будущего солярия, которая позволит получить наиболее равномерное изучение по всей области загара.
Перед созданием новой модели солярия конструкторы, прежде всего, определяют те модели ламп, которые они рекомендуют к использованию в нём. Определение типа ламп не заканчивается на определении потребляемой ею мощности, а производится полный анализ её выходных характеристик.
Также при создании солярия, когда уже определены модели ламп, производится расчёт элементов цепи электропитания ламп. Неправильно выбранные элементы цепи электропитания ламп (дроссели, стартеры и т.д.), существенно снижают как общую продолжительность работы ламп, так и ухудшают ее выходные параметры.
На работу ламп также существенно влияет поддержание оптимального температурного режима (около 400 С). Недостаточное охлаждение рабочей области лампы также негативно сказывается на выходных параметрах и сроке службы лампы. Для поддержания стабильности теплового режима работы ламп в конструкцию соляриев обязательно вводится отдельная система охлаждения. Охлаждение таких ламп происходит очень быстро и, через несколько секунд после выключения, они снова готовы к работе.
Таким образом, очень важное место в получении от ламп их номинальных параметров играет как конструкция солярия, и так и все интегрированные в нем системы.
Отсюда можно сделать вывод, что цена изделия напрямую связана с его качеством.
Хотелось бы особенно отметить, что какая бы совершенная конструкция не создавалась, ей для нормального функционирования необходимо соблюдение двух условий:
1. Стабильность подводимого электропитания
2. Обеспечение поддержания заданного воздухообмена
Как правило, большинство ламп низкого давления выпускаются со стандартным сроком службы, составляющим 500 часов. Срок службы лампы определяется интервалом времени от начала эксплуатации до достижения лампой 30 процентной потери мощности ультрафиолетового излучения (см.рис.7).
В последнее время на рынке появляются лампы, которые имеют продленный срок службы до 800 и более часов. Но наиболее технологически отработанной конструкцией всё же является лампа со сроком службы 500 часов. В начальный момент (около 30 часов), что хорошо видно из графика на рис.7 лампа работает с повышенной до 15% отдачей мощности. Этот момент необходимо учитывать при замене ламп в соляриях.
Для удовлетворения потребностей различных клиентов производители ламп выпускают различные модели ламп низкого давления. Как правило, они различаются мощностью и спектральным составом ультрафиолетового излучения. Спектральный состав излучения характеризуют две основные величины - это процент излучения диапазона В и спектральную плотность излучения. Спектральная плотность излучения - это характеристика, показывающая распределение мощности излучения в соответствии с длиной волны (рис 8-13).
Для соляриев предназначенных для использования в домашних условиях выпускаются лампы с низким процентом излучения диапазона В и пониженной мощностью ультрафиолетового излучения. Это делается для того, чтобы покупатель мог позволить себе загорать дома большее количество времени. Соответственно и режим получения загара будет максимально щадящим для кожного покрова. Как правило, это лампы с 0,7 - 1,0 процентами излучения диапазона В.
Для соляриев студийного использования выпускаются лампы с большим процентом ультрафиолетового излучения диапазона В. Как правило, это лампы с 1,4 - 3,0 процентами излучения диапазона В.
