卤钨灯

特点

　　卤钨灯是八十年代末研制成功的一种新型光源。它具有发光效率高（达17-33 lm/W）、体积小、重量轻、色温稳定（可选取2500K-3500K）、光衰小（5％以下）、寿命长（可达3000小时至5000小时）等特点，这些特点显示出它有取代普通白炽灯的趋势。

分类

　　卤钨灯以色温的高低可分为高色温3000K以上，中色温2800～3000K，低色温2800K以下的灯。

　　卤钨灯以应用领域可分为室内照明、泛光照明、舞台照明、放映、幻灯、投影以及电影、电视、新闻摄影等。

　　卤钨灯以外形分类可分为管形卤钨灯管和柱形卤钨灯泡。

　　按照用途分，卤钨灯可以分为6类：①红外、紫外辐照卤钨灯。红外辐照卤钨灯用于加热设备和复印机上，紫外辐照卤钨灯已开始用于牙科固化粉的固化工艺。②摄影卤钨灯。已在舞台影视和新闻摄影照明中取代普通钨丝白炽灯。③冷反射仪器卤钨灯。用于轻便型电影机、幻灯机、医用和工业用内窥镜、牙科手术着色固化、彩色照片扩印等光学仪器上。④照明卤钨灯。又分为高压双端灯、低压单端灯和多平面冷反射低压定向照明灯3种，广泛用于商店、橱窗、展厅、家庭室内照明。⑤汽车卤钨灯。又分前灯，近光灯，转弯灯，刹车灯等。⑥仪器卤钨灯。用于现代显微镜、投影仪、幻灯以及医疗仪器等光学仪器上。

工作原理

　　为了使这种体积小，发光效率高的新光源得到有效地推广应用，科研人员又将小型的卤钨泡置入一种用石英玻璃制成的冷光杯中。这种用石英玻璃冷光杯和卤钨泡组合而成的光源称为“石英冷光射灯”（俗称冷光源，或冷光灯）。它具有冷光。光照成束，冷光杯的角度根据需要可以选择，有射程功能。普通白炽灯不可比拟的。所以，这种光射灯大量应用于商店商场的柜台。橱窗里作效果照射和照明。近年来由于人民生活水平的提高，居住条件不断改善。冷光射灯装饰于家庭也越来越普及。为使百姓生活安居乐业，冷光射灯还广泛应用于保安产品上。由于冷光射灯的工作电压均为超低电压，6V、12V，功率20W，50W，所以，在实际使用中必须通过变压器降压后方可使用，一般50W，12V电感式变压器其体积之大，重量太重，不宜在商场里大量使用。为此，科技人员相继又推出一种电子式变压器，其特点：体积小，重量轻，成本低，使用方便等。缺点有：电磁干扰（可以增加吸收回路将其干扰吸收）。

　　工作原理和电子镇流器基本相同，就是输出电压是经铁氧体变压器隔离后降到12V去点然冷光灯。

发展

　　为提高白炽灯的发光效率，必须提高钨丝的温度，但相应会造成钨的蒸发，使玻壳发黑。在白炽灯中充入卤族元素或卤化物，利用卤钨循环的原理可以消除白炽灯的玻壳发黑现象。这就是卤素灯的来由。

　　卤钨循环的过程是这样的：在适当的温度条件下，从灯丝蒸发出来的钨在泡壁区域内与卤钨反应，形成挥发性的卤钨化合物。由于泡壁温度足够高（250?C），卤钨化合物呈气态，当卤钨化合物扩散到较热的灯丝周围区域时又分化为卤素和钨。释放出来的钨部分回到灯丝上，而卤素继续参与循环过程。

　　氟，氯，溴，碘各种卤素都能产生钨的再生循环。它们之间的主要区别是发生循环反应所需的温度以及与灯内其他物质发生作用的程度有所不同现在大量生产各种溴钨灯和垫钨灯，某些灯中还部分采用氯作为循环剂。

　　1959年人们发现了卤钨循环原理后制造出卤钨灯，它给热辐射光源注入了新的活力，这类灯体积小，光维持率达到95%以上，光效和寿命均明显地优于白炽灯。近年来，人们已生产出可直接应用于电网电压220V或110V的卤钨灯，其尺寸可小到Ø14×54mm，具有灯丝稳定性和抗震性都优异的特性，泡壳有透明和磨砂二种不同规格，内带保险丝符合IEC A32-2标准，灯头为G9型易于联接，它的主要技术参数见表1所示。近年来又推出多种节能卤钨灯新品种，如在石英泡壳上采用涂敷TiO2 / SiO2红外反射层技术（IRC）制成JD型和JDR型新颖卤钨灯，通过让可见光透过，而将红外线反射回灯丝的过程，使灯的光效有30%-45%的提高，寿命达3000h。由于卤钨灯的显色性特别好，而且体积小易于装饰，因此至今仍倍受人们青睐和广泛使用。

　　但为确保卤钨循环的正常进行，必须大大缩小玻壳尺寸，以提高玻壳温度（一般要求碘钨灯的玻壳温度为250-600℃，溴钨灯的玻壳温度为200-1100℃），使灯内卤化钨处于气态。因此，卤素灯的玻壳必须使用耐高温和机械强度高的石英玻璃。

　　其结构有双端直管形、单端圆柱形和反射形。由于使用石英玻璃作玻壳，卤素灯又常称石英灯。其中反射形卤素灯因带有反射杯，又常称杯灯。

常用术语

　　1、灯轴线

　　通过光源几何中心的轴线。

　　2、初始光电参数

　　指灯泡在老炼结束时所测量的光学和电学的数值，主要是色温，光通量和功率。

　　3、光中心高度

　　指灯丝的有效几何尺寸中心线至灯头底部触点间的距离。

　　4、柱形卤钨灯泡

　　单端引出的圆柱形卤钨灯泡。

　　5、冷反射定向照明卤钨灯泡

　　照明卤钨灯与多平面介质膜反光镜组合成的卤钨灯称为冷反射定向照明卤钨灯，其中加透镜的称为封闭式冷反射定向照明卤钨灯。

生产工艺流程

　　首先要了解卤钨灯的工作过程，卤钨灯的基本发光原理和白炽灯相同，都是热辐射光源。不同的地方在于卤钨灯里面充入了特殊的工作气体，其成分是95%的混合气（二溴甲烷和氪气）以及5%的高纯氮，这些气体在灯泡内建立了卤钨循环。具体过程是灯丝中的钨挥发出来后，会超温度较低的地方移动，然后在管壁处和Br结合生成WBr2；而在温度较高处，WBr2又会分解，生成的W会回到灯丝上，Br回到工作气体中，这就是整个卤钨循环的过程。通过这样的卤钨循环，灯丝上的钨不会逐渐挥发，由于“热点”效应而是灯丝烧断，也不会因为钨在灯泡壳上沉积而发黑，其寿命得到大大延长。

　　生产卤钨灯的主要材料有：

　　1， 石英管（Quartz），主要用于制造泡壳。其主要特点是热膨胀系数小，耐高温，绝缘性好，透辐射强；

　　2， 钨（W），主要用于灯丝；

　　3， 钼（Mo），主要用于同玻璃的封接。之所以采用钼材料，是因为钼的延展性很好，可以压成很薄的箔片，用这种箔片同玻璃封接。由于金属在很薄的情况下，收缩性大大减弱，因此可以和玻璃有很好的封接效果，保证不会漏气。

　　卤钨灯的生产流程，主要有以下几道工序：

　　绕支架（Winding）-->亮氢（Flashing）-->点焊（Welding）-->接管（Tabulating）-->打扁（Pinching）-->排气（Pumping）-->磁场定型（Magnetic）-->切割（Cutting）-->装头（Mounting）-->打印（Marking）-->抛光点灯（Burning）-->全检（Fully inspection）-->包装（Packing）。

　　下面我分步骤讲一下每一步的特点。

　　1， 绕支架（Winding），就是在支架上绕上灯丝。这一步要注意的问题是控制灯丝的长度，以及位置。

　　2， 亮氢（Flashing），这一步，刚刚绕好的灯丝会送进一个充满氢气环境的类似烤箱的机器中。

　　这一步主要有两个作用，，金属在氢气气氛下加热，可以去除金属上的氧化物等杂质；第二，比较主要的是，钨丝经过在氢气环境下加热后，其内部原子排布会发生变化。原来钨丝原子排布呈纤维状，容易弯曲变形，在氢气中加热后，其原子会形成更加稳定的晶格结构，让钨丝在长期使用中不会下垂变形。

　　3， 点焊（Welding），通过点焊，将灯中的金属器件相互连接。影响点焊的因素有：（1）电流密度；（2）焊件表面的清洁处理；（3）焊材性质。

　　4， 接管（Tabulating），结果就是在内管中接上排气管，以供排气和充装工作气体用。接管最重要的就是气密性，一般检测可用常规方法，要检漏的话要采用火花放电检漏。

　　5， 打扁（Pinching），就是机封，把灯管封接起来，以后灯管和外界的联系就只有排气管了。机封采用机封车火头将灯管烧熔封好，整个过程需要注意的问题有气密性、长度同发光中心的高度吻合、封口形状正而圆滑、内部器件不碰伤、正确的耐压力无残余应力、要加防爆槽。

　　这里说一下防爆槽，如果卤钨灯的灯丝断开，在端口之间会产生电弧放电，温度很高，会引起爆炸产生危险。防爆槽就是为了防止这种危险，在灯的两端加上类似保险丝的金属丝，如果电流过大，保险丝会自动熔断，防止灯丝烧断。

　　6， 排气（Pumping），这是比较关键的一步，首先要把灯管里面的残留气体去除，然后再在里面充入工作气体。获得真空的方法是利用液氮冷却，这样灯内的残留气体都被液化，会从排气管排出。然后就可以充入工作气体，切掉排气管，进行气密性封接。

　　7， 磁场定型（Magnetic），这一步多用于小型或紧凑型卤钨灯的制作过程，其作用和第二步亮氢（Flashing）相同，是为了让灯丝更加坚固，不会下垂。

　　工作原理是，把灯丝放入磁场之中，然后接上电源，让灯丝中流过电流，磁场中的电流会受到电磁力的作用，这个力正好和重力相抵消。在两个力的作用下，灯丝被正确定型，不会容易变形。

　　一般较大型的卤钨灯采用亮氢（Flashing）定型，较小的卤钨灯灯丝采用磁场定型。

　　8， 切割（Cutting）

　　9， 装头（Mounting），给灯管装上灯头，就是灯管末端的金属连接部。

　　10-14以后几步，打印（Marking），抛光点灯（Burning），全检（Fully inspection），包装（Packing）等等几步，都是普通的步骤，略。

选用指南

　　宜用在照度要求较高、显色性较好或要求调光的场所，如体育馆、大会堂、宴会厅等。其色温尤其适用于彩色电视的演播室照明。由于它的工作温度较高，不适于多尘、易燃、爆炸危险、腐蚀性环境场所，以及有振动的场所等。石英聚光卤钨灯用于拍摄电影、电视及舞台照明的聚光灯具或回光灯具中。

　　照明开闭频繁，需要迅速点亮，需要调光或需要避免对测试设备产生高频干扰的地方和屏蔽室等，宜采用卤钨灯。

　　需要正确识别色彩，照度要求较高或进行长时间紧张视力工作的场所，宜采用卤钨灯。