什么是电光源?电光源的性能指标和特点有哪些?

2023-02-22

什么是电光源?所谓电光源,就是能将电能转化为光能的器件或装置,例如我们日常生活中的白炽灯、卤钨灯、荧光灯、汞灯等都属于电光源,电光源按照工作原理和工作方式的不同可以分为不同的类型。本文对电光源的种类、性能指标及特点进行了简要的介绍,对光源知识感兴趣的朋友不妨了解一下!

电光源01

什么是电光源?

将电能转换为光能的器件或装置称为电光源。电光源的发明促进了电力装置的建设,在其问世后一百多年中,很快得到了普及。它不仅成为人类日常生活的必需品,而且在工业、农业、交通运输以及国防和科学研究中,都发挥着重要作用。

人类对电光源的研究始于18世纪末。19世纪初,英国的H·戴维发明了碳弧灯。1879年,美国的T·A·爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯,使人类从漫长的火光照明进入电气照明时代。电光源发展的速度超过了以往任何种类的人造光源。特别现代有最新的科学技术和工艺设备作为基础,出现了更多更好的新型电光源。目前,世界上有数以万计的电光源产品,年产量达数百亿只,电光源的最大功率超过了200kW,而最小的产品仅有几毫瓦。


电光源的种类:

光源中,可将电能转换为光能,从而提供光通量的设备、器具,称为电光源。电光源按工作原理可分为热辐射光源、气体放电光源和场致发光光源三大类。电光源的品种很多,用途各不相同,技术要求也千差万别,但是总的说来,主要有如下几个方面:

1.热辐射型电光源

主要代表就是白炽灯、卤钨灯两种。白炽灯是电光源中最古老、最普遍的品种,由此派生的光源种类繁多。最早的商用化白炽灯是爱迪生1880年发明的用竹子炭化作灯丝的竹炭丝白炽灯(Bamboo Filament Lamp),后来出现了使用寿命更长一些的用纤维素作灯丝的白炽灯(Cellulose Filament Lamp)。不过随着科技的不断进步,为了进一步提高灯泡的工作寿命,人们采用高熔点的金属钨代替竹炭作为灯丝,这就是应用最为广泛的光源之一——钨丝白炽灯。

而卤钨灯是在普通钨丝灯的基础上,充入少量的卤族元素(一般是碘或溴)制造而成的,加入碘元素的叫碘钨灯,加入溴元素的叫溴钨灯,碘钨灯和溴钨灯都是卤族元素灯的家庭成员,统称卤钨灯,又称卤素(Halogen)。

2.气体放电型电光源

气体放电型光源通过气体放电发光,有时也统称为弧光灯(ArcLight)。和热辐射型电光源相比,其优点是光效高,工作温升相对较小,所以习惯上认为气体放电光源属于冷光源(尽管如此,大功率的气体放电光源在工作时其温升也非常高,需要有效的降温措施)。和白炽灯、卤钨灯相比,气体放电光源的缺点是结构复杂,制造成本高,另外色彩还原能力较差。气体放电型光源的种类繁多,大致可分为两类,一类是低压气体放电光源,如低压汞灯(含荧光灯)和低压钠灯,另一类是高压气体放电光源,如高压钠灯、高压汞灯、金卤灯和氙灯。

比如现在比较常见的荧光灯、三基色荧光灯、汞灯、钠灯、金属卤化物灯、氙灯等都是气体电型电光源。

3.电致发光光源

在电场作用下,使固体物质发光的光源称为电致发光光源。它将电能直接转变为光能。包括场致发光光源和发光二极管两种。通常情况下,我们常常根据光的产生原理,把电光源分为固体光源和气体光源。固体光源属于最新一代光源,具有极高的发光效率和优异的光色性能,主要有LED和OLED两种。

(1)LED光源

LED即发光二极管,是一种半导体器件,有正负两个电极,加上适当的正向偏压后处于导通状态,电流从正极流向负极的过程中,电子转变为光子,形成可见光。

(2)OLED光源

OLED即有机发光二极管,其发光层由有机化合物(一种聚合体)构成,发光单元本质上和发光二极管类似,但不是用电流驱动发光,而是由电场驱动发光,所以OLED属于场致发光器件。


电光源的性能指标:

电光源主要有光与电两方面的性能指标,这两方面的性能指标有着密切的联系。但作为光源,主要还是光的性能指标,电光源的主要性能指标可概括为以下几项:

1.光量特性指标包括总光通量、亮度、光强和热辐射量等。

2.光色特性指标包括光色、色温、显色指数、色度和光谱分布等。

3.电气特性指标包括消耗功率、灯电压、灯电流、启动特性、干扰特性等。

4.机械特性包括外形、结构、安装等。

5.经济特性包括发光效率(光效)、寿命、价格等。

5.心理特性包括灯外观和舒适性等。


电光源的特点:

1.高发光效率

提高发光效率一直是电光源研究的主要课题。如果按发光效率的高低来划分电光源,我们可以把10~20lm/W的白炽灯称为第一代电光源,而50lm/W左右的荧光灯和高压汞灯称为第二代光源,把光效为80~100lm/W的高压钠灯和金属卤化物灯称为第三代光源。

2.高显色性

随着照明技术水平的提高,人们对电光源的要求也逐步提高,不但发光效率要高,而且发出的光的颜色也要求好,使用被照物体的颜色失真很少,即光源的显色性要高。

3.长寿命

光源寿命是人工照明中一项重要的经济技术指标。延长寿命可降低光源成本,节省资源。此外,对简化照明的安装、维修、使用也是极其重要的。

4.低成本

要降低光源的成本,首先就是降低光源材料的成本,以廉价的大量易得材料取代稀有贵重材料,其次就是优化光源结构,提高生产效率,使用高效的自动化生产线等。

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