پس از منسوخ شدن لامپ های رشته ای (تنگستن) و لامپ های فلورسنت یا مهتابی، نوبت لامپ های گازی (HID) است که در مقیاس بزرگ از رده خارج شوند. لامپ های گازی گستره وسیعی از صنعت روشنایی به خود اختصاص داده اند که اغلب آنها را در روشنایی ساختمان های تجاری و همچنین در کنار جاده ها و خیابان ها دیده ایم. در حوزه لامپ های گازی، با این که رنگ نور آن ها بیشتر به سمت طیف های قرمز و نارنجی تمایل دارد اما به دلیل بازده روشنایی بیش از ۲۰۰ لومن (واحد اندازه‌گیری شار نوری) برای هر یک وات مصرفی به این نتیجه می رسیم که کارآیی این لامپ ها اهمیت بیشتری نسبت به زیبایی و جنبه تزیینی آن ها دارد. لامپ های گازی در مقایسه با لامپ های هالوژن راندمان بالاتری داشته و با مصرف انرژی کمتر، نور بیشتری تولید می کنند. طول عمر آن ها هم چیزی بین ۱۰ هزار تا ۲۴هزار ساعت بوده که در مقایسه با عمر مفید ۲هزار تا ۴هزار ساعت لامپ های هالوژن بسیار بیشتر است. در این نوشتار به بررسی اولین لامپ های گازی که در سال های قبل از ۱۹۶۰ میلادی (۱۳۳۸ شمسی) ساخته شدند می پردازیم.
طرز کار لامپ های گازی (HID)
لامپ های گازی را در طول دوره تکامل آنها به پنج دسته اصلی می توان تقسیم کرد: لامپ های بخار جیوه ، سدیم کم فشار (LPS) ، سدیم پرفشار (HPS) ، لامپ های متال هالید (نمک هالوژنی) ، و لامپ های متال هالید با تیغه سرامیکی (CMH یا CDM) . تمام این لامپ ها از ساختار و ویژگی های مشابه بهره می برند. همگی آنها مانند لامپ های فلورسنت نوعی از چراغ های قوس الکتریکی محسوب می شوند که از نظر شکل حباب با هم تفاوت دارند. لامپ های فلورسنت شکلی کشیده و باریک دارند که نور را به صورت طولی منتشر می کنند، در حالی که لامپ های گازی دارای حباب بیضی شکل هستند که درون آن یک استوانه شیشه ای توسط نگهدارنده فلزی قرار داده شده است. قوس الکتریکی ایجاد شده بین الکترودهای داخل لوله شیشه ای که توسط گاز هادی پر شده است باعث تولید انرژی به صورت نور می شود در صورتی که در لامپ های قدیمی این انرژی صرف داغ کردن رشته های تنگستن می شد.
لامپ های بخار جیوه
اولین لامپ های گازی که به تولید انبوه رسید لامپ های بخار جیوه بودند (که در بازار به نام لامپ خیاری مشهورند) که لامپ تخلیه در گاز محسوب شده و نحوه کار آنها بدین صورت است که قوس الکتریکی از درون بخار جیوه موجود در لوله داخلی عبور داده شده و این امر موجب تولید نور می گردد. در مدل های جدید قوس الکتریکی از درون لوله ای از جنس کوارتز که توسط حباب شیشه ای بزرگتری احاطه شده عبور داده می شود که به لامپ های بخار جیوه پرفشار شناخته می شوند. لامپ های بخار جیوه کم فشار عموماً به صورت نوک تیز ساخته می شوند تا الکترودهای دو سر لوله بتوانند الکتریسیته را از درون جیوه مایع عبور دهند. اگر چه لامپ های بخار جیوه امروزی معایبی دارند نظیر این که به علت اثر مخرب جیوه بایستی با احتیاط معدوم شوند و این که بازده روشنایی لومن بر وات کمتری در مقایسه با لامپ های سدیم پرفشار دارند، اما رنگ نور تولید شده توسط آن ها برتری به سزایی نسبت به لامپ های سدیم پرفشار دارد. یک لامپ بخار جیوه می تواند به طور متوسط ۲۴هزار ساعت نور زیبای سفید آبی فام ۶۸۰۰ کلوین تولید کند که برخی از آنها ممکن است تا ۱۷۵هزار ساعت یا ۴۰ سال برای شما کار کنند. در بسیاری از ساختمان هایی که سقف بلند دارند نظیر باشگاه های ورزشی و همچنین برای روشنایی خیابان ها و پارک ها اغلب از این نوع لامپ استفاده می شود.
لامپ سدیم کم فشار
اولین سری لامپ های سدیم تولید شده، لامپ سدیم کم فشار (LPS) بود. لوله داخلی در واقع یک استوانه خمیده U شکل است که در تمام طول پوشش خارجی لامپ کشیده شده و توسط سدیم و گاز نئون پر شده است. در مدل های کوچک تر، گاز آرگان هم اضافه شده تا لامپ با ولتاژ کمتری بتواند شروع به کار کند. در ابتدا گاز نئون (و احتمالا آرگان) که با درجه حرارت کم روشن می شود نور قرمز رنگ تولید می کند اما هنگامی که گاز سدیم شروع به درخشش می کند، نور لامپ به رنگ زرد یکنواخت خاصی تغییر پیدا می کند. با توجه به رنگ نور تولید شده و شاخص تفکیک رنگ (CRI) ضعیف این لامپ، لامپ سدیم کم فشار را به ندرت می توان در بازار های خارج از اروپا پیدا نمود. همچنین این نوع لامپ در صورتی که به درستی معدوم نگردد قابلیت اشتعال بالایی دارد. با این حال، این لامپ ها تمام جریان مصرفی را به طیفی از نور تبدیل می کنند که رنگ آن به بهترین نحو توسط چشم انسان قابل شناسایی بوده و به همین علت به عنوان پر بازده ترین لامپ در دنیا شناخته می شوند. صرف نظر از مدت زمان ۵ الی ۱۰ دقیقه ای که این لامپ برای گرم شدن نیاز دارد، شدت نور خروجی آن تحت تاثیر گذر زمان از دست نرفته و بر خلاف لامپ های رشته ای پس از مدتی کم نور نمی شود.
لامپ سدیم پرفشار
نام لامپ سدیم پرفشار اساسا با چراغ های خیابانی در سراسر دنیا عجین شده است. این مدل از لامپ به دنبال ساخت لامپ سدیم کم فشار و با هدف بهبود رنگ آن تولید شد. هرچند بهینه سازی رنگ نور موجب کاهش جزئی در بازدهی آن شده، ولی با توجه با این که می توان لامپ های سدیم پرفشار را در اندازه های کوچک تر تولید نمود، آنها را برای استفاده در بسیاری از تجهیزات از جمله برای بهینه سازی تجهیزاتی که با لامپ های بخار جیوه کار می کردند قابل استفاده می کند. دراین نوع از لامپ ها ، از لوله خمیده داخلی از جنس سرامیک اکسید آلومینیوم که با گازهای زنون، سدیم و بخار جیوه پر شده است استفاده می شود. معمولا بالاست (ثابت کننده جریان) در این لامپ ها یک فندک یا جرقه زن داخلی دارد که یک پالس الکتریکی ولتاژ بالا را برای گرم کردن گازهای زنون و جیوه می فرستد. نور آبی رنگ اولیه، به تدریج و با تبخیر سدیم تبدیل به رنگ زرد می شود. در پوشش خارجی لامپ می بایست خلا ایجاد شود که البته پس از مدتی امکان نشت و رسوخ اکسیژن و گازهای دیگر به داخل آن وجود دارد. در برخی از لامپ های سدیم پرفشار یک زائده فلزی به نام گاز زدا تعبیه شده است که با جذب اکسیژن و سایر گازهای زاید باعث حفظ شرایط خلاء در حباب لامپ می شود.
شما کدام یک از انواع لامپ های گازی را ترجیح می دهید؟
در نوشتارهای بعدی به عملکرد ، مزایا و معایب دو گونه بعدی از لامپ های متال هالید می پردازیم.