Розглянуті в попередній статті люмінесцентні лампи - це лампи низького тиску. Розряд в них відбувається при тиску парів ртуті не більше 0,1 мм ртутного стовпа або 10 Паскаля (Па). Спектр випромінювання розряду при таких тисках має лінійчатий характер, причому, як вже було сказано, до 80% потужності розряду доводиться на дві УФ лінії: 257 і 185 нм, а на частку п'яти ліній видимої частини спектра лише близько 2%.
Якщо тиск парів ртуті підвищується, то спочатку все лінії «розпливаються» і перетворюються в смуги, потім відбувається пере-розподіл енергії: випромінювання в УФ області слабшає, а у видимій - збільшується. При тиску парів ртуті близько 1000 мм ртутного стовпа частка видимого випромінювання зростає настільки, що світлова віддача розряду досягає 20-25 лм / Вт, тобто стає більше, ніж у ламп розжарювання загального призначення. Але при цьому все видиме випромінювання зосереджено в синьо-зеленої частини спектру, а жовтий і червоний світло відсутні повністю. Багатьом знаком світло медичних УФ облучателей - досить неприємного синьо-зеленого кольору, сильно викривляє вигляд освітлюваних предметів, зокрема, людських осіб. У цих опромінювач застосовуються як раз ртутні лампи високого тиску типу ДРТ (дугова, ртутна, трубчаста).
Незважаючи на відносне послаблення частки УФ випромінювання, воно все ж залишається в спектрі розряду в досить великій кількості (близько 40% підводиться до розряду потужності). Так само як і в люмінесцентних лампах низького тиску, це випромінювання за допомогою люмінофора може бути перетворено в видиме. Але якщо в звичайних люмінесцентних лампах температура стінок колби лише трохи вище температури навколишнього повітря, то в лампах високого тиску розміри колб набагато менше, і температура на стінках досягає 500 - 600 оС. Знайти люмінофори, ефективно працюють при таких температурах, до сих пір не вдалося.
Проблему вирішили на початку 50-х років минулого століття. Малогабаритну ртутну лампу високого тиску помістили всередину іншої, значно більшої за розміром колби, а вже на внутрішню поверхню цієї колби стали наносити люмінофор, який має найбільшу ефективність при температурі 200 - 300 ° С і випромінює переважно в червоній області. Зараз в якості люмінофора найчастіше застосовують фосфат-ванадат ітрію, активоване европием. З 1952 року почався масовий випуск таких ламп провідними світовими виробниками - General Electric, Philips, Osram. Сьогодні за обсягом випуску ртутні лампи високого тиску з люмінофором посідають третє місце після ламп розжарювання і люмінесцентних ламп.
На рис. 1 показано пристрій ртутної лампи.
Мал. 1. Пристрій ртутних ламп високого тиску з люмінофором
Разрядная трубка 1 ( «пальник») з кварцу власниками 2 з досить товстою нікелевої дроту закріплена на ніжці 3 (у потужних ламп пальник підтримується ще й пружним держателем 4, що впирається в зовнішню колбу). Ніжка 3 герметично впаяна в зовнішнє колбу 5, покриту зсередини шаром люмінофора 6. У ртутних лампах високого тиску використовуються самокалящіеся електроди 7 у вигляді спіралі, навитої на вольфрамовий стрижень (керн) і покритої активує речовиною. Крім основних електродів 7, в лампах є запалювальні електроди 8, розташовані поблизу основних і електрично з'єднані з протилежними електродами через обмежувальні опору 9. На зовнішній колбі за допомогою високотемпературної мастики кріпиться стандартний різьбовий цоколь 10. Між пальником і цоколем кріпиться тепловий екран 11 (зазвичай з слюди). Внутрішній об'єм пальника заповнений інертним газом аргоном з тиском від 10до 50 мм ртутного стовпа (в залежності від потужності лампи) і ртуттю.
На відміну від люмінесцентних ламп, в яких ртуть завжди знаходиться в рідкому стані, в лампах високого тиску кількість ртуті строго дозовано, і при роботі ламп ртуть в пальниках знаходиться тільки в газоподібному стані при тиску парів 1000 - 1500 мм ртутного стовпа (1,5 - 2 атмосфери). Для отримання таких високих тисків парів ртуті температура стінок пальника повинна бути не менше 500 оС. Тому пальника ламп високого тиску роблять тільки з кварцу. Простір між пальником і зовнішньої колбою заповнюється газом (технічним аргоном).
Схема включення ртутних ламп високого тиску простіше, ніж люмінесцентних ламп (рис. 2).
Мал. 2. Схема включення ртутних ламп високого тиску
Завдяки наявності підпалюють електродів, розташованих дуже близько до основних, між цими електродами розряд виникає при напрузі нижче мережевого. Цей розряд дуже слабкий, тому що струм його обмежений опорами 9, але він створює початкову іонізацію газу в пальнику, за рахунок якої розряд переходить на основні електроди. Струм основного розряду обмежується тільки дроселем, і величина його в перший час після включення в 2 - 3 рази більше, ніж після повного розгоряння лампи. Струм розряду розігріває основні електроди до температури, що забезпечує достатню емісію електронів з них (1000 - 1200 оС). Через велику струму розряду починають розігріватися стінки пальника, яка перебуває на них ртуть поступово повністю випаровується, і процеси в лампі стабілізуються. Процес розгоряння триває досить довго - від 7 до 10 хвилин.
Як і в схемах з люмінесцентними лампами, дросель створює зрушення фаз між струмом і напругою (cos р
0,5). Для компенсації цього зсуву паралельно ланцюжку з лампи і дроселя включається компенсуючий конденсатор.
Світлова віддача сучасних ламп - від 40 до 60 лм / Вт; термін служби - до 24000 годин. За цими параметрами ртутні лампи високого тиску значно перевершують лампи розжарювання, що і зумовило їх дуже широке поширення.
Крім високої світлової віддачі і великого терміну служби, ртутні лампи високого тиску мають і інші переваги: відносна компактність; простота включення; широкий діапазон потужностей; дуже слабка залежність параметрів від навколишньої температури.
Недоліки таких ламп:
1. Низька якість передачі кольору (Ra = 45 - 50; у закордонних ламп Delux і Super Delux - не вище 55).
2. Великі пульсації світлового потоку (65 - 75%).
3. Велике час розгоряння (до 10 хвилин).
4. Неможливість повторного включення гарячої лампи - якщо лампа випадково згасла, знову включити її можна тільки після охолодження пальника.
5. Висока температура на зовнішній колбі (250 - 300 оС).
Ртутні лампи високого тиску широко застосовуються там, де не потрібно якість передачі кольору, - у вуличному освітленні, на складах, на промислових підприємствах (при наявності обертових деталей - з обов'язковим включенням сусідніх світильників в різні фази) і т.п.
Класифікація, маркування і позначення ртутних ламп
Ртутні лампи високого тиску класифікуються по потужності.
У Росії лампи випускаються під назвою ДРЛ (дугова, ртутна, люмінесцентна), далі вказується потужність в ватах.
За кордоном кожна фірма випускає лампи під своєю назвою: Philips - HPL; Osram - HQL; General Electric - MBF; Sylvania - HSL і HSB; Radium - HRL. За міжнародною системою позначень ILCOS всі ці лампи називаються QE.
У таблиці 1 дані усереднені параметри деяких типів ртутних ламп високого тиску з люминофорами.