汞蒸气灯

汞蒸气灯简称汞灯，是最古老的HID灯，现在主要用于街道照明，其发光效率为26~60lm/W，光线为冷色调的蓝/绿白光。现在表演和体育馆照明较少使用汞蒸气灯，而更多使用金属卤化物灯，因为后者的显色性（显色指数为70，汞蒸气灯为50）更佳、发光效率更高（70~115lm/W）。但是，汞蒸气灯的寿命（16000~24000h）比金属卤化物灯更长1。

简介汞蒸气灯是利用通电后灯管内灼热汞蒸气发光的灯泡。汞蒸气灯发出非连续光谱的光。在其光谱中，缺红光成分，绿区、蓝区和紫外区线光谱强烈，因此不宜用于彩色摄影的光源，多用于城市街道照明2。

工作原理气体放电灯的工作原理均基于放电管内的电子、原子、离子之间的相互碰撞。灯管电流的产生依赖于电子碰撞引起的原子的电离，而原子或分子的激发是特征线光谱或谱带的辐射所必需的过程，连续光谱的辐射主要是由于电子和离子复合的结果。汞的主要辐射光谱线在紫外、蓝、绿、黄光区域。

汞蒸气放电的发光效率随汞蒸气压而改变，见图1。在AB段光效随汞蒸气压的升高而增加，这是由于随着气压的升高有更多的汞原子处于63P1态，并被激发到更高的能级，在高能级之间跃迁而发出可见光。在BC段中汞蒸气压进一步升高，由于汞原子浓度增大，电子和汞原子的弹性碰撞概率增加。电子通过频繁的弹性碰撞将能量传递给原子，使汞蒸气的温度升高，造成所谓的“体积损耗”，发光效率下降。到C点以后，气体的温度已经升得足够高，使汞原子产生热电离和热激发。这时，有越来越多的汞原子被激发到较高的能级而发出可见光。所以随气压的升高光效又开始上升。同时，由于管壁附近温度较低，不足以产生热激发和热电离，发光电弧向灯的轴心收缩。汞蒸气压越高，这一收缩便越明显，被称为电弧的绳化现象。在DE段，汞蒸气压为1~5atm，电弧的轴心温度约为5500K，此时汞蒸气放电有较高的光效，也比较容易使灯的电参数与220 V市电相配合，因此一般的高压汞灯就是工作在这一区域。EF段是超高气压放电3。

类型汞蒸气灯是利用汞蒸气放电发光原理而制成的灯。按汞蒸气压和用途的不同，可分成低压汞蒸气灯、低压水银荧光灯、高压汞蒸气灯、超高压汞蒸气灯等。

低压汞蒸气灯低压汞蒸气灯在汞蒸气压比较低时，电流通过汞蒸气时会产生波长为253.7nm的共振辐射，这一波长的辐射效率达60%，而可见辐射则很少，仅占输入电能的2%左右。所以低压汞蒸气灯是效率很高的紫外线光源。一般紫外线灯具都是采用低压汞蒸气灯作光源4。

高压汞蒸气灯高压汞蒸气灯品种、规格比较多，主要有荧光高压汞蒸气灯、反射型高压汞蒸气灯、自镇流荧光高压汞蒸气灯和管型高压汞蒸气灯。高压汞蒸气灯发光效率高，使用寿命长，但紫外光多、红光少，可用做晒图机的光源；管壁涂荧光物质后产生白光，即高压水银荧光灯，可用于广场和街道的照明。高压汞蒸气灯的发光效率约为64lm/W，其中可见光成分较多，灯内的气压有1~5Pa5。

超高压汞蒸气灯超高压汞蒸气灯主要有球形超高压汞蒸气灯和毛细管超高压汞蒸气灯。球形超高压汞蒸气灯工作气压在10~15个大气压，亮度达到109cd/m2，发光效率为30~50lm/W。毛细管超高压汞蒸气灯的工作气压在50~200个大气压，灯管的温度极高，必须用水或压缩空气冷却4。

结构以荧光高压汞蒸气灯为例简要介绍汞蒸气灯的主要结构。荧光高压汞蒸气灯由放电管、电极、外玻璃壳和灯头等主要零部件构成。

放电管高压汞蒸气灯的放电管由耐高温的透明石英管制造，管内充有少量氩气，启动时先建立主电极与辅助电极之间的放电，然后再建立主电极之间的弧光放电，放电管工作时管壁温度可达到1000K，内部汞蒸气压强高达0.2~0.4MPa，并要求放电管能够透射紫外线以激发外玻璃壳内壁上的荧光物质而发光4。

电极放电管两端各有一个放电电极，其结构是在顶端磨尖的钨杆外面套上双层钨丝螺旋，螺旋间涂覆钡、锶、钙氧化物电子发射材料。内层螺旋间隙绕制，螺旋之间可以充填尽可能多的电子发射物质，外层螺旋密绕防止电子发射物质脱落，同时减少离子轰击4。

外玻璃壳荧光高压汞蒸气灯是一种双层玻璃壳灯泡，石英放电管外面另有一个椭球形外玻璃壳。外玻璃壳中充入数百托（1托=133.32Pa）氮气，氮气防止钼箔和金属零部件氧化，并且保持放电管温度稳定。外玻璃壳还可以截断石英放电管的紫外线保证照明安全，荧光高压汞蒸气灯的外玻璃壳内壁的荧光粉把紫外线转变为红色光，改善显色性，提高发光效率。外玻璃壳多用热稳定性能优良的硬质玻璃制成，避免室外使用时雨雪淋溅引起炸裂4。

灯头荧光高压汞蒸气灯采用标准的E40螺口灯头便于安装使用。由于灯泡工作温度很高，寿命很长，所以多采用无焊泥的机械式夹紧灯头4。

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学