Ксеноновая лампа как работает

Ксенон на сегодняшнее время используется во многих автомобилях, то ли штатно, то ли при переоборудовании оптики. Не многие знают принципы работы ксеноновой лампы, хотя это очень важно. Именно поэтому данный материал мы посвятили именно принципу работы ксеноновых ламп. Ксеноновая лампа – это электрическое газоразрядное устройство, которое может создавать внутри колбы мощные, интенсивные импульсы белого цвета.

Конструкция ксеноновой автомобильной лампы

Лампа сконструирована из специальной трубки, хорошо запаянной, состоящей из прочного стекла или же надежного кварца. Внутри этой трубки находится смесь инертных газов под большим давлением. Большая часть всей смеси газов припадает на ксенон.

Внутри колбы также находится два электрода, обеспечивающие пропуск электрического тока и образование электрической дуги для розжига газа. Чтобы активизировать газ понадобится огромное количество энергии, превращающейся в последствии в высоковольтный импульс, благодаря специальному устройству – блоку розжига, принцип работы которого схож с трансформатором.

Стеклянный корпус изделия – это и есть трубка, которая может быть разной формы. Именно в трубку по обе вертикальные стороны впаиваются электроды, между которыми при подаче высоковольтного импульса от 23000 В дол 30000 В и активизируется электрическая дуга. В колбе есть и еще один электрод, сделанный в виде тонкой металлической дорожки, которая проходит вертикально сквозь всю трубку. Этот электрод необходим для ионизации газового состава и запуска разряда.

Как зажечь ксеноновую лампу в домашних условиях

Не так давно с Китая пришел комплект ксенона. Для того, чтобы питать нашу лампочку, нам потребуется мощный 12-вольтовый блок питания либо автомобильный аккумулятор на 12 Вольт

Итак, рассмотрим три составляющие ксеноновых фар.

и сама ксеноновая лампочка

Как это все работает?

Для того, чтобы разжечь ксеноновую лампу, первым в дело идет блок розжига. Он создает напряжение до 25 000 Вольт(!) и ионизирует газ ксенон в течение 3-5 секунд. А где есть ионы, там может течь электрический ток ;-). Не вздумайте вскрывать при светящейся лампочке блок розжига, иначе есть риск получить удар электрическим током!

Как работает КСЕНОН (его лампа) Также разберем работу блока розжига. Просто о сложном

После того, как лампа «раскочегарилась», в дело идет балласт. Он нужен для того, чтобы забирать на себя часть нагрузки и поддерживать лампу в светящемся состоянии, создавая для нее питание 80 Вольт с частотой в 300-400 Герц. Процесс запуска ксеноновой лампы очень схож с процессом запуска лампы дневного освещения. И тут и там используется электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА), который осуществляет пуск и поддержание рабочего режима газоразрядных ламп.

Собираем все как написано в китайской схеме подключения ксенона и включаем блок питания. Камера автоматически погасила яркость, иначе бы фотография была бы полностью засвечена. Если приглядеться, то можно заметить, что весь свет идет именно из середины лампы, где у нас находится колба с ксеноном

Итак, сколько же потребляет наша лампочка? P=UI, где U — напряжение, I — сила тока. На моем амперметре нет шунтирующего резистора, поэтому его показания делим на 10.

Получаем, что одна лампочка ксенона кушает 2,7 Ампера. Значит мощность, которую кушает лампочка составляет 13 х 2,7 = 35,1 Ватта. Неплохо)

Ксеноновая лампа

Ксено́новая ла́мпа, разновидность газоразрядных ламп высокой интенсивности. Ксеноновая лампа создаёт свет, пропуская ток через газ , подобно люминесцентной лампе . Ксеноновая лампа имеет широкий круг областей применения: на складах, в автомобильных фарах, уличном освещении , стадионах и других, а также в медицине для микроскопических исследований , включая эндоскопию , стоматологию и глазное тестирование. Ксеноновые лампы демонстрируют самую высокую яркость и излучаемую мощность из всех непрерывно работающих источников света, потому что на электроды подаётся высокое напряжение, которое высвобождает искры, создавая световую вспышку. Ксеноновые лампы используются также во флуоресцентных микроскопах и в цветоизмерительных приборах. Многие красители чувствительны к свету ( фотохромные ) или к теплу (термохромные).

Конструкции ксеноновых ламп группируются в несколько видов: шаровые, керамические и трубчатые. Ксеноновые лампы шаровой конструкции используются чаще в автомобилях . Лампы с керамической конструкцией используются в фармацевтическом производстве . Трубчатые ксеноновые лампы применяются для уличного освещения, а также для освещения общественных и промышленных объектов. Средняя продолжительность работы ксеноновой лампы около 2–3 тыс. ч, в среднем это на 200–400 % дольше, чем у их галогенных аналогов. Срок службы дуговой ксеноновой лампы зависит от уменьшения светового потока в результате испарения вольфрама , который со временем скапливается на внутренней стенке оболочки. Разрушение катодного наконечника также способствует старению лампы. Частое зажигание лампы, как правило, ускоряет износ электрода и приводит к преждевременному почернению оболочки. Также на уменьшение срока службы ксеноновой лампы влияет перегрев , низкий ток, пульсация источника питания. Срок службы ксеноновой лампы заканчивается, когда мощность ультрафиолетового излучения снижается примерно на 25 %. Как правило, ксеноновые лампы следует заменять, даже если они всё ещё зажигаются после того, как средний срок службы превышен на 25 %.

В отличие от ртутных и металлогалогенных источников освещения, ксеноновая лампа создаёт практически непрерывный и однородный спектр во всей видимой области излучения. Ксеноновая лампа имеет цветовую температуру приблизительно 6000 К (близкую к температуре солнечного света) и не имеет заметных линий излучения. В сине-зелёной (от 440 до 540 нм) и красной (от 685 до 700 нм) областях спектра ксеноновая лампа мощностью 75 Вт ярче, чем сопоставимая ртутная дуговая лампа мощностью 100 Вт. Примерно 70 % мощности ксеноновой лампы приходится на длины волн более 700 нм, в то время как менее 5 % мощности приходится на длины волн менее 400 нм. Чрезвычайно высокое давление ксеноновых ламп во время работы (в диапазоне от 40 до 60 атмосфер) расширяет спектральные линии, обеспечивая гораздо более равномерное распределённое возбуждение флуорофоров по сравнению с узкими и дискретными линиями излучения, создаваемыми ртутными лампами.

Ксеноновые лампы были представлены в 1951 г. немецким производителем освещения Osram, они заменили угольные дуговые лампы. BMW 7-й серии 1991 г. выпуска стал первым автомобилем , в котором для освещения пути использовался ксенон.

Ксеноновая лампа использует электрическую дугу вместо металлической нити накала, что обеспечивает больше люменов (измерение светового потока) при меньшем потреблении электроэнергии. Свет создаётся путём заполнения дуговой трубки газом ( ксеноном ) и пропускания электрической дуги между двумя вольфрамовыми электродами . Ксенон инертен и нетоксичен.

Большинство высокоэффективных ксеноновых ламп оснащены внутренним отражающим зеркалом, соединённым с системой линз. Конструкции отражателей варьируются от простых вогнутых зеркал до зеркал сложных эллиптических, сферических, параболических геометрий, которые более эффективно организуют и направляют излучение лампы на коллекторную линзу. Использование конического отражателя позволяет достичь максимальной эффективности (до 85 %), что является значительным улучшением по сравнению с обычными системами обратного отражения, эффективность которых колеблется от 10 до 20 %. Покрытия на всех зеркалах должны пропускать инфракрасные волны . Ксеноновые лампы также включают в себя инфракрасные блокирующие фильтры для ослабления инфракрасных длин волн.

Одним из основных требований к использованию ксеноновой дуговой лампы для флуоресцентной микроскопии является стабильность выхода излучения. Выходная интенсивность излучения ксеноновой лампы пропорциональна току, протекающему через лампу. Источники питания должны иметь пусковое устройство для зажигания лампы. Блок питания отвечает за поддержание катода при оптимальной рабочей температуре с использованием определённого уровня тока. Схема источника питания ксеноновой лампы в зависимости от конструкции стабилизирует напряжение, ток и общую мощность. Если напряжение стабилизировано, яркость лампы будет медленно уменьшаться по мере разложения электродов.

Ксеноновые дуговые лампы изготавливаются со сферическими или эллипсоидальными оболочками, состоящими из плавленого кварца , одного из немногих оптически прозрачных материалов, который способен выдерживать чрезмерные тепловые нагрузки и высокое внутреннее давление. Для большинства применений в оптической микроскопии кварцевый сплав, используемый в ксеноновых лампах, обычно легирован соединениями церия или диоксидом титана для поглощения ультрафиолетовых волн, которые служат для образования озона . Подобно ртутным лампам, кварцевые трубки, используемые для корпусов ксеноновых ламп, тщательно формуются в готовую колбу. Во время эксплуатации корпус лампы может достигать температуры в диапазоне от 500 до 700 °C, что требует жёстких норм допуска при изготовлении для минимизации риска взрыва.

Анодный и катодный электроды в ксеноновых лампах изготавливаются из кованого вольфрама или специализированных вольфрамовых сплавов, легированных соединениями оксида тория или бария для повышения эффективности электронной эмиссии . При изготовлении ксеноновых ламп используется только высококачественный вольфрам, который гарантирует, что электроды лампы выдержат чрезвычайно высокую температуру дуги (более 2000 °C для анода), возникающую во время работы. Катод припаивается к молибденовому стержню или пластине. Стержень анода состоит из твёрдого вольфрама, поскольку он подвергается гораздо более высоким температурам. Оба электрода очищаются ультразвуком и подвергаются термической обработке для удаления остатков смазочных материалов и загрязнений перед герметизацией в колбе лампы. На этапах герметизации лампы катод и анод крепятся к полоскам очень тонкой молибденовой ленты с помощью градуированного уплотнения, которое компенсирует разницу в тепловом расширении между кварцевой трубкой и металлическими стержнями электродов. Уплотнение достигается путём термокомпрессии кварцевой трубки к молибденовой фольге, помещённой в вакуум для предотвращения окисления. Затем лампу охлаждают жидким азотом, чтобы газообразный ксенон затвердел, удаляют заполняющую трубку и полностью запечатывают оболочку. После возвращения к комнатной температуре готовая лампа находится под давлением, поскольку ксенон возвращается в газообразное состояние. Заключительный этап процесса сборки ксеноновой лампы состоит в добавлении никелированных латунных выводов (т. н. наконечников, или оснований) к каждому концу лампы.

Срок службы современных ксеноновых ламп достигает 10 тыс. ч.

Опубликовано 31 марта 2023 г. в 12:45 (GMT+3). Последнее обновление 31 марта 2023 г. в 12:45 (GMT+3). Связаться с редакцией

Обзор: «Что такое ксенон?» (Xenon, HID)

Что же такое ксенон (xenon)? Это принципиально новая технология света, основанная на свечении электрической дуги, образующейся при пропускании электрического тока через газовую среду. Ксеноновая лампа – это газоразрядный источник света высокого давления. В отличие от обычной вакуумной или галогеновой лампы у ксеноновой лампы нет нити накаливания, источником света является электрическая дуга, которая возникает между двумя электродами, расположенными внутри герметичной стеклянной колбы, наполненной парами ртути и смесью инертных газов, одним из которых в частности является ксенон. Для образования электрической дуги необходим кратковременный разряд с достаточно высоким напряжением – 25000 Вольт. Чтобы преобразовать автомобильные 12 Вольт в 25000 В необходимо специальное устройство – ксеноновый блок (блок розжига). Для дальнейшего поддержания и стабилизации дуги также используется ксеноновый блок.

Фактически, с обычными лампами ксеноновые не имеют ничего общего, конечно, кроме того, что они тоже «умеют» светить. Причем «делают это» ксеноновые (xenon) лампы значительно лучше галогеновых. Светоотдача ксеноновой лампы в 2,7 раза выше, чем у галогеновой, то есть, проще говоря, ксенон светит почти в три раза ярче, чем галоген, что обеспечивает водителю хорошую видимость на дороге даже в плохих погодных условиях. При правильной регулировке ксеноновой и галогеновой оптики ксеноновая фара освещает дорожное покрытие практически в два раза дальше, чем галогеновая. В отличие от галогена, спектр света ксеноновой лампы максимально приближен к дневному, солнечному свету, гораздо более привычному для человеческого глаза, что позволяет водителю на большем расстоянии различать препятствия на трассе. По статистике, большинство дорожно-транспортных происшествий происходит в условиях плохой видимости в тёмное время суток. При установке на автомобиль ксенона повышается безопасность всех участников дорожного движения: Вас, Ваших пассажиров, пешеходов.

В белом дневном спектре свечения ксенонового света намного проще ориентироваться и оценивать дорожную ситуацию, чем в свете галогеновой лампы, в котором преобладает желтый оттенок. В ксеноновом свете водитель может гораздо раньше заметить внезапно возникшее препятствие на дороге, намного лучше видна дорожная разметка.

Вследствие того, что ксеноновая лампа не имеет нити накаливания, которая может перегореть в момент включения или порваться от тряски при движении автомобиля, срок службы ксеноновой лампы гораздо больше, чем галогеновой. Заявленный заводом-изготовителем срок службы ксеноновых ламп составляет 2000 часов, что эквивалентно 100 000 километров пробега в городском режиме, не выключая фар. Для сравнения, у самых продвинутых галогенных ламп заявленный срок службы 700 часов.

Мощность ксеноновых ламп составляет 35 Ватт, что обеспечивает пониженную нагрузку на бортовую сеть автомобиля. Для сравнения мощность стандартных галогеновых автомобильных ламп составляет 55 Ватт.

Многие автовладельцы придерживаются мнения о том, что проблему автомобильного освещения можно решить с помощью установки более мощных галогеновых ламп или ламп с изменённым за счёт напыления на колбе спектром свечения. Во-первых, использование более мощных ламп увеличивает нагрузку на бортовую сеть автомобиля, во-вторых, появляется реальная вероятность испортить оптику автомобиля: это может вызвать отслоение магниевого покрытия с отражателя или оплавление самого отражателя или стекла фары, в-третьих, напыление работает как светофильтр и задерживает часть светового потока лампы, за счёт чего такая лампа сильнее нагревается, уменьшается её ресурс.

В отличие от галогена, ксенон (xenon) – «холодный» свет. Ксеноновые лампы нагреваются на порядок меньше, чем галогенные. Дело в том, что у галогеновой лампы около 70% потребляемой энергии идет в тепло, и лишь 30% процентов преобразуется в световую энергию. Ксеноновые лампы работают по совершенно другому принципу, и лишь небольшая часть энергии уходит в тепло. Это предотвращает повреждение стекол фар от перегрева. Так, например, галогеновая лампа мощностью 55 Вт создает световой поток 1500 Лм, в то время как 35 Вт ксенон создает световой поток 3200 Лм.

Устанавливая на свой автомобиль ксенон (xenon), Вы увеличиваете безопасность вождения, одновременно с этим улучшая внешний вид Вашего авто, делая его более престижным.

• Подобрать комплект ксенона для своего автомобиля самостоятельно
• Получить консультацию специалиста

Можно ли ставить ксенон в линзованные фары

Ответ на вопрос, можно ли ставить ксенон в линзы , по сути, полностью аналогичен предыдущему пункту. Если техническая документация на автомобиль разрешает использование ксеноновых ламп , то никаких проблем нет. В противном случае для установки ксенона также потребуется пройти процедуры согласования и внести изменения в документы на автомобиль.

Обратить внимание нужно на маркировку ламп: некоторые могут использоваться только в линзованных фарах. Если поставить такую лампу в безлинзовую оптику, она будет работать неправильно.

Можно ли ставить ксенон в противотуманки

В целом все соответствует предыдущим пунктам: если заводская маркировка содержит букву D , использовать ксенон можно. В противном случае требуется получить разрешение на переоборудование и внести изменения в документы на автомобиль.

Ксенон светит ярче, чем обычная галогеновая лампа. Если просто установить его в фары, для этого не предназначенные, поток света будет распределяться неправильно. Поэтому самостоятельная установка ксенона, которую часто называют «колхозной», приводит к ослеплению пешеходов и водителей встречных машин. Вместо пользы в итоге получается вред: свет мешает другим участникам движения и может спровоцировать аварийную ситуацию .

Использование

Ксеноновые газоразрядные лампы применяются не только для автомобиля, у них достаточно широкий спектр использования. В зависимости от конструкции они бывают:

1. Шаровые;
2. Керамические;
3. Трубчатые.

Ксеноновые шаровые получили наибольшее распространение, именно они применяются для фар. Их конструкция представляет собой маленькую колбу, которая наполнена ксеноном. Электроды находятся на очень маленьком расстоянии.

Керамические используются в фармацевтической промышленности. Их особенностью является не только применение керамической колбы, но и наличие в ней отверстия для ультрафиолетового света. Такое свечение используется в терапевтических целях, в частности, для обнаружения грибковых заболеваний кожи или покровов головы.

Трубчатые представляют собой устройства для обеспечения света в жилых помещениях. У них электроды расположены на достаточно большом расстоянии друг от друга, поэтому для работы требуется определенный балласт. Дроссельная схема подобного плана используется для обеспечения освещенности на больших площадях, часто это вокзалы, склады и прочие производственные или общественные учреждения.

Также в зависимости от типа использования, ксеноновые лампы могут иметь разные цоколи (к примеру, для автомобиля – H8 4300K, H4 5000K, также есть варианты H7, H3, HB4 и Н11).

Технические характеристики

В зависимости от типа и конструкции ламп могут изменяться требования к параметрам электрической сети. Предлагаем рассмотреть наиболее популярные модели и их характеристики:

Лампы ксеноновые трубчатого типа (цоколь D1S и D2S), марка MTF и Philips Original Plus:

MTF Light Active Night (ночные МТФ)

Купить ксеноновые газоразрядные лампы можно в любом городе стран СНГ (Москва, СПб и прочих), цена зависит от типа и параметров устройства. Рекомендуем изучать каталог известных компаний: Филипс, Галакси и других, т. к. они предоставляют гарантию на свои модели.

Ксеноновые лампы: принцип действия, свойства, область применения.

Ксеноновая лампа представляет собой кварцевую колбу, центральная часть которой имеет шаровую или эллипсоидную форму. В колбу впаяны два вольфрамовых электрода. Внутренний объем колбы заполнен инертным газом — ксеноном — под давлением 6—8 кгс/см2. Принцип работы ксеноновой лампы основан на свечении атомов ксенона в межэлектродном промежутке под действием приложенного электрического напряжения. Во время работы лампы давление газов внутри колбы повышается до 20—30 кгс/см2, благодаря чему спектральный состав излучаемого светового потока приближается к спектру дневного света. Яркость разряда в межэлектродном промежутке значительно превышает яркость нити лампы накаливания и составляет 200-1000 Мкд/м2.

Ксеноновые лампы могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. В настоящее время в кинопроекционной аппаратуре применяются только лампы постоянного тока.

Ранее, в большинстве случаев ксеноновая лампа (рис. 19) работала в вертикальном положении (на данный момент широко применяются горизонтальные лампы), причем анод 2 располагается сверху. Анод имеет больший диаметр, чем катод 3, и делается более массивным, так как на нем выделяется значительно большая мощность и нагревается он сильнее.

Чтобы уменьшить нагрев колбы 1, особенно ее участков, расположенных вблизи анода, требуется интенсивное охлаждение — воздушное, а у мощных ламп (5 и 10 кВт) — водяное.

Разряд ксеноновой лампы имеет форму усеченного конуса, вытянутого по вертикали. Яркость по площади разряда распределяется неравномерно (рис. 20). По мере приближения к катоду она возрастает. Наибольшую яркость имеет зона разряда, расположенная в непосредственной близости к катоду (катодное пятно).

Для зажигания лампы требуется высокое напряжение 20— 30 кВ. На рис. 21 показана упрощенная электрическая, схема зажигания ксеноновой лампы. При замыкании контактов 1 сетевое напряжение 220 В подается на первичную обмотку повышающего трансформатора 2. Напряжение порядка 5 кВ, снимаемое со вторичной обмотки, подается к обкладкам конденсатора 3. Когда напряжение на обкладках конденсатора достигает определенной величины, происходит пробой воздушного промежутка разрядника 4; конденсатор разряжается на часть обмотки импульсного автотрансформатора 5. В контуре, образованном этим участком обмотки, разрядником и конденсатором, возникают высокочастотные колебания. При этом со всей обмотки импульсного автотрансформатора снимается напряжение порядка 20— 30 кВ. Под действием этого напряжения, приложенного к электродам ксеноновой лампы 6, через блокировочный конденсатор 7 происходит пробой межэлектродного промежутка, ионизация газа и возникает дуговой разряд, постепенно переходящий в газовый; лампа зажигается. После этого контакты 1 размыкаются; разряд поддерживается низким рабочим напряжением 20—30 В, подаваемым к лампе от электропитающего устройства.

Промышленность выпускает ксеноновые лампы мощностью от 500 до 10000 Вт. Лампы мощностью до 4000 Вт требуют воздушного охлаждения, а мощностью свыше 4000 Вт — воздушного и водяного охлаждения. Отечественные лампы с воздушным охлаждением имеют шифр ДКсШ (шаровые) или ДКсЭл — эллипсоидные, а с водяным охлаждением имеют шифр ДКсШРБ. Кроме буквенного обозначения в шифр лампы входит число, показывающее ее мощность в ваттах.

Ксеноновые лампы обладают хорошими характеристиками — высокой яркостью и световой отдачей, большим сроком службы и хорошей спектральной характеристикой излучения, благодаря этому они применяются во всей современной стационарной кинопроекционной аппаратуре.

Однако ксеноновые лампы имеют и некоторые недостатки. Так, вследствие большого давления ксенона внутри колбы возникает опасность ее разрыва. Поэтому при эксплуатации ламп следует соблюдать меры предосторожности: транспортировать, хранить и устанавливать лампу в кинопроекторе, не вынимая ее из специального защитного кожуха, защищать лицо щитком из оргстекла при установке лампы или при открывании фонаря кинопроектора.

При горении лампы кварцевая колба пропускает ультрафиолетовое излучение, выделяемое разрядом, что приводит к ионизации воздуха и образованию озона и окислов азота, которые при достаточно большой концентрации и длительном воздействии вредны для человека. Поэтому фонари кинопроекторов с ксеноновыми лампами требуют принудительной вытяжки для удаления образующихся газов.

Сложная система зажигания и необходимость принудительной вентиляции затрудняют применение ксеноновых ламп в передвижной кинопроекционной аппаратуре.

В настоящее время широко применяются ксеноновые лампы с горизонтальным расположением электродов, что позволяет использовать ее в сочетании с глубокими отражателями и обеспечивать существенное увеличение светового потока осветительно-проекционной системы. В большей своей массе эти лампы являются «безозонными» и не выделяют вредных газов.