หลอดไอปรอท

เป็นหลอดปล่อยประจุความดันไอสูง ที่ให้กำเนิดแสงโดยกระบวนการ อาร์กภายใน arc tube เรียกกันทั่วไปว่าหลอดแสงจันทร์ มีทั้งแบบ กระเปาะแก้วใสและแบบเคลือบผิวภายในด้วยสารฟอสเฟอร์ เป็นหลอด ที่ต้องใช้งานร่วมกับบัลลาสต์ ให้แสงสว่างสูง ใช้ทั่วไปในสถานที่ สาธารณะ, ไฟถนน, ห้างสรรพสินค้า, โรงงานอุตสาหกรรมหรืออาคาร ที่มีเพดานสูง

โครงสร้างของหลอด

          

ส่วนประกอบของหลอด

1. กระเปาะส่วนนอก (Outer bulb or Glass bulb) ทำด้วยแก้วอ่อนธรรมดาเคลือบผิวด้านในด้วยฟอสเฟอร์ เพื่อเปลี่ยน รังสีอัลตร้าไวโอเล็ตให้เป็นแสงที่มองเห็นได้
2. กระเปาะส่วนใน (arc tube) ปกติทำด้วยควอทซ์หรือแก้วแข็ง (hard glass) ใช้หุ้มส่วนที่ให้กำเนิดแสงอันประกอบด้วย อิเลคโทรด, เม็ดปรอทและก๊าซอาร์กอน ช่องว่างระหว่างกระเปาะนอกและในจะบรรจุก๊าซไนโตรเจนไว้เพื่อป้องกันการเกิด oxidation ของ arc tube
3. อิเลคโทรด (Electrode) แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ
     3.1 starting electrode ทำหน้าที่ช่วยสตาร์ทหลอดอาจทำด้วยวัสดุ molybdenum หรือทังสเตนก็ได้ โดยต่ออนุกรม กับ starting resistor ซึ่งมีค่าประมาณ 10,000 - 30,000 โอห์ม ที่ทำหน้าที่ลดกระแสตอนสตาร์ท
     3.2 main electrode ทำด้วยทังสเตนเคลือบด้วยแบเรียมออกไซด์ ทำหน้าที่ปล่อยอิเลคตรอนออกมาเป็นจำนวนมาก ปัจจุบัน main electrode นิยมทำด้วยแท่งธอเรียม
4. support ใช้ยึด arc tube กับขั้วด้านในของหลอด พร้อมทั้งเป็นตัวนำไฟฟ้าไปยัง electrode

หลักการทำงาน

    หลอดไอปรอทเป็นหลอดที่อาศัยการอาร์กจึงต้องอาศัยบัลลาสต์เพื่อช่วยควบคุมกระแสที่ไหลผ่านหลอด เมื่อจ่ายแรงดัน ให้แก่หลอดจะมีแรงดันตกคร่อมระหว่าง main electrode กับ main electrode ส่วนหนึ่ง และระหว่าง main electrode กับ starting electrode อีกส่วนหนึ่ง ซึ่งประการหลังนี้เองพบว่าช่องว่างระหว่าง electrode น้อยกว่า จึงทำให้ก๊าซที่อยู่บริเวณนี้เกิดการแตกตัว (ionize) ความต้านทานของก๊าซภายใน arc tube จะเริ่มลดลงขบวนการนี้จะถูก จำกัดกระแสโดย resistor ภายใน จนกระทั่งความต้านทานก๊าซระหว่าง main electrode ต่ำกว่าความต้านทานภายนอก (resistor) ก็จะเกิดอาร์กขึ้นอย่างต่อเนื่องระหว่าง main electrode ทำให้เม็ดปรอทภายใน arc tube กลายเป็นไอมากขึ้น และมีกระแสไหลผ่าน main electrode พลังงานไฟฟ้าที่ตกคร่อมหลอดจะกระตุ้นให้อะตอมของไอปรอทคายรังสี อัลตร้าไวโอเล็ตออกมากระทบกับฟอสเฟอร์ที่เคลือบไว้ที่กระเปาะส่วนนอกและเรืองแสงขึ้นมา

คุณลักษณะทางไฟฟ้า

การจุดหลอดและเวลาที่ใช้ (starting & run-up)
ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลายอย่างได้แก่ ความยาวและขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของ arc tube, กีาซที่ใช้เติมในกระเปาะ, ความดัน และระยะห่างของ starting electrode การสตาร์ทหลอดพิจารณาได้หลายส่วนคือ การเกิด breakdown ระหว่าง main และ starting electrode และ breakdown ระหว่าง main electrode ด้วยกันรวมถึงช่วงเวลาที่รอให้ถึงจุดอุณหภูมิ ทำงาน (full temperature) การอาร์กระหว่าง main electrode จะทำให้เกิดเขม่าดำที่ปลายทั้งสองของ arc tube ซึ่งมีผลต่อปริมาณแสงของหลอด แต่ผลเสียอันนี้สามารถลดลงได้โดยเพิ่มความดันก๊าซและลดอุณหภูมิของ electrode การ breakdown ที่เกิดขึ้นระหว่าง main electrode ทำให้เม็ดปรอทกลายเป็นไอลอยสะเปะสะปะภายในกระเปาะ เมื่อความดันสูงขึ้นการอาร์กจะถูกบีบให้เกิดเฉพาะบริเวณปลาย electrode ส่วนระยะเวลาในการจุดหลอดสามารถลดลงได้ โดยปรับตำแหน่ง electrode รวมถึงการออกแบบ arc tube ด้านหลัง electrode เสียใหม่ อาจทำได้โดยการฉาบ arc tube ด้านหลัง electrode ด้วยสารสะท้อนแสงจะช่วยเร่งเวลา run-up และทำให้หยดปรอทกลายเป็นไอได้หมด ภายในกระเปาะ เวลาที่ใช้จุดไส้หลอดนานราว 2 - 4 นาที

การจุดหลอดใหม่ (restarting)
เมื่อหลอดติดสว่างและใช้งานตามปกติเป็นเวลานานแล้วปิดสวิทซ์หรือหลอดเกิดดับ อุณหภูมิและความดันภายใน arc tube จะเริ่มลดลง การจุดหลอดให้ติดใหม่ที่อุณหภูมิและความดันสูงจำเป็นต้องใช้แรงดันสูงมากนับพันโวลท์ แต่เมื่ออุณหภูมิของ arc tube ลดต่ำลงแรงดันจุดไส้หลอดก็ลดลงเช่นกันจนแรงดันในระดับปกติก็สามารถจุดหลอดให้ติดอีกครั้งได้ ระยะเวลาที่ใช้ในการ ระบายความร้อนของกระเปาะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิรอบด้าน และก๊าซที่เติมใน outer bulb ซึ่งใช้เวลาการจุดหลอดใหม่ราว 3 - 5 นาที

การกระจายพลังงานทางสเปกตรัม อาจต่างกันไปตามชนิดของหลอดและฟอสเฟอร์ที่ใช้เคลือบดังรูป

ลักษณะการกระจายพลังงานทางสเปกตรัมของหลอดแบบกระเปาะใส

ลักษณะการกระจายพลังงานทางสเปกตรัมของหลอดแบบเคลือบสารฟอสเฟอร์

อายุการใช้งาน โดยทั่วไปมีค่าประมาณ 24,000 ชั่วโมง

หลอดไอปรอทแบบมีบัลลาสต์ในตัว (Self-ballast mercury lamp)

ชนิดนี้อาศัยไส้หลอดแบบ incandescent แทนบัลลาสต์ โดยบรรจุไว้ใน outer bulb แสงที่ได้ จะรวมกันระหว่าง แสงจากไส้ทังสเตนและแสงจาก การอาร์ก ของไอปรอททำให้ดูอบอุ่นขึ้น แต่อุณหภูมิ ของตัวหลอดจะสูงกว่าแบบใช้บัลลาสต์ แต่ข้อดีคือ หลอดที่มีวัตต์ไม่สูงมากนักสามารถใช้ร่วมกับขั้วหลอด incandescent แบบเกลียวที่ใช้กันทั่วไปได้ (E27) และการจุดหลอดก็ใช้เวลาน้อยกว่า ข้อเสียคืออายุการ ใช้งานสั้นกว่า อย่างไรก็ตามหลอดทั้งสองไม่สามารถ ใช้แทนกันได้

คำแนะนำ

     1. นิยมใช้แทนหลอดฟลูออเรสเซนต์กรณีที่ใช้กับเพดานสูง
     2. เป็นหลอดปล่อยประจุความดันไอสูงที่มีประสิทธิผลต่ำที่สุด เหมาะสำหรับโรงงานอุตสาหกรรมทั่วไป, แสงสว่างในที่สาธารณะเช่น ไฟถนน, สวนสาธารณะ, บริเวณร้านค้าเป็นต้น
     3. ไม่เหมาะกับพื้นที่ที่ต้องการแสงสว่างที่จุดติดแบบทันทีทันใด

 หน้าแรก