卤素灯
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卤素灯（halogen lamp）是充有溴、碘等卤族元素或卤化物的钨灯，也称为卤钨灯。它是新一代白炽灯。 卤钨灯在白炽灯的充填惰性气体中加入微量卤素或卤化物而制成的电光源。卤钨灯具有体积小、发光效率高、色温稳定、几乎无光衰、寿命长等优点。自1959年美国通用电气公司研制成功管型碘钨灯以来发展十分迅速。中国第一支碘钨灯是1961年研制成功的。卤钨灯是利用卤钨再生循环原理工作的。其主要部件有玻壳、灯丝和充填卤化物等。
为提高白炽灯的发光效率，必须提高钨丝的温度，但相应会造成钨的蒸发，使玻壳发黑。在白炽灯中充入卤族元素或卤化物，利用卤钨循环的原理可以消除白炽灯的玻壳发黑现象。这就是卤素灯的来由。但为确保卤钨循环的正常进行，必须大大缩小玻壳尺寸，以提高玻壳温度（一般要求碘钨灯的玻壳温度为250-600℃，溴钨灯的玻壳温度为200-1100℃），使灯内卤化钨处于气态。因此，卤素灯的玻壳必须使用耐高温和机械强度高的石英玻璃。其结构有双端直管形、单端圆柱形和反射形。由于使用石英玻璃作玻壳，卤素灯又常称石英灯。其中反射形卤素灯因带有反射杯，又常称杯灯。卤钨灯功率有5W、10W、15W、20W、25W、30W、35W、40W、45W、50W、60W、70W、100W、150W、200W和250W等多种。工作电压有6V、12V、24V、28V、110V和220V等多种。灯头有螺口式（E10、E11、E14等）、插入式（GU5.3、GX5.3、GY6.35、GZ4和G8等）和直接引出式。其中杯灯还有带前罩与不带前罩之分。杯口直径有25mm（MR8），35mm（MR11）和50 mm（MR16）等几种。反射角有8°、10°、12°、20°、24°、30°、36°、40°和60°等多种。
由于卤素灯中钨的蒸发受到有效的抑制，加之卤钨循环消除了玻壳发黑，卤素灯灯丝的温度就可大大提高（高达3000℃），使卤素灯的发光效率远比普通白炽灯高。例如，白炽灯需要消耗75W电能才能达到960流明的光通量，而卤素灯仅需50W。卤素灯尤其吸引人的地方是它的体积小巧玲珑，品种规格多种多样，尤其杯灯可把光线集中反射，相对于散射型光源而言，消耗同样电功率，可获得强得多的照度，因此，人们觉得卤素灯“特别明亮”，能使物体的表面色泽更绚丽，光彩更夺目，甚至觉得有迷人的闪烁效果。杯灯的反射角度有从窄到宽多种角度可供选择（越窄越觉明亮），也给专业灯光设计提供很大的创意空间。
卤素灯具有体积小、发光效率高（达17-33 lm/W）、色温稳定（可选取2500K-3500K）、光衰小（5％以下）、寿命长（可达3000小时至5000小时）等特点，这些特点显示出它有取代普通白炽灯的趋势。但石英玻璃昂贵，卤素灯的价格当然要比白炽灯高。
同白炽灯一样，卤钨灯按用途、结构和外形也可分成许多类别。
卤钨灯是在白炽灯的充填惰性气体中加入微量的卤素或卤化物而制成的电光源。第一支实用的卤钨灯是1959年由美国通用电气公司研制成功的管型碘钨灯。由于卤钨灯具有体积小、发光效率高、色温稳定、几乎无光衰、寿命长等优点，问世后发展十分迅速。1964年试制出溴钨灯，进而开展了以氟、氯、溴、碘的各种化合物作充填循环剂的研究工作，使卤钨灯的性能不断提高。已试制和生产的各种用途的卤钨灯已显示出将逐步取代普通钨丝白炽灯的趋势。中国自1961年起试制碘钨灯，其后各主要白炽灯生产厂相继试制出了各种卤钨灯。
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原理
卤钨灯是利用卤钨再生循环原理工作的。在一定的温度范围内，从灯丝上蒸发出的钨在灯壳内壁附近与卤素反应生成气态的卤化钨，再通过对流和扩散到达灯丝的高温区，分解成钨和卤素，钨沉积在灯丝表面，而卤素则被扩散到温度较低的灯壳内壁附近再继续与蒸发的钨化合。这一过程称为卤钨再生循环。卤素与钨反应的基本形式为：
式中W为钨原子，X2为卤素分子。钨和各种卤素充分生成无色气态的卤化钨的温度范围是不同的。碘钨灯要求的灯壳温度为250～600℃；溴钨灯为200～1100℃;氯、氟钨灯灯壳温度范围更宽。但是，氯、氟会对灯内低温部分的灯丝、支架以及石英玻壳产生较强的腐蚀，缩短灯泡寿命，故目前的卤钨灯多数是充填溴的化合物。
由于卤钨循环减少了钨的蒸发量，卤钨灯灯丝工作温度可达3000℃以上，发光效率根据用途可达17～33lm/W，光衰可低于5％。
结构
卤钨灯的主要部件是玻壳、灯丝和充填卤化物。根据卤钨循环原理，卤钨灯灯壳的温度在200～800℃时才能形成充分的卤钨再生循环。为此，玻壳须选用耐高温的石英玻璃、高硅氧玻璃或低碱硬质玻璃，石英玻壳表面负载取20～40(W/cm2);灯的体积须缩小到同功率白炽灯的0.5～3％。也有几种规格的卤钨灯使用硬质玻璃代替石英玻璃，其色温比石英玻璃的低100K。
卤钨灯的结构有双端管形、单端圆柱形和反射形3种形式（见图）。
双端管形卤钨灯的灯丝发光体呈线状。单端圆柱形卤钨灯的灯丝发光体呈面光源或点光源。反射形卤钨灯带有金属或玻璃介质膜反光镜。介质膜反光镜是一种利用光学折射原理镀制成的多层宽带反射膜，能反射95％以上的可见光，透射80％的红外线和紫外线，相应的反射形卤钨灯又可分为光束温度较低的聚光型和红外、紫外有害辐射少的定向照明型。
类型
卤钨灯按用途可分为如下6类。
照明卤钨灯 有高压双端灯、低压单端灯和多平面冷反射低压定向照明灯3种。高压双端灯色温2900～3100K、发光效率17～22lm/W、工作电压100～240V、功率300～2000W、寿命1500～2000h，水平燃点，广泛用于大面积泛光照明。低压单端灯电压6～110V、功率5～300W、寿命1000～3500h、体积小、发光体小，配上相应的反光镜时光利用率高，是一种节能型室内照明光源。多平面冷反射低压定向照明灯的节能效果和照明效果更为显著。主要有12V20W、12V50W、12V75W3种功率，相当于50～200W的普通PAR型灯(射灯)的照明效果，色温3050K，寿命2000～3500h。低压定向照明灯又分为宽角泛光照明灯（照射角30°～40°）、窄角泛光照明灯(照射角15°～25°)和窄点照明灯(照射角6°～14°)3种照射角的灯泡，均采用多平面介质膜反光镜，约80％的红外线透过反光镜而不被投射到被照物上，故光束温度低，被照面照度均匀，定向性好，有利于商品保鲜、显色逼真和突出效果。改变介质膜反射光的带宽和波长，可以镀出红、黄、绿、蓝等彩色的定向照明灯。与低压定向照明灯配套发展起来的一种小而轻的电子变压器，采用开关电路、高频工作(20～400kHz)原理，用高频磁芯代替笨重的铁芯。它可以单独配装在射灯灯具外，也可以与卤钨灯制成采用普通E27螺口灯头的一体化定向照明灯，还可与普通PAR型灯互换，使用更加方便。多平面冷反射定向照明灯因节能效果显著，发展非常迅速，已广泛用于商店、橱窗、展览厅、家庭室内等场所照明。
汽车卤钨灯
汽车上已使用12～24V、8～60W单端卤钨灯，色温为3000～3100K，寿命200h。其中前灯采用H4型12V60W/55W的双灯丝灯泡，近光灯丝精确装配在灯内的防眩钼制反光罩内，射程远、防眩效果好、定向性好；转弯灯、刹车灯等采用12V、8～25W的灯泡。
红外、紫外辐照卤钨灯 色温2500K以下的卤钨灯有丰富的红外辐射，热效率高、体积小，广泛用于加热照干燥设备和复印机上。这类灯多数是双端管形。复印机灯泡的灯丝分段绕制，保证热辐射均匀。色温高于3000K的卤钨灯有一定量的长波紫外辐射(约占总辐射量的 0.1％)，已开始用于牙科固化粉的固化工艺上。
摄影卤钨灯
功率200～20000W、色温3200±50K、发光效率27～36lm/W、寿命15～300h，电压分为12～36V、110V和220V 3种。12～36V的摄影卤钨灯为低压单端圆柱形，功率200～400W；110V和220V的为双端管形，功率500～2000W，更大功率的，灯丝由几段单螺旋丝排成均匀的发光面。摄影卤钨灯色温稳定、光衰小，已在舞台影视和新闻摄影照明中取代了普通钨丝白炽灯。
仪器卤钨灯
功率2～400W、色温3000～3200K、电压3～36V、寿命50～200h。广泛用于现代显微镜、投影仪、幻灯以及医疗仪器等光学仪器上。
冷反射仪器卤钨灯
它是与椭球面介质膜反光镜经预聚焦组合成一体化的灯泡。功率50～250W、色温3200～3600K，光束温度低、光利用率高，反光镜最大直径50cm，电压 8～110V。广泛用于轻便型电影机、幻灯机、医用和工业用内窥镜、牙科手术着色固化、彩色照片扩印仪等光学仪器上。
卤钨灯用途分类
卤钨灯按用途分为6类：
①照明卤钨灯。又分为高压双端灯、低压单端灯和多平面冷反射低压定向照明灯3种，广泛用于商店、橱窗、展厅、家庭室内照明。
②汽车卤钨灯。又分前灯，近光灯，转弯灯，刹车灯等。
③红外、紫外辐照卤钨灯。红外辐照卤钨灯用于加热设备和复印机上，紫外辐照卤钨灯已开始用于牙科固化粉的固化工艺。④摄影卤钨灯。已在舞台影视和新闻摄影照明中取代普通钨丝白炽灯。
⑤仪器卤钨灯。用于现代显微镜、投影仪、幻灯以及医疗仪器等光学仪器上。
⑥冷反射仪器卤钨灯。用于轻便型电影机、幻灯机、医用和工业用内窥镜、牙科手术着色固化、彩色照片扩印等光学仪器上。
发展趋势
卤钨灯是处于发展中的新一代白炽灯。其发展趋势：①继续发展节能型小功率产品，代替白炽灯全面进入室内照明。②研究氟、氯化合物充填剂以及防腐工艺，提高发光效率和寿命，使氯、氟钨灯得以实用。③研究反射红外线透射可见光涂层的节能型卤钨灯。④逐步采用硬质玻璃灯壳。
参考书目
- 复旦大学电光源实验室编著：《电光源原理》，上海人民出版社，上海，1977。
