照明基础知识——荧光灯（气体放电光源）发展史&工作原理

Posted 2022-02-06 三明治开发社区

荧光灯

​ 卤钨灯发光还是会有很大一部分能量被转化为了热能，科学家们又开始思考了。有没有什么办法让电多发光少发热呢。美国科学家彼得·库珀·休伊特（Peter Cooper Hewitt）在探索的过程中，发现往真空的灯管里添加液体汞（俗称水银），通电后水银蒸发变为汞蒸气，在合适的电压作用下，汞蒸汽受电子激发而发光，当时的水银灯中被激发发光的汞蒸气数量少且辐射出来了大量的紫外线，紫外线属于并不可见光且对人体有害，所以当时水银灯还无法得到实际应用。科学家们注意到磷酸钙等荧光物质被紫外光照射后会发出可见光的这一现象，有了灵感，在水银灯管壁上涂上荧光物质，那么水银灯辐射出的紫外线照射荧光物质后，就可以激发出波长更长的可见光。除了紫外线这一大问题，水银灯的应用道路上另一大阻碍就是合适的启动装置。终于在1938年，美国通用电子公司的研究人员突破了启动装置的难关，将荧光灯推向了市场。因为荧光灯的发光材料基本不会发热，减少了热能的浪费，其发出的光线和普通白炽灯相比犹如日光一样，故也称为日光灯。

​ 如下图所示，荧光灯由灯管、镇流器和启辉器、开关组成，管内充有液体汞和氩气等惰性气体，灯管内壁涂有荧光物质。从电路中我们可以看出，开关、灯丝、镇流器和启辉器是串联在一起的。启辉器内是一个充有氖气的玻璃泡，并存在静、动金属触片，刚通电时，由于荧光灯没有点亮，电源电压暂时全都加在启辉器的管脚之间，使氖气放电发出辉光，辉光产生热量使动触片受热张开，与静触片接触，此时灯管灯丝与镇流器、启辉器形成一个闭合的回路，灯丝加热而发射电子，灯丝附近的水银受热开始游离并逐渐气化。当启辉器动静触片接同时，启辉器两端的电压基本为零，不足以维持氖气继续放电发出辉光，启辉器温度降低，动触片的金属片冷却后复位，触点断开。回路中的电流突然断开，会使镇流器线圈两端产生比电源电压大很多的感应电压，连同电源电压一起叠加后，加在灯管两端，使管内惰性气体与汞蒸气电离产生弧光放电，灯管导通。随着管内温度升高，汞蒸气游离猛烈撞击惰性气体分子而放电，同时辐射紫外线，激发灯管内壁上荧光物质后发射可见光。镇流器除了在灯启动时提供瞬间高压，还在灯正常工作时起到降压限流的作用。这就是荧光灯的发光工作原理。

​ 与白炽灯相比，荧光灯具有发光效率高、使用寿命长灯优点。同时荧光灯的的缺点也很明显，电路相对复杂，同时含有汞等重金属，容易造成环境污染。同时由于我国荧光灯采用的是220V，50Hz的交流电，荧光灯工作时发光也会周期的明暗变化，每分钟会出现100次的闪烁，也就是常说的频闪效应。除非观察运动的物体，这个频率的变化人眼几乎察觉，但是长期处于这样的光源下还是对人眼有一定的危害。