金卤灯结构和工作原理

金属卤化物灯(以下简称金卤灯）是一种气体放电灯，通过一个产生光电弧通过气化的气体混合物的汞和金属卤化物 (具有金属的化合物的溴或碘)。它是一种类型的高强度放电(HID)气体放电灯。在20世纪60年代开发的，它们类似于汞蒸气灯，但包含在附加的金属卤化物石英弧光管，其提高了效率和色彩还原的光。最常用的金属卤化物是碘化钠。一旦电弧管到达其运行温度时，钠从碘离解，添加橙色和红色从钠D线的灯的光谱作为金属电离。其结果是，金卤灯具有较高的发光效率每瓦左右75-100流明，是汞的两倍左右蒸气灯和3至5倍的白炽灯，并产生强烈的白色光。灯泡寿命为6000至15000小时。由于采用的最有效的来源之一CRI白光，金属卤化物在2005年进行了照明行业中增长最快的领域。它们用于广区顶部照明商业，工业和公共场所，如停车场，运动场，工厂和零售商店，以及住宅的安全照明和汽车前大灯(氙气大灯)。

该灯由一小的熔融石英或陶瓷 电弧管，其中包含的气体和电弧，封闭其具有一涂层，以筛选出一个较大的玻璃灯泡内的紫外光产生的。它们在之间的压力下操作图4和20个大气压，以及需要特殊的夹具安全地操作，以及电镇流器。金属原子产生大部分的光输出。他们需要几分钟的预热期达到全光输出。

由于高CRI白光的最有效的来源之一，金属卤化物在2005年是照明行业中增长最快的领域。它们用于广域顶灯商业，工业和公共场所，如停车场，运动场，工厂和零售商店，以及小区保安照明和汽车前大灯(氙气大灯) 。

图示出在385nm，422nm，497nm，540nm处，564nm，583nm(最高)，630nm的，和674nm峰值的典型的金卤灯的输出光谱。

金卤灯路灯

金卤灯被用于一般照明目的在室内和室外使用这两种，汽车和特种应用。由于其广泛的频谱，它们用于室内应用的不断增加，在体育设施，并与珊瑚礁很受欢迎友们，谁需要为他们的珊瑚高强度光源。

金卤灯用于汽车头灯，在那里它们被俗称为“氙大灯”由于使用的氙在灯泡代替气体氩典型地在其它卤化物灯使用。他们产生更强烈的光比白炽灯头灯。

为这种灯的另一个普遍的应用是在摄影照明和舞台灯光装置，其中，它们通常被称为MSD灯和在150，250，400，575和1200通常使用瓦特额定值，尤其智能照明。

像其他的气体放电灯，如非常相似汞汽灯，金卤灯通过使产生光电弧中气体的混合物。在金属卤化物灯，紧凑的弧光管中包含的高压混合物氩或氙，汞，以及各种金属卤化物，如碘化钠和碘化钪,. 卤化的特定混合物影响相关色温和强度(使光更蓝，或更红，例如)。在灯的氩气容易离子化，这有利于撞击在两个电极上的电弧电压时首先施加于灯。由电弧产生的热，然后汽化的水银和金属卤化物，其产生光作为温度和压力的增加而增加。

电弧管内常见的工作条件是5-50大气压以上 (70-700 磅或500-5000 千帕)和1000-3000℃。如同所有其他气体放电灯，金卤灯有负电阻，并与自镇流灯的罕见的例外与灯丝，需要一个镇流器以提供适当的起动和操作电压和调节灯的电流流动。约24%通过金卤灯中使用的能量的产生光(65-115LM/W)，使它们基本上比更有效的白炽灯泡，其典型地具有范围2-4%的效率。

金卤灯由具有电极的发光管，外灯泡和灯头。

电弧管内侧熔融石英 弧光管的钨掺杂有电极钍，被密封到每个端和电流通过传递给它们钼在熔融二氧化硅箔密封。这是光在实际建立电弧管内。

除了汞蒸气，灯管中含有碘化物或有时溴化物不同的金属。的钪和钠在某些类型的，使用铊，铟和钠欧洲三盐使用的模型，以及更近的类型镝的高色温，锡为色温较低，钬和铥在一些非常高的功率影视灯光机型。镓或铅在特殊的高UV-A模型用于打印的目的。所使用的金属的混合物限定了灯的颜色。某些类型的节日或戏剧效果使用铊几乎是纯碘化物，绿色灯，铟，蓝色灯。一个碱金属(钠或钾)，几乎总是加到减少电弧阻抗，允许电弧管可以做得足够长，简单的电镇流器使用。一个惰性气体，通常为氩气，冷填充到电弧管在约2千帕的压力，以促进放电的开始。充满氩气灯启动通常很慢，需要几分钟才能达到全光的强度; 氙填充在汽车前照灯使用具有更好的启动时间。

金卤灯路灯

金卤灯球场灯

电弧管的端部经常被外部涂覆有白色红外线 -reflective 硅酸锆或氧化锆，以反映热回到电极以保持热和热离子发射。一些灯泡对外部灯泡的内侧的荧光体涂层，以提高频谱和扩散的光。

在80年代中期，一种新型的金卤灯被开发，其中代替作为汞蒸气灯和以前的金属卤化物灯的设计中使用的石英(熔凝石英)弧光管，用一个烧结的 矾土类似于电弧管那些在使用高压钠灯。这一发展降低困扰熔融二氧化硅弧光管离子蠕变的影响。在其生命，钠和其他元素趋向于迁移到石英管中，因为高紫外线辐射和气体电离，从而产生了导致循环发光材料的消耗。烧结的氧化铝电弧管不允许离子蠕变通过，保持更恒定的颜色在灯的寿命。这些通常被称为陶瓷金卤灯或CMH灯。

添加金属碘化物的频谱修改的概念(特别是： -黄色，锂-红，铟-蓝色，钾和铷-钠深红色，和铊-绿色)汞弧放电创造了第一个金卤灯可通过追踪到专利US1025932在1912年查尔斯·斯坦梅茨变形的“通用电气的精灵”。

水银的使用量已经减弱多年来的进步。

金卤灯球场灯

金卤灯应用在棒球场外灯泡

大多数类型都配有一个外玻壳，以保护内部部件和防止热量散失。外泡也可以用于阻断一些或所有的紫外线通过水银蒸气放电产生的光，并可以由专门掺杂“紫外线停车”熔融二氧化硅。紫外线防护是单端(单碱基)模型和双端模式，为人类附近的照明使用常用的。一些高动力的车型，特别是铅，镓UV印刷模型和用于某些类型的体育场馆照明的模式不具有外部灯泡。使用裸电弧管的可允许的光学系统内的UV或精确定位的传输灯具。照明设备的护罩玻璃可以用来阻挡紫外线，并且也可以保护人们或设备如果灯应该由爆炸失败。

灯头

有些类型有爱迪生螺旋金属基础上，为10和18000瓦特之间的各种额定功率。其它类型的双端，如上面所描述的，与陶瓷构成，具有发光管和外部的内部之间的金属连接沿R7S-24碱基。这些是由具有的热膨胀系数相匹配，该弧光管的各种合金(如铁-钴-镍)组成。

金卤灯镇流器

电子镇流器35W金卤灯泡电弧中的金卤灯，在所有气体放电灯具有负电阻特性; 也就是说，只要通过灯泡的电流增加时，电压两端减小。如果灯泡是从一个恒压源供电，如直接从交流布线，电流将增加，直到灯泡破坏本身; 因此，卤化物灯泡需要电镇流器限制电弧的电流。

有两种类型：

电感镇流器 -许多装置使用一个电感镇流器，也被称为磁镇流器，类似于那些与所用的荧光灯。这包括一个铁芯的电感器。电感器提供了一个阻抗AC电流。如果通过灯的电流增加，电感减少，以保持电流受限的电压。

电子镇流器 -这些更轻，更紧凑。它们由一个的电子振荡器，其产生高频电流以驱动灯。因为他们有比电感镇流器低电阻损失，他们是更节能。然而，高频率操作不增加灯效率作为荧光灯。

脉冲启动的金卤灯泡不包含起始电极，它撞击弧，并且需要的点火器，以产生一个高电压(1-5千伏冷击，用在热重燃30千伏)脉冲来启动弧。电子镇流器包括在一个包中的点火器电路。美国国家标准协会(ANSI)的灯镇流器系统标准建立的所有的金属卤化物组分的参数(与一些较新的产品除外)。

自镇流灯截至2012年，有几家公司已经开始提供自镇流金卤灯直接取代白炽灯和自镇流水银灯。这些灯包括具有起动电极的电弧管，以及一个管状的卤素灯，其连接在串联和用于调节在弧光管的电流。电阻提供限制的起始电极的电流。像自镇流汞汽灯，自镇流金卤灯直接连接到主电源，并且不需要外部镇流器。与此相反的前，这些灯通常具有明确的外部灯泡没有涂层，使得在电弧管和卤素灯管显然从外部可见的。

色温

由于所产生的更白，更自然光，金卤灯最初首选的蓝色水银灯。随着引进专业化金属卤化物混合物，金卤灯，现已与相关色温从3000 K至20000 K.色温可以从灯稍有变化，以灯，并且这种作用是明显的地方有许多的灯被使用。因为灯的色彩特性趋向灯的寿命期间改变，根据灯泡已被烧毁，100小时(调味)之后的颜色被测量的ANSI标准。较新的金属卤化物的技术，被称为“脉冲启动”，具有改善的显色性和更可控的开尔文方差(±100至200开尔文)。

金卤灯的色温也可以通过电气系统的供电在灯泡本身的灯泡和制造差异的电特性的影响。如果一个金卤灯泡是因为较低的动力不足，操作温度，其光输出将是因为汞的单独的蒸发的蓝色。这种现象可以升温期间中可以看出，当弧光管尚未达到整个工作温度和卤化物还没有完全蒸发。它也与调光镇流器非常明显的。逆是真实的一个灯泡过于强大，但是，这个条件可能是危险的，可能导致电弧管爆炸，因为过热和过压。

启动和预热

通电后，400瓦金卤灯不久“冷”(下操作温度)的金卤灯不能立即开始产生其充分的光量，因为在内侧弧室中的温度和压力所需要的时间来达到完全的操作水平。启动初始氩弧焊(或氙汽车)有时需要几秒钟，(取决于灯泡类型)的预热期可长达五分钟。在此期间，该灯显示出不同颜色的各种金属卤化物在电弧室汽化。

如果电源中断，甚至简单地说，在灯的电弧熄灭，而存在于热发光管的高压力将防止再起弧的弧;与正常的点火器的5-10分钟冷却期将要求可重新启动灯之前，但具有特殊点火器而特别设计的灯，电弧可以立即重新建立。在没有瞬间重燃能力灯具，电源的瞬间损失可能意味着没有光线几分钟。为安全起见，许多金卤灯具有冷却和再起弧期间工作备份卤钨灯的白炽灯。一旦金属卤化物restrikes和升温，白炽灯光安全关闭。温暖的灯也往往需要更多的时间比开始彻底的凉了一盏灯充分发挥其亮度。

所有的HID电弧管强度降低了他们的一生，因为各种因素，如化学腐蚀，热应力和机械振动。随着灯的老化电弧管变色，吸收光线和越来越热。管将继续成为弱直到它最终失败，从而导致管的破裂。

尽管这样的失败与寿命的结束相关联，电弧管可以在任何时候会失败，因为看不见制造缺陷如显微裂纹的甚至是新的时候，。然而，这是相当少见的。制造商通常“旺季”的新灯检查这些缺陷灯离开制造商的房舍之前。

由于金卤灯含有一显著高压气体(最多至50psi)，电弧管的失败是不可避免暴力事件。电弧管的片段被发射，以极高的速度，在所有方向上，引人注目的有足够的力在灯的外灯泡以使其断裂。如果灯具没有二级防护(如镜头，碗或屏蔽)，那么碎片极热片会掉下来砸到人员和财产的光线之下，有可能造成严重伤害，损坏，并可能造成重大建筑火灾如果易燃物质存在。

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